Verfahren zur Herstellung von Giessformen durch Verdichten von schüttfähigem Formstoff

Beschreibung

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1. 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 Ge-5 schwindigkeit zur Wirkung gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Formraum bis zu einer Teil höhe 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 10 in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer für die endgültige Form notwendigen Fül lhöhe aufgegeben und abschließend verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Form-15 stoff in einer ersten Stufe bis unterhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und verdichtet und danach in weiteren Stufen bis zu der Teilhöhe oberhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 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 entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe der Formstoff gleichfalls mittels Druckgas hoher Geschwindigkeit verdichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe der Formstoff durch mechanisches Pressen verdichtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer durch Entspannung des Druckgases in den Formraum einzuhaltende Druckgradient zwischen 100 und 1000 bar/s liegt und umgekehrt proportional der Formstoffhöhe gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Modellen mit engen Vertiefungen und/oder geringem Abstand von der Wendung des Formraums dessen Höhe etwa der Teilhöhe oberhalb der Oberkante des Modells entspricht, der eingefügte Formstoff auf der Oberkante des Formraums abgestreift, anschließend mittels des Druckgases verdichtet, daraufhin der Formraum bis zu der für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe erhöht, anschließend der Formstoff bis zu dieser Höhe aufgefüllt und verdichtet wird.

Ansprüche

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 32 26 171).

Mit keinem der vorgenannten Verfahren können die zuvor geschilderten negativen Erscheingungen vermieden werden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschi lderte 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 einer Teilhöhe im Bereich der Oberkante des Modells in wenigstens einer Stufe gefüllt und der Formstoff nach jeder Fül Istufe mittels des Druckgases verdichtet wird und daß danach in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer für die endgül tige Form notwendigen Füllhöhe aufgegeben und abschließend verdichtet wird.

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 gegebenenfal Is in mehrere Einzelstufen mit jeweils einem Füllvorgang und einem Verdichtungsvorgang aufgeteilt werden. Ist der modellnehe Raum in dieser Weise auf die Enddichte gebracht worden, so wird anschließend der Formstoff in dem im wesentlichen modellfreien Bereich aufgefüllt und in einer Endstufe wiederum bis zur Enddichte verdichtet. Dabei hat sich gezeigt, daß im gesamten Modellbereich auch bei tiefen Modellkonturen und scharfen Modellübergängen keine Risse mehr auftreten und eine einstellbar hohe und gleichmäßige Verdichtung erreicht wird.

Bei diesem Verfahren wäre an sich zu erwarten gewesen, daß sich die Formstoffschichten zwischen den Verdichtungsstufen nicht oder nur unzulängl ich 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 al so 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.

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.

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 negat i ven Erscheinungen vollständig vermeiden.

In der Endstufe, in der also im wesentl ichen der modellfreie Bereich des Formraums verdichtet wird, kann die Verdichtung gleichfalls mittels Druckgas hoher Geschwindigkeit erfolgen, um beispielsweise auch für diesen Bereich die Vorteile des Gasdruckverfahrens zu nutzen. Dies gilt beispielsweise für die Stahlguß- und Sphärogußherstellung, sowie für extrem große Formkasten.

Statt dessen 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.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung einer aus Unter- und Oberkasten bestehenden Form auch nur für denjenigen Formkasten mit der komplizierten Modellkontur - 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 400 und 1000 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.

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 Formraum bis zu der für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe erhöht, anschließend der Formstoff bis zu dieser Höhe aufgefül It und daraufhin in der Endstufe verdichtet werden.

Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere bei extrem engen Modellkonturen, bei denen der Überstand des Formstoffs genau angepaßt werden 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.

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.

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 Formraum mit dem Formstoff aufgefül lt 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 10 ms ablaufen. Um dies zu ermögl ichen, 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 Systern abläuft und die bei den früheren Verfahren übl iche Lärmentwicklung erhebl ich 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 (selbst hinterschnittene 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 herkömml ichen 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.

Wohl in Erkenntnis dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden (US-PS 3 170 202) 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 indie Praxis verhindert hat. Es ist ferner versucht worden, den gesamten Verdichtungsvorgang aufzuteilen und den eingefüllten Formstoff zunächst mittels Druckgas vorzuverdichten und anschl ießend mechanisch durch Pressen nachzuverdichten (EP-PS 0 022 808). M it dieser Arbeitsweise werden die dem Gasdruck-Verdichtungsverfahren eigenen Vorteile der hohen und einstellbaren Formfestigkeit aufgegeben und wiederum ein erhöhter Energiebedarf f