Verfahren zur Herstellung von Gu & formen, insbesondere für Präzisionsgu & . Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gussformen, insbesondere für Präzisionsguss. Diese For men eignen sich hauptsächlich zum Giessen von Gegenständen aus Metallen mit hohem Schmelzpunkt (z. B. um 1400 C), wie sie für Kompressoren, Schaufeln von Verbrennungs turbinen und dergleichen Verwendung fin den. Die Formen können aber auch für den Präzisionsguss von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt benützt werden.
Nach bekannten Verfahren kann zur Her stellung von Formen für das Giessen von Maschinenteilen aus Metallen mit hohem Schmelzpunkt wie folgt verfahren werden: Ein Modell aus Wachs oder plastischem Ma terial oder aus einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt (auch eine Anzahl zusammen gefügter Modelle) wird mit einem feuerfesten Überzug durch ein Spritz-, Anstrich- oder Eintauchverfahren versehen, wobei es sich um ein fein zerriebenes, feuerfestes, in einem flüssigen Bindemittel suspendiertes Material handelt. Das Modell (oder die Modellreihe) wird dann in einen Behälter gebracht und ein gröberes feuerfestes, in einem flüssigen Bindemittel suspendiertes Material in den Behälter, während letzterer geschüttelt wird, eingeschüttet. Dieses Material wird Deck mittel genannt.
Nachdem sieh auf dem er sten Überzug eine Deckschicht gebildet hat, wird die überschüssige Flüssigkeit aus dem Behälter ausgegossen. Die Deckschicht lässt man hart werden, worauf das Modell ausge brannt wird, womit die Form Bussfertig ist.
Bei diesem bekannten Verfahren kann zur Herstellung des ersten Überzuges eine aus Seifenlösung, Natronwasserglas, Salzsäure und Flintsteinpulver hergestellte Mischung ver wendet werden. Dieser Überzug ist sehr ge eignet zur Aufnahme eines bekannten Deck mittels, das im wesentlichen aus gebranntem Ton, Kieselerdemehl, kalzinierter Magnesia, technischem Methylalkohol und Äthylsilikat besteht.
Dieses Deckmittel hat aber viele Nachteile. Äthylsilikat und technischer Me thylalkohol sind sehr teuer, das Deckmittel ist sehr empfindlich gegen Temperaturschwan kungen und Feuchtigkeit, der Alkohol ist leicht entzündlich und erfordert eine feuer sichere Ausstattung des Giessereigebäudes. Äthylsilikat verursacht leicht Hautentzün dungen und vergiftet alle mit ihm in Be rührung kommenden Nahrungsmittel. Kiesel- erdemehl verursacht Lungenbeschwerden, wes halb besondere Vorsichtsmassnahmen zu deren Verhütung vorgesehen werden müssen.
Das Verfahren gemäss vorliegender Er findung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gussmodell zuerst mit einem Überzug ver sehen wird, indem man ein feuerfestes Ma terial, Äthylsilikat und ein Hydrolysiermit- tel für letzteres auf das Modell aufbringt, und dass auf diesen Überzug eine aus einer wässerigen Suspension von mindestens einem Füllstoff und Zement erzeugter Deckschicht aufgebracht wird. Durch dieses Verfahren können die Nach teile des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Gussformen weitgehend behoben werden.
Da Äthylsilikat nur zur Herstellung des ersten Überzuges und nicht zur Herstellung der Deckschicht verwendet werden muss, kann die Menge desselben ge genüber dem bekannten Verfahren -am etwa 90 % vermindert werden. Da auch kein Al kohol zur Herstellung der Deckschicht ver wendet werden muss, ist die Feuergefährlich keit des Verfahrens vermindert. Der Giess prozess wird verbilligt und die Gesundheit der Arbeiter wird erheblich weniger gefähr det.
Geeignete Hydrolysiermittel sind Mono- äthanolamin und Piperidin. Als geeignetes feuerfestes Material ist Ton, Kieselerdemehl oder Töpferflint empfehlenswert.
