DE69700459T2 - Process for making a mold - Google Patents
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Form durch das Pressen von Formsand, der zunächst in einen von einer Musterplatte und einem Formkasten bestimmten Formraum gegeben wird.This invention relates to a method for producing a mold by pressing molding sand which is first placed into a molding space defined by a pattern plate and a molding box.
Um eine Form aus Formsand herzustellen, muß dieser verdichtet werden. Es besteht allerdings die Tendenz, daß Formsand in dem Teil in der Nähe unterer Umfangsoberflächen (d. h. unterer Innen- und Außenseiten) der Form sowie an der Innenseitenoberfläche des Formkastens nicht gut verdichtet wird.To make a mold from molding sand, it must be compacted. However, there is a tendency for molding sand to not be compacted well in the part near the lower peripheral surfaces (i.e., lower inside and outside) of the mold and on the inside surface of the mold box.
Verursacht wird diese schlechte Verdichtung, weil eine Kraft zum Pressen des Formsandes in der Nähe dieser seitlichen Oberflächen aufgrund von Reibungswiderstand dieser seitlichen Oberflächen nicht gut zum unteren Teil desselben übertragen wird. Eine Form, die einen nicht kompakten Teil oder Teile hat, neigt zur Verformung, besonders wenn sie mit geschmolzenem Metall gefüllt wird. Infolgedessen bringt sie kein gutes Gußstück in genauen Abmessungen hervor.This poor compaction is caused because a force for pressing the molding sand near these side surfaces is not well transmitted to the lower part of it due to frictional resistance of these side surfaces. A mold having a non-compact part or parts is liable to deform, especially when filled with molten metal. As a result, it does not produce a good casting of accurate dimensions.
In herkömmlicher Weise ist vor dem Pressen des gesamten Formsandes versucht worden, ihn durch das Rüttelverfahren oder durch Zirkulierenlassen von Druckluft durch denselben vorzuverdichten. Aber selbst durch diese Vorverdichtung bleibt der Formsand in dem Teil in der Nähe der Innen- oder Außenseitenoberfläche des Modells oder Musters oder der Innenseitenoberfläche des Formkastens ungenügend verfestigt. Um Formsand mit solchen Verfahren ausreichend vorzuverdichten ist schweres und voluminöses Gerät erforderlich. Solches Gerät ruft ernsthafte Schwingungen und Geräusche hervor.Conventionally, prior to pressing all the molding sand, attempts have been made to pre-compact it by the vibratory process or by circulating compressed air through it. But even by this pre-compaction, the molding sand remains insufficiently consolidated in the part near the inside or outside surface of the model or pattern or the inside surface of the molding box. To pre-compact molding sand sufficiently by such processes, heavy and bulky equipment is required. Such equipment causes serious vibration and noise.
Das japanische Patent A (KOKAI), 4-28453 offenbart ein Verfahren zum Verdichten von Formsand, bei dem eine Vielzahl von Punkten auf dem Formsand im voraus in einem Programm ausgewählt werden, und bei dem diese Punkte zunächst von einer einzigen drückenden Stange, die sich zu den ausgewählten Punkten bewegt, der Reihe nach gepreßt werden und dann der gesamte Formsand mittels eines Drückers gepreßt wird. Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist aber kompliziert, und dieses Verfahren ist zeitraubend für das Vorverdichten des Formsandes.Japanese Patent A (KOKAI), 4-28453 discloses a method for compacting molding sand in which a plurality of points on the molding sand are selected in advance in a program, and these points are first pressed in sequence by a single pressing rod moving to the selected points and then the entire molding sand is pressed by a presser. However, an apparatus for carrying out this method is complicated and this method is time-consuming for pre-compacting the molding sand.
