DD257975A5 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF CASTINGS - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Giessformen durch Verdichten von schuettfaehigem Formstoff ueber einem auf einer Modellplatte innerhalb eines Formraums angeordneten Modell wird zunaechst der Formraum bis zu einer Teilhoehe im Bereich der Oberkante des Modells in wenigstens einer Stufe gefuellt und der Formstoff nach jeder Fuellstufe unter Einwirken von Druckgas hoher Geschwindigkeit verdichtet, danach in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer fuer die endgueltige Form notwendigen Fuellhoehe aufgegeben und wiederum durch Druckgas oder durch Pressen verdichtet. Durch die Auftrennung des gesamten Verdichtungsvorgangs in wenigstens zwei Stufen mit einer Verdichtung jeweils bis zur Enddichte wird eine einwandfreie und gleichmaessige Verdichtung auch bei komplizierten Modellen und hoher Modellplattenbelegung erzielt.In a method of producing molds by compacting moldable molding material over a model arranged on a model plate within a mold cavity, first the mold cavity is filled up to a partial height in the region of the upper edge of the model in at least one stage and the molding material is filled after each filling stage under the influence of Compressed gas compressed high speed, then abandoned in a final stage of further molding material to a necessary for the final form filling level and in turn compressed by compressed gas or by pressing. By separating the entire compression process in at least two stages with a compression each up to the final density a perfect and uniform compression is achieved even with complicated models and high model plate occupancy.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen durch Verdichten von schüttfähigem Formstoff über einem auf einer Modellplatte innerhalb eines Formraums angeordneten Modell, indem der Formraum mit dem Formstoff gefüllt und auf dessen freie Oberfläche Druckgas hoher Geschwindigkeit zur Wirkung gebracht wird.The invention relates to a method for the production of molds by compressing pourable molding material over a model arranged on a model plate within a mold cavity model by the mold cavity filled with the molding material and on the free surface of high-pressure gas pressure to effect.
Die früher üblichen Verdichtungsverfahren durch Rütteln, Pressen, Preßrütteln oder durch Einschießen des Formstoffs in den Formraum sind in jüngerer Zeit durch Verfahren ersetzt worden, bei denen der Form raum mit dem Formstoff aufgefüllt wird und anschließend mittels Druckgas hoher Geschwindigkeit verdichtet wird. Der Erfolg dieses Verfahrens hängt maßgeblich von der Höhe der Geschwindigkeit ab, mit dem die Druckgaswelle auf die Formstoff-Oberfläche wirksam wird, die Formstoffpartikel unmittelbar und durch Impulsaustausch beschleunigt, die dann in erster Linie durch Abbremsen an der Modellplatte und auf der Oberfläche des Modells verdichtet werden. Dieser Vorgang muß in einigen 10ms ablaufen. Um dies zu ermöglichen, wird entweder Druckgas aus einem Speicher schlagartig in den Formraum entspannt (Gasdruck-Verdichtung) oder eine Gasdruckwelle durch exotherme Reaktion eines brennbaren Gemischs erzeugt (Explosionsverdichtung). Das Verfahren hat zunächst arbeitsphysiologisch den Vorteil, daß es in einem geschlossenen System abläuft und die bei den früheren Verfahren übliche, Lärmentwicklung erheblich reduziert ist. Ferner wird eine hohe Maßhaltigkeit beim Abguß und eine hohe Reproduzierbarkeit der Formen erreicht. Der Erfolg des Verfahrens ist auch weitgehend unabhängig von Modellgeometrien (ti;!!.öi h iterschnittene Modellkonturen lassen sich ausformen) und auch unabhängig von Fläche und Höhe der Formkästen. Es lassen sich weiterhin alle Modellwerkstoffe, z.B. Holz, Kunststoff und Metall, einsetzen. Die Formfestigkeit ist durch Einstellung des Druckgradienten in weiten Grenzen variierbar. Schließlich läßt sich auch eine höhere Seitenverdichtung der Form erreichen. -Bedeutsam ist ferner der geringere Energiebedarf gegenüber herkömmlichen Verdichtungsverfahren. In der Praxis zeigen sich aber häufig an hohen, ebenen Modellflächen und an Modellkanten Rißbildungen sowie in tiefen Modellkonturen, wie auch im wandnahen Bereich des Formkastens Unregelmäßigkeiten in der Verdichtung und gleichfalls Rißbildungen.The previously customary compaction process by shaking, pressing, Preßrütteln or by injecting the molding material into the mold cavity have recently been replaced by methods in which the mold space is filled with the molding material and then