Bei der Einwirkung des Hydrolysiermit- tels auf das Äthylsilikat wird eine gallert artige Kieselsäuremasse gebildet, welche das feuerfeste Material bindet, und der so ge bildete Überzug auf dem Gussmodell ist weder ili Wasser löslich noch durch letzteres an greifbar.
Als Zement wird zweckmässig der be kannte Portlandzement oder ein Zement mit hohem Gehalt an Tonerde verwendet.
Der zur Herstellung der Deckschicht ver wendete Füllstoff besteht vorzugsweise aus einem in der Korngrösse abgestuften feuer festen Material, wie z. B. feuerfestem Ton, mit oder ohne Zusatz von feinerem feuer festem Material, wie nachstehend erwähnt. Für die Herstellung der Deckschicht können z. B. auf 75 bis 96 Gewichtsteile feuerfestes Material 4 bis 25 Gewichtsteile Zement ver wendet werden.
Feines feuerfestes Material, wie Schamotte, Kieselerde und dergleichen, kann beigefügt werden, um den Wärmeausdehnungs-Koeffi- zienten zu verändern. Auch kann der Zu satz von feinem feuerfestem Material eine härtere Form und eine kleine Ersparnis an Zement bewirken.
Der Auftrag auf das Modell kann durch Bespritzen oder Bestreichen des Modells mit der Mischung oder auch durch Eintauchen des Modells in diese. Mischung erfolgen.
In gewissen Fällen dürfte es wünschens- wert sein, ein Gemisch aus dem feuerfesten Material und dem Äthylsilikat einerseits und das Hydrolysiermittel anderseits getrennt an zuwenden, um das Gelieren vor dem Auftra gen zu vermeiden, besonders beim Aufsprit zen der Mischung, da hier durch schlechtes Funktionieren der Spritzgeräte ein Gelieren eintreten kann und eine einheitliche Auftra- gung dann nicht mehr gegeben ist.
Daher kann das feuerfeste Material mit dem Äthyl- silikat durch eine Düse und das Hydrolysier- mittel durch eine andere Düse, welche beide im gleichen Spritzgerät mit den zugehörigen Spritzrohren kombiniert sein können, aufge spritzt werden. Auf diese Weise werden beide Auftragmittel während der Zuleitung von der Düse zum Modell vermischt.
Werden jedoch das Äthylsilikat und das Hydrolysiermittel unter besonderen Bedingun gen gemischt, so kann diese Lösung als be ständig betrachtet werden, sofern sie in einem geschlossenen Gefäss aufbewahrt wird. So ist z. B. eine Mischung von Äthylsilikat und Monoäthanolamin auf dem Markt, ebenso eine Mischung von Äthylsilikat und Piperidin.
Nach dem Brennen bildet das -Xthylsili- kat reine Kieselerde, die den Modellüberzug bindet und seine Feuerfestigkeit erhöht.
Durch Verwendung der passenden Menge Monoäthanolamin oder Piperidin kann der gewünschte Grad der Hydrolyse des Äthyl- silikates und damit der gewünschte Grad der Abscheidung von Kieselsäure erreicht werden. Bei Verwendung solcher Hydrolysiermittel erfolgt die Hydrolyse des Äthylsilikates, ohne dass eine grosse Menge Alkohol, gemischt mit Chlorwasserstoffsäure, wie bei den bisher be kannten Verfahren, als Hydrolysiermittel ver wendet werden muss.
Geeignete hochfeuerfeste Materialien sind gemahlener Töpferflint, ge schmolzene oder kalzinierte Tonerde, Scha motte und Sillimanit.
Das für den ersten Überzug dienende Ma terial kann ein Netzmittel, z. B. ein Natrium salz einer Alkylschwefelsäure, mit oder ohne flüchtiges, mit dem Äthylsilikat vermischbares Lösungsmittel, z. B. Alkohol, enthalten. Das Netzmittel wird verwendet, um die Mischung der Substanzen zu erleichtern und einen gleichmässigen Auftrag der Mischung auf dem Modell zu ermöglichen. Viele bekannte Netz mittel können, sofern sie mit Äthylsilikat mischbar sind, mit oder ohne gebräuchliche Lösungsmittel verwendet werden. Metallseifen sind nicht, empfehlenswert, da durch deren Zersetzung bei hohen Temperaturen Metall oxyde mit niedriger Feuerfestigkeit erzeugt werden können.
