Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formschalen für Giessereizweeke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Formschalen für Giessereizwecke; ins besondere betrifft sie die Verwendung von Kunst- stoff-Formmodellen und ein Verfahren, um ein sol- ches Modell aus :der därauf als überzug :gebildeten Formschale zu entfernen.
Ziel ider Erfindung ist ein Verfahren, @d,as@ es ermöglicht, eine Formschale von einem Formmodell zu erzeugen .und das Modell ohne Bruch der Form schale zu entfennen.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Ausführung des oben genannten Verfahrens. Das Ziel der Erfindung wird zu erreichen :ge sucht durch ein Verfahren .zum Henstelle:n von Form schalen für Giessereizwecke, insbesondere für Spritz gusszwecke, das dadurch gekennzeichnete ist, dass für das .Formmodell ein Material verwendet wird, wel ches durch ein chemisches Mittel angrerifbar ist und sich durch dasselbe zum mindestens so weit erwei chen lässt, @d,ass das, Modellmaterial aus:
Ader Form schale entfernt werden kann, dass ferner aus Odem Modellmaterial eine Modellanordnung gebildet wird und Schichten schwer schmelzenden Matenals auf die Anordnung .aufgebracht werden und dadurch die Formschale erzeugt wird und dass das chemische Mittel so in die aus schwer schmelzendem Material bestehende Formschale eingebracht wird, dass es auf ,das Modellmaterial einwirkt, welches hierauf aus der Formschale entfernt wird.
Die Vorrichtung zur Aus führung :des vonbeschriebenen Verfahrens ist da durch ,gekennzeichnet, dass sie einen hohlen, an seiner Aussenfläche mit einer Wachsschicht über zogenen Metallkörper und mindestens einen zum teilweisen Einbetten In die Wachsschicht bestimmten Modellteil aufweist.
Als Modellmaterial wird dabei vorzugsweise Kunstharz verwendet, das, nachdem es zur Herstel- lung ider Formschale gedient hat, in derselben er weicht oder gelöst werden kann.
In dem herkömmlichen Pressgussverfahre,n mit < verlorenem Wachs wird ein ausnutzbares Modell, welches eine Kopie des zu giessenden Teiles darstellt, einschliesslich der notwendigen .Stufen und Rinnen, mit einem hitzebeständigen Brei überzogen, welcher erhärtet und die Oberfläche des Abgusses bildet. Die Hauptmasse des Abgusses wird durch eine hitze beständige, giessbare Auffüllung gebildet, die um Idas gegossene Modell in einem geeigneten Behälter, im allgemeinen Kasten genannt,
gegossen oder vibriert wird und die danach zu einer festen, hartan Masse abbindet.
Der fertiggestellte .Abguss wird dann :getrocknet und erhitzt, um idie Hauptmasse :des; Modellmaterials auszuschmelzen. Er wird dann noch höher erhitzt, um den letzten Rest :des Modellmaterials auszu brennen oder zu verdampfen, um so die Gussform zur Aufnahme des ,geschmolzenen Metalls herzu stellen.
Das Überziehen des Formmodells wird Üblicher weise so ausgeführt, dass :das Modell in eine Suspen sion eines feinen, hitzebeständigen Pulvers in einem geeigneten Bindemittel eingetaucht wird. Das Binde mittel .ist so beschaffen, dass es während der Trock nung bei Raumtemperatur aushärtet. Nach dem Eintauchen lässt man überschüssigen Brei abtropfen, und das Modell wird mit gröberen, hitzebeständigen Teilchen bestreut, um den Überzug anzulegen und um die Bindung zwischen :dem Überzug mit dem Gussmantel zu erleichtern.
Es besteht innerhalb der Pressgussindustrie eine wachsende Neigung, dünne :keramische Formschalen anstatt der herkömmlichen, massigen Formmäntel zu benutzen.
Die schalenförmigen Aib:gussformen wer den üblicherweise :dadurch hergestellt, dass die oben beschriebenen Eintauch- und Bestreuungsvorgänge so lange wiederholt werden, bis ein Überzug von ge nügender Dieloa erreicht ist, der der Belastung, die in den folgenden Verfahrensschritten auftritt, wider- steht. Die übliche Dicke liegt zwischen 3 und 12 mm, obgleich auch für besondere Fälle .dünnere oder .dickere Schalen angebracht sein können.