Angesichts der obigen Nachteile des Standes der Technik ist der Gedanke dieser Erfindung gefaßt worden. Sie zielt darauf ab, ein Verfahren bereitzustellen, um Formsand ausreichend zu verfestigen, damit eine Form geschaffen wird, in welcher der Formsand auch in ihrem unteren Teil in der Nähe der Innen- und Außenseitenoberflächen eines Modells oder Musters und der Innenseitenoberfläche des Formkastens gut verdichtet ist.In view of the above disadvantages of the prior art, the idea of this invention has been conceived. It aims to provide a method for sufficiently solidifying molding sand to provide a mold in which the molding sand is well compacted even in its lower part near the inner and outer surfaces of a model or pattern and the inner surface of the molding box.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Vorkomprimieren von Formsand in einem Formraum an dessen unterem Teil in der Nähe der seitlichen Oberflächen des Modells oder Musters und Formkastens, wo er dazu neigt, nicht gut verfestigt zu sein, indem ein Dünnplattenelement oder eine Stange im unteren Teil in der Nähe der seitlichen Oberflächen in den Formsand eingesetzt wird. Das Verfahren schließt auch ein Vorverdichten des Formsandes in seinem unteren Teil (in der Nähe der Modell- oder Musterplatte) und/oder ein Verfestigen des gesamten Formsandes ein. Die Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.The method of the present invention comprises pre-compressing molding sand in a molding space at its lower part near the side surfaces of the model or pattern and molding box, where it tends not to be well solidified, by inserting a thin plate member or rod into the molding sand at its lower part near the side surfaces. The method also includes pre-compacting the molding sand at its lower part (near the model or pattern plate) and/or solidifying the entire molding sand. The details of the invention are explained below by means of embodiments with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1-4 sind vertikale Schnittansichten einer Gießanlage zum Durchführen eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.Figures 1-4 are vertical sectional views of a casting system for performing a first embodiment of the method of the present invention.
Fig. 5 ist eine horizontale Schnittansicht längs des Pfeiles V-V in Fig. 3.Fig. 5 is a horizontal sectional view taken along the arrow V-V in Fig. 3.
Fig. 6 ist eine horizontale Schnittansicht ähnlich Fig. 5, die ein alternatives Beispiel eines Dünnplattenelements zeigt.Fig. 6 is a horizontal sectional view similar to Fig. 5, showing an alternative example of a thin plate element.
Fig. 7 ist eine vertikale Schnittansicht einer Gießanlage zum Durchführen eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.Fig. 7 is a vertical sectional view of a casting apparatus for carrying out a second embodiment of the method of the present invention.
Fig. 8 ist eine horizontale Schnittansicht längs des Pfeiles VIII-ViII in Fig. 7.Fig. 8 is a horizontal sectional view taken along the arrow VIII-ViII in Fig. 7.
Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht einer Gießanlage zum Durchführen eines dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.Fig. 9 is a vertical sectional view of a casting apparatus for carrying out a third embodiment of the method of the present invention.
Fig. 10 ist eine horizontale Schnittansicht längs des Pfeiles X-X in Fig. 9.Fig. 10 is a horizontal sectional view taken along the arrow X-X in Fig. 9.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.The embodiments of the present invention will now be explained in detail with reference to the drawings.
In Fig. 1-5 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erklärt. In Fig. 1 ist ein Tisch 1 angeordnet, der eine zentrale Öffnung 2 hat. Auf einer Musterplatte 20 ist ein kreisförmiges Muster 23 mit einer großen, zentralen Vertiefung oder Tasche 26 (Fig. 3 und 5) angebracht. Die Musterplatte 20 ist so auf den Tisch 1 gesetzt, daß sie die Öffnung 2 des Tisches 1 überbrückt. Die Musterplatte 20 hat eine Vielzahl von Entlüftungslöchern 21, die mit Entlüftungsstöpseln 22 versehen sind. Diese Entlüftungsstöpsel 22 stehen mit der Öffnung 2 des Tisches 1 in Verbindung. Ein Formkasten 3 und ein Aufsetzrahmen 4 sind auf die Musterplatte 20 aufgesetzt. Die Musterplatte 20, der Formkasten 3 und der Aufsetzrahmen 4 bestimmen einen Formraum. In den Formraum wird dann Formsand 5 eingegeben, und seine Oberfläche wird eingeebnet.In Fig. 1-5 a first embodiment of the method of the present invention is explained. In Fig. 1 a table 1 is arranged which has a central opening 2. On a pattern plate 20 a circular pattern 23 with a large central depression or pocket 26 (Fig. 3 and 5) is attached. The pattern plate 20 is placed on the table 1 so that it bridges the opening 2 of the table 1. The pattern plate 20 has a plurality of vent holes 21 which are provided with vent plugs 22. These vent plugs 22 are in communication with the opening 2 of the table 1. A mold box 3 and a mounting frame 4 are placed on the pattern plate 20. The pattern plate 20, the mold box 3 and the Support frames 4 define a molding space. Molding sand 5 is then introduced into the molding space and its surface is leveled.