Die Hauptfunktion des Alkohols besteht darin, als leichtflüssiger Bestandteil in einer Spritzflüssigkeit, wie sie zur Herstellung des ersten Überzuges verwendet werden kann, zu dienen. Es ist vorteilhaft, das Netzmittel den übrigen Bestandteilen der Mischung als alko holische Lösung zuzufügen.
Das feuerfeste Material bildet zusammen mit dem Bindemittel eine harte Auftrags schicht. auf dem Modell, wenn die Hydrolyse durch entsprechendes Stehenlassen und dar auffolgendes Erhitzen vervollständigt wird, damit der Überzug die Fähigkeit besitzt, den Hitzegraden und der Einwirkung des Metalles beim Giessen zu widerstehen. Dazu kann das zur Herstellung des ersten Überzuges dienende Material etwas Porzellanerde oder andere ton- erdehaltige Materialien enthalten, um den Koeffizienten der Wärmeausdehnung des Überzuges auf den entsprechenden Koeffizien ten der Deckschicht abzustimmen.
Bevorzugte Monoäthanolamin enthaltende Mischungen für den ersten Überzug auf dem Gussmodell können innerhalb folgender Pro portionen zusammengestellt werden-
EMI0003.0014
<I>Flüssigkeiten:</I>
<tb> (Prozentsatz <SEP> des <SEP> Volumens <SEP> der <SEP> gesamten
<tb> Flüssigkeit)
<tb> Äthylsilikat <SEP> plus <SEP> Monoäthanolamin
<tb> (1-5% <SEP> des <SEP> Volumens <SEP> an
<tb> Äthylsilikat) <SEP> <B>50-1000/0</B>
<tb> Netzmittel <SEP> 0- <SEP> 121/o
<tb> Lösungsmittel <SEP> 0- <SEP> 38%
EMI0003.0015
<I>Feste <SEP> Stoffe:
</I>
<tb> (Prozentsatz <SEP> des <SEP> Gewichts <SEP> der <SEP> gesamten
<tb> festen <SEP> Masse)
<tb> Hochfeuerfestes <SEP> Material <SEP> 70-100 <SEP> % <SEP> so
<tb> Kaolin <SEP> oder <SEP> ähnliches <SEP> tonerde haltiges <SEP> Material <SEP> 0- <SEP> <B>30%</B> Das Verhältnis der flüssigen zu den festen Stoffen richtet sich nach den jeweiligen Er fordernissen.
Als typisches Überzugsmaterial innerhalb obiger Proportionen mit nachweisbar zufrie denstellendem Ergebnis ist ein solches von folgender Zusammensetzung zu erwähnen:
EMI0003.0018
<I>Flüssige <SEP> Stoffe</I>
<tb> Äthylsilikat <SEP> 230 <SEP> cm'
<tb> Monoäthanolamin <SEP> 4,7 <SEP> "
<tb> Netzmittel <SEP> 2,5 <SEP> "
<tb> Alkohol <SEP> (Industrie) <SEP> 12,5
<tb> <I>Feste <SEP> Stoffe:</I>
<tb> Töpferflint <SEP> 452,8 <SEP> g
<tb> Kaolin <SEP> 84,9 <SEP> g Beim vorstehenden Beispiel können Äthyl- silikat und Monoäthanolamin in Form einer im Handel erhältlichen fertigen Mischung der beiden Stoffe verwendet werden.
