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Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus riesel-
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fähigem Formstoff, insbesondere Form sand Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus rieselfähigem Formstoff, insbesondere
Formsand, indem ein Modell mit dem Formstoff umgeben und der mit Wasser versetzte
Formstoff durch Ab-0 kühlen auf unter 0 C verfestigt wird, woraufhin die gefrorene
Form abgegossen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Formeinrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei der Herstellung von Gießformen für die industrielle Gießereitechnik
kommt es insbesondere auf eine ausreichend große Festigkeit der Form an. Diese Festigkeit
wurde bisher bei Formsand durch Zugabe von Ton, Bentonite, Zement, Silikate oder
organische Bindemittel, wie Öl, Kunstharz etc. erreicht. Formsande mit Ton oder
synthetischer Bindung bedürfen einer großen Verdichtungsarbeit durch Schießen, Rütteln,
Pressen
od. dgl. Sie erfordern ferner bei der Aufbereitung des Formsandes
für die erneute Herstellung einer Form einen beträchtlichen Aufwand, um den Altsand
wieder in ein riesel- und mischfähiges Material zu überführen. Hinzu kommt insbesondere
bei organisch gebundenen Formsanden eine erhebliche Emission an teilweise schädlichen
Gasen.
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Es hat deshalb in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Formverfahren
zu entwickeln, mit deren Hilfe die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. So ist
das sog. "Vollformverfahren" bekannt geworden, bei dem nicht mit geteilten Modellen
und Formen gearbeitet wird, sondern das Modell dem kompletten Gußstück entspricht.
Hierbei werden insbesondere Modelle aus aufgeschäumtem Kunststoff verwendet, die
in einem einzigen Formkasten von Sand umgeben werden. Der Formsand wird mit herkömmlichen
Bindemitteln, wenn auch in geringeren Mengen, versetzt und die Form in gleichfalls
herkömmlicher Art verdichtet. Hierbei kommt man mit geringeren Formfestigkeiten
aus, da -im Gegensatz zu zweiteiligen Formendie Form weniger manipuliert werden
muß. Der Vorteil dieses Verfahrens ist vor allem darin zu sehen, daß das Gußstück
ohne Grat hergestellt wird, so daß kaum Putzarbeiten anfallen. Die Probleme im Zusammenhang
mit der Sandaufbereitung und der Emission von Gasen sind bei diesem Verfahren jedoch
nicht beseitigt.
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Das vorgenannte Verfahren ist dadurch zu vervollkommnen versucht worden,
daß man auf Bindemittel verzichtet und statt dessen einen rieselfähigen magnetisierbaren
Formstoff verwendet, der nach Auffüllen der Form einem starken Magnetfeld ausgesetzt
wird. Dieses Magnetfeld wird während des Abgießens aufrecht erhalten, um durch die
Magnetkräfte und die magnetische Orientierung der Partikel eine "feste" Form zu
erhalten. Langjährige praktische Versuche mit diesem Verfahren haben bisher zu keinem
befriedigenden Ergebnis geführt.
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In neuerer Zeit ist schließlich ein Verfahren bekannt geworden (DE-OS
2738 114 = US-PS 4 150 704), bei welchem dem FormsandWasser zugemischt und der feuchte
Formstoff über dem Modell durch Rütteln, Pressen od. dgl. verdichtet wird. Nach
Abziehen des Modells -man arbeitet mit zwei- oder mehrfach geteilter Form- wird
die Formfläche mit einem Kühlmittel, z.B. Flüssiggasen. Trockeneis od. dgl. derart
abgekühlt, daß die Form gefriert. Zwei solchermaßen hergestellte und "erstarrte"
Formhälften werden zu einer Gießform zusammengefügt, verklammert, ggfs. beschwert
und abgegossen. Beim Abgießen sublimiert das gefrorene Wasser und dampft zumindest
teilweise ab, so daß die Form einige Zeit nach dem Abguß in sich zusammenfällt.
Dadurch wird die Sandaufbereitung vereinfacht -kein aufwendiges Zerkleinern, Absieben
etc. - und insbesondere ist der Formstoff weitgehend wiederverwendbar.
