EP0281752B1 - Vollformverfahren und -vorrichtung - Google Patents
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- EP0281752B1 EP0281752B1 EP88101270A EP88101270A EP0281752B1 EP 0281752 B1 EP0281752 B1 EP 0281752B1 EP 88101270 A EP88101270 A EP 88101270A EP 88101270 A EP88101270 A EP 88101270A EP 0281752 B1 EP0281752 B1 EP 0281752B1
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Classifications
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- B22C9/04—Use of lost patterns
- B22C9/046—Use of patterns which are eliminated by the liquid metal in the mould
Definitions
- the invention relates to a full molding process in which a completely positive model made of a thermally decomposable material is inserted into a molding box with sand, the sand is solidified by shaking, the casting metal is poured onto the thermally decomposable model and the model is decomposed by the casting heat, and a device to perform the procedure.
- Molds which consist of two halves are usually used to produce castings. However, this division of the molds can only be carried out within certain dimensional tolerances, which means that errors can occur on the casting within the division level due to offset burrs, sand leaching, penetration of metal into the sand mold, burnt-on sand, etc. All of these errors occur on the casting Appearance and must be remedied by sanding, severing, chopping, sawing, etc.
- an undivided model is inserted into a molding box with loose dry sand in the so-called full molding process.
- it is made of a thermally decomposable material, so that the model is decomposed by the casting heat.
- a burr-free casting is created.
- not all types of models can be molded in this way, in particular shaped pieces with dome-like cavities such as pump housings and the like cannot be embedded satisfactorily in the sand, since the sand does not rise into these cavities.
- a disadvantage of this known full molding process is therefore that such shaped pieces cannot be molded and cast by this process, but must be produced with loose cores or according to the conventional multi-part molding process. All fittings in which the sand would have to rise into such cavities as in communicating tubes are thus excluded from the known advantageous full molding process.
- the object of the present invention is to improve the full molding process in such a way that moldings with critical cavities are securely molded and filled by the molding sand.
- Another task here is to compact the molding sand in a controlled manner.
- the object is achieved in that during the sand filling the sand for enclosing the model is exposed to a pressure difference in the sand filling direction.
- the filling and solidification of the sand in the critical cavities is particularly favored by the fact that, while the sand is subjected to a vacuum, it is simultaneously shaken.
- the negative pressure is only switched off after the shaking has ended.
- the sand is securely solidified on all sides around the shaped piece, without the risk of the sand loosening again.
- the negative pressure is introduced into the mold box below the casting model, preferably through the bottom of the molding box, it is achieved that all cavities of the casting model are properly filled with sand and this is compacted on the model.
- the level of the vacuum is determined depending on the nature of the sand. Because the vacuum is reduced with increasing filling height of the molding sand, the force counteracting the vibrating force is gradually reduced and thus enables a uniform compression at all filling levels. In any case, however, when the level of the model is reached, the negative pressure is brought to the height specified for enclosing the model.
- the rising of the sand in the model hollow Space is favored in that the fill level of the molding sand in the vicinity of the cavity of the model to be filled is kept approximately constant until the cavity is completely filled.
- the model is enclosed with unbound sand.
- the device for carrying out the method is characterized in that the interior of the molding box is connected to a vacuum device via a feed line. A rapid and uniform application of negative pressure to the sand is brought about in that the molding box is surrounded by a ring line which is connected to its interior and the supply line via air outlet openings. Because the air outlet opening is arranged below the casting model, the model cavities are filled particularly reliably. The air outlet opening is preferably arranged on the bottom of the molding box.
- a control device is assigned to the vacuum device.
- a molding box 1 In a molding box 1, one or more complete positive models are inserted as grapes, of which only one model 2 with a cavity 20 is shown in FIG. 1.
- the model 2 - like the pouring tube 21 and the grape runs 22 - made of a - thermally decomposable material, for example polystyrene, and represents a section through part of a radial pump housing.
- the molding box 1 is filled with dry sand, preferably with unbound sand.
- a somewhat coarser quartz sand, as is usually used for molding, has proven to be suitable.