Bevorzugte Piperidin enthaltende Mischun gen für den ersten Überzug können in folgen den Proportionen zusammengestellt werden
EMI0003.0023
<I>Flüssige <SEP> Stoff <SEP> e:</I>
<tb> (Prozentsatz <SEP> des <SEP> Volumens <SEP> der <SEP> gesamten
<tb> Flüssigkeit)
<tb> älthylsilikat <SEP> plus <SEP> Piperidin <SEP> (1-5 <SEP> %
<tb> des <SEP> Volumens <SEP> an <SEP> Äthylsilikat) <SEP> 38-100%
<tb> Netzmittel <SEP> 0- <SEP> 121/o
<tb> Lösungsmittel <SEP> 0- <SEP> 5011/o
<tb> <I>Feste <SEP> Stoffe:
</I>
<tb> (Prozentsatz <SEP> des <SEP> Gewichts <SEP> der <SEP> gesamten
<tb> Feststoffe)
<tb> Hochfeuerfestes <SEP> Material <SEP> 70-1001/o
<tb> Kaolin <SEP> 0- <SEP> 301/o 1)as V ernaltnis zwisenen den testen una den flüssigen Stoffen ist nach den jeweiligen Erfordernissen zu richten.
Als typisches Beispiel für Überzugsmaterial innerhalb der vorstehenden Proportionen ist ein solches von folgender Zusammensetzung zu erwähnen:
EMI0004.0008
<I>Flüssige <SEP> Stoffe:</I>
<tb> Äthylsilikat <SEP> 225 <SEP> cm
<tb> Piperidin <SEP> 4,5 <SEP> "
<tb> Netzmittel <SEP> 5 <SEP> "
<tb> Alkohol <SEP> 25 <SEP> "
<tb> <I>Feste <SEP> Stoffe:</I>
<tb> Töpferflint <SEP> 452,8 <SEP> g
<tb> Kaolin <SEP> 84,9 <SEP> g Das Verhältnis von flüssigen zu festen Stoffen kann je nach den jeweiligen Erfor dernissen gewählt werden; insbesondere erfor dern verschiedenartige Spritzapparate mei stens auch Spritzmaterialien mit verschiedener Viskosität.
Ferner kann das Verhältnis der flüssigen Stoffe zu den festen Stoffen bei Piperidin enthaltenden überzugsmischungen beträchtlich grösser sein als bei solchen, die Monoäthanolamin enthalten, weil letzteres eine grössere Wirkung zum Gelieren zeigt.
Geeignete Mischungen zur Herstellung der wässerigen Suspensionen für die Deckschicht sind folgende
EMI0004.0015
A. <SEP> Feuerfester <SEP> Ton <SEP> mit <SEP> abge stuften <SEP> Korngrössen <SEP> 90,5 <SEP> Gew.%
<tb> Portlandzement <SEP> '9,5 <SEP> "
<tb> B. <SEP> Feuerfester <SEP> Ton <SEP> mit <SEP> abge stuften <SEP> Korngrössen <SEP> 93,0 <SEP> Gew.O/o
<tb> Tonerdehaltiger <SEP> Zement <SEP> 7,0 <SEP> "
<tb> Bei <SEP> A <SEP> und <SEP> B <SEP> Wasser <SEP> nach <SEP> Bedarf. Der feuerfeste Ton in obigen Beispielen kann durch andere feuerfeste Materialien, wie z. B. Sillimanit, mit gleicher Abstufung der verschiedenen Korngrössen ersetzt werden.
Feuerfester Ton ist aber der Billigkeit halber vorzuziehen. Eine Siebanalyse eines feuer festen Tones, der für die Deckschicht geeig net ist, ist z. B. folgende:
EMI0004.0021
Sieb-Nummer: <SEP> Gewichtsteile <SEP> der
<tb> ($ritish <SEP> Standard) <SEP> Rückstände <SEP> im <SEP> Sieb:
<tb> 8 <SEP> <B>0,01/0</B>
<tb> 10 <SEP> <B>0,00/0</B>
<tb> 16 <SEP> <B>0,00/0</B>
<tb> 36 <SEP> 21,9%
<tb> 52 <SEP> 17,1%
<tb> 72 <SEP> 14,0%
<tb> 100 <SEP> 8,2%
<tb> 150 <SEP> 13,011/o
<tb> 200 <SEP> 5,61/o
<tb> Rest <SEP> (200er-Sieb <SEP> passierend) <SEP> 20,21/o Ein feinerer feuerfester Saud ist in gewis sen Fällen zur Verwendung angezeigt (bis zui etwa 25 % des gesamten feuerfesten Stoffes), um die Siebeigenschaften des feuerfesten Tons zu verbessern, der ansonst als ausserordent lich grob betrachtet wird.