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Von Nachteil ist jedoch auch bei diesem Verfahren, daß es in seiner
praktischen Ausführung einen wenn auch geringen Zusatz von Bindemitteln erfordert,
um die notwendige Grünfestigkeit des Formsandes zu gewährleisten und insbesondere
ein kantenscharfes Abziehen des Modells zu ermöglichen. Bei komplizierten Modellformen,
beispielsweise Elektromotorengehäusen od. dgl., versagt dieses Verfahren, es sei
denn, der Zusatz an Bindemittel wird noch weiter erhöht. Dann aber werden die durch
das Gefrieren der Form erreichten Vorteile wieder zunichte gemacht. Im übrigen läßt
sich dieses Verfahren nur im Handbetrieb, also mit kleiner Leistung verwirklichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs angedeutete
und zuletzt geschilderte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß -unabhängig
von Form und Größe der Gußstücke- jeglicher Zusatz an Bindemitteln zum Formstoff
entfallen kann und insbesondere eine mechanisierte Fertigung der Formen, also eine
in der sonstigen Formtechnik bekannt hohe Leistung ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein beim Abgiessen
der Form vergasendes Modell -ähnlich wie beim Vollformverfahrenverwendet und dieses
zusammen mit dem Formstoff dem Kühl prozeß unterworfen wird. Vorzugsweise werden
dabei Modelle aus aufgeschäumtem Kunststoff verwendet.
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Da ein Entformen des Modells entfällt, kann hier wirklich auf jeglichen
Zusatz an Bindemittel verzichtet werden. Die gefrorene Form weist eine für das Abgießen
ausreichende Festigkeit auf. Praktische Versuche haben gezeigt, daß trotz der wärmedämmenden
Eigenschaft des Modells die Form ohne weiteres durch und durch gefroren werden kann,
also nicht etwa die Formflächen weich bleiben. Auch die beim Abgießen entstehenden
Vergasungsprodukte aus dem Modell sind diesem Verfahren nicht abträglich, vielmehr
entweichen sie -wie auch der sich bildend Wasserdampf- durch die Poren der erst
langsam "auftauenden" Form. An der Formfläche kondenseren Vergasungsprodukte, die
eine reduzierende Atmosphäre schaffen.
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Der kondensierende Ruß, der beim Aufarbeiten des Formstoffs in diesem
verbleibt, unterstützt diesen Effekt, so daß dem Gußstück eine gute Oberfläche verliehen
wird. Da der Formstoff keinerlei Bindemittel enthält, liegt er einige Zeit nach
dem Abguß in der gleichen Form vor, wie vor der Herstellung, d.h. der Formstoff
läßt sich unmittelbar und zur Gänze wiederverwenden, und zwar ohne jegliche Aufbereitung,
da er auch in gleichem Maß rieselfähig ist wie im Ausgangszustand. Schließlich wird
gegenüber dem bekannten Verfahren der weitere Vorteil erreicht, daß das Entformen
von Modellen entfällt und das Gußstück praktisch ohne Grat hergestellt wird, so
daß auch keine Putzarbeiten mehr notwendig sind.
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In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird der Formstoff in trockenem
Zustand unter Vibrieren auf das Modell aufgegeben und erst danach das Wasser zugesetzt.
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Es ist bekannt, daß trockener Sand sehr gute Fließeigenschaften besitzt,
insbesondere dann, wenn er einer Schwingung ausgesetzt ist. Dieses bekannte Phänomen
nützt die Erfindung aus, um eine gute Formfülligkeit zu erreichen. Praktische Versuche
haben gezeigt, daß trockener, feinkörniger Formsand auch in die Hohlräume verwickelter
Modelle, ja sogar in hinterschnittene Hohlräume formfüllend eindringt, wenn die
Form vibriert wird.
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Danach wird dann das für den Gefrierprozeß erforderliche Wasser zugegeben,
das von dem trockenen Formsand wie von einem Schwamm aufgesaugt wird, so daß das
Wasser auch bis in die mit Formsand gefüllten verwickelten Formhohlräume eindringt.
Je nach Art des Formstoffs und seiner Dichte kann diese Penetration des Wassers
noch dadurch erhöht werden, daß ihm Entspannungsmittel und/oder dem Formsand Netzmittel
zugefügt werden. Mit dieser Ausführung des Verfahrens entfällt das bei dem bekannten
Gefrierprozeß erforderliche Mischen von Formsand und Wasser, da dieses erst nach
Füllen der Form zugegeben wird. Weiterhin entfällt auch das genaue Dosieren der
beiden Komponenten.
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Der Formstoff kann durch Schwerkraft oder auch durch Schießen, ggfs.
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auch durch zweiseitiges Schießen auf das Modell aufgegeben werden,
wobei die Form schon während der Aufgabe des Formstoffs vibriert wird.
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Die Zugabe von Wasser erfolgt in einfachster Weise dadurch, daß nach
Füllen der Form mit dem trockenen Formstoff die Form mit Wasser geflutet wird, so
daß eine vollständige Penetration des Wassers gewährleistet ist.
