VDI 3381-2012 Polysterene foam patterns - Design instructions for cast iron and cast steel dies.pdf

1、ICS 25.120.30, 77.140.80 VDI-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schaumstoffmodelle Konstruktionshinweise fr Werkzeugteile aus Gusseisen und Stahlguss Polysterene foam patterns Design instructions for cast iron and cast steel dies VDI 3381 Ausg. deutsch/englisch Issue Ge

2、rman/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authoritative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsve

3、rfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: Betriebsmittel VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI-Handbuch Werkstofftechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:06.09 Entwur

4、f,deutschFormeredition:06/09Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Formelzeichen . 3 3

5、 Vollformverfahren . 3 4 Modellwerkstoffe und Hilfsstoffe . 4 4.1 Modellwerkstoff Polystyrol . 4 4.2 Sonstige Modellwerkstoffe 5 4.3 Hilfsstoffe 5 5 Anforderungen an Modelle . 6 5.1 Allgemeine Anforderungen 6 5.2 Konstruktive Anforderungen . 13 6 Modellabnahme . 30 7 Gusswerkstoffe . 32 Schrifttum 3

6、2 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Symbols . 3 3 Full mould casting method . 3 4 Pattern materials and auxiliary materials 4 4.1 Pattern material polystyrene 4 4.2 Other pattern materials . 5 4.3 Auxiliary materials . 5 5 Requirements for patterns . 6 5.1 General requirements . 6 5.

7、2 Design requirements . 13 6 Pattern acceptance . 30 7 Casting materials 32 Bibliography . 32 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 3381 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstan

8、den unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des

9、Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in str

10、ict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guidel

11、ine without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Diese Richtlinie wendet sich an die Branche Werk-zeugbau und ihre

12、 Zulieferer. Die Werkzeugbaube-triebe selbst sind berwiegend innerhalb der gro-en Automobilwerke oder als Zulieferer in deren Umfeld angesiedelt. Weitere Zulieferer sind z. B. Konstruktionsfirmen, Modellbaubetriebe und Gie-ereien. Da es sich bei den im Werkzeugbau eingesetzten Gussteilen ausschlieli

13、ch um Unikate handelt, wurde seit Mitte der sechziger Jahre im Interesse einer konomischen und schnellen Fertigung das sogenannte Vollformverfahren“ eingefhrt. Es beruht auf der Verwendung von Modellen aus Po-lystyrol-Schaumwerkstoffen, die im Fertigungs-prozess der Gieerei im Unterschied zu den kla

14、s-sischen Hohlformverfahren innerhalb der Gie-form verbleiben und whrend des Gievorgangs durch die flssige Metallschmelze thermisch zer-setzt werden. Diese Technologie ist zumindest in West-Europa, in USA und Japan fr alle im Werk-zeugbau eingefhrten Eisen- und Stahlgusswerk-stoffe (siehe Richtlinie

15、 VDI 3388) Stand der Tech-nik. Die in den Modellbaubetrieben und den Giee-reien heute eingefhrten Fertigungstechniken wer-den als bekannt vorausgesetzt. Die Richtlinie er-whnt sie deshalb nur insoweit, wie sie im Zusam-menhang mit Konstruktionshinweisen erforderlich sind. Introduction This guideline

16、 aims to tool manufacturers and their suppliers. The tool manufacturers mainly are lo-cated within the big car building companies or as suppliers in the neighbourhood of these companies. Additional suppliers deal with construction, model building and casting. As cast parts for tool manufacturing are

17、 made as only one of a kind the full mould cast method was introduced since the middle of the sixties for rea-sons of fast and economic manufacturing. It is based on the use of models from polystyrene foam materials which in contrast to classical processes using hollow moulds stay in the mould durin

18、g the manufacturing process of the casting foundry and which are thermally dissolved by the molten metal in the casting process. This technology is common state of the art at least in western Europe, US and Japan for all iron and steel casting materials (see guideline VDI 3388) which are used in too

19、l manu-facturing. The manufacturing techniques which are established nowadays in model building and foun-dries are assumed to be known. The guideline re-fers to them only as far as they are required in con-nection with recommendations for construction. 1 Anwendungsbereich Gegenstand dieser Richtlini

