DE19649428A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Form - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer FormInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung einer Form zum Gießen eines
Metallproduktes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Form ohne daß ein Prototypmodell hergestellt werden
muß.
Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Form für
ein Metallprodukt mit komplizierter Gestalt umfaßt den
Schritt des Herstellens eines Prototypmodells (Kernform)
mit der gleichen Form oder Gestalt wie das herzustellende
Produkt, und ferner ist ein Schritt des Herstellens einer
Form unter Verwendung des Prototypmodells erforderlich.
Das beispielsweise aus Holz, Metall oder Harz herge
stellte Prototypmodell wird normalerweise unter Verwen
dung von Präzisionsbearbeitungsmaschinen hergestellt, und
zwar wegen der komplizierten Gestalt und wegen des Erfor
dernisses eines hohen Genauigkeitsgrades der Abmessungen.
Sodann wird die Form (Hohlform) zum Gießen der Produkte
dadurch hergestellt, daß man die Form oder Gestalt des
Prototypmodells auf eine Sandform überträgt und sodann
die Sandform verfestigt.
Nachdem die Form des Prototypmodells auf die Sandform
übertragen ist, wird das Prototypmodell aus der Sandform
entfernt. Das Sandmodell wird von dem Prototypmodell da
durch entfernt, daß man es in einige wenige Teile unter
teilt wenn die Sandform teilbar gemacht ist, oder aber
dadurch, daß man es erhitzt damit es verbrennt oder
schmilzt nachdem das Sandformmaterial um das Prototypmo
dell herum angeordnet ist, und zwar geschieht dies in dem
Fall, wo das Prototypmodell aus Wachs oder Kunstharz her
gestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren sind Schritte zur Herstellung
des Prototypmodells und zur Übertragung der Gestalt oder
Form des Prototypmodells auf die Sandform notwendig, was
das gesamte Verfahren kompliziert macht und darüber hin
aus die Reproduzierbarkeit der Gestalt oder Form relativ
niedrig. Insbesondere dann, wenn das Prototypmodell rela
tiv groß ist und zudem noch eine komplizierte Gestalt be
sitzt, dann hat das Prototypmodell aus Wachs oder Harz
keine hinreichende mechanische Festigkeit, was zu einer
Verschlechterung bei der Verarbeitung und Bearbeitung so
wie bei der abmessungsmäßigen Genauigkeit führt. Wenn die
Sandform teilbar gemacht ist, so ist es sehr schwierig
die Sandform durch Teilen zu entfernen, da Gewicht und
Abmessungen groß sind und möglicherweise ein Abplatzen
von Einzelheiten hervorgerufen werden kann.
Es ist ein Ziel der Erfindung ein Verfahren und eine Vor
richtung vorzusehen, und zwar zur Herstellung einer Form
die geeignet ist für das Formen von Produkten großer
Größe und komplizierter Gestalt, wobei die Verwendung ei
nes Prototypmodells des Gießproduktes nicht notwendig
wird, auf welche Weise die Schritte reduziert werden die
notwendig sind, und zwar verglichen mit dem konventionel
len Verfahren, wobei sich erfindungsgemäß ferner ein ho
hes Maß an Reproduzierbarkeit der Gestalt oder Form er
gibt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfah
ren zur Herstellung einer Form vorgesehen, welches fol
gende Schritte vorsieht: Herstellen eines Blocks aus ei
nem verfestigten Pulvergranulatmaterial; direktes Verar
beiten des Blockes durch eine automatische Verarbeitungs
maschine zur Bildung einer Formoberfläche an dem Block,
wobei die automatische Bearbeitungs- oder Verarbeitungs
maschine einen Steuerabschnitt aufweist, und zwar zur
Steuerung einer Werkzeugmaschine entsprechend einem zuvor
eingebauten Programm.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vor
richtung vorgesehen zur Herstellung einer Form, wobei
