DE3831192A1 - Verfahren zum herstellen von formen und formschalen, giessereimodellen, kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter oberflaeche - Google Patents
Verfahren zum herstellen von formen und formschalen, giessereimodellen, kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter oberflaecheInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formen und
Formschalen, Gießereimodellen, Kernbuchsen und dergleichen, auch mit
strukturierter Oberfläche, aus Keramik oder anderen hochfesten und
hochschmelzenden Werkstoffen.
Es ist sehr aufwendig, Formen oder Formschalen herzustellen, die in ihrer
Oberfläche strukturiert sind, die also beispielsweise eine lederartige
Struktur haben oder bei denen eine Holzmaserung auf der 0berfläche
erwünscht ist. Wenn solche Formen eine hinreichend lange Lebensdauer haben
sollen, müssen sie aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt sein.
Üblicherweise geht man so vor, daß von einem Urmodell ein Abdruck
abgenommen wird und die Oberflächenstruktur nachträglich durch
spanabhebende Techniken in die Form gebracht werden. Dies ist eine
aufwendige und zeitraubende Vorgehensweise, die zudem in den meisten
Fällen nicht automatisiert ist, so daß Handarbeit notwendig ist. Dasselbe
gilt, wenn die Form eine sehr glatte Oberfläche aufweisen soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der
eingangs genannten Gattung bereitzustellen, so daß Formen mit glatter
Oberfläche oder mit Oberflächenstrukturen mit wenig Aufwand hergestellt
werden können, wobei das Verfahren auch weitgehend automatisierbar sein
soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen
Verfahrensschritten gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Urmodell verwendet, das schon
die gewünschten Oberflächenstrukturen aufweist. Dieses Urmodell kann zum
Beispiel aus Textilien bestehen, aus Kunststoff, aus Holz, es kann
eine Lederhaut aufweisen. Es kann auch aus Wachs sein, auf dem die
Strukturen aufgebracht sind, wenn sich zeigt, daß dieses für die
gewünschte Oberflächenstruktur oder auch für die Formgebung erforderlich
ist. Ganz allgemein besteht das Urmodell aus einem thermisch
hochempfindlichen Material. Es können aber auch Urmodelle aus thermisch
unempfindlichen Materialien wie Metall oder Keramik sein.
Auf dieses Urmodell aus thermisch hochempfindlichen Materialien wird im
ersten Verfahrensschritt eine Schicht aus einem niedrigschmelzenden
metallischen Werkstoff aufgebracht. Die Auswahl des Werkstoffes richtet
sich nach der Temperaturempfindlichkeit des zugrundeliegenden Urmodells.
Man kann Zinn,Wismut, Cadmium, Indium, Blei, Zink, Aluminium verwenden,
oder eine Legierung aus wenigstens zwei dieser Stoffe.
Geeignete Techniken, um diesen niedrigschmelzenden metallischen Werkstoff
auf das Urmodell aufzubringen, sind Aufspritzen oder Aufgießen. Zum
Aufspritzen ist eine handelsübliche Metallspritzpistole geeignet, die
elektrisch oder gasbetrieben wird, wie z.B. eine Lichtbogen-, Plasma
oder Pulverpistole, oder aber eine Schmelzbadpistole.
Die aufgebrachte selbsttragende Schicht wird durch nichtmetallische
Materialien zu einer Zwischenform verstärkt. Entweder erfolgt
dies durch Hintergießen mit Gießharz, Gips usw., so daß man einen
massiven Körper erhält, eine andere Möglichkeit ist es, die Schicht
beispielsweise mit glasfaserverstärktem Kunstharz zu laminieren.
Es kann auch der niedrigschmelzende metallische Werkstoff in einer sehr
dicken Schicht aufgegossen werden, so daß sich eine weitere Verstärkung
erübrigt.
Anschließend wird die so entstandene Zwischenform vom Urmodell entformt.
Die nun vorliegende Zwischenform weist also eine metallische Seite auf,
die auch an ihrer Oberfläche strukturiert ist.
Auf diese metallische Seite der Zwischenform wird nun eine Schicht aus
einem hochfesten Keramik oder anderem hochschmelzenden Werkstoff aufge
bracht. Hochschmelzend heißt hier, daß der Schmelzpunkt des Werkstoffs
hoch liegt im Vergleich zu dem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich des
niedrigschmelzenden metallischen Werkstoffs. Solche Werkstoffe sind
beispielsweise Zink, Aluminium, Kupfer,Messing, Stahl, Molybdän, Nickel,
Keramik oder eine Legierung aus mindestens zwei dieser Stoffe, sowie
Karbide dieser genannten Werkstoffe.