20、e ist das sogenannte Vollformverfahren“ zur Herstellung von Gusstei-len. Beim Guss werden Modelle aus Polystyrol-Schaumwerkstoffen benutzt, die innerhalb der Gieform verbleiben und whrend des Gievor-gangs durch die flssige Metallschmelze thermisch zersetzt werden. 1 Scope This guideline refers to th

21、e full mould cast method for the manufacturing of cast parts. In this casting method models from polystyrene foam materials which stay in the mould and are pyrolyzed by the molten metal during the casting process. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserve

22、d Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3381 3 2 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit A, B, C Wand-/Bodendicken mm D Durchmesser mm d zu speisender Querschnitt mm h Hhe mm S Sttigungsweite mm 2

23、 Symbols The following symbols are used throughout this guideline: Symbol Term Unit A, B, C wall-/bottom thicknesses mm D diameter mm d cross section to be fed mm h height mm S saturation width mm 3 Vollformverfahren Polystyrolmodelle fr Werkzeug-Gussteile nach dem Vollformverfahren werden abschnitt

24、sweise aus plattenfrmigem Vollmaterial durch Frsen herausgearbeitet und durch Kleben zu einem Ge-samtmodell zusammengefgt. Die Modelle werden zu Beginn des Gieereiprozesses mit einer minera-lischen, oxidischen Deckschicht (Schlichte) be-schichtet, die spter eine saubere Trennung des flssigen Metalls

25、 von dem das Modell umgebenden Sand bildet. Das so vorbereitete Modell wird dann mit einem Verteilungssystem fr die Schmelze bestehend aus Einguss, Lufen und Anschnitten versehen, ber das beim spteren Gieen das fls-sige Metall in die Form eingeleitet wird. Der Ver-bund aus Modell und Giesystem wird

26、in einem passenden Formkasten positioniert und allseitig mit Formsand umgeben, der zugleich auch verdichtet werden muss (Bild 1). In Gielage werden die spteren Form- und Arbeits-flchen der Werkzeuge generell nach unten gegos-sen, um dort durch den hohen statischen Speisungs-druck und das Auftreiben

27、von Verunreinigungen in hhere Formbereiche Fehlerfreiheit sicher zu errei-chen. Auf den in Gielage oben liegenden Spann-flanschen bzw. Befestigungsflchen der Werkzeug-teile mssen ausreichend hohe Bearbeitungszugaben vorgesehen werden, um die Verunreinigungen dort erfassen und eliminieren zu knnen. D

28、ies knnen Fremdeinschlsse wie Sand oder Schlichtepartikel, Schlackenreste sowie Rckstnde aus der Zerset-zung des Schaumstoffmodells sein. Nach dem Ab-guss muss eine ausreichend langsame Abkhlung auf Temperaturen um ca. 200 C erfolgen, damit spannungsarme, rissunempfindliche und verzugsar-me Gussteil

29、e erzielt werden. Die Gussteilqualitt steht in direktem Zusammenhang mit der Modell-qualitt, der Gte der Metallschmelze, der Gietem-peratur und insbesondere der Gestaltung des Vertei-lungssystems fr die Schmelze. 3 Full mould casting method Polystyrene patterns for cast die parts manufac-tured accor

30、ding to the full mould casting method are milled in sections from plate-shaped solid ma-terial and joined to a complete pattern by gluing. At the beginning of the casting process, the pat-terns are coated with a mineral, oxidic top coating (black wash), which later ensures clean separation of the li

31、quid metal from the sand surrounding the pattern. The thus prepared pattern is then provided with a distribution system for the molten mass, consisting of git, runners and ingots that are used for introducing the liquid metal into the mould during the subsequent casting process. The com-pound of pat

32、tern and casting system is positioned in a suitable moulding box and is filled with moulding sand on all sides, which must be com-pacted at the same time (Figure 1). In casting position, the die surfaces that later serve as moulding and working surfaces are always cast downward to safely achieve a f

33、lawless result there due to the high static feed pressure and the ascend-ing of impurities into higher sections of the mould. Sufficient machining allowances must be provided on the clamping flanges or fastening surfaces of the die parts lying at the top in casting position, so that impurities can b

34、e collected and eliminated there. These may be inclusions of foreign particles, like sand or black wash particles, slag residues and residues from decomposition of the foamed mate-rial pattern. After casting, the mould must be cooled sufficiently slowly to temperatures of approx. 200 C to achieve lo