folgendes vorgesehen ist: ein Bearbeitungs- oder Verar
beitungstisch auf dem der zu verarbeitende Block angeord
net wird, eine automatische Verarbeitungs- oder Bearbei
tungsmaschine zur Bearbeitung des Blockes gemäß einem zu
vor installierten Programm, und ein Absorptionsrohr zum
Absorbieren von Pulverteilchen die während der Bearbei
tung erzeugt werden, wobei das Absorptionsrohr eine Öff
nung aufweist, die benachbart zu einem bearbeiteten Teil
des Blocks vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Form direkt
durch die Bearbeitung eines Sandblockes hergestellt wird,
eine detaillierte und komplizierte Gestalt an dem Block
bearbeitet oder herausgearbeitet werden und der konven
tionelle Form- oder Gestaltübertragungsschritt ist nicht
erforderlich. Daher macht es die durch die vorliegende
Erfindung hergestellte Form möglich einen präziseren
Formprozeß durchzuführen. Infolge dessen kann ein Produkt
mit einer komplizierten Gestalt gegossen werden, und zwar
mit einem hohen Niveau an Reproduzierbarkeit und mit ge
ringen Kosten.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie
len anhand der Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt
Fig. 1A eine schematische Darstellung einer Über
sicht der Erfindung;
Fig. 1B eine perspektivische Ansicht einer Vor
richtung zur Herstellung einer erfindungs
gemäßen Form;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht, die einen
Sandblock vor dessen Bearbeitung zeigt;
Fig. 2B eine perspektivische Ansicht einer unteren
Form;
Fig. 2C eine perspektivische Ansicht einer oberen
Form; und
Fig. 2D eine perspektivische Ansicht einer Form,
bei der die untere Form und die obere Form
kombiniert sind.
Es seien nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er
findung beschrieben.
Fig. 1A ist eine schematische Darstellung eines Umrisses
oder einer Übersicht eines Verfahrens sowie einer Vor
richtung zur Herstellung einer Form gemäß der Erfindung.
Fig. 1A zeigt einen Dateneingabeprozeß, wo die dreidi
mensionale Gestalt und Größe der Form betreffende Daten
in einen Computer 1 eingegeben werden, und eine automati
sche Bearbeitungsmaschine 2 steuert ihren Maschinenkopf
der mit einem Bearbeitungswerkzeug ausgestattet ist, und
zwar erfolgt dies entsprechend den eingegebenen Daten
worauf dann die Bearbeitung der Form erfolgt. Dieser Ein
gabeprozeß wird durch einen im weiten Umfang bekanntes
Programm ausgeführt, nämlich das als Computer Aided Manu
facturing (CAM) bekannte Verfahren. Die Daten betreffend
die Gestalt oder Form und Größe der Form können durch ei
nen Benutzer eingegeben werden, oder unter Verwendung
verschiedener Vorrichtungen oder Programme die entwickelt
wurden und die in der Lage sind direkt oder indirekt
Daten aus einer Zeichnung eines Modells 3 oder eines Mo
dells selbst auszulesen. Die Form ist unter Berücksichti
gung verschiedener Faktoren konstruiert, wie beispiels
weise des Schrumpfens bei der Verfestigung oder des zu
bearbeitenden oder zu schneidenden Materials bei der End
bearbeitung zusätzlich zu der Konstruktion des Gußproduk
tes durch die Form. Wenn die Konstruktion der Form unter
Verwendung eines Programms, nämlich des Computer Aided
Design (CAD) ausgeführt wird, und zwar mit der Anzeige
eines Bildes der Form, so können die Daten des CAD direkt
als die Daten von CAM verwendet werden. In diesem Falle
kann der Schritt des Eingebens der Daten zur CAM wegge
lassen werden. Auch dann, wenn das durch Gießen herzu
stellende Produkt selbst unter Verwendung von CAD kon
struiert wird, kann die Form auch automatisch gleichzei
tig mitkonstruiert werden, was weiterhin die für die Her
stellung der Form erforderliche Zeit verkürzt.
