DE69126876T2 - Giessverfahren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren zur Anwendung bei der Herstellung von Spritzgußwerkzeugen.
• Formwerkzeuge, wie beispielsweise Spritzgußwerkzeuge, werden in der Regel so gefertigt, daß aus Holz und Harzmaterial ein positives Originalmodell hergestellt wird, das mit der Form des Artikels übereinstimmt, der mit dem Formwerkzeug hergestellt werden soll. Für die Fertigung eines Spritzgußwerkzeugs, beispielsweise zur Herstellung solcher Plastteile wie der Stoßstange eines Kraftfahrzeugs, wird das Originalmodell unter Anwendung spanender Formgebungstechniken mit Pantograf in einen Werkzeugrohling aus Metall kopiert, um ein Teil des Werkzeugs zu schaffen. Das positive Originalmodell wird dann mit einer Deckschicht aus einem geeigneten Material, im typischen Fall glasfaserverstärktem Plast, überzogen, die, wenn sie vom Originalmodell abgenommen wird, ein "negatives" Modell des herzustellenden Artikels ergibt. Das negative Modell hat folglich eine Oberfläche, die eine Form aufweist, die derjenigen des herzustellenden Artikels entspricht. Die Form dieser Oberfläche wird dann ebenfalls unter Anwendung spanender Formgebungstechniken mit Pantograf in einen zweiten Werkzeugrohling aus Metall für das kooperierende Teil des Spritzgusses kopiert, um das Werkzeug zu schaffen. Die Werkzeugrohlinge sind, in Abhängigkeit von der Anzahl der durch das Spritzgußwerkzeug herzustellenden Artikel, in der Regel aus Aluminiumlegierung oder Stahl. Wie aus dem oben beschriebenen Verfahren ersichtlich ist, kann die Bearbeitungszeit, da die zusammenwirkenden Teile des Formwerkzeugs aus den Werkzeugrohlingen durch Bearbeitung mit numerisch gesteuerten Maschinen, möglicherweise mit einer gewissen abschließenden Bearbeitung unter Anwendung von Techniken der elektro-erosiven Bearbeitung (EDM), hergestellt werden, für große Formwerkzeuge, wie beispielsweise ein Werkzeug zum Spritzgießen der Stoßstange eines Kraftfahrzeugs durchaus zwei bis drei Monate betragen. Dazu kommt noch die Zeit, die zur Herstellung des Originalmodells aus Holz und Harz gebraucht wird, die, da die Stoffe schwer zu bearbeiten sind, im typischen Fall sechs bis zwölf Wochen betragen kann. Die Fertigungskosten für Formwerkzeuge von verhältnismäßig großen und komplexen Formen sind daher außerordentlich hoch, und es kann insgesamt bis zu neun Monaten dauern, das Formwerkzeug herzustellen, wenn mit diesem herkömmlichen Fertigungsverfahren gearbeitet wird.
• Um dieses komplizierte und zeitraubende Verfahren zu vermeiden, hat es der Anmelder daher in Erwägung gezogen, Formwerkzeuge unter Anwendung eines Gießverfahrens herzustellen, bei dem man die Form des Formwerkzeugs durch das Gießen von Metall, in der Regel von Aluminiumlegierung, in eine Gießform erhält.
• Gießformen zur Verwendung bei der Fertigung von Formteilen aus Metallguß werden in der Regel durch die Bildung eines Breis aus Sand oder aus einem Sand-Harz-Gemisch um ein Gußmodell herum hergestellt. Das Gußmodell wird in einen Rahmen gebracht, und das Gemisch wird in dem Raum zwischen dem Rahmen und dem Modell verdichtet, dann läßt man es abbinden. Bei großen Formwerkzeugen muß die Gießform aus Sandgemisch eine ausreichende innere Festigkeit haben, um das Gewicht des gegossenen Metalls zu tragen, das mehr als 10 t betragen kann. Daher wird das Gemisch unter Anwendung von Techniken der Hochdichte-Verdichtung um das Gußmodell herum verdichtet. Angesichts der für die Verdichtung erforderlichen Kräfte, muß das Gußmodell eine ausreichende Steifigkeit haben, so daß es die gewünschte Form während des Verdichtungsvorgangs beibehält und ein Gußteil in der erforderlichen Form und mit den erforderlichen Abmessungen ergibt. Außerdem kann das Metall, wenn es in die Gießform gegossen wird, Gießfehler wie Luftblasen aufweisen, welche die gegossene Struktur schwächen. Wenn derartige Fehler nicht beseitigt werden können, wird der Guß in der Regel verschrottet, und der Gießvorgang wird wiederholt. Es ist daher wünschenswert, ein Gußmodell herzustellen, das im Bedarfsfall für die Herstellung von mehreren Formen verwendet werden kann. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die gewünschte Form verhältnismäßig groß ist und ein verhältnismäßig komplexes Profil hat, wie beispielsweise Fahrzeugteile oder Teile von "weißen Waren" und Karosseriebeplankungen. Wenn das Gußmodell nicht wiederverwendbar ist, muß das gesamte Verfahren wiederholt werden.