35、w-tension, crack-resistant and low-warpage cast parts. The quality of the cast part is directly connected to the quality of the pattern, the quality of the molten metal, the casting temperature and in particular the design of the distribution system used for the molten mass.B55EB1B3E14C22109E918E8EA

36、43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI 3381 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Das Vollformverfahren zeichnet sich gegenber dem Hohlformverfahren durch folgende Merkmale aus: Vorteile kurze Durchlaufzeiten im Modellbau niedrige Modellkosten kurze Durc

37、hlaufzeiten in der Gieereifertigung niedrigere Gussteilkosten maximale konstruktive Gestaltungsfreiheit mit geringer Kostenwirkung konstruktive nderungen mit geringem Auf-wand bis zur Modellabnahme mglich optimale Bauteilprfung bereits am Modell durch Gestaltgleichheit zwischen Modell und Abguss Das

38、 Vollformverfahren bietet optimale Voraus-setzungen zum Einsatz von Datentechniken von der konstruktiven Bauteilgestaltung bis hin zum einbaufertig bearbeiteten Teil mit der Zielrich-tung der weiteren Fehlerminimierung, Verkr-zung der Durchlaufzeit und Kostenoptimierung. Nachteile im Ausschussfall Z

39、eitverlust und Kosten durch Modellersatz Gelegentlich fhren Zersetzungsrckstnde aus unvollstndiger Verbrennung des Modell-schaums besonders in der oben liegenden Bear-beitungszugabe zu erschwerten Zerspanungsbe-dingungen. Die optische Gte der Rohgussoberflchen kann gegenber dem Hohlformverfahren lok

40、al durch Rckstnde der Modellzersetzung eingeschrnkt sein. Vorwiegend dickwandige Bauteile neigen zu diesem Defekt, der allerdings keine Ein-schrnkung der Gebrauchseigenschaften dar-stellt. Compared to the hollow mould casting method, the full mould casting method features the following characteristi

41、cs: Advantages short processing times in pattern making low pattern costs short processing times in casting production low costs per cast part maximum freedom of design with low cost effect design changes are possible at low expenditure until acceptance of the pattern optimum component test already

42、on the pattern since pattern and casting have the same shape The full mould casting method offers optimal conditions for the use of electronic data proc-essing from the constructive design of the com-ponent through to the machined part ready for installation while endeavouring to minimise the number

43、 of defects, shorten the processing time and optimise the costs. Disadvantages in the event of rejects, time loss and costs as pattern must be replaced Occasionally, residues from decomposition resulting from incomplete burning of the foamed material of the pattern may result in more difficult machi

44、ning conditions, in particu-lar with regard to the machining allowance at the top. Compared to the hollow mould casting method, the visual quality of the unfinished casting sur-faces may be restricted locally due to residues from pattern decomposition. Components with predominantly thick walls have

45、a tendency to showing this defect, which, however, does not restrict the use characteristics in any way. 4 Modellwerkstoffe und Hilfsstoffe 4.1 Modellwerkstoff Polystyrol Polystyrol als Modellwerkstoff begleitet das Voll-formverfahren von Beginn an. Aus Granulat als Vorprodukt werden in einer ersten

46、 Verfahrensstufe durch den Einsatz von Treibmitteln Polystyrolku-geln gleichen Durchmessers erzeugt. Diese werden in einem zweiten Verfahrensschritt in einem Form-werkzeug unter heiem Wasserdampf zu Rohbl-cken verschweit, die das Ausgangsmaterial fr die Modellfertigung sind. 4 Pattern materials and

47、auxiliary materials 4.1 Pattern material polystyrene Polystyrene as pattern material accompanies the full mould casting process from the beginning. In a first process step, expanding agents are used to produce polystyrene spheres of the same diameter from granulate as preliminary product. In a secon

48、d process step, these are welded in a form tool under hot water steam to produce ingots, the initial mate-rial for pattern production. Ursprngliches Bild ist um 90 gedreht worden! B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V.

49、 Dsseldorf 2012 VDI 3381 5 Polystyrol als Modellwerkstoff muss aus Grnden des Arbeitsschutzes frei sein von FCKW. FCKW wurden in der Herstellung hufig als Treibmittel verwendet und sind heute durch reine, nichthaloge-nierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Pentan, ersetzt. In Polystyrolen fr die Isolier-, Bau- oder Verpa-ckungstechnik werden Halogen-Additive aufgrund ihrer brandhemmenden Wirkung regulr eingesetzt.