Auch der hochfeste und hochschmelzende Werkstoff kann im Spritzverfahren
auf die Zwischenform aufgebracht werden. Es eignet sich wieder eine
Metallspritzpistole oder eine Schmelzbadpistole wie oben beschrieben.
Zusätzlich kann die Flamm-Lichtbogen-Technik oder Plasmatechnik angewendet
werden.
Die Schichtdicke, in der der hochfeste und hochschmelzende Werkstoff auf
das Zwischenmodell aufgebracht wird, richtet sich nach der späteren
Anwendung. Es können Schichten in Dicke von Mikrometerstärken bis hinauf
zu einigen Zentimetern aufgebracht werden. Im letzteren Fall wird das
Modell zweckmäßig durch vorher eingebrachte Kühlschlangen gekühlt.
Das hochschmelzende Material schmilzt den niedrigschmelzenden Werkstoff an
seiner Oberfläche etwas an. So bekommt man eine Haftung zum
Zwischenmodell, ohne daß man speziell Haftvermittler einsetzen muß. Auch
die üblicherweise benutzte Methode des Anrauhens der Modelloberfläche
durch Sandstrahlen kann entfallen. Beide Verfahren wären auch nachteilig,
da sie die Oberfläche des Zwischenmodells in ihrer Beschaffenheit
beeinflussen und verschlechtern.
Falls die Schicht aus hochschmelzendem Werkstoff nicht selbsttragend ist,
kann sie verstärkt werden, und zwar mit einem Metall, einer Metall-
Legierung, mit Gießharz oder einem anderen Kunststoff oder mit Gips oder
Beton.
Jetzt wird die Schicht aus niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff
aufgeschmolzen. Das kann je nach verwendetem Material im Wasserbad, im
Ölbad, in einem Wachs/Paraffinbad, in einem Polyethylenglykolbad, in einem
Ofen oder Schmelztiegel vorgenommen werden, oder der niedrigschmelzende
Werkstoff kann induktiv aufgeschmolzen werden. Sobald das
niedrigschmelzende Material abgeflossen ist bzw. abgeleitet worden ist,
sind die verbleibende Verstärkung der Zwischenform und die Schicht aus
hochschmelzendem Werkstoff, die die Endform bildet, voneinander getrennt.
Die Endform kann entnommen werden.
Auf diese Weise können maßgenaue Formschalen in kurzer Zeit hergestellt
werden. Oberflächenstrukturen werden gut wiedergegeben.
Selbstverständlich ist das Verfahren auch geeignet, wenn keine
Oberflächenstrukturen auf der Form vorgesehen sind. In diesem Fall erhält
man eine Form, deren Oberflächenrauhigkeit sehr viel geringer ist als bei
Formen, die mit spanabhebenden Methoden hergestellt werden. Je nach
verwendetem Material hat die Endform eine hohe Härte und Festigkeit.
Im folgenden soll anhand der Zeichnung das Verfahren beispielhaft
erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 den Ablaufplan für ein Verfahren gemäß der Erfindung, wobei ggfls.
auch alternative Möglichkeiten dargestellt sind,
Fig. 2a das Herstellen der Zwischenform,
Fig. 2b das Herstellen der Endform und
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Aufschmelzen der Schicht aus
niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff.
Fig. 1 zeigt schematisch den Ablaufplan für ein Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung. Man geht von einem positiven oder negativen
Urmodell aus beliebigem Material aus, wobei das Verfahren
besonders für thermisch sehr empfindliche Materialien
geeignet ist. Das Herstellen der Zwischenform erfolgt in zwei
Schritten nämlich zuerst durch Aufspritzen einer Schicht
aus niedrigschmelzendem Kunststoff auf das Urmodell, sodann wird diese
Schicht mit Kunstharz laminiert. Als Alternative zum Aufspritzen kann der
Werkstoff auch aufgegossen werden. Er bedeckt dann nach Art einer
Hinterfütterung das Urmodell massiv. Auch das Laminieren der Schicht aus
niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff kann ersetzt werden durch ein
massives Hintergießen, beispielsweise mit Gießharz, Metall, Gips od.dergl.
Anschließend wird das nun fertige Zwischenmodell entformt. Die nächsten
Schritte befassen sich mit dem Herstellen der Endform. Dabei wird eine
Schicht aus hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff auf die Schicht aus
niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff aufgespritzt. Diese hochfeste
Schicht wird mit Harz, Metall oder mit keramischem Material hintergossen.