• Um ein Gußmodell mit den geforderten physikalischen Eigenschaften zu schaffen, wird in der Regel das Originalmodell, das unter Verwendung von Holz und Kunststoffharz hergestellt worden ist, als Gußmodell verwendet. Bei dem Originalmodell als solchem können die gewünschten physikalischen Eigenschaften gewährleistet werden, aber die Stoffe Holz und Kunststoffharz sind, wie das oben ausgeführt worden ist, verhältnismäßig schwer zu bearbeiten und verhältnismäßig teuer in der Herstellung. Außerdem sind in der Kraftfahrzeugindustrie angesichts der Komplexität der Form der Teile und der Wechselwirkung mit benachbarten Teilen oft Änderungen in der Konstruktion an Karosserie- und Ausstattungsteilen erforderlich. Diese Konstruktionsänderungen in der abschließenden Form auszuführen, kann verhältnismäßig langwierig sein, wenn das Originalmodell aus Holz und Kunststoffharz als Gußmodell verwendet wird.
• Es wurde auch erwogen, eine Gießform durch Formung eines Körpers aus einem Schaumkunststoff von geringer Dichte (Warenzeichen "STYROFOAM") herzustellen, um ein Gußmodell zu formen, und durch die Schaffung einer Form aus Formsand anhand der geformten Oberfläche des Schaumstoff-Modells. Da jedoch der eingesetzte Schaumkunststoff eine verhältnismäßig offene Zellstruktur hat, setzt sich der Formsand in den Oberflächen-Hohlräumen im Schaumstoffmaterial ab, wodurch das Gußmodell ziemlich fest an der Sandform haftet. Daher muß das Gußmodell aus Schaumstoff von geringer Dichte an Ort und Stelle verbleiben und während des Gießens des heißen Metalls ausbrennen. Das hat den schwerwiegenden Nachteil, daß im Ergebnis des Schritts des Ausbrennenlassens toxische Dämpfe, einschließlich Cyanidgas, erzeugt werden, was vom Standpunkt des Umweltschutzes nicht wünschenswert ist. Außerdem kann, da das Schaumstoffmaterial aus der Sandform ausgebrannt wird, wenn das heiße Metall eingegossen wird, der Gegenstrom von Metallschmelze und Abbrandprodukten zu Verunreinigungen oder Hohlräumen in dem Gußmetall führen. Wenn der Fluß des heißen Metalls in die Sandform zu langsam erfolgt, kann das Metall lokalisierte, verhältnismäßig kühle Gußhaut-Abschnitte bilden, und daher wird möglicherweise nicht das gesamte Schaumstoffmaterial des Gußmodells abgebrannt, so daß Verunreinigungen in dem Gußteil bleiben. Wenn das heiße Metall relativ schnell fließt, wie das erforderlich ist, um zuverlässig sicherzustellen, daß bei großen Gußmodellen das gesamte Schaumstoffmaterial abgebrannt wird, können in dem fließenden Material Wellen erzeugt werden, die beim Erstarren ein Überfließen bewirken können, was zur Bildung von Hohlräumen in dem gegossenen Material führt. In der Praxis ist die Entstehung dieser Verunreinigungen oder Hohlräume ein Faktor, der die Größe von Gußmodellen aus Schaumstoff von geringer Dichte, mit der gearbeitet werden kann, begrenzt. Außerdem fließt, wie leicht verständlich ist, der Formsand, wenn er um das Gußmodell aus Schaumstoff herum verdichtet wird, in die Zellhohlräume des Schaumstoffmaterials, die bis zur Oberfläche des Gußmodells reichen, und füllt diese. Daher hat die Oberfläche der Sandform an der Sand-Schaumstoff-Grenzfläche eine verhältnismäßig grobe Textur, und diese Oberfläche ist exponiert, wenn der Schaumstoff des Gußmodells abgebrannt wird. Angesichts des oben Ausgeführten, haben Gußteile, die unter Verwendung von derartigen Gußmodellen aus Schaumstoff von geringer Dichte hergestellt worden sind, eine verhältnismäßig schlechte Oberflächengüte, was ein beachtliches Maß an "Nachbearbeitung" und allgemeiner maschineller Bearbeitung der Oberfläche erforderlich machen kann, bevor diese für die Fertigung von Produkten eingesetzt werden können. Außerdem muß der Gießvorgang wiederholt werden, wenn festgestellt wird, daß das eigentliche Gußteil Verunreinigungen, Luftblasen oder ähnliche Defekte, die zu Schwachstellen in der gegossenen Struktur führen, einschließt. Da jedoch das Gußmodell durch den eigentlichen Gießvorgang zerstört worden ist, muß ein weiteres Gußmodell hergestellt werden, mit den damit verbundenen Verzögerungen und zusätzlichen Kosten für das Verfahren als ganzes.
• Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Modell aus Schaumstoff von geringer Dichte zur Verformung neigt, wenn der Formsand auf diesem verdichtet wird. Der Grad der Verformung ist nicht einheitlich und kann verhältnismäßig schwer vorhersagbar sein. Wenn das Formteil für den Einsatz bei der Fertigung einer Präzisionsgießform vorgesehen ist, müssen bei dem gegossenen Formteil zusätzliche Toleranzen berücksichtigt werden, worauf das überschüssige Material, das im typischen Fall eine Stärke bis zu 20 mm haben kann, durch geeignete maschinelle Bearbeitungstechniken entfernt wird. Bei "Patrizen"-Formen kann die Verformung des Gußmodells kritisch sein, da in dem tatsächlich gegossenen Formteil gegebenenfalls nicht genügend Material vorhanden ist, d. h., das hergestellte Gußteil kann unterdimensioniert sein, was eine Wiederholung des gesamten Gießvorgangs, einschließlich der Wiederherstellung des Gußmodells aus Schaumstoff erforderlich macht.
• Die relative Leichtigkeit, mit der Kunststoff von geringer Dichte verformt werden kann, bedeutet, daß das Material dann nicht für einen Einsatz geeignet ist, wenn die Sandform verhältnismäßig groß ist und daher mit Hochdichte-Verdichtungstechniken hergestellt wird, um eine ausreichende innere Festigkeit zu erreichen, die das Gußmaterial tragen kann.
• Daher sind Gußmodelle aus Schaumstoff von geringer Dichte in der Praxis auf die Produktion von verhältnismäßig kleinen Teilen begrenzt, die im typischen Fall Abmessungen haben, die 300 mm nicht übersteigen, beispielsweise die Gehäuse der Wasserpumpen von Kraftfahrzeugmotoren.
• Um die Verformungsbeständigkeit von Gußmodellen aus Schaumstoff von geringer Dichte zu verbessern, wurde auch erwogen, das Schaumstoffmaterial mit einem Oberflächenüberzug aus einem verhältnismäßig steifen Material zu versehen, der beispielsweise durch Spritzen aufgebracht werden kann.
• JP-A-60255233 legt ein solches Verfahren offen, bei dem ein Block aus Schaumpolystyrol maschinell bearbeitet wird, um ein Einweg-Modell zu schaffen, das durch Aufbringen eines Aushärtungsmittels, das eine oberflächengehärtete Schicht bildet, zeitweilig wiederverwendbar gemacht wird. Das Modell wird schließlich als ein gewöhnliches Einweg-Modell genutzt.
• Der Überzug ergibt jedoch keine ausreichende Steifigkeit für größere Gußmodelle aus Schaumstoff, da das Schaumstoffmaterial dazu neigt, unter dem Überzug zu kollabieren. Es können verstärkende Strukturen, die beispielsweise aus Holz hergestellt werden, zur Einbeziehung in das Schaumstoffmaterial verwendet werden, um die Verformung während des Verdichtungsvorgangs auf ein Minimum zu senken. Aber es ist verhältnismäßig schwierig, das Gußmodell aus Holz-Schaumstoff-Verbundmaterial herzustellen, und es wird keine einheitliche Steifigkeit erreicht.