Einige der Vorteile, d-eY häufig mit den Form schalen :gegenüber ,den herkömmlichen Formmänteln erreicht werden, sind nachstehend aufgeführt: 1. leichtere Formschalen, .einfachere Handha bung; 2. .gestei::gerte Durchlässigkeit; 3. gesbaigerte Widerstandsfähigkeit gegen Wär meschock; 4. leichteres Herauschlagen und Saubermachen nach dem Guss; 5. keine fFormkäs#een werden benötigt; 6. :grössere Beweglichkeit in der Herstellung.
Ein kritisches Moment in oder Herstellung sol cher Schalen liegt bei der Entssarnung ides Modell- materials. Wenn die Schale, die die Vorlage ent hält, erhitzt wird, dehnt sich das übliche Modell material mit viel grösserer Geschwindigkeit aus als die Formschale, so dass die sich eigebende Aus dehnung dazu neigt, die Schale zu brachen.
Dieser Nachteil wurde bei Wachsmodellen dadurch über wunden, dass ein Verfahren, bekannt unter dem Namen flash (dewaxing , angewendet wird. Bei die sem Verfahren wird die Schaledirekt in einen Ofen mit einer auf 870-980 C erhöhten Temperatur ge stellt. Unter diesen Bedingungen ist<B>die</B> Wärme übertragung durch die Schale so rasch, dass eine dünne Oberfläche des Wachses schmilzt, bevor die Hauptmasse des Wachses sich so weit erwärmen kann, dass sie die Schale zersprengt.
Während die Haupt masse des Wachses sich erwärmt, fliesst das, ;geschmol zene Oberflächenmaterial entweder .aus ider Guss form heraus oder saugt sich in die Schale. Dadurch wird ein Raum frei, um die Ausdehnung der Haupt- masse des Wachses aufzunehmen, so @dass idäese die Schale nicht sprengen kann.
Versuche, um Kunststoffe :an Stelle von Wachs als Modellmaterial für die Herstellung von Form- schalen zu verwenden, waren infolge idber Tatsache, dass die Kunststoffe nicht in der Weise .auf das flash dewaxing ansprechen, wie es das Wachs tut, nicht erfolgreich.
Möglicherweise erweicht die ober flächliche Haut nicht so, wie sie es sollte oder wenn sie es tut, ist sie nicht genug flüssig, um sich in der Schale .aufzusaugen, mit dem Ergebnisi, @dass die Schale weiterhin starken Drücken ausgesetzt ist.
In manchen Fällen werden .Spannungen indem Kunst stoff, die während der Auffüllung gebildet werden, während :der Erhitzung freigesetzt, wodurch eine De formation ,des Kunststoffes, hervorgerufen wird, was ebenfalls einen Bruch der Schale herbeiführen kann. Ob diese Erklärung richtig ist, kann nicht mit Sicherheit angegeben werden.
Aber es: ist ein-, Tat sache, dass Kunststoffmodelle einen Bruch der Sch.a- len, die für eine Herstellung mit Wachsmodellen geeignet sind, hervorrufen. Zum Beispiel kann eine Schalenzusammensetzung, die für Wachsmodelle mit einem Gewicht von über 51/2 kg benutzt werden kann, für ein Kunststoffmodell, das weniger :als 3 g wiegt, nicht benutzt werden, da während des! Aus- brennvongangeis Bruch eintritt.
Es gibt viele Fälle, bei idenen es wünschenswert ist, Kunststoffmodelle zu verwenden. Kunststoffmo delle können mit ,automatischen Einspitzvorrichtun- ,gen mit viel grösserer Geschwindigkeit, als. sie bei den herkömmlichen Wachsspritzverfahren erreicht wird, hergestellt werden. Dazu kommt, dass Kunst stoffmodelle nicht spröde sind und bei den normaler weise auftretenden niedrigen Temperaturen nicht brechen, noch bei höheren Temperaturen erweichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren, wenn es mit Formmodellen, die ganz oder teilweise .aus Kunst stoffbestehen, durchgeführt wird, erlaubt ,deren Ver wendung für die ,gleiche Art von Formschalen, wie sie .gegenwärtig mit Wachsmodellen hergestellt wer den.