compressed by means of high-pressure gas pressure. The success of this process depends largely on the rate at which the pressurized gas wave acts on the mold surface, accelerating mold material particles immediately and by momentum exchange, which is then primarily compressed by deceleration on the model plate and on the surface of the model become. This process must take several tens of milliseconds. To make this possible, either compressed gas from a memory abruptly relaxed in the mold space (gas pressure compression) or a gas pressure wave generated by exothermic reaction of a combustible mixture (explosion compression). The method initially has the working physiological advantage that it runs in a closed system and the usual in previous methods, noise is significantly reduced. Furthermore, a high dimensional stability during casting and a high reproducibility of the forms is achieved. The success of the method is also largely independent of model geometries (ti; !!., Semi-sectional model contours can be formed) and also independent of the area and height of the molding boxes. All model materials, e.g. Wood, plastic and metal, use. The dimensional stability is variable by adjusting the pressure gradient within wide limits. Finally, a higher side compression of the form can be achieved. Also significant is the lower energy requirement compared to conventional compression methods. In practice, however, often on high, flat model surfaces and model edges cracks and in deep model contours, as well as in the near wall area of the molding box irregularities in the compaction and also cracks.
Wohl in Erkenntnis dieser Nachteileist bereits vorgeschlagen worden (US-PS 3170202) die Druckgaswelle auf die freie Formstoff-Oberfläche abschnittsweise oder aber über frei bewegliche Preßflächen einwirken zu lassen. Auch dies führt aber wiederum zu einer ungleichmäßigen Verdichtung. Hinzu kommt ein erheblicher konstruktiver Aufwand, der bisher eine Umsetzung dieser Maßnahmen in die Praxis verhindert hat. Es ist ferner versucht worden, den gesamten Verdichtungsvorgang aufzuteilen und den eingefüllten Formstoff zunächst mittels Druckgas vorzuverdichten und anschließend mechanisch durchProbably in recognition of these disadvantages has already been proposed (US-PS 3170202) the compressed gas wave on the free molding surface surface sections or act on freely movable pressing surfaces. However, this again leads to an uneven compression. In addition, there is a significant design effort that has hitherto prevented implementation of these measures in practice. It has also been attempted to divide the entire compression process and vorzuverdichten the filled molding material first by means of compressed gas and then mechanically through
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Pressen nachzuverdichten (EP-PS O 022808). Mit dieser Arbeitsweise werden die dem Gasdruck-Verdichtungsverfahren eigenen Vorteile der hohen und einstellbaren Formfestigkeit aufgegeben und wiederum ein erhöhter Energiebedarf nötig, da die Endverdichtung über die gesamte Formstoffhöhe erst durch das mechanische Nachpressen erzeugt wird. Schließlich ist versucht worden, in einer ersten Verfahrensstufe die oberflächennahe Formstoffschicht mechanisch oder durch andere Hilfsmittel vorzuverdichten und dadurch das freie Porenvolumen zu verringern, um anschließend den Formstoff mittels Druckgas auf die Enddichte zu bringen. Hierbei versprach man sich von der vorverdichteten Schicht eine Art Kolbenwirkung. Ferner sollte damit die beim Gasdruckverdichten festzustellende, relativ hohe Festigkeitsabnahme im Bereich des Formrückens vermieden werden (DE-OS 3226171).Compacting presses (EP-PS O 022808). With this mode of operation, the advantages of the high and adjustable dimensional stability which are inherent in the gas-pressure compression method are abandoned and, in turn, an increased energy requirement is necessary since the final compression over the entire molding material height is only produced by the mechanical repressing. Finally, attempts have been made in a first process stage to pre-compact the near-surface molding material layer mechanically or by other means and thereby reduce the free pore volume in order then to bring the molding material to the final density by means of compressed gas. Here, one promised from the precompressed layer a kind of piston action. Furthermore, it should thus be noted that the gas pressure compression to be detected, relatively high decrease in strength in the region of the mold back (DE-OS 3226171).
