DE19649428B4

DE19649428B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Form

Info

Publication number: DE19649428B4
Application number: DE19649428A
Authority: DE
Inventors: Koichi Yokohama Matsuura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: BR9604635A; US20010001893A1; HK1002176A1; DE19649428A1; JP3114159B2; JPH09150237A; KR970025780A; CN1158286A; CN1084002C

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Form zum Gießen von Metall, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen von mindestens zwei Sandblöcken (4a, 4b), die jeweils eine zusammenpassende Oberfläche und freiliegende Umfangsoberflächen besitzen;
Vorbereiten der Sandblöcke (4a, 4b) durch Verfestigen des Sandes darin auf eine Druckfestigkeit im Bereich zwischen 20 und 80 kg/m²;
direktes Bearbeiten jeder der zusammenpassenden Oberflächen durch eine automatische Bearbeitungsmaschine (2) zur Bildung einer Formoberfläche in jedem Sandblock (4a, 4b), wobei die automatische Bearbeitungsmaschine (2) ein Bearbeitungswerkzeug (7) gemäß einem vorinstallierten Programm steuert; und Kombinieren der mindestens zwei Sandblöcke (4a, 4b) durch Zusammenfügen der zusammenpassenden Oberflächen, um dadurch einen Formhohlraum zum Gießen eines gewünschten Produkts dazwischen zu definieren.

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 hergestellte Prototypmodell wird normalerweise unter Verwendung von Präzisionsbearbeitungsmaschinen hergestellt, und zwar wegen der komplizierten Gestalt und wegen des Erfordernisses 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 Prototymodell aus der Sandform entfernt. Das Sandmodell wird von dem Prototypmodell dadurch entfernt, daß man es in einige wenige Teile unterteilt wenn die Sandform teilbar gemacht ist, oder aber dadurch, daß man es erhitzt damit es verbrennt oder schmilzt nachdem das Sandformmaterial um das Prototypmodell herum angeordnet ist, und zwar geschieht dies in dem Fall, wo das Prototypmodell aus Wachs oder Kunstharz hergestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren sind Schritte zur Herstellung des Prototypmodells und zur Übertragung der Gestalt oder Form des Prototymodells auf die Sandform notwendig, was das gesamte Verfahren kompliziert macht und darüber hinaus ist die Reproduzierbarkeit der Gestalt oder Form relativ niedrig. Insbesondere dann, wenn das Prototypmodell relativ groß ist und zudem noch eine komplizierte Gestalt besitzt, dann hat das Prototypmodell aus Wachs oder Harz keine hinreichende mechanische Festigkeit, was zu einer Verschlechterung bei der Verarbeitung und Bearbeitung sowie 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.

Aus der DE 26 05 687 C3 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung von Sandformen, die sich zur Herstellung von Gussstücken durch Giessen von geschmolzenem Metall oder geschmolzenem synthetischem Harz in einen Formhohlraum eignen unter Verwendung eines Schneid- oder Fräswerkzeugs wobei man Sand in einen Formkasten füllt und den Sand im Formkasten unter Bildung eines Sandblocks stampft. Der Sandblock wird zur Bildung des Formhohlraums unter Verwendung eines Schneid- und Fräswerkzeugs ausgehöhlt, das mit einer Profilier- oder Kopierfräsmaschine in Wirkverbindung steht und aus einer Tragkonstruktion und wenigstens einer an der Tragkonstruktion drehbar befestigten Messerbaugruppe besteht, die, während sie den Sandblock aushöhlt, gemäß einem vorbestimmten Programm, das in der Profilier- und Kopierfräsmaschine eingestellt ist und das Profil des gewünschten Gussstücks vorschreibt, bewegt wird. Das Ausheben des Sandes wird vorgenommen, wenn der Sandblock auf eine Druckfestigkeit von 2 bis 10 kg/m², vorzugsweise 2 bis 5 kg/m², erhärtet ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, und zwar zur Herstellung einer Form, die geeignet ist für das Formen von Produkten großer Größe und komplizierter Gestalt, wobei die Verwendung eines Prototypmodells des Gießproduktes nicht notwendig wird, wodurch die Schritte reduziert werden, die notwendig sind, und zwar verglichen mit dem konventionellen Verfahren, wobei sich erfindungsgemäß ferner ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit der Gestalt oder Form ergibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Form, und zwar mit den Schritten gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltunagen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Form vorgesehen, und zwar mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