Dabei werden die Formqchalen vorzugsweise mit einem Lösungsmittel getränkt, das in der Lage ist, durch die Schale durchzudiffundierenund den innen gelegenen Kunststoff zu erweichen, bevor das Modell durch Hitze entfernt wird.
Die Tränkung mit dem Lösungsmittel wird vorzugsweise ausgeführt, bevor der Eintauchprozess zur Erzeugung der Formschalen zu Ende geführt ist, da die Tränkungszeit bei einer dünnen Schale viel .kürzer ist. Nachdem die Schale genügend lang getränkt wurde, um den gewünschten Zweck zu erreichen, kann das Eintauchen zu Ende geführt werden, und die Schale kann dann jedem Verfahrensschritt unterworfen werden, der für Wachs modellegeeignet ist.
Es ist :auch möglich, die ,angeweichte Kunststoff vorlage durch .andere Mittel als :durch Ofenhitze auszutreüben; dielektmische Erhitzung ist ein Beispiel hierfür.
Die Erfindung ist bei .Modellen vorteilhaft, die nicht vollständig löslich sind und es ist ausserdem wirkungsvoller und weniger teuer, wenn nur die Aus- @dehnungskraft des: Modells so weit herabgesetzt wird, dass sie bei der späteren Entfernung durch Hitze ohne Folgen bleibt.
Es wurdba festgestellt, dass die Diffusion ödes, Lö- sunggmittels in einen Kunststoff selbst einen Druck erzeugt. Dieser Druck ist klein im Vergleich zudem, ,der während der 'Erhitzung erzeugt wird, aber es ist doch notwendig, dass zur Erzeug .der Form schalen eine gewisse Mindestanzahl von Eintauch- schrittendurchgeführt wird, bevor die Tränkung er folgreich durchgeführt werden kann.
Diese Anzahl variiert in Abhängigkeit von der .besonderen Kunst- stoff-Lösungsmittel-Schalen-Kombination, die zur Anwendung gelangt und ist gewöhnlich geringer, als mit Hinblick auf die Belastung beim Handhaben rund während .des Gusses notwendig ist.
Es ist selbstverständlich, dass .ein solches Ver fahren voraussetzt, dass die Schale gegenüber Odem angewendeten Lösungsmittel durchlässig ist, aber normalerweise bedarf es keiner speziellen Massnah men, um dies sicherzustellen, da die Art ,n von Schalen, die sich in :der Praxis bewährt haben, die erforderliche Durchlässigkeit für die üblichen. Lö sungsmittel aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass die meisten ,aus Kunst- stoff bestehenden Mo3allkörper sich für eine Ar- beitsweise eignen, die :darin besteht, dass zunächst der Modellkörper durch ein geeignetes Lösungs mittel erweicht wird, bis. vorzugsweise ein solch wei cher Zustand des Kunstharzes erreicht ist, @dass das selbe bei Erhitzen auf Verdampfungstemperatur nur wenig Expansionsdruck erzeugt und danach die er weichte Masse :
über den Verdampfungspunkt erhitzt werden kann, bis das Kunstharz vollständig aus der Formschale entfernt ist. In .gewissen Fällen, ins besondere wenn aus Kunststoff bestehende Modell teile eirva baumähnliche, tragende Anordnung bilden, hat es sich gezeigt, @dass der Flüssigkeitsdruck in ,den einzelnen, die Modellteile umgeigenden Höh lungen sich in der Weise auswirkt, dass er gegen das Ende des Modellkörpers in Richtung auf den Stamm ,der baumähnlichen Anordnung wirkt.
Das Zusam menwirken :des Druckes einer grossen ,Anzahl einzel ner solcher zweigartiger Teile des baumähnlichen Modellkörpers hat bereits dazu .geführt, :dass die :ge samte Seitenwandung der Modellschale sich ablöste und dadurch der gesamte Baumaufbau zerstört wurde. Es hat sich ferner :gezeigt, @dass ähnliche Wir kung: n auftreten, wenn bestimmte Grössen und An ordnungen von Giessformen berggestellt wurden.
Wenn :das erfindungsgemässe Verfahren zur Her stellung von Formschalen unter Benutzung von aus Kunststoff bestehenden Modellkörpern ausgeführt wird, .kann die Entstehung eines Flüssigkeitsdruckes in den die Teile dias Modellkörpers umgebenden Höhlungen :der Giessform vermieden werden.