Das Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gießformen durch Verdichten von schüttfähigem Formstoff.The object of the invention is an improved process for the production of molds by compacting pourable molding material.
Mit keinem der vorgenannten Verfahren können die zuvor geschilderten negativen Erscheinungen vermieden werden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine einwandfreie und gleichmäßige Verdichtung auch bei komplizierten Modellen und hoher Modellplattenbelegung erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formraum bis zu einerTeilhöhe im Bereich der Oberkante des Modells in wenigstens einer Stufe gefüllt und der Formstoff nach jeder Füllstufe mittels des Druckgases verdichtet wird und daß danach in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe aufgegeben und abschließend verdichtet wird.With none of the aforementioned methods can the previously described negative phenomena be avoided. The invention is therefore based on the object, the above-described method to the effect that a perfect and uniform compression is achieved even with complicated models and high model plate occupancy. This object is achieved in that the mold cavity is filled up to a part height in the region of the upper edge of the model in at least one stage and the molding material is compressed after each filling stage by means of the compressed gas and that thereafter in an end stage further molding material up to one for the final shape required filling level is given and then compacted.
Das erfindungsgemäße Verfahren trennt demzufolge den gesamten Verdichtungsvorgang in wenigstens zwei Verdichtungsstufen auf, indem in wenigstens einer ersten Stufe der Formstoff bis in den Bereich der Modelloberkante eingefüllt und mittels des Druckgases verdichtet wird. Damit ist ein Teil der Form, die etwa der Modellhöhe entspricht, bis auf ihre Enddichte gebracht worden. Bei tiefen Modellkonturen — auch im wandungsnahen Bereich des Formraums — kann diese Verfahrensstufe gegebenenfalls in mehrere Einzelstufen mit jeweils einem Füllvorgang und einem Verdichtungsvorgang aufgeteilt werden. Ist der modellnahe Raum in dieser Weise auf die Enddichte gebracht worden, so wird anschließend der Formstoff in dem im wesentlichen modellfreien Bereich aufgefüllt udn in einer Endstufe wiederum bis zur Enddichte verdichtet. Dabei hat sich gezeigt, daß im gesammten Modellbereich auch bei tiefen Modellkonturen und scharfen Modellübergängen keine Risse mehr auftreten und eine einstellbar hohe und gleichmäßige Verdichtung erreicht wird.Accordingly, the method according to the invention separates the entire compaction process into at least two compaction stages by filling the molding material into the region of the model top edge in at least one first stage and compacting it by means of the compressed gas. Thus, a part of the shape, which corresponds approximately to the model height, has been brought to their final density. In the case of deep model contours-even in the region of the forming space close to the wall-this process stage can optionally be divided into several individual stages, each with one filling process and one compression process. If the close-to-model space has been brought to the final density in this way, then the molding material is then filled up in the essentially model-free area and, in turn, compressed in a final stage to the final density. It has been shown that no cracks occur in the entire model range even with deep model contours and sharp model transitions and an adjustable high and uniform compaction is achieved.