• GB-A-2123332 legt ein Verfahren offen, bei dem ein Polyurethan- Integralschaumstoffgemisch (ISOFOAM RM 500) in eine Form gegossen wird. Das Gemisch härtet aus, um ein Modell mit einer glatten, harten Außenschicht zu bilden, das direkt zur Herstellung einer Sandform verwendet wird.
• Schaumkunststoffe von geringer Dichte werden als ungeeignet für die Verwendung bei Gießverfahren betrachtet, bei denen verhältnismäßig schwere Metallegierungen wie eine Zinklegierung eingesetzt werden, die bei großen Gußteilen inhärent feste Sandformen erforderlich machen würden, um das Gußmaterial sowohl während des eigentlichen Gießvorgangs als auch während des Abkühlens des Gußmaterials zu tragen. So wird insbesondere das Abkühlen bei einer Zinklegierung in der Regel unter kontrollierten Bedingungen und über eine verhältnismäßig lange Zeitspanne vorgenommen, um eine hohe Qualität des Gußteils zu gewährleisten, so daß die inhärente Festigkeit in der Sandform von höchster Bedeutung ist.
• Außerdem ist es, da der Schaumstoff von geringer Dichte ein relativ weiches, zellulares Material ist, schwierig, diesen unter Anwendung herkömmlicher Bearbeitungstechniken mit einem rotierenden Schneidwerkzeug, beispielsweise durch numerisch gesteuertes Fräsen, mit einer angemessenen Genauigkeit und Oberflächengüte zu bearbeiten. Das Schaumstoffmaterial neigt dazu, vor dem Schneidwerkzeug verzerrt zu werden, wodurch es dazu kommt, daß das Material wegreißt, statt sauber weggeschnitten zu werden, so daß eine unregelmäßige Endoberfläche mit Oberflächen-Hohlräumen entsteht. Diese Schwierigkeiten bei der maschinellen Bearbeitung von Schaumstoff von geringer Dichte, verbunden mit der nicht-vorhersagbaren Verdichtung während des anschließenden Vorgangs der Herstellung der Gießform, bedeuten, daß Daten zur numerischen Steuerung, die repräsentativ für den herzustellenden Artikel sind, nicht bei der Herstellung eines Gußmodells aus Schaumstoff von geringer Dichte eingesetzt werden können. Derartige Modelle von geringer Dichte werden in der Regel durch Schneiden und Formen von Hand hergestellt, wobei Schablonen eingesetzt werden, um die endgültige Form zu erreichen. Wie jedoch offensichtlich sein dürfte, ist die erreichbare Genauigkeit stark eingeschränkt. Die oben genannten Faktoren können erheblich zu den Gesamtkosten des Gießverfahrens beitragen.
• Außerdem können die Daten zur numerischen Steuerung, da sie nicht bei der Herstellung des Gußmodells aus Schaumstoff von geringer Dichte angewendet werden, erst in einer nachfolgenden und kritischeren Phase des Produktionsgesamtprozesses überprüft werden, beispielsweise bei der maschinellen Bearbeitung der kostspieligen Graphitelektroden, die bei der elektro-erosiven Bearbeitung (EDM) des Gußmaterials eingesetzt werden.
• Ein Verfahren zur Herstellung von Formwerkzeugen unter Einsatz einer Zinklegierung und Anwendung der elektro-erosiven Bearbeitung wird in der hiermit im Zusammenhang stehenden, gleichzeitig angemeldeten Patentanwendung Nr. EP-A-0546225 mit dem Titel "Tool Making" (Werkzeugherstellung) beschrieben.
• Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeugs in einem Gießverfahren zur Herstellung eines Artikels durch Spritzgießen vor, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: (a) Herstellung eines Gußmodells aus Schaumstoff; (b) Formen einer Gießform mit Hilfe des Gußmodells; (c) Herausnehmen des Gußmodells aus der Gießform; (d) Gießen von Material in die Gießform; und (e) Trennen des Gußmaterials von der Gießform; bei welchem das Gußmodell aus Schaumstoff hergestellt wird durch (i) maschinelles Bearbeiten eines Körpers aus Schaumstoff, der eine Dichte von wenigstens 0,25 g/cm³ und eine Druckfestigkeit von wenigstens 4 N/mm² hat, die es ermöglicht, den Körper aus Schaumstoff maschinell zu bearbeiten, wobei NC-Daten genutzt werden, die von den Konstruktionsdaten des zu produzierenden Artikels abgeleitet wurden, um so auf dem Körper aus Schaumstoff eine maschinell bearbeitete Oberfläche von einer vorbestimmten Form zu schaffen, die im wesentlichen wenigstens einem Teil der Form des zu produzierenden Artikels entspricht, und (ii) Aufbringen eines fließfähigen Materials auf die maschinell bearbeitete Oberfläche, das abbindet, um einen festen Überzug zu bilden, der die Poren in der maschinell bearbeiteten Oberfläche blockiert.
• Die Erfindung wird weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 ein Ablaufschema eines bevorzugten Verfahrens zum Gießen eines Werkzeugrohlings ist, der bearbeitet werden muß, um ein Spritzgußwerkzeug herzustellen; und
• Fig. 2 bis 6 schematische Querschnitte sind, welche die verschiedenen aufeinanderfolgenden Phasen bei der Herstellung einer Gießform zum Gießen eines Paares von Patrizen- und Matrizen-Spritzgußwerkzeug-Rohlingen veranschaulichen.
• Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, unter Anwendung von Verfahren der rechnergestützten Konstruktion (CAD) werden im Schritt 10 numerische Steuerungsdaten (NC-Daten) für ein Gußmodell abgeleitet, das auf der Grundlage eines Teils konstruiert wurde, das unter Anwendung eines Spritzgußwerkzeugs auf dem Weg über die Konstruktion des Werkzeugs oder des Werkzeugrohlings hergestellt werden soll.
• Bei Schritt 12 wird ein Körper aus einem steifen Schaumkunststoff, der eine hohe Dichte und unter entsprechender Berücksichtigung des Produktionsprozesses faktisch die Eigenschaft der Nicht-Verformbarkeit hat, wie beispielsweise Polyurethanharz-Schaumstoff, der von der CIBA GEIGY unter der Spezifikation Nr. XB 5120 erhältlich ist, welcher durch den Aufbau von Schichten des Schaumstoffmaterials von Hand etwa auf die Form eines Modells gebracht worden ist, um die anschließende maschinelle Bearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren, einer numerisch gesteuerten Bearbeitung in Übereinstimmung mit den Daten aus Schritt 10 unterzogen, um ein Gußmodell mit einer bearbeiteten Oberfläche für eine vorbestimmte Form zu schaffen. Auf Grund der dem Schaumstoffmaterial innewohnenden Eigenschaften ist die maschinelle Bearbeitung im Vergleich zu der von Holz oder Harzmaterialien wesentlich leichter. Derartige Schaumstoffe werden als leichte Modellierungsstoffe eingesetzt und sind in einer Reihe von Qualitäten erhältlich, die im typischen Fall eine Dichte von wenigstens 0,25 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,25 bis 1,1 g/cm³, und eine Druckfestigkeit von wenigstens 4 N/mm², vorzugsweise von 4 bis 30 N/mm² haben.
• Bei Schritt 14 wird ein abbind- und fließfähiges Material auf die bearbeitete Oberfläche des Modells aufgebracht, z. B. durch Spritzen. Das fließfähige Material bindet ab, um einen festen Überzug zu bilden, der die Poren des Schaumstoffkörpers blockiert, die bis zu der bearbeiteten Oberfläche reichen; im Bedarfsfall kann der Überzug z. B. durch Schmirgeln auf das gewünschte Profil geglättet werden. Ein geeignetes Material ist Modell-Gips, ein härtbares Kunstharz (z. B. ein Epoxidharz oder ein Karosserieharz) oder ein Anstrich. Ein Gips- oder Kunstharzüberzug kann außerdem mit einer Lack- oder Anstrichschicht versehen werden, um das Lösen aus der Sandform zu unterstützen. Der Überzug wird durch den steifen Schaumstoffkörper getragen und kann daher dünn sein und muß nicht selbsttragend sein.