Gemäss einer Anwendung des Verfahrens nach :der Erfin dung wird der ,gesamte aus einem Kunststoff be stehende Modellkörper im wesentlichen von .dem Ende her angegriffen, das :der Innenseite des hohlen Kernteiles der baumförmigen Modellanordnung zu gewendet ist. Dieses Ende wird erweicht und aufge löst.
Auf diese Weise wird das Modellmaterial von innen her von dem Lösungsmittel @angebohrt und ein sich evtl. ergebender Flüssigkeitsdruck kann sich zum inneren'Wurzelende hin ausgleichen,.
Der letztgenannte Umstand erlaubt es, :dass der ganze Tauch- und überziehvorgang zum Erzeugen :der Formschabe ununterbrochen bei einem Zustand durchgeführt werden kann, bei dem vorteilhafter- weise die Schale für das Lösungsmittel durchlässig ist. Auf diese Weise wird die Herstellung beschleu nigt.
Nachstehend werden einige Beispiele ödes erfin- dungsgemässen Verfahrens angeführt. Diese ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zu sammenhang mit der Zeichnung.
In dieser zeigt die: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Giessform, bei der die Formschale durch Eintauchen des F orm- modellkörpers in ein hitzebeständiges Material er zeugt wurde, und die Fig. 2 :einen Längsschnitt durch einen der zur Anwendung gelangenden Formmodellkörper.
Es wurden zusammengesetzte Modellformen ,aus Polystyrol hergestellt. Auf solchen Modellen wurde durch sechsmaliges Eintauchen. in eine .Suspension aus Zirkon (Zirkonsilikat) und geschmolzener Kiesel säure in einem flüssigen Bindemittel, bestehend in der Hauptsache aus kolloidelem Kieselsäuresol, mit kleinen Mengen eines organischen Filmbildners, einem Netzmittel und einem Entschäu :
mungsmittel eine Formschale hergestellt. Nach jedem Eintauch- schritt wurde mit grobem, gebranntem Ton einer Korngrösse von 0,8-0,9 mm Durchmesser bestreut.
Drei Eintauchungen wurden im Abstand von einer Stunde durchgeführt. Die Schale wurde über Nacht getrocknet und dann während vier Stunden in Methyläthylketon ,getränkt. Sie wurde :dann .aus dem Methyläthylketon herausgenommen und während einer .Stunde stehengelassen, worauf drei weitere Ein tauchungen im Abstand von einer Stunde durch geführt wurden.
Nach Trocknung bei Zimmertempe- ratur wurde die Schale :direkt in einen Ofen mit einer Temperatur von 980 C :eingeführt. Es ent- stand--n keine .Brüche oder andere Fehlerstellen. Eine entsprechende Schale, die genau auf die gleiche Art hergestellt wurde, mit dem Unterschied, dass auf die Lösungsmitteltränkung verzichtet wurde, zeigte starke Brüche auf dem Teil :
der Schale, der durch das Kunststoffmodell gebildet war. Es wurde weiter gefunden, idass selbst zwölf solcher Überzüge keine genügend -dicke :Schale erzeugten, um unter Ver zicht auf Lösungsmitteltränkung erfolgreich behan delt zu werden.
Ein ähnliches Kunststoffmodell von 2,5 :g Ge wicht wurde auf einer Wachsbasis erzeugt. Sechs: Eintauchung pn wurden wie oben angegeben @durch- geführt, mit einer siechsstündigen Tränkungsperiode in Benzol nach der dritten Eintauchung. Die Schale konnte :bei 980 C erfolgreich entwachst wenden.
Eine :entsprechende Schale ohne Lösungsmitteltränkung sprang während ,des Entwachsens. Grössere Gebilde mit 25 Einzelstücken solcher ,Art konnten .unter Anwendung der Lösungsmitteltränkung :auch erfolg reich hergestellt werden.
Die notwendige Tränkungszeit hängt von ver schiedenen Faktoren ab, wie Grösse :und Form des plastischen Stückes, Zahl der .Stücke .an :dem Ge bilde, Art des -Kunststoffes, des Lösungsmittels und der Schale, Zahl .der Eintauchungen vor der Trän- kung und Zahl der Eintauchungen, die nach der Tränkung durchgeführt werden sollen.
iEin eigen artiger Effekt wurde beobachtet, wenn die Tränkungs- zeit ungenügend war, :die Schalen sprangen dann nicht wie unbehandelte Schalen, sondern die .Schalen- teile, die den plastischen Teil ,des Modellei bilden, sprangen auseinander. Versuchsmodelle wurden z. B. mit Tränkungszeiten von 0-5 Stunden nach der dritten Eintauchung behandelt.