In Fig. 2 ist der Formraum dann mit einem Abdeckteil 5 abdichtend zugedeckt, welches über ein Ventil 5A an eine Quelle P zur Zufuhr von Druckluft in den Formraum verbunden ist. Das Ventil 5A wird eine Zeitlang geöffnet, damit Druckluft in den Formraum eingeführt wird. Der Formsand S. insbesondere sein unterer Teil in der Nähe der Musterplatte 20 wird von der eingeführten Luft vorverdichtet, die daraufhin von den Entlüftungsstöpseln 22 herausgelassen wird. Damit hat der untere Teil des Formsandes S ein hohes Schüttgewicht. Das Abdeckteil 5 wird daraufhin entfernt.In Fig. 2, the molding space is then sealed with a cover part 5, which is connected via a valve 5A to a source P for supplying compressed air into the molding space. The valve 5A is opened for a while so that compressed air is introduced into the molding space. The molding sand S, in particular its lower part near the pattern plate 20, is pre-compressed by the introduced air, which is then released by the vent plugs 22. The lower part of the molding sand S therefore has a high bulk density. The cover part 5 is then removed.
In Fig. 3 ist eine Vorkomprimiervorrichtung oder Einrichtung aus einem rohrförmigen Dünnplattenelement 8, welches an einer steifen Platte 7 befestigt ist, die ihrerseits an einer Kolbenstange 6 eines (nicht gezeigten) Zylinders befestigt ist, in eine Stellung gerade eben oberhalb des Formraums bewegt. Die Länge des Dünnplattenelements 8 gleicht allgemein der Gesamthöhe aus Formkasten 3 und Aufsetzrahmen 4. Der Durchmesser des Elements 8 ist etwas kleiner als der des Formraums. Die Kolbenstange 6 wird so abgesenkt, daß das Dünnplattenelement 8 in den Formsand 5 eintritt, bis sein unteres Ende einen Teil des Formsandes oberhalb der Musterplatte 20 erreicht. Durch dieses Eindringen wird der untere Teil des Formsandes in der Nähe der Innenseitenoberfläche des Formkastens gut vorkomprimiert. Das Dünnplattenelement 8 wird dann vom Formsand S zurückgezogen und vom Formraum wegbewegt. Das Dünnplattenelement 8 ist vorzugsweise 20 mm dick. Wäre es dicker, bliebe in der Oberfläche des Formsandes S ein Hohlraum zurück, wenn das Dünnplattenelement 8 aus ihm zurückgezogen wird.In Fig. 3, a pre-compressing device or assembly consisting of a tubular thin plate member 8 secured to a rigid plate 7 which in turn is secured to a piston rod 6 of a cylinder (not shown) is moved to a position just above the mold cavity. The length of the thin plate member 8 is generally equal to the total height of the mold box 3 and the base frame 4. The diameter of the member 8 is slightly smaller than that of the mold cavity. The piston rod 6 is lowered so that the thin plate member 8 enters the molding sand 5 until its lower end reaches a portion of the molding sand above the pattern plate 20. This penetration well pre-compresses the lower portion of the molding sand near the inside surface of the mold box. The thin plate element 8 is then withdrawn from the molding sand S and moved away from the molding space. The thin plate element 8 is preferably 20 mm thick. If it were thicker, a cavity would remain in the surface of the molding sand S when the thin plate element 8 is withdrawn from it.
In Fig. 4 wird eine Preßplatte 10, die an einer Kolbenstange 9 eines (nicht gezeigten) Zylinders befestigt ist, gegen die gesamte Oberfläche des Formsandes gedrückt, um dadurch den gan zen Formsand zu verdichten. Hiermit ist das Verfahren zum Herstellen einer Form beendet.In Fig. 4, a press plate 10, which is attached to a piston rod 9 of a cylinder (not shown), is pressed against the entire surface of the molding sand in order to thereby press the entire zen molding sand. This completes the process of making a mold.
Statt ein einziges rohrförmiges Dünnplattenelement, wie das in Fig. 3 und 5 gezeigte Element 8 zu benutzen, kann unter Hinweis auf Fig. 6 ein Dünnplattenelement 8A verwendet werden, welches eine Vielzahl von Metallstreifen und Winkeln, wie in der Zeichnung, hat.Instead of using a single tubular thin plate element such as the element 8 shown in Figs. 3 and 5, a thin plate element 8A having a plurality of metal strips and angles as in the drawing can be used with reference to Fig. 6.
Unter Hinweis auf Fig. 3 und 5 kann an der steifen Platte 7 ein zusätzliches, rohrförmiges Dünnplattenelement 11 (in gestrichelten Linien gezeigt) befestigt sein, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als die Innenseitenoberfläche 25 des Musters 20, so daß das untere Ende des Dünnplattenelements 11 den unteren Teil des Formsandes 5 in der Nähe der Innenseitenoberfläche 25 des Musters 20 erreicht, wie in Fig. 3, wenn die Kolbenstange 6 abgesenkt wird. Durch das Dünnplattenelement 11 wird dieser Teil des Formsandes gut vorkomprimiert.Referring to Figs. 3 and 5, an additional tubular thin plate element 11 (shown in dashed lines) can be attached to the rigid plate 7, the diameter of which is slightly smaller than the inside surface 25 of the pattern 20, so that the lower end of the thin plate element 11 reaches the lower part of the molding sand 5 near the inside surface 25 of the pattern 20, as in Fig. 3, when the piston rod 6 is lowered. The thin plate element 11 precompresses this part of the molding sand well.