- a vibrating device 4 is assigned to the molding box 1, which is mounted so that it can vibrate, by means of which the sand is shaken and thereby compacted.
- a pressure difference in the filling direction is built up in molding box 1 during filling, this pressure difference being able to be generated by applying overpressure to the top of the molding box or preferably being generated by a vacuum device 50.
- This vacuum device 50 is connected to the interior of the molding box 1 via a feed line 5.
- the air outlet opening 51 of the molding box 1 is expediently provided below the model 2 in a side wall of the molding box 1, or, what is preferred, in the bottom of the molding box 1. This is indicated by the supply line 5 ⁇ .
- the side walls of the molding box 1 are provided with a multiplicity of air outlet openings 51 and enclosed by a ring line 52, so that the vacuum is effective quickly and uniformly in the molding box 1.
- Ring lines 52 can be installed at different heights, which are acted upon one after the other according to the filling level.
- a ring line 52 can also be provided, the height of which can be adjusted.
- the molding sand is filled from a sand feed device 6 into the molding box 1 via a shut-off device 61.
- the application of negative pressure to the sand during the filling of the molding box surprisingly causes the sand to rise into the critical cavities 20 of the model 2 or other fittings previously excluded from the full molding process.
- the critical cavities are filled with sand and solidified particularly reliably when a negative pressure of 0.5 bar is applied and the negative pressure below the model 2 is introduced into the molding box, in particular also through the bottom of the molding box 1 through.
- the negative pressure counteracts the vibrating force
- the negative pressure is brought to the required and fixed height during the filling (FIG. 2 c).
- the air and thus also the sand entrained by it flows into the cavity 20 It is also essential for a reliable and complete filling of the cavity (s) 20 that the air and thus also the sand entrained by it flows into the cavity 20. This is ensured by the fact that the filling height of the molding sand in the vicinity of the cavity 20 to be filled is kept approximately constant during the time of filling.
- a flow lane is indicated by the flow arrows, through which the sand is entrained and transported into the cavity 20.
- the sand feed into the molding box 1 is interrupted, for example, when the model level is reached, or is moved to a location at which this flow lane is not filled up and thus the filling of the model is not hindered.
- Filling the cavity 20 is supported and favored by shaking the sand while it is subjected to negative pressure. This can be preceded by shaking without negative pressure.
- the actuation of the vacuum device and the sand feed device 6 in the manner described in the method can be carried out manually or also by a control device, as is shown schematically for example in FIG. 1.
- a measuring sensor 7 is assigned to the molding box 1, which in each case emits a signal to a microprocessor 71 when a predetermined lowering depth of the box corresponding to the filling height in the molding box 1 is reached.
- the microprocessor 71 is connected to the vacuum device 50 and a measuring element 53 assigned to it and regulates the vacuum in relation to the fill level in the molding box 1 and when the model level is reached.
- the microprocessor 71 controls the sand feed into the molding box 1 via the shut-off element 61.
- the microprocessor 71 can also be connected to the vibrating device 4 for control purposes. Corresponding information, for example about the level of the negative pressure then to be applied, can also be input to the microprocessor 71 when using a molding sand of a different nature and thus with other compression properties.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Vollformverfahren, bei dem ein komplettes positives Modell aus einem thermisch zersetzbaren Material in einen Formkasten mit Sand eingesetzt, der Sand durch Rütteln verfestigt, das Gießmetall auf das thermisch zersetzbare Modell gegossen und das Modell durch die Gießhitze zersetzt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
- Zur Herstellung von Gußstücken werden üblicherweise Formen verwendet, die aus zwei Hälften bestehen. Diese Teilung der Formen läßt sich allerdings nur in bestimmten Maßtoleranzen durchführen, was zur Folge hat, daß am Gußstück innerhalb der Teilungsebene Fehler entstehen können durch Versatzgrate, Sandauswaschungen, Eindringen von Metall in die Sandform, angebrannte Sandpartien usw. Alle diese Fehler treten am Gußstück in Erscheinung und müssen durch Abschleifen, Abtrennen, Abschlagen, Sägen usw. behoben werden.