Fig. 1B ist eine perspektivische Ansicht einer automati
schen Bearbeitungsmaschine 2 gemäß der Erfindung. Die au
tomatische Bearbeitungsmaschine 2 besitzt einen Bearbei
tungstisch 5 auf dem ein zu bearbeitender Sandblock 4 an
geordnet wird. Oberhalb des Bearbeitungstisches 5 ist ein
Werkzeugtragteil 6 vorgesehen, um brückenartig über dem
Bearbeitungstisch 5 zu liegen. Der Werkzeugtragteil 6 ist
mit einem Maschinenkopf 8 ausgestattet, welcher in einer
oder mehreren Richtungen bewegbar ist um ein Bearbei
tungswerkzeug 7, wie beispielsweise einen Bohrer, einen
Endfräser oder einen Schneidfräser zu tragen und anzu
treiben. Die automatische Bearbeitungsmaschine 2 ist auch
mit einer Steuervorrichtung versehen, und zwar zur Steue
rung der Bewegung des Maschinenkopfes 8 und der Drehung
des Bearbeitungswerkzeugs 7. Die automatische Bearbei
tungsmaschine 2 besitzt ein oder mehrere Absorptionsrohre
9 die mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe verbunden
sind, und zwar zur Absorption und zum Ausstoßen von Sand
oder Staub der während der Bearbeitung des Blockes 4 ent
steht. Das Absorptionsrohr 8 kann vorzugsweise am Ma
schinenkopf 8 vorgesehen sein, um sich so zusammen mit
diesem zu bewegen, so daß das Öffnungsende des Absorpti
onsrohrs oder Absorptionsschlauches 9 stets nahe dem Be
arbeitungswerkzeug 7 liegt, welches dem Block 4 bearbei
tet, auf welche Weise Sand oder Staub sicher abgesaugt
wird.
Die Form kann durch die oben beschriebene automatische
Bearbeitungsmaschine in der folgenden Art und Weise her
gestellt werden. In diesem Beispiel werden zwei platten
artige Blöcke 4 hergestellt, und jede der gegenüberlie
genden Stirnflächen werden in eine Formoberfläche bear
beitet oder verarbeitet. Die Blöcke 4 werden sodann zum
Aufbau einer Form kombiniert, die eine untere Form 4a und
eine obere Form 4b aufweist. Das Material für den Block 4
muß zusätzlich zu den üblichen Eigenschaften, die für ein
Formmaterial erforderlich sind, gewisse mechanisch Bear
beitungseigenschaften aufweisen, die ausreichen um das
Auftreten von Chips oder Spänen während der Bearbeitung
zu verhindern obwohl eine genaue Spezifikation insofern
nicht notwendig ist. Gemäß den durch die Erfinder ausge
führten Versuchstests haben die Blöcke eine Druckfestig
keit, größer als 20 kg/cm², was keine Probleme hervor
rief. Wenn jedoch die Kompressions- oder Druckfestigkeit
des Blockes 4 größer war als 80 kg/cm², dann wurde die
Verarbeitungseffizienz oder die Lebensdauer der Werkzeuge
7 absenkt. Somit ist der optimale Bereich für die
Druckfestigkeit des Blockes 4 zwischen 40-60 kg/cm².
Das Sandmaterial des Blockes 4 wird vorzugsweise feiner
als üblich vorgesehen, wenn die Bearbeitungseffizienz und
die Lebensdauer der Werkzeuge 7 in Betracht gezogen wird.
Wenn die Form zum Gießen eines Produktes verwendet wird,
das eine hohe Rißbildungsempfindlichkeit aufweist, so
sollte ein Block hergestellt aus einem speziellen Sandma
terial verwendet werden. Vorzugsweise kann eine Form ver
wendet werden, die im allgemeinen als eine CO₂-Form be
zeichnet wird, und zwar einschließlich Wasserglas als ein
Bindemittel welches durch ein Gas ausgehärtet wird, oder
aber es kann eine Furanharzform verwendet werden, bei der
ein Furanharz durch eine Säure die darin enthalten ist
ausgehärtet wird.
An den Ecken der gegenüberliegenden oder sich konfrontie
renden Oberflächen der Blöcke 4 sind Ausnehmungen 10a und
Vorsprünge 10b ausgeformt, und zwar zur Positionierung
der Blöcke 4 bezüglich einander. Die Ausnehmungen 10a und
die Vorsprünge 10b können zu der Zeit geformt werden als
der Block 4 hergestellt wurde oder gleichzeitig dann,
wenn die Formoberfläche am Block 4 durch die automatische
Bearbeitungsmaschine 2 bearbeitet wird. Die Vorsprünge
10b können auch dadurch geformt oder gebildet werden, daß
man zuvor ein vorspringendes Element oder ein Projekti
onselement herstellt, und zwar mit einer Form oder Ge
stalt in der zwei abgestumpfte Vorsprünge an ihren Böden
verbunden sind, wobei das Objekt in die Ausnehmung 10a
gebildet im Block 4 eingesetzt wird, in diesem Falle muß
nicht die gesamte Oberfläche des Blockes 4 geschliffen
oder bearbeitet werden, da nur das Formen der Vorsprünge
10b notwendig ist.