• Bei Schritt 16 wird Formsand mit einer fließfähigen Konsistenz, z. B. ein Brei oder ein Sand-Kunstharz-Gemisch, im Verhältnis zur beschichteten Oberfläche des Gußmodells in einem Rahmen verdichtet, vorzugsweise unter Anwendung einer Hochdichte-Verdichtungstechnik, um einen Formkörper zu bilden, der mit der beschichteten Oberfläche übereinstimmt. Da das Modell steif ist, tritt im wesentlichen keine Verformung der beschichteten Oberfläche auf, selbst dann nicht, wenn eine Hochdichte- Verdichtung erfolgt, wenn beispielsweise pneumatische Verdichtungswerkzeuge eingesetzt werden, die mit einem Druck von etwa 0,55 Mpa (80 p.s.i.) arbeiten. Das Gußmodell ist daher besonders für die Herstellung von Sandformen zum Gießen von verhältnismäßig großen Formteilen und vor allem zum Gießen von Artikeln aus einer schweren Legierung, beispielsweise einer Zinklegierung, geeignet.
• Bei Schritt 18 wird das Gußmodell aus dem Formkörper herausgenommen. Die Entnahme wird durch die glatte Oberfläche erleichtert, die sich leicht vom Formkörper löst und nicht dazu neigt, Sandkörner mit sich zu führen. Folglich ist die Oberfläche des Formkörpers vergleichsweise glatt und ergibt eine gute Oberflächengüte auf dem Gußteil. Da der Überzug fest in den Poren des Schaumstoffs verankert ist, kann das Modell außerdem auch wiederverwendet werden, um den Formkörper zu reproduzieren, falls das Gußteil fehlerhaft sein sollte.
• Da außerdem das Modell aus dem Formkörper herausgenommen wird, bevor der Rohling des Formwerkzeugs in der Form gegossen wird, entstehen während des Gießens keine toxischen Dämpfe.
• Anschließend wird der Werkzeugrohling wahlweise maschinell auf die gewünschte Form bearbeitet, vorzugsweise durch elektro-erosive Bearbeitung (EDM) unter Verwendung einer Elektrode, die unter Nutzung der NC-Daten aus Schritt 10 bearbeitet worden ist. Das resultierende Spritzgußwerkzeug (beispielsweise) kann ein Matrizen-Einsenkwerkzeug sein, das in Verbindung mit einem Patrizen-Kernwerkzeug eingesetzt wird, um einen Spritzguß- Matrizenhohlraum zur Herstellung des fraglichen Artikels zu bilden. Das Matrizen-Werkzeug hat eine allgemein konkave Formoberfläche und allgemein plane sogenannte Überlappungsflächen, die mit entsprechenden Überlappungsflächen am Patrizen-Kernwerkzeug zusammenwirken, um die Spritzgußform zu schließen.
• Fig. 2 bis 6 veranschaulichen die aufeinanderfolgenden Phasen bei der Herstellung einer Gußform zum Gießen eines Matrizen-Einsenkwerkzeug- Rohlings und eines Patrizen-Kernwerkzeug-Rohlings, die anschließend maschinell bearbeitet werden müssen, um ein Spritzgußwerkzeug zu schaffen.
• Um Gießmodelle herzustellen, werden, wie oben beschrieben wurde, zuerst ein Matrizen-Rohlingblock 51 und ein Patrizen-Rohlingblock 52 aus Lagen eines steifen Schaumkunststoffs von hoher Dichte aufgebaut (Fig. 2).
• In Fig. 3 werden die Blöcke der numerisch gesteuerten Bearbeitung (unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs 53) unterzogen, um die Matrizen- und Patrizen-Rohling-Gießmodelle 54, 55 herzustellen (Schritt 12 oben). Die Blöcke werden so maschinell bearbeitet, daß über den Oberflächen, die den Formungs- und den Überlappungsflächen der Spritzgußwerkzeuge entsprechen, überschüssiges Material (z. B. 1 bis 5 mm) vorhanden bleibt.
• In Fig. 4 wird mit Hilfe von Spritzköpfen 56 ein abbindfähiges Material auf die Modelle 54, 55 aufgebracht (Schritt 14 oben).
• In Fig. 5 werden die beschichteten Modelle 54, 55 in einen Gießrahmen 57 gebracht, und Naßgußsand 58 (der mit einem Kunstharz-Bindemittel gemischt ist) wird zugesetzt und durch eine pneumatische Ramme (59) auf eine hohe Dichte verdichtet (Schritt 16 oben).