- Zur Vermeidung dieser umfangreichen Handarbeiten wird bei dem sogenannten Vollformverfahren ein ungeteiltes Modell in einen Formkasten mit losem trockenem Sand eingesetzt. Um das Modell entfernen zu können, ist dieses aus einem thermisch zersetzbaren Werkstoff hergestellt, so daß das Modell durch die Gießhitze zersetzt wird. Bei Verwendung eines ungeteilten Modelles entsteht ein gratfreies Gußstück. Es hat sich allerdings gezeigt, daß nicht alle Arten von Modellen auf diese Weise eingeformt werden können, insbesondere Formstücke mit kuppelartigen Hohlräumen wie Pumpengehäuse und ähnliches lassen sich nicht zufriedenstellend im Sand einbetten, da der Sand nicht in diese Hohlräume aufsteigt. Ein Nachteil dieses bekannten Vollformverfahren ist somit, daß derartige Formstücke nicht nach diesem Verfahren eingeformt und gegossen werden können, sondern mit Loskernen oder nach dem herkömmlichen mehrteiligen Formverfahren hergestellt werden müssen. Alle Formstücke, bei denen der Sand in derartige Hohlräume wie in kommunizierenden Röhren aufsteigen müßte, sind somit von dem bekannten vorteilhaften Vollformverfahren ausgeschlossen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Vollformverfahren dahingehend zu verbessern, daß auch Formstücke mit kritischen Hohlräumen sicher durch den Formsand eingeformt und aufgefüllt werden. Eine weitere Aufgabe besteht hierbei darin, den Formsand kontrolliert zu verdichten.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des Sandeinfüllens der Sand zum Einschließen des Modells einer Druckdifferenz in Einfüllrichtung des Sandes ausgesetzt wird.
- Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erzielt, daß während des Sandeinfüllens der Sand einem Unterdruck ausgesetzt wird.
- Die Auffüllung und Verfestigung des Sandes in den kritischen Hohlräumen wird dadurch besonders begünstigt, daß während der Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck gleichzeitig gerüttelt wird.
- In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird vorgesehen, daß der Unterdruck erst nach Beenden des Rüttelns abgeschaltet wird. Dadurch wird eine sichere Verfestigung des Sandes allseits um das Formstück herum erreicht, ohne daß die Gefahr einer erneuten Auflockerung des Sandes besteht.
- Dadurch, daß die Einführung des Unterdruckes in den Formkasten unterhalb des Gießmodells, vorzugsweise durch den Boden des Formkastens erfolgt, wird erreicht, daß alle Hohlräume des Gießmodells einwandfrei mit Sand gefüllt und dieser an dem Modell verdichtet wird. Um eine gewünschte Gasdurchlässigkeit des Sandes zu erreichen, wird die Höhe des Unterdruckes in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Sandes festgelegt. Dadurch, daß der Unterdruck mit zunehmender Füllhöhe des Formsandes reduziert wird, wird die der Rüttelkraft entgegenwirkende Kraft allmählich verringert und damit eine gleichmäßige Verdichtung bei allen Füllungsgraden ermöglicht. In jedem Fall wird aber bei Erreichen des Niveaus des Modells der Unterdruck auf die zum Einschließen des Modells festgelegte Höhe gebracht. Das Aufsteigen des Sandes in den Modellhohl raum wird dadurch begünstigt, daß die Füllhöhe des Formsandes in Nähe des auszufüllenden Hohlraumes des Modells in etwa konstant gehalten wird, bis der Hohlraum vollständig gefüllt ist. Vorzugsweise wird das Modell mit ungebundenem Sand eingeschlossen.
- Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Formkastens über eine Zuleitung an eine Unterdruckvorrichtung angeschlossen ist. Eine rasche und gleichmäßige Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck wird dadurch bewirkt, daß der Formkasten von einer Ringleitung umgeben ist, die über Luftaustrittsöffnungen mit seinem Innenraum und der Zuleitung verbunden ist. Dadurch, daß die Luftaustrittsöffnung unterhalb des Gießmodells angeordnet ist, werden die Modellhohlräume besonders zuverlässig ausgefüllt. Vorzugsweise ist dabei die Luftaustrittsöffnung am Boden des Formkastens angeordnet. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der Unterdruckvorrichtung eine Steuervorrichtung zugeordnet.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
- Figur 1 die wesentlichen Teile einer Vollformanlage in schematischer Darstellung im Schnitt;
- Figur 2 Zusammenhänge zwischen Unterdruck- und Füllhöhe in graphischer Darstellung.
- In einen Formkasten 1 sind ein oder mehrere komplette positive Modelle als Traube eingesetzt, von denen in Fig. 1 lediglich ein Modell 2 mit einem Hohlraum 20 gezeigt ist. Das Modell 2 besteht - ebenso wie das Eingußrohr 21 und die Traubenläufe 22 - aus einem - thermisch zersetzbaren Material, beispielsweise Polystyrol, und stellt einen Schnitt durch einen Teil eines Radialpumpengehäuses dar. Der Formkasten 1 wird mit trockenem Sand gefüllt, vorzugsweise mit ungebundenem Sand. Ein etwas gröberer Quarzsand, wie er üblicherweise zum Formen verwendet wird, hat sich als geeignet erwiesen. Dem mittels Federn 3 schwingfähig gelagerten Formkasten 1 ist eine Rüttelvorrichtung 4 zugeordnet, durch die der Sand gerüttelt und dadurch verdichtet wird.
- Erfindungsgemäß wird in Formkasten 1 während des Einfüllens eine Druckdifferenz in Einfüllrichtung aufgebaut, wobei diese Druckdifferenz durch Anlegen von Überdruck an der Oberseite des Formkastens erzeugt werden kann oder vorzugsweise durch eine Unterdruckvorrichtung 50 erzeugt wird. Diese Unterdruckvorrichtung 50 ist über eine Zuleitung 5 an den Innenraum des Formkastens 1 angeschlossen. Die Luftaustrittsöffnung 51 des Formkastens 1 wird zweckmäßig unterhalb des Modells 2 in einer Seitenwand des Formkastens 1 vorgesehen, oder, was bevorzugt wird, im Boden des Formkastens 1. Dies ist durch die Zuleitung 5ʹ angedeutet. Im Ausführungsbeispiels sind die Seitenwände des Formkastens 1 mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen 51 versehen und von einer Ringleitung 52 umschlossen, so daß der Unterdruck rasch und gleichmäßig im Formkasten 1 wirksam wird. Es können auch mehrere Ringleitungen 52 in verschiedener Höhe installiert sein, die entsprechend der Füllhöhe nacheinander beaufschlagt werden. In einer anderen Ausführung kann auch eine Ringleitung 52 vorgesehen werden, die in ihrer Höhe verstellbar ist. Der Formsand wird aus einer Sandzuführvorrichtung 6 über ein Absperrorgan 61 in den Formkasten 1 gefüllt.
- Die Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck während des Füllens des Formkastens bewirkt überraschenderweise ein Aufsteigen des Sandes auch in die kritischen Hohlräume 20 des Modells 2 oder anderer bisher vom Vollformverfahren ausgeschlossener Formstücke. Wie sich inzwischen gezeigt hat, erfolgt das Auffüllen der kritischen Hohlräume mit Sand und dessen Verfestigung besonders zuverlässig dann, wenn ein Unterdruck von 0,5 bar aufgebracht und der Unterdruck unterhalb des Modells 2 in den Formkasten eingeleitet wird, insbesondere auch durch den Boden des Formkastens 1 hindurch.
- Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, während des gesamten Befüllens des Formkastens 1 den Unterdruck auf der für das Ausfüllen der Hohlräume 20 festgelegten Höhe zu halten. Der Unterdruck kann vielmehr lediglich während des Ausfüllens des Hohlraumes 20 des Modells 2 oder - gemäß Fig. 2 - mehrerer Modelle 2 aufgebracht werden. Dies ist in Fig. 2 b graphisch dargestellt.