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 konventionelle 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 geringen Kosten.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:
1A eine schematische Darstellung einer Übersicht der Erfindung;
1B eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Form;
2A eine perspektivische Ansicht, die einen Sandblock vor dessen Bearbeitung zeigt;
2B eine perspektivische Ansicht einer unteren Form;
2C eine perspektivische Ansicht einer oberen Form; und
2D eine perspektivische Ansicht einer Form, bei der die untere Form und die obere Form kombiniert sind.
Es seinen nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1A ist eine schematische Darstellung eines Umrisses oder einer Übersicht eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Herstellung einer Form gemäß der Erfindung. 1A zeigt einen Dateneingabeprozeß, wo die dreidimensionale Gestalt und Größe der Form betreffende Daten in einen Computer 1 eingegeben werden, und eine automatische 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 Eingabeprozeß wird durch einen im weiten Umfang bekanntes Programm ausgeführt, nämlich das als Computer Aided Manufacturing (CAM) bekannte Verfahren. Die Daten betreffend die Gestalt oder Form und Größe der Form können durch einen 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 von einem Modell selbst auszulesen. Die Form ist unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren konstruiert, wie beispielsweise des Schrumpfens bei der Verfestigung oder des zu bearbeitenden oder zu schneidenden Materials bei der Endbearbeitung zusätzlich zu der Konstruktion des Gußproduktes 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 zum CAM weggelassen werden. Auch wenn das durch Gießen herzustellende Produkt selbst unter Verwendung von CAD konstruiert wird, kann die Form automatisch gleichzeitig mitkonstruiert werden, was weiterhin die für die Herstellung der Form erforderliche Zeit verkürzt.
1B ist eine perspektivische Ansicht einer automatischen Bearbeitungsmaschine 2 gemäß der Erfindung. Die automatische Bearbeitungsmaschine 2 besitzt einen Bearbeitungstisch 5 auf dem ein zu bearbeitender Sandblock 4 angeordnet 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 Bearbeitungswerkzeug 7, wie beispielsweise einen Bohrer, einen Endfräser oder einen Schneidfräser zu tragen und anzutreiben. Die automatische Bearbeitungsmaschine 3 ist auch mit einer Steuervorrichtung versehen, und zwar zur Steuerung der Bewegung des Maschinenkopfes 8 und der Drehung des Bearbeitungswerkzeugs 7. Die automatische Bearbeitungsmaschine 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 entsteht. Das Absorptionsrohr 8 kann vorzugsweise am Maschinenkopf 8 vorgesehen sein, um sich so zusammen mit diesem zu bewegen, so daß das Öffnungsende des Absorptionsrohrs 9 stets nahe dem Bearbeitungswerkzeug 7 liegt, welches den Block 4 bearbeitet, wodurch Sand oder Staub sicher abgesaugt wird.
Die Form kann durch die oben beschriebene automatische Bearbeitungsmaschine in der folgenden Art und Weise hergestellt werden. In diesem Beispiel werden zwei plattenartige Blöcke 4 hergestellt, und jede der gegenüberliegenden Stirnflächen werden in eine Formoberfläche bearbeitet 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 Bearbeitungseigenschaften 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 ausgeführten Versuchstests haben die Blöcke eine Druckfestigkeit größer als 20 kg/cm², was keine Probleme hervorrief. 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 und 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 Sandmaterial verwendet werden. Vorzugsweise kann eine Form verwendet werden, die im allgemeinen als eine CO₂-Form bezeichnet 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 konfrontierenden 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, wenn der Block 4 hergestellt wird, oder zur gleichen Zeit wie 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 Projektionselement herstellt, und zwar mit einer Form oder Gestalt, in der zwei abgestumpfte Vorsprünge an ihren Böden verbunden sind, wobei das Objekt in die im Block 4 gebildete Ausnehmung 10a eingesetzt wird, in diesem Falle muß nicht die gesamte Oberfläche des Blockes 4 abgefräst oder bearbeitet werden, da nur das Formen der Vorsprünge 10b notwendig ist.