• Dann wird der Gießrahmen 57 umgedreht, und die Modelle 54, 55 werden sorgfältig aus dem verdichteten Sand 58 herausgenommen (Schritt 18 oben), so daß ein Matrizen-Werkzeugrohling-Gießhohlraum 60 und ein Patrizen- Werkzeugrohling-Gießhohlraum 61 bleiben, in die aus einer Gießpfanne 62 eine Metallschmelze (Zn-Legierung) gegossen wird.
• Die maschinelle Bearbeitung des Gußmodells unter Anwendung der NC- Daten ist besonders vorteilhaft, wenn das Schaumstoffmodell in einem Verfahren zur Herstellung von Formwerkzeugen unter Anwendung der elektroerosiven Bearbeitung eingesetzt werden soll, da die NC-Daten (Teil-Daten) durch ihren Einsatz bei der maschinellen Bearbeitung des Gußmodells dazu genutzt werden können, die NC-Daten für die Herstellung der EDM-Elektrode zu überprüfen. Die Nutzung der numerisch gesteuerten maschinellen Bearbeitung bedeutet auch, daß leicht der Kontraktion Rechnung getragen werden kann, der das gegossene Metall nach dem Gießen und während des Abkühlens ausgesetzt ist.
• Das steife Schaumstoffmaterial von hoher Dichte kann verhältnismäßig genau bearbeitet werden, und es kann, da es im Schritt 16 nicht unter der Verdichtung leidet, beinahe genau auf die Dimensionen des zu formenden Artikels bearbeitet werden. Folglich kann die Modifikation der Bezugsgröße bei der numerisch gesteuerten maschinellen Bearbeitung im Schritt 12 auf das absolute Minimum reduziert werden. Selbst bei großen Gußmodellen, wie sie beispielsweise bei der Produktion des Stoßdämpfers eines Fahrzeugs verwendet werden, ist es möglich, daß das aus dem steifen Schaumstoff hergestellte Gußteil bis auf 1 mm genau ist, so daß die Einstellung der Bezugsgröße für die numerisch gesteuerte maschinelle Bearbeitung auf diese Zahl reduziert werden kann (in der Praxis kann das ganz einfach dadurch erreicht werden, daß man die NC-Daten der Form des Teils verwendet und nur den Durchmesser des eingesetzten Schneidwerkzeugs ändert). Wie oben ausgeführt worden ist, wird bei der Verwendung von Gußteilen aus Schaumstoff von geringer Dichte im typischen Fall ein Überschuß von wenigstens 20 mm an Gußmaterial gebraucht, um die Verdichtung zu kompensieren, und das selbst bei den verhältnismäßig kleinen Artikeln, bei denen mit Gußmodellen aus Schaumstoff von geringer Dichte gearbeitet werden kann.
• Außerdem können, da der steifer Schaumstoff genau bearbeitet werden kann, die Überlappungsflächen des Spritzgußwerkzeugs im Gußmodell aus Schaumstoff genau definiert werden. Bei Spritzgußwerkzeugen ist normalerweise eine Breite der Überlappungsfläche von 30 mm das akzeptierte Minimum, und das kann unter Verwendung des steifen Schaumstoffs erreicht werden. (Bei Gußmodellen aus "Styrofoam" sind die Überlappungsflächen normalerweise nicht definiert worden und folglich müßten, wenn zur Bearbeitung der weiteren Gußform das EDM-Verfahren vorgeschlagen wird, die gesamten Gegenflächen des Werkzeugs maschinell bearbeitet werden. Als Alternative dazu wären weitere NC-Daten erforderlich, um die Überlappungsflächen durch numerisch gesteuerte maschinelle Bearbeitung zu definieren.) Die Verringerung der Breite der Überlappungsflächen auf ein Minimum ist bei der elektro-erosiven Bearbeitung besonders wichtig, da die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch das Volumen des abzuhebenden Materials bestimmt ist. Folglich ermöglicht der steife Schaumstoff nicht nur den Einsatz eines Gußmodells aus Schaumstoff bei verhältnismäßig großen Formen, sondern bietet auch den Vorteil, daß die anschließende elektro-erosive Bearbeitung maximiert werden kann, da nicht nur eine beachtliche Verringerung in der Tiefe des beim Gußteil zu entfernenden Materials (1 mm im Vergleich zu 20 mm) erreicht wird, sondern auch eine Verringerung der Oberfläche des Materials gegeben ist, das maschinell bearbeitet werden muß.