Jetzt wird die Schicht aus niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff
aufgeschmolzen, und zwar entweder mit direkter Wärme oder induktiv. Die
Endform läßt sich jetzt leicht von der zurückbleibenden Verstärkung der
Zwischenform trennen und entnehmen.
Die Fig. 2a zeigt anschaulich das Herstellen der Zwischenform in einer
Bildfolge. Im Teilbild I ruht das Urmodell (2) auf einem Träger (1). Der
Träger (1) erstreckt sich dabei über das Urmodell (2) hinaus. Teilbild
II zeigt, wie Träger (1) und Urmodell (2) mit einer Schicht (3) aus
niedrigschmelzendem metallischen Material überzogen sind. Es ist auch
möglich, am Träger (1) einen Rahmen (1 a, 1 b) anzubringen und den so
entstehenden Hohlraum vollständig mit dem niedrigschmelzenden Material
(3 a) auszufüllen. Dies ist im Bild IIA dargestellt. Dann entfällt der
nächste Verfahrensschritt, nämlich das Verstärken der Schicht (3). Die
Schicht (3) kann durch ein Laminat (4) aus Kunststoff verstärkt werden
(Bild III) oder wieder mit Gießharz, Gips oder dergleichen massiv
hintergossen. Dies in Bild IIIA gezeigt, wo wieder am Träger ein Rahmen
(1 a, 1 b) vorgesehen ist, welche einen mit dem zu hintergießenden Material
(4 a) auszufüllenden Raum bilden. Die nun fertige Zwischenform, die
bevorzugt aus einer Schicht (3) aus niedrigschmelzendem metallischen
Werkstoff und einer Verstärkung aus Laminat (4) besteht, kann nun vom
Urmodell (2) abgenommen werden, wobei das Urmodell (2) auf dem Träger (1)
verbleibt.
Fig. 2b zeigt das Herstellen der Endform. Dazu ist es günstig, die
Zwischenform zu wenden, so daß sie auf zwei Stützen (6 a, 6 b) mit der
Laminatseite (4) ruhend gelagert werden kann. Auf die Schicht (3) aus
niedrigschmelzendem metallischen Werkstoff wird dann die Schicht (5) aus
hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff aufgebracht, bevorzugt
aufgespritzt. Im Bild V ist die Zwischenform (3, 4) mit der Schicht (5)
aus hochfestem Material auf den Stützen (6 a, 6 b) ruhend dargestellt. An den
Stützen (6 a, 6 b) kann ein Rahmen (7 a, 7 b) angebracht werden, um - wie in
Bild VI dargestellt - zusammen mit der Zwischenform (3, 4) und der Schicht
(5) einen zu hinterfütternden Raum (8) zu definieren. Das Material zum
Hinterfüttern wird man auch danach auswählen, ob beispielsweise die
Endform hermisch belastet wird oder nicht. Falls dies nicht der Fall ist,
ist es auch denkbar, den Raum (8) mit Polyurethan oder einem anderen
Kunststoff auszuschäumen, wodurch die Endform niedrig im Gewicht wird.
Wird Temperaturbeständigkeit auch der Hinterfütterung gefordert, so sind
Materialien wie Zink, Aluminium, Bronze, Gips, Beton
und dergleichen geeigneter. Schließlich zeigt
Bild VII die Endform, bestehend aus der Schicht (5) aus hochfestem
Material, den Rahmen (7 a, 7 b) und der Hinterfütterung (8). Es ist hier
nicht dargestellt, wie das Trennen von Zwischenform und Endform erfolgt.
Dies wird im Zusammenhang mit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung
erläutert. Die Vorrichtung besteht aus einer Wanne (9), die auf mit Füßen
(11 a, 11 b) versehenen Beinen (10 a, 10 b) ruht. In der Wanne (9) ist in
einem Abstand vom Wannenboden ein Gitter oder ein Rost (12) untergebracht.
Auf dem Rost (12) steht die zum Trennen bereite Anordnung aus Zwischenform
(3, 4), Endform (5, 7 a, 7 b, 8) und Stützen (6 a, 6 b). In die Wanne (9) wird
nun soviel Öl oder Wasser (13) eingeleitet, daß die Schicht (5) aus
hochfestem Material und damit auch die Schicht (3) aus niedrigschmelzendem
Material gut bedeckt sind. Die Flüssigkeit (13) wird soweit erhitzt, daß
die Schicht (3) aus niedrigschmelzendem Werkstoff aufschmilzt. Ob Wasser
oder Öl als Flüssigkeit (13) gewählt werden, hängt also davon ab, aus
welchem Werkstoff die Schicht (3) besteht. Der niedrigschmelzende
Werkstoff kann nun durch Kippen der Anordnung auf den Boden der Wanne (9)
geleitet werden, oder es können in der Laminatschicht (4) an einigen
Stellen Bohrungen vorgesehen sein, durch die der niedrigschmelzende
Werkstoff im geschmolzenen Zustand abfließen kann. Das sich am Boden der
Wanne (9) ansammelnde Material kann durch einen Hahn (15) abgeleitet
und wieder verwendet werden.