Das Bearbeiten der Oberfläche des auf dem Bearbeitungs
tisch 5 angeordneten und positionierten Blocks 4 wird
durch die automatische Bearbeitungsmaschine 2 gemäß dem
zuvor installierten Programm ausgeführt. Die automatische
Bearbeitungsmaschine 2 kann einen Mechanismus zur automa
tischen Änderung oder zum automatischen Wechsel der Bear
beitungswerkzeuge 7 erforderlich für die Bearbeitung be
sitzen. Wenn ein derartiger Mechanismus nicht in der au
tomatischen Bearbeitungsmaschine 2 vorgesehen ist, so
werden die Werkzeuge 7 durch eine Bedienungsperson ge
wechselt. Nach der mechanischen Bearbeitung zur Bildung
eines Hohlraums einschließlich eines Eingusses für das
Gußmaterial wird eine Oberflächenbehandlung auf der bear
beiteten Oberfläche ausgeführt, um die Oberfläche wenn
erforderlich zu verfestigen. Durch das obengenannte Ver
fahren werden die Blöcke in eine untere Form 4a und eine
obere Form 4b bearbeitet, die in den Fig. 2B bzw. 2C dar
gestellt sind. Die untere Form 4a und die obere Form 4b
werden zur Herstellung einer Form integriert, und zwar
durch Anhaften oder durch Befestigen nachdem ihre Form
oberflächen zusammengepaßt sind, und zwar unter Verwen
dung der Ausnehmungen 10a und der Vorsprünge 10b als Po
sitioniermittel. Bei diesem Beispiel ragt die Formober
fläche der oberen Form 4b gegenüber ihrer Zusammenpas
sungsoberfläche hervor.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungs
gemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Form wird die
Bearbeitung ausgeführt, während die Sandchips oder
-splitter durch das Absorptionsrohr 9, und zwar die Öff
nung desselben nahe des Blocks 4 absorbiert, was verhin
dert, daß der Sand in einen Raum zwischen der Form 2 und
dem Block während der Bearbeitung eindringt und die bear
beitete Oberfläche beschädigt. Da das Absorptionsrohr 9
den Sandstaub während der Bearbeitung absorbiert werden
die Betriebsumgebung in einem guten Zustand gehalten.
Da der Block 4 basierend auf den Daten hinsichtlich Form
und Größe der Form oder des Gußproduktes eingegeben in
einen Computer bearbeitet werden kann, ist es für ein
Massenproduktionssystem für das Gußprodukt zweckmäßig,
nichts desto weniger ist es aber auch geeignet für eine
Produktion kleiner Mengen mehrerer Produkte. Da die Daten
leicht geändert werden können oder auch kombiniert werden
können unter Verwendung des CAD-Verfahrens, ist es leicht
Änderungen der Form oder der Zustände vorzunehmen oder
aber kleinere Konstruktionsänderungen zu berücksichtigen.
Abwandlungen sind im Rahmen der Offenbarung möglich.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Form zum Gießen insbesondere eines Produktes mit großer Größe und mit komplizierter Gestalt. Das Verfahren zur Herstellung der Form umfaßt die Schritte des Herstellens eines Blockes in dem pulverförmiges Granularmaterial aus gehärtet ist und Bearbeitung des Blockes durch eine auto matische Bearbeitungsmaschine zur Definition oder Bildung der Formoberfläche in dem Block gemäß einem vorinstal lierten Programm.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Form zum Gießen insbesondere eines Produktes mit großer Größe und mit komplizierter Gestalt. Das Verfahren zur Herstellung der Form umfaßt die Schritte des Herstellens eines Blockes in dem pulverförmiges Granularmaterial aus gehärtet ist und Bearbeitung des Blockes durch eine auto matische Bearbeitungsmaschine zur Definition oder Bildung der Formoberfläche in dem Block gemäß einem vorinstal lierten Programm.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung einer Form, wobei die fol
genden Schritte vorgesehen sind:
Herstellen eines Blockes bestehend aus einem verfe stigtem pulverförmigen Granularmaterial; und
direktes Bearbeiten des Blockes durch eine automati sche Bearbeitungsmaschine zur Bildung einer Form oberfläche auf dem Block, wobei die automatische Be arbeitungsmaschine einen Steuerabschnitt aufweist, zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges gemäß ei nem vorinstallierten Programm.