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Während oder unmittelbar nach dem Fluten wird das nach Durchdringen
des Formstoffs vorhandene Überschußwasser abgesaugt oder durch Zentrifugieren der
Form entfernt. Hierdurch soll die Gasdurchlässigkeit gewährleistet werden1 indem
das Porenwasser entfernt wird und für das Gefrieren lediglich das an der Kornoberfläche
adsorbierte Wasser genutzt wird. Die offenen Poren stehen also für den Abzug des
Dampfs und der Vergasungsprodukte zur Verfügung.
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Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Modell
mit dem angefeuchteten Formstoff in ein oder mehr Schichten überzogen, 0 anschließend
auf unter 0 C abgekühlt und schließlich mit weiterem Formstoff hinterfüllt, der
ggfs. nach vorangehendem oder nachfolgendem Zusatz 0 von Wasser auch auf unter 0
C abgekühlt wird.
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Hierdurch kann insbesondere im Bereich der Formfläche eine besonders
hohe Festigkeit erreicht werden. Ferner ist das Modell während des Verdichtungsprozesses
nicht gefährdet und der Kühlmittelbedarf wird verringert, da der nachträglich aufgegebene
Formstoff nicht so tief heruntergekühlt werden muß.
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Das Modell kann ggfs. mit einer seine Oberfläche glättenden Schlichte
überzogen werden, wie dies an sich vom Vollformverfahren her bekannt ist. Ebenso
werden vorzugsweise die beim Abgießen entstehenden Vergasungsprodukte des Modells
abgesaugt, um eine mengenmäßig zu starke Kondensation am Formstoff, welche die Wiederverwendbarkeit
desselben beeinträchtigen könnte, zu vermeiden.
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Als Formstoffe kommen alle herkömmlichen feuerfesten Formstoffe und
Formsande, wie Zirkon- oder Chromit-Sand, Metalloxide, z.B. Aluminium-oder Magnesium-Oxid,
aber auch metallische Werkstoffe, wie Aluminium-, Kupfer- oder Eisen-Granalien oder
schließlich Gemische der vorgenannten Stoffe in Frage. Hierdurch läßt sich insbesondere
die Wärmeleitfähigkeit und damit die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen. Das erfindungsgemäße
Verfahren gestattet es insbesondere, sehr hochwertige Formstoffe einzusetzen, da
deren höherer Preis dadurch wettgemacht wird, daß praktisch kein Abfallsand entsteht.
Damit lassen sich also auch die metallurgischen Eigenschaften des Gußstücks vom
Formstoff her beeinflussen.
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Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die Erfindung einen das Modell
und den trockenen Formstoff aufnehmenden Formrahmen vor, der zumindest
unterseitig
mittels einer Bodenplatte geschlossen ist und dessen Seitenwände und/oder Bodenplatte
mit Wasser-Austrittsöffnurgen, z. B. Absaugöffnungen versehen ist.
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Diese Austrittsöffnungen dienen dazu, das beim nachträglichen Zusetzen
von Wasser erforderliche Absaugen oder Zentrifugieren des Überschußwassers und/oder
das Absaugen von Vergasungsprodukten des Modells zu ermöglichen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist weiterhin eine mit Öffnungen versehene
Deckplatte an der Oberseite des Formrahmens vorgesehen, die beispielsweise zum nachträglichen
Fluten der Form aber auch zum Entfernen des Überschußwassers oder Absaugen der Vergasungsprodukte
dient.
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Deckplatte und Bodenplatte können miteinander, z.B. mittels Klammern
verbindbar sein, sodaß die Formeinrichtung gewendet werden kann, um sie beispielsweise
von der einen oder anderen Seite fluten und Überschußwasser bzw. Vergasungsprodukte
entfernen zu können.
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Da die Formrahmen weit geringeren Beanspruchungen während der Verdichtung
ausgesetzt sind als bei herkömmlichen Formverfahren, können sie dünnwandig ausgebildet
sein, wodurch der Kühlmittelverbrauch günstig beeinflußt wird. Dies kann noch dadurch
unterstützt werden, daß der Formrahmen aus gut wärmeleitendem Werkstoff, z.B. Aluminium
od. dgl. hergestellt ist, so daß die komplette Form durch eine Kühlanlage laufen
kann.
