DE19649428A1

DE19649428A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Form

Info

Publication number: DE19649428A1
Application number: DE19649428A
Authority: DE
Inventors: Koichi Matsuura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: CN1084002C; CN1158286A; KR970025780A; BR9604635A; JPH09150237A; DE19649428B4; US20010001893A1; JP3114159B2; HK1002176A1

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.

Zusammenfassung der Erfindung

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.

Claims

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.

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.

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.

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.