Herstellen eines Blockes bestehend aus einem verfe stigtem pulverförmigen Granularmaterial; und
direktes Bearbeiten des Blockes durch eine automati sche Bearbeitungsmaschine zur Bildung einer Form oberfläche auf dem Block, wobei die automatische Be arbeitungsmaschine einen Steuerabschnitt aufweist, zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges gemäß ei nem vorinstallierten Programm.
2. Verfahren zur Herstellung einer Form nach Anspruch
1, wobei ferner der Schritt des Erhalts von Daten
für die Bearbeitung des Blockes basierend auf den
Abmessungsdaten eines zu gießenden Produktes vorge
sehen ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Form nach Anspruch 1
oder 2, wobei der Schritt der Kombination einer
Vielzahl der Blöcke vorgesehen ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3,
wobei der Schritt des Vorsehens eines Vorsprungs
vorgesehen ist und ferner einer Ausnehmung an den
zusammenpassenden Oberflächen der Blöcke zu relati
ven Positionierung der Blöcke bezüglich einander.
5. Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3,
wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen einer Ausnehmung an jeder zusammenpassenden Oberfläche der Blöcke; und
Einsetzen eines Positionierungselements in die Aus nehmung zur relativen Positionierung der Blöcke be züglich einander.
Vorsehen einer Ausnehmung an jeder zusammenpassenden Oberfläche der Blöcke; und
Einsetzen eines Positionierungselements in die Aus nehmung zur relativen Positionierung der Blöcke be züglich einander.
6. Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere
Anspruch 3, wobei die Vielzahl der Blöcke in einer
plattenartigen Form oder Gestalt gebildet sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere
Anspruch 1, wobei der Block dadurch hergestellt
wird, daß man das pulverförmige Granularmaterial
verfestigt, und zwar mit einer Druckfestigkeit im
Bereich von 20 bis 80 kg/cm².
8. Verfahren zur Herstellung einer Form, wobei folgen
des vorgesehen ist:
ein Bearbeitungstisch auf dem ein zu bearbeitender Block angeordnet ist;
eine automatische Bearbeitungsmaschine zur Bearbei tung des Blocks gemäß einem vorinstallierten Pro gramm; und
ein Absorptionsrohr oder ein Absorptionsschlauch zum Absorbieren von während der Bearbeitung erzeugten Pulverteilchen, wobei das Absorptionsrohr eine Öff nung aufweist, die benachbart zu einem bearbeiteten Teil des Blockes angeordnet ist.
ein Bearbeitungstisch auf dem ein zu bearbeitender Block angeordnet ist;
eine automatische Bearbeitungsmaschine zur Bearbei tung des Blocks gemäß einem vorinstallierten Pro gramm; und
ein Absorptionsrohr oder ein Absorptionsschlauch zum Absorbieren von während der Bearbeitung erzeugten Pulverteilchen, wobei das Absorptionsrohr eine Öff nung aufweist, die benachbart zu einem bearbeiteten Teil des Blockes angeordnet ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Form, wobei die fol
genden Schritte vorgesehen sind:
Herstellen eines Blockes aus einem bearbeitbaren Ma terial; und
direkte Bearbeitung des Blockes durch eine automati sche Bearbeitungsmaschine zur Bildung einer Form oberfläche an dem Block, wobei die automatische Be arbeitungsmaschine einen Steuerabschnitt aufweist, zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges gemäß ei nem vorinstallierten Programm.
Herstellen eines Blockes aus einem bearbeitbaren Ma terial; und
direkte Bearbeitung des Blockes durch eine automati sche Bearbeitungsmaschine zur Bildung einer Form oberfläche an dem Block, wobei die automatische Be arbeitungsmaschine einen Steuerabschnitt aufweist, zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges gemäß ei nem vorinstallierten Programm.
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