Eine beispiels weise Siebanalyse von Schamotte, geeignet für die Erzeugung eines feineren feuerfesten Ma terials, ist die folgende:
EMI0004.0031
Sieb-Nummer: <SEP> Gewichtsteile <SEP> der
<tb> (British <SEP> Standard) <SEP> Rückstände <SEP> im <SEP> Sieb:
<tb> 52 <SEP> 0,2%
<tb> 72 <SEP> <B>0,91/0</B>
<tb> 100 <SEP> 2,31/o
<tb> 150 <SEP> 7,71/o
<tb> 200 <SEP> 13,7%
<tb> Rest <SEP> (200er-Sieb <SEP> passierend) <SEP> 75,21/o Das Verfahren wird zweckmässig derart durchgeführt, dass man auf ein Gussmodell aus Wachs zuerst den oben beschriebenen Überzug aufbringt. Dieses überzogene Guss- modell wird dann in einen Behälter gebracht und in letzteren die wässerige Suspension ge gossen, während der Behälter geschüttelt wird.
Hierbei setzen sich die suspensierten festen Stoffe auf dem ersten Überzug ab und bilden die Deckschicht.
Die benötigte Zementmenge kann variie ren. Wird aber zu viel Zement verwendet, so werden die gebrannten Formen so hart, dass es schwierig sein wird, den Guss heraus- zudilopfen. Die Stärke der Gussformen soll zweck mässigerweise höchstens so gross sein, dass die Formen sowohl in gebranntem als auch in ungebranntem Zustande gut gehandhabt wer den können, aber nach dem Giessen von selbst zerspringen, was dadurch bedingt ist, dass das gegossene Metall beim Erkalten sein Volumen verkleinert.
Zerspringt die Form, so besteht wenig Gefahr zur Bildung von Rissen oder unerwünschten Verbiegungen im Gussstück. Es wird auch das Entfernen des Gusses aus der Form erleichtert.
Die verwendeten Mengen von feuerfestem Ton oder Schamotte können auch variieren. Wird aber eine zu grosse Menge feineren Ma terials verwendet, so entstehen grosse Schwie rigkeiten beim Absetzen der suspendierten festen Stoffe auf dem bereits überzogenen Gussmodell beim oben beschriebenen Schüttel- prozess.
Auf etwa 454 g (1 engl. Pfund) fester Deckmittelstoffe sollten ungefähr 140 ein' Wasser verwendet werden. Diese Menge kann je nach den besonderen Erfordernissen va riieren, da gewisse Füllstoffe poröser sind als andere und deshalb mehr Wasser benötigen.
Nachdem sich die suspendierten festen Stoffe in der Schüttelvorrichtung auf dem Gussmodell abgesetzt haben, kann das über schüssige Wasser abgeschüttet werden, worauf die Formen ruhen gelassen werden. Bei Port landzement ist eine 24stündige Zeitspanne für das Hartwerden angebracht. Bei Zement arten mit hohem Tonerdegehalt erfordert das Erhärten weniger Zeit. Nach dem Hartwer den kann die Form aus dem Behälter aus Metall oder anderem Material entfernt und das Wachs geschmolzen oder aus der Form ausgebrannt werden.
Die nach vorliegendem Verfahren herge stellten Gussformen eignen sich vor allem für das Giessen von Metallen mit hohem Schmelz punkt. Sollen Gussformen fürMetalle mit weni ger hohem Schmelzpunkt hergestellt werden, so kann für den ersten Überzug des Gussmodells eine weniger feuerfeste Masse als Töpferflint oder kalzinierte Tonerde verwendet werden.