Drei weitere Eintau chungen wurden nach der Tränkung durchgeführt. Die Schale ganz ohne Tränkung sprang während des Entwachsene in einer sehr charakteristischen Weise. Diejenigen, die zwischen 1/2-3 Stunden :ge- tränkt worden waren, sprangen an dem plastischen Teil uuseinander. Jene, die 4 und mehr Stunden getränkt worden waren, konnten erfolgreich ent wachst werden.
Dieses Phänomen konnte bei an deren Typen und Grössen in gleicher Weise beob achtet werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere auch das Zuführen des Lösungsmittels für :den Kunststoff in erster Linie zu ,den Enden oder Modellteile, so dass nach Möglichkeit die Erzeugung von Flüssigkeits- druck in Aden die Modellenden umgebenden Höhlun .gen verm ,eden (wird.
In Fig. 1 ist ein einen Formkern darstellender Hohlkörper 11 gezeigt, der aus Metall oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Dieser Hohlkörper 11 verjüngt sich zweckmässigerweise, so dass später sein Herausnehmen erleichtert wird und kann beispielsweise die in F!-. 1 gezeigte Kegel stumpf-Form aufweisen.
Ein Wachsüberzug 12 wird' ,auf die Aussenseite des Körpers 11 ,aufgebracht und erhärtet.
Ein oder mehrere Modellkörper 13 :gewünschter Form, die aus dem erforderlichen Stiel und Ver dickungen bestehen können, werden aus löslichem Kunstharz hergestellt. Es .hat sich gezeigt, dass Poly styrol ein .geeignetes; Material ist. Jedes Modellstuck 13 trat ein mit ihm zusammenhängendes, die Guss rinne bildendes Verlängerungsstück 16.
Die Modell- körper 13 werden .an dem Kern 11 wie folgt befestigt: Durch ein heisses Eisen oder ein ähnliches Werk zeug wird ,das Wachs an bestimmten Stellen ge schmolzen;
hierauf werden die Ansatzstücke 16 der Formmodellkörper in das Wachs gesteckt, wobei sie fest gegen den Formkern 11 gedrückt werden können, obwohl dies nichtunbedingt erforderlich ist;
wenn die gewünschte Anzahl von Modellkörpern an den Kern 11 ,angesetzt ist, ,ist der Modellkörper- baum fertig zum Überziehen.
Der Überziehprozess wird. wie oben dargestellt, durchgeführt. Eine geeignete Tauchmasse wird ver wendet, beispielsweise eine Aufschwemmung von Zirkonsilikat und:
geschmolzenem Quarz und, .einer Bindeflüssigkeit, die nm wesentlichen aus koloidalem Kieselsäuresol mit kleinen Mengen eines organischen Filmbildners, einem Benetzungsmittel und einem Entschäumungs#mittel besteht.
Der Baum wird in die Suspension ;getaucht und wieder herausgehoben, so @dass die überschüssige Masse abtropfen kann.. Der Überzug wird dann bei :Raumtemperatur getrocknet. Darauf wird (der Überzug mit Sand aus grobem feuerfesten, gebrannten Ton bestreut. Dasi Tauchen und das mit Sand Bestreuen wird wiederholt, bis, sich ein Überzug der :gewünschten Dicke :gebildet hat.
Dieser ergibt die Formschale 15. Wenn .die gewünschte Stärke der Formschale er reicht ist, wird der Formkern 11 entfernt. Das Ent fernen erfolgt durch ein so starkes Erhitzen, dass ;
die -den Formkern umgebende Wachsschicht sich lockert und der Formkern aus der Formschale her ausgleitet, welche die aus Kunststoff bestehenden Modellkörper und den Wachskern umgibt. Die An- wendung eines hohlen Formkernes gestattet eine schnelle, innere Erhitzung, ohne dass die äussere Formschale und die aus Kunststoff bestehenden Modellkörper wesentlich erhitzt werden.
Man kann auch einen vollen Formkern verwenden ,und die Wärme von seinem