Das Aufschmelzen kann selbstverständlich auch in einem Ofen erfolgen, oder
auch induktiv oder durch einen in die Hintertüre eingegossenen
Kupferschlauch oder Heißpatrone erfolgen.
Claims (17)
1. Verfahren zum Herstellen von Formen und Formschalen,
Gießereimodellen, Kernbuchsen und dergleichen, auch mit
strukturierter Oberfläche, aus Keramik oder hochfesten
und hochschmelzenden Werkstoffen, beispielsweise
Metallen, Metallegierungen oder Keramikmassen, bei dem
- a) auf ein Urmodell aus thermisch hochempfindlichen Materialien eine Schicht aus einem niedrigschmelzenden metallischen Werkstoff aufgebracht,
- b) diese Schicht durch nichtmetallische Materialien zu einer Zwischenform verstärkt,
- c) die Zwischenform vom Urmodell entformt,
- d) auf die metallische Seite der Zwischenform eine eine Endform bildende Schicht aus Keramik oder einem hochfesten und hochschmelzenden Werkstoff aufgebracht,
- e) die Schicht aus niedrigschmelzendem metallischem Werkstoff aufgeschmolzen und
- f) die Endform der noch verbliebenen Verstärkung der Zwischenform entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht aus niedrigschmelzendem metallischen
Werkstoff in selbsttragender Stärke aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus niedrigschmelzendem
metallischen Werkstoff mit einer Dicke im
Mikrometerbereich aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß als niedrigschmelzender
metallischer Werkstoff Zinn, Wismut, Cadmium, Indium,
Blei, Zink oder eine Legierung aus wenigstens zwei
dieser Stoffe verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der niedrigschmelzende metallische
Werkstoff auf das Urmodell aufgespritzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der niedrigschmelzende metallische
Werkstoff auf das Urmodell aufgegossen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff auf die
metallische Seite der Zwischenform aufgespritzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff in Dicken bis
zu einigen Zentimetern auf die metallische Seite der
Zwischenform aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff in einer
Dicke im Mikrometerbereich auf die metallische Seite
der Zwischenform aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß als hochfester und hochschmelzender
Werkstoff Zink, Aluminium, Kupfer, Messing, Stahl,
Molybdän, Nickel, Keramik oder eine Legierung aus
mindestens zwei dieser Stoffe verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Werkstoff nach dem
Aufbringen auf die metallische Seite der Zwischenform
mechanisch zu einer Endform verstärkt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht aus Keramik oder hochfestem und
hochschmelzendem Werkstoff zur Verstärkung mit einem
Kunstharz hintergossen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht aus Keramik oder hochfestem und
hochschmelzendem Werkstoff zur Verstärkung mit einem
Metall hintergossen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht aus Keramik oder hochfestem und
hochschmelzendem Werkstoff zur Verstärkung mit einem
keramischen Material hintergossen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzenden Legierung
nach dem Aufbringen der Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Material im Ölbad
aufgeschmolzen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Legierung
nach dem Aufbringen der Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Material induktiv
aufgeschmolzen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Legierung
nach dem Aufbringen der Schicht aus Keramik oder
hochfestem und hochschmelzendem Material im Wasserbad,
in einem Wachs/Paraffin-Bad oder in einem
Polyethylenglykolbad aufgeschmolzen wird.
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|---|---|---|---|
| DE19883831192 DE3831192A1 (de) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Verfahren zum herstellen von formen und formschalen, giessereimodellen, kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter oberflaeche |
| EP89119394A EP0423390A1 (de) | 1988-09-14 | 1989-10-19 | Verfahren zum Herstellen von Formen und Formschalen, Giessereimodellen, Kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter Oberfläche |
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| DE19883831192 DE3831192A1 (de) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Verfahren zum herstellen von formen und formschalen, giessereimodellen, kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter oberflaeche |
Publications (1)
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| DE3831192A1 true DE3831192A1 (de) | 1990-03-22 |
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| DE19883831192 Ceased DE3831192A1 (de) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Verfahren zum herstellen von formen und formschalen, giessereimodellen, kernbuchsen und dergleichen, mit strukturierter oberflaeche |
Country Status (2)
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Cited By (4)
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