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Mit Vorteil sind die Formrahmen innenseitig stark konisch ausgebildet,
so daß sie unmittelbar nach dem Abguß von der noch starren Form abgezogen und wieder
an die Füllstation verbracht werden können. Die Form fällt dann erst nach einiger
Verweilzeit, d.h. nach fölliger Durchwärmung zusammen.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels der
Form einrichtung, die in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, beschrieben.
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Die Formeinrichtung gemäß Figur 1 und 2 weist eine Grundplatte 1 auf,
die mit Vibratoren 2 mechanischer, elektromechanischer oder pneumatischer Art versehen
und über Schwingfedern 3 abgestützt ist. Ferner gehören zur Formeinrichtung ein
dünnwandiger Formrahmen 4 und eine auf der Grundplatte 1 sitzende Bodenplatte 5,
die den Formrahmen 4 nach unten abschließt. Die Bodenplatte 5 ist mit Absaugöffnungen
6, z.B. in Form von Such in tzdüsen, versehen.
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Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gehört zur Formeinrichtung ferner
eine den Formrahmen 4 oberseitig abschließende Deckplatte 7, die mit Öffnungen 8,
ggfs. auch in Form von Schlitzdüsen, versehen ist. Die Deckplatte 7 ist mit der
Bodenplatte 5 durch Klammern 9 verbunden. Die Deckplatte 7 und die Bodenplatte 5
bilden den Boden eines Behälters 13.
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In der Zeichnung ist ferner ein Modell 10 erkennbar, das ein Positiv
des herzustellenden Gußstücks darstellt und beispielsweise aus einem aufgeschäumten
Kunststoff 1 beispielsweise aufgeschäumten Polystyrol, besteht.
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Das Modell 10 weist beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel eine
durchgehende zentrale Bohrung 11 auf. Weiterhin ist ein vorzugsweise aus gleichem
Material bestehender Eingußtrichter 12 erkennbar, der zugleich als Modellstütze
dient. Modell 10 und Eingußtrichter 12 können ggfs. auch einstückig hergestellt
sein.
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Nach Festlegen des Eingußtrichters 12 an der Bodenplatte 5 und ggfs.
nachträglichem Festlegen des Modells 10 am Eingußtrichter 12, wird der Formrahmen
4 mit dem rieselfähigen Formstoff gefüllt (Figur 1). Zugleich werden die Vibratoren
2 erregt, die die Schwingung über die Grundplatte 1, die
Bodenplatte
5 und den Formrahmen 4 in den Formstoff übertragen. Der trockene Formstoff verhält
sich dabei wie ein Fluid und dringt in alle Formhohlräume, so beispielsweise auch
in die Bohrung 11 formfüllend ein.
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Die solchermaßen verdichtete Form wird von der Grundplatte 1 abgenommen
und auf einen Rezipienten 14 gesetzt, der an seinem oberen Rand mit Dichtungen 15
und mit einem Vakuumanschluß 16 versehen ist. Zuvor oder zugleich wird in den Behälter
13 Wasser aufgegeben und der Formrahmen 4 geflutet, wobei das Wasser durch die Öffnungen
8 in den Formsand eindringt.
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Das Übersch ußwasser tropft in den Rezipienten 14 bzw. wird durch
die Schlitzdüsen 6 abgesaugt. Ggfs. kann aber auch der Formrahmen 4 Öffnungen zum
Absaugen aufweisen. Statt durch Absaugen kann das Überschußwasser auch durch Zentrifugieren
entfernt werden. Das Absaugen bzw. Zentrifugieren unterstützt dabei die vollständige
Penetration des Wassers in den Formstoff und vermeidet die Füllung der Poren mit
Wasser.
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0 Danach wird die Form auf unter 0 C abgekühlt, bis sie vollständig
verfestigt ist. Die Endtemperatur des Formstoffs kann an die jeweiligen Gegebenheiten,
insbesondere die zwischen dem Gefrieren und dem Abgießen ei nzurechnende Verwei
I zeit angepaßt werden.
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Zum Gießen wird der Formrahmen 4 mit Bodenplatte 5 und Deckplatte
7 gewendet, so daß der Eingußtrichter 12 oben liegt und nach Abheben der Bodenplatte
5 zugänglich ist. Sofern erforderlich, werden die beim Abgießen entstehenden Vergasungsprodukte
des Modells 10 durch die Öffnungen 8 in der Deckplatte 7, die jetzt unten liegt,
und/oder über die jetzt oben liegende Seite der Form abgesaugt. Unmittelbar nach
dem Abguß können die Klammern 9 entfernt und der Formrahmen 4 abgehoben werden.
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Einige Zeit später, nämlich nach vollständiger Durchwärmung, fällt
die Form in sich zusammen.