• Die Möglichkeit, einen relativ steifen Schaumstoff in der oben beschriebenen Weise zu bearbeiten, ermöglicht es daher, ein Spritzgußwerkzeug auf eine solche Art zu gießen, daß die Fläche auf dem Werkzeug, die durch einen anschließenden maschinellen Bearbeitungsvorgang geschlichtet werden muß, auf ein Minimum reduziert wird, wie beispielsweise die Bearbeitung eines Rahmens der Überlappungsflächen des Spritzgußwerkzeuges und die abschließende Bearbeitung jedweder Hohlraum- und Kerngleitflächen.
• Die Verwendung eines Originalmodells aus einem verhältnismäßig steifem Schaumstoff, wie es oben beschrieben wurde, ist bei der Herstellung von Spritzgußwerkzeugen zum Einsatz in der Kraftfahrzeugindustrie besonders vorteilhaft, in der vor dem Produktionswerkzeug eines Formteils ein Erprobungs- und Entwicklungsmodell für ein gewünschtes Formteil gebraucht wird. Das Gußmodell aus steifem Schaumstoff, das nach dem ersten Gießvorgang, d. h., zur Herstellung des Entwicklungswerkzeugs, erhalten bleibt, kann dazu verwendet werden, das Produktionswerkzeug herzustellen. Außerdem kann, wenn zwischen dem Entwicklungs- und dem Produktionswerkzeug geringfügige Konstruktionsänderungen erforderlich sind, diesen angesichts der leichten Bearbeitung des Schaumstoffmaterials (im Vergleich zu Holzoder Kunstharzstrukturen), der Nutzung der NC-Daten zur maschinellen Bearbeitung des Gußmodells und der Bereitstellung eines Überzugs aus Gips, einem aushärtbaren Kunstharz oder einem Anstrich verhältnismäßig leicht Rechnung getragen werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeugs in einem Gießverfahren zur Herstellung eines Artikels durch Spritzgießen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: (a) Herstellung eines Gußmodells aus Schaumstoff (54; 55); (b) Formen einer Gießform (58) mit Hilfe des Gußmodells (54; 55); (c) Herausnehmen des Gußmodells (54; 55) aus der Gießform (58); (d) Gießen von Material in die Gießform (58) und (e) Trennen des Gußmaterials von der Gießform (58); bei welchem das Gußmodell aus Schaumstoff (54; 55) hergestellt wird durch (i) maschinelles Bearbeiten eines Körpers aus Schaumstoff (51; 52), der eine Dichte von wenigstens 0,25 g/cm³ und eine Druckfestigkeit von wenigstens 4 N/mm² hat, die es ermöglicht, den Körper aus Schaumstoff maschinell zu bearbeiten, wobei NC- Daten genutzt werden, die von den Konstruktionsdaten des Artikels für die Produktion abgeleitet wurden, um so auf dem Körper aus Schaumstoff eine maschinell bearbeitete Oberfläche von einer vorbestimmten Form zu schaffen, die im wesentlichen wenigstens einem Teil der Form des Artikels für die Produktion entspricht, und (ii) Aufbringen eines fließfähigen Materials auf die maschinell bearbeitete Oberfläche, das abbindet, um einen festen Überzug zu bilden, der die Poren in der maschinell bearbeiteten Oberfläche blockiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Glätten des Überzugs vor dem Schritt (b) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das fließfähige Material Modell-Gips oder ein Harz ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem das Anstreichen oder Lackieren des Überzugs vor dem Schritt (b) umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das fließfähige Material ein Anstrichmittel ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gießform ein Gemisch aus Sand und Kunstharz umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gießform unter Anwendung von Hochdichte-Verdichtung geformt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Körper aus Schaumstoff eine Dichte von 0,25 bis 1,1 g/cm³ hat.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Körper aus Schaumstoff eine Druckfestigkeit von 4 bis 30 N/mm² hat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Körper aus Schaumstoff ein Schaumstoffmaterial auf der Grundlage von Polyurethanharz umfaßt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem die maschinelle Bearbeitung des Gußmaterials durch elektro-erosive Bearbeitung (EDM) umfaßt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gußmaterial Zinklegierung, Aluminiumlegierung oder Stahl umfaßt.