Das Bearbeiten der Oberfläche des auf dem Bearbeitungstisch 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 zum automatischen Wechsel der für die Bearbeitung erforderlichen Bearbeitungswerkzeuge 7 besitzen. Wenn ein derartiger Mechanismus nicht in der automatischen Bearbeitungsmaschine 2 vorgesehen ist, so werden die Werkzeuge 7 durch eine Bedienungsperson gewechselt. Nach der mechanischen Bearbeitung zur Bildung eines Hohlraums einschließlich eines Eingusses für das Gußmaterial wird erforderlichenfalls eine Oberflächenbehandlung auf der bearbeiteten Oberfläche ausgeführt, um die Oberfläche zu verfestigen. Durch das obengenannte Verfahren werden die Blöcke in eine untere Form 4a und eine obere Form 4b bearbeitet, die in den 2B bzw. 2C dargestellt 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 Formoberflächen zusammengepaßt sind, und zwar unter Verwendung der Ausnehmungen 10a und der Vorsprünge 10b als Positioniermittel. Bei diesem Beispiel ragt die Formoberfläche der oberen Form 4b gegenüber ihrer Zusammenpassungsoberfläche hervor.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Form wird die Bearbeitung ausgeführt, während die Sandchips oder -absplitterungen durch die Öffnung des Absorptionsrohrs 9 nahe dem Block 4 absorbiert werden, was verhindert, daß der Sand in einen Raum zwischen der Form 2 und dem Block während der Bearbeitung eindringt und die bearbeitete Oberfläche beschädigt. Da das Absorptionsrohr 9 den Sandstaub während der Bearbeitung absaugt, wird die Betriebsumgebung in einem guten Zustand gehalten.
Da der Block 4 basierend auf den in einen Computer eingegebenen Daten hinsichtlich Form und Größe der Form oder des Gußproduktes bearbeitet werden kann, ist das System für Massenproduktion für das Gußprodukt zweckmäßig; nichtsdestoweniger 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, Gussbedingungen oder aber kleinere Konstruktionsänderungen zu berücksichtigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Form zum Gießen von Metall, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Vorsehen von mindestens zwei Sandblöcken (4a, 4b), die jeweils eine zusammenpassende Oberfläche und freiliegende Umfangsoberflächen besitzen; Vorbereiten der Sandblöcke (4a, 4b) durch Verfestigen des Sandes darin auf eine Druckfestigkeit im Bereich zwischen 20 und 80 kg/m²; direktes Bearbeiten jeder der zusammenpassenden Oberflächen durch eine automatische Bearbeitungsmaschine (2) zur Bildung einer Formoberfläche in jedem Sandblock (4a, 4b), wobei die automatische Bearbeitungsmaschine (2) ein Bearbeitungswerkzeug (7) gemäß einem vorinstallierten Programm steuert; und Kombinieren der mindestens zwei Sandblöcke (4a, 4b) durch Zusammenfügen der zusammenpassenden Oberflächen, um dadurch einen Formhohlraum zum Gießen eines gewünschten Produkts dazwischen zu definieren.
Verfahren zur Herstellung einer Form nach Anspruch 1, wobei Daten für die Bearbeitung jedes Sandblocks (4a, 4b) erhalten werden basierend auf den Abmessungsdaten eines zu gießenden Produktes.
Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vorsprung (10b) und eine Ausnehmung (10a) an den zusammenpassenden Oberflächen der Sandblöcke (4a, 4b) vorgesehen sind zur relativen Positionierung der Sandblöcke (4a, 4b) mit Bezug auf einander.
Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Ausnehmung an jeder zusammenpassenden Oberfläche der Sandblöcke vorgesehen ist; und wobei ein Positionierungselement in die Ausnehmung eingesetzt wird zur relativen Positionierung der Sandblöcke mit Bezug auf einander.
Verfahren zur Herstellung einer Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Sandblöcke (4a, 4b) in einer plattenartigen Form oder Gestalt gebildet sind.
Vorrichtung zur Herstellung einer Form, wobei folgendes vorgesehen ist: ein Bearbeitungstisch (5), auf dem ein zu bearbeitender Block (4) angeordnet ist; eine automatische Bearbeitungsmaschine (2) zur Bearbeitung des Blocks (4) gemäß einem vorinstalliertem Programm; und ein Absorptionsrohr (9) zum Absorbieren oder Absaugen von während der Bearbeitung erzeugten Pulverteilchen, wobei das Absorptionsrohr (9) eine Öffnung aufweist, die benachbart zu einem bearbeiteten Teil des Blockes (4) angeordnet ist.