In Fig. 7 und 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erklärt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein anderes Verfahren angewandt, um den unteren Teil des Formsandes in der Nähe der Außen- und Innenseitenoberflächen eines Musters vorzukomprimieren und den ganzen Formsand zu verfestigen. Die gleichen Zahlen und Buchstaben sind für die gleichen Elemente des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, und ähnliche Zahlen und Buchstaben für ähnliche Elemente.In Figs. 7 and 8, a second embodiment of the method of the present invention is explained. In this embodiment, a different method is used to pre-compress the lower part of the molding sand near the outer and inner side surfaces of a pattern and to solidify the whole molding sand. The same numbers and letters are used for the same elements of the first embodiment, and similar numbers and letters for similar elements.
Wie in Fig. 7 und 8 ist eine Musterplatte 20A (ohne Entlüftungsloch) auf einem Tisch 1A (ohne Öffnung) angeordnet. Auf der Musterplatte 20A ist ein Muster 23A angebracht. Das Muster 23A hat die Form eines nahezu quadratischen Blocks und besitzt eine kleine, zylindrische, zentrale Durchgangsbohrung oder Tasche 26A. Die Musterplatte 20A, Formkasten 3 und Aufsetzrahmen bestimmen einen Formraum. Zu der Vorrichtung zum Vorverdichten des Formsandes gehört eine Kolbenstange 6, eine daran befestigte, steife Platte 7 und ein Dünnplattenelement 8 sowie ein runder Stab oder eine runde Stange 11A, die beide an der steifen Platte 7 befestigt sind. Der Durchmesser der runden Stange 11A ist etwas kleiner als der der Tasche 26A.As in Fig. 7 and 8, a pattern plate 20A (without vent hole) is arranged on a table 1A (without opening). A pattern 23A is attached to the pattern plate 20A. The pattern 23A has the shape of a nearly square block and has a small, cylindrical, central through hole or pocket 26A. The pattern plate 20A, mold box 3 and mounting frame define a molding space. The device for pre-compacting the molding sand includes a piston rod 6, a rigid plate 7 attached to it and a thin plate element 8 as well as a round rod or a round bar 11A, both of which are fixed to the rigid plate 7. The diameter of the round bar 11A is slightly smaller than that of the pocket 26A.
Im Betrieb wird zunächst dem Formraum Formsand zugeführt und die Seitenoberfläche des Formsandes eingeebnet. Dann wird die Kolbenstange 6 abgesenkt, bis das Dünnplattenelement 8 und die runde Stange 11A den unteren Teil des Formsandes in der Nähe der Außen- bzw. Innenseitenoberflächen des Musters 23A erreichen, wie in Fig. 7. Der Formsand wird an dem Teil in der Nähe der seitlichen Oberflächen vom Dünnplattenelement 8 und der Stange 11A gut vorkomprimiert. Nach dem Vorkomprimieren wird die Vorrichtung dann vom Formsand wegbewegt. Ein Abdeckteil, welches mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Druckluft durch ein Ventil verbunden ist (wie Abdeckteil 5, Ventil 5A und Einrichtung P in Fig. 2) wird dann auf der Oberseite des Aufsetzrahmens 4 abdichtend befestigt. Das Ventil wird geöffnet, um zur Verfestigung des ganzen Formsandes Druckluft in den Formraum einzuführen. So wird eine Form hergestellt.In operation, molding sand is first supplied to the mold cavity and the side surface of the molding sand is leveled. Then, the piston rod 6 is lowered until the thin plate member 8 and the round rod 11A reach the lower part of the molding sand near the outer and inner side surfaces of the pattern 23A, respectively, as in Fig. 7. The molding sand is well pre-compressed at the part near the side surfaces of the thin plate member 8 and the rod 11A. After pre-compression, the device is then moved away from the molding sand. A cover member connected to a device for supplying compressed air through a valve (such as cover member 5, valve 5A and device P in Fig. 2) is then sealingly attached to the top of the seat frame 4. The valve is opened to allow compressed air to enter the molding chamber to solidify all of the molding sand. This is how a mold is made.