Bei diesem Verfahren wäre an sich zu erwarten gewesen, daß sich die Formstoffschichten zwischen den Verdichtungsstufen nicht oder nur unzulänglich miteinander verbinden, also im Bereich der Grenzflächen Trenneffekte, Dichteschwankungen etc. auftreten. Dergleichen wurde in der Praxis nicht beobachtet, was seinen Grund darin haben dürfte, daß bei der Druckgasverdichtung die Dichte des Formstoffs zur freien Oberfläche hin stark abnimmt, der Formstoff also dort noch relativ locker ist. Dies wiederum dürfte dazu führen, daß beim nachfolgenden Aufschütten und Verdichten in der nächsten Stufe, gegebenenfalls der Endstufe, dieser weniger dichte Bereich übergangslos auf die Enddichte gebracht wird, so daß trotz der in mehreren Stufen erfolgenden Formherstellung eine gleichmäßige und hohe Enddichte über der gesamten Formhöhe erreicht wird.In this method, it would have been to be expected that the molding material layers between the compression stages do not or only inadequately connect to one another, ie separation effects, density fluctuations etc. occur in the region of the boundary surfaces. The same has not been observed in practice, which may have its reason in the fact that in compressed gas compression, the density of the molding material to the free surface decreases sharply, the molding material so there is still relatively loose. This, in turn, should result in the subsequent stacking and compaction in the next stage, optionally the final stage, this less dense area is brought to the final density without transition, so that despite the successive multi-stage mold production a uniform and high final density over the entire mold height is reached.
Bei sehr tiefen Modellkonturen wird der modellnahe Bereich vorzugsweise in mehreren Stufen verdichtet, indem der Formstoff in einer ersten Stufe bis unterhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und mittels Druckgas verdichtet wird und danach in weiteren Stufen bis zu der Teilhöhe oberhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und jeweils zwischen den Stufen verdichtet. Dadurch ergibt sich nach den Druckgasverdichtungsstufen eine so hoch liegende Formstoff-Oberfläche, daß in der Endstufe keine tiefen Hohlräume mehr auszuformen sind.For very deep model contours, the near-model area is preferably compacted in several stages by the molding material is given in a first stage to below the top of the model and compressed by compressed gas and then abandoned in further stages up to the partial height above the top of the model and each condensed between the steps. This results after the Druckgasverdichtungsstufen such a high-lying molding surface that in the final stage deep cavities are no longer auszuformen.
In bevorzugter Ausführung entspricht bei einem einstufigen Auffüllen des Formstoffs bis zu der Teilhöhe der Überstand des Formstoffs oberhalb der Oberkante des Modells etwa der Breite der Formstoffsäule an dieser Oberkante. Hierbei ist zunächst überraschend, daß die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht so sehr von der Höhe tiefer Modellkonturen bzw. der Höhe des Modells über der Modellplatte im formwandnahen Bereich, als vielmehr von der Breite solcher Vertiefungen bzw. vom Randabstand des Modells abhängig ist. Dies gilt vor allem für Ballenkonturen (nur nach oben offene, z. B. zylindrische Vertiefung). Je enger diese Stellen sind, umso eher kommt es zu den eingangs geschilderten negativen Erscheinungen. Wird dabei die erfindungsgemäße Lehre beachtet, so lassen sich diese negativen Erscheinungen vollständig vermeiden.In a preferred embodiment corresponds to a single-stage filling of the molding material to the partial height of the supernatant of the molding material above the upper edge of the model about the width of the molding column at this upper edge. It is initially surprising that the effectiveness of the method according to the invention is not so much dependent on the height of the lower model contours or the height of the model on the model plate in the formwandnahen area, but rather on the width of such depressions or from the edge distance of the model. This is especially true for bale contours (only upwardly open, eg cylindrical recess). The narrower these places are, the sooner the negative phenomena described at the beginning will occur. If the teaching according to the invention is taken into account, these negative phenomena can be completely avoided.