- Im Hinblick darauf, daß der Unterdruck der Rüttelkraft entgegenwirkt, kann ferner vorgesehen werden, den Sand zwar während des gesamtem Befüllvorganges mit Unter druck zu beaufschlagen, jedoch den Unterdruck mit zunehmender Füllhöhe zu reduzieren (Fig. 2 a). Dabei wird von einem Maximalwert bei geringer Füllhöhe ausgegangen, der geeignet ist, ein Fluidisieren des Sandes zu unterdrücken und damit ein Verdichten zu erreichen. Um auch bei dieser Verfahrensweise das sichere Ausfüllen der Hohlräume 20 des Modells 2 bzw. der Modelle 2 sicherzustellen, wird während des Ausfüllens der Unterdruck auf die dafür erforderlich und festgesetzte Höhe gebracht (Fig. 2 c).
- Wesentlich für ein zuverlässiges und vollständiges Ausfüllen des oder der Hohlräume 20 ist ferner, daß die Luft und damit auch der von ihr mitgerissene Sand in den Hohlraum 20 einströmt. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Füllhöhe des Formsandes in Nähe des auszufüllenden Hohlraumes 20 während der Zeit des Ausfüllens in etwa konstant gehalten wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet sich in Nähe der Öffnung 20ʹ zum Hohlraum 20 eine durch die Strömungspfeile angedeutete Strömungsgasse, durch die der Sand mitgerissen und in den Hohlraum 20 transportiert wird. Die Sandzufuhr in den Formkasten 1 wird hierzu bei Erreichen des Modell-Niveaus beispielsweise unterbrochen oder an eine Stelle verlegt, an der diese Strömungsgasse nicht zugeschüttet und so das Ausfüllen des Modells nicht behindert wird.
- Durch Rütteln des Sandes während seiner Beaufschlagung mit Unterdruck wird das Ausfüllen des Hohlraumes 20 unterstützt und begünstigt. Dabei kann dem Rütteln mit Unterdruck ein Rütteln ohne Unterdruck vorausgehen.
- Dies sollte allerdings nach dem Rütteln mit Unterdruck vermieden werden, da die Gefahr besteht, daß der verfestigte Sand sich durch das Rütteln allein wieder lockert. Der Unterdruck wird aus diesem Grund zumindest so lange aufrechterhalten, bis das Rütteln beendet ist.
- Die Betätigung der Unterdruckvorrichtung und der Sandzuführvorrichtung 6 in der verfahrensmäßig beschriebenen Weise kann manuell oder auch durch eine Steuervorrichtung erfolgen, wie sie beispielsweise in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
- Dem Formkasten 1 ist ein Meßwertaufnehmer 7 zugeordnet, der jeweils bei Erreichen einer vorbestimmten, der Füllhöhe im Formkasten 1 entsprechenden Absenktiefe des Kastens ein Signal an einen Mikroprozessor 71 abgibt. Der Mikroprozessor 71 ist mit der Unterdruckvorrichtung 50 und einem diesem zugeordneten Meßglied 53 verbunden und regelt den Unterdruck im Verhältnis zur Füllhöhe im Formkasten 1 und bei Erreichen des Modell-Niveaus. Außerdem wird durch den Mikroprozessor 71 die Sandzufuhr in den Formkasten 1 über das Absperrorgan 61 gesteuert.
- Der Mikroprozessor 71 kann ferner zu Steuerzwecken mit der Rüttelvorrichtung 4 verbunden sein. Ebenso können dem Mikroprozessor 71 bei Verwendung eines Formsandes von anderer Beschaffenheit und damit anderen Verdichtungseigenschaften entsprechende Informationen, zum Beispiel über die Höhe des dann anzulegenden Unterdruckes, eingegeben werden.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 10, Nr. 100 (M-470)(2157) 16. April 1986; & JP-A-60 234 736 (Yukio Tomaya) 21.11.1985 * |
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