In Fig. 9 und 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Vorkomprimieren des Formsandes gezeigt. Dieses Verfahren ähnelt dem des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist ein Muster 23B und ein Dünnplattenelement 8B in Draufsicht kreisförmig, aber die Innenseitenoberfläche des Formkastens 3 ist quadratisch. Damit ist der Abstand zwischen der Innenseitenoberfläche des Formkastens und der Außenseitenoberfläche des Musters an den inneren Ecken des Formkastens 3 groß. Formsand hat die Tendenz, an diesen Ecken nicht gut verdichtet zu werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind deshalb vier weitere Dünnplattenelemente oder Winkelstangen 12 an Ecken der steifen Platte 7 befestigt, so daß der untere Teil des Formsandes S in der Nähe der Innenseitenoberfläche des Formkastens 3 gut vorkomprimiert wird. Wenn die mittlere Stange 11A, das Dünnplattenelement 8B und Winkelstangen 12 in den Formsand eingesetzt werden, wird dieser im unteren Teil in der Nähe der Innen- und Außenseitenoberfläche des Musters 23B und der Innenseitenoberfläche des Formkastens 3 gut vorkomprimiert. Nachdem der Formling vorkomprimiert wurde, wird auf seine gesamte Oberfläche Druckluft aufgebracht, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel. So wird eine Form produziert. Alle Winkelstangen 12 können, wenn gewünscht, breiter sein als die in Fig. 10 gezeigten.9 and 10, there is shown a third embodiment of the method for pre-compressing the molding sand. This method is similar to that of the second embodiment. In this third embodiment, a pattern 23B and a thin plate member 8B are circular in plan view, but the inside surface of the molding box 3 is square. Thus, the distance between the inside surface of the molding box and the outside surface of the pattern is large at the inner corners of the molding box 3. Molding sand tends not to be well compacted at these corners. In this embodiment, therefore, four more thin plate members or angle bars 12 are attached to corners of the rigid plate 7 so that the lower part of the molding sand S near the inside surface of the molding box 3 is well pre-compressed. When the middle bar 11A, the thin plate element 8B and angle bars 12 are inserted into the molding sand, it is formed in the lower part near the inner and outer surface of the pattern 23B and the inner surface of the molding box 3. After the molding has been pre-compressed, compressed air is applied to its entire surface, as in the second embodiment. In this way, a mold is produced. All angle bars 12 can, if desired, be wider than those shown in Fig. 10.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind lediglich exemplarisch. Eines oder mehrere der Dünnplattenelemente und/oder Stangen kann wahlweise benutzt werden, je nach dem, welcher Teil des Formsandes besonders komprimiert werden soll und je nach der Gestalt eines Musters und eines Formkastens. Jegliche weitere Abwandlung oder Änderung der Ausführungsbeispiele oder irgendeine Kombination der Ausführungsbeispiele kann innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden. So können zum Beispiel die Entlüftungslöcher und Entlüftungsstöpsel beim ersten Ausführungsbeispiel weggelassen werden. Ferner kann beim ersten Ausführungsbeispiel statt einer Vorverdichtung mittels Druckluft eine Vorverdichtung durch das Rüttelverfahren angewandt werden. Auch wenn beim ersten Ausführungsbeispiel Formsand vor dem Vorkomprimieren mit einem Dünnplattenelement mittels Druckluft vorverdichtet wird, kann diese Reihenfolge geändert werden. Mit anderen Worten, der Formsand kann zunächst mit dem Dünnplattenelement vorkomprimiert und dann mittels Druckluft vorverdichtet werden. Ferner kann, obwohl bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen das Dünnplattenelement und/oder die Stange durch Absenken in den Formsand im Formraum eingesetzt wird, stattdessen im Wege eines herkömmlichen Verfahrens der Formsand im Formraum zum feststehenden Dünnplattenelement und/oder der Stange angehoben werden.The above embodiments are merely exemplary. One or more of the thin plate members and/or rods may be used selectively depending on which part of the molding sand is to be particularly compressed and depending on the shape of a pattern and a molding box. Any further modification or change of the embodiments or any combination of the embodiments may be made within the scope of the appended claims. For example, the vent holes and vent plugs may be omitted in the first embodiment. Furthermore, in the first embodiment, pre-compaction by the vibrating method may be used instead of pre-compaction by compressed air. Although in the first embodiment, molding sand is pre-compacted by compressed air before pre-compressing with a thin plate member, this order may be changed. In other words, the molding sand may first be pre-compressed with the thin plate member and then pre-compacted by compressed air. Furthermore, although in the above embodiments the thin plate member and/or the rod is inserted into the molding sand in the molding space by lowering it, the molding sand in the molding space may instead be raised to the fixed thin plate member and/or the rod by means of a conventional method.
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