In der Endstufe, in der also im wesentlichen der modellfreie Bereich des Formraums verdichtet wird, kann die Verdichtung gleichfalls mittels Druckgas hohp' Geschwindigkeit erfolgen, um beispielsweise auch für diesen Bereich die Vorteile des Gasdruckverfahrens zu nutzen. Di^a gilt beispielsweise für die Stahlguß- und Sphärogußherstellung, sowie für extrem große Formkasten.In the final stage, in which essentially the model-free region of the mold cavity is compressed, the compression can also be carried out by means of compressed gas hohp 'speed, for example, to take advantage of the gas pressure method for this area. Di ^ a applies, for example, for cast steel and nodular iron, as well as for extremely large molding box.
Stattdessen kann der Formstoff in der Endstufe aber auch durch mechanisches Pressen verdichtet werden, was deshalb einen geringen Energieaufwand erfordert, weil es sich im wesentlichen um eine über den Querschnitt nicht unterbrochene Formstoffschicht handelt. Eine solche Preßverdichtung in der Endstufe ist dann sinnvoll, wenn Gießtümpel mit eingeformt oder Gießtrichter nachträglich eingefräst werden sollen.Instead, the molding material in the final stage but can also be compacted by mechanical pressing, which therefore requires little energy, because it is essentially a non-interrupted over the cross section molding material layer. Such compression compaction in the final stage is useful when casting pools are formed with molded or casting funnel to be milled later.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung einer aus Unter- und Oberkasten bestehenden Form auch nur für denjenigen Formkasten mit der komplizierten Model I kontur—in der Regel der Unterkasten—für den anderen Formkasten hingegen das reine Gasdruckformverfahren oder ein anderes herkömmliches Verfahren angewandt werden. Der Druckgradient in den Stufen mit Gasdruckverdichtung sollte zwischen 0 und 1 000 bar/s liegen, wobei er umgekehrt proportional der Formstoffhöhe gewählt werden sollte. Dies ist beim erfindungsgemäßen Verfahren deshalb von Bedeutung, weil durch die Aufteilung des Verdichtungsvorgangs unter Umständen auch relativ niedrige Formstoffhöhen zu verdichten sind. Diese Lehre ist insbesondere auch bei einer mehrstufigen Verdichtung des modellnahen Bereichs bedeutsam.Of course, the inventive method in the production of a lower and upper box existing form only for those molding box with the complicated model I contour-usually the lower box-for the other molding box, however, the pure gas pressure molding method or another conventional method can be applied. The pressure gradient in the stages with gas pressure compression should be between 0 and 1000 bar / s, whereby it should be chosen inversely proportional to the molding material height. This is important in the method according to the invention, because under certain circumstances relatively low molding material heights have to be compacted by the division of the compression process. This teaching is particularly important in a multi-stage compression of the model-related area.
Bei Modellen mit engen Vertiefungen und/oder geringem Abstand von der Wandung des Formraums sollte dessen Höhe etwa der Teilhöhe oberhalb der Oberkante des Modells entsprechen, der eingefüllte Formstoff auf der Oberkante des Formraums abgestreift, anschließend mittels des Druckgases verdichtet, daraufhin der Form raum bis zu den für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe erhöht, anschließend der Formstoff bis zu dieser Höhe aufgefüllt und daraufhin in der Endstufe verdichtet werden.For models with narrow recesses and / or small distance from the wall of the mold cavity whose height should correspond approximately to the part height above the top of the model stripped filled molding material on the upper edge of the mold cavity, then compressed by means of the compressed gas, then the mold space up to increases the filling height necessary for the final shape, then filled up the molding material to this height and then compressed in the final stage.
Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere bei extrem engen Modellkonturen, bei denen der Überstand des Formstoffs genau angepaßtwerden muß und insbesondere auch die beim Füllvorgang auftretenden Unebenheiten in der Formstoff-Oberfläche vermieden werden müssen. Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist beispielsweise die Herstellung der Form für Nockenwellen mit aufgelegten Kühlkokillen.This method is particularly recommended for extremely narrow model contours, in which the supernatant of the molding material must be adapted exactly and in particular the unevenness occurring in the molding surface during the filling process must be avoided. A typical application for this is, for example, the production of the mold for camshafts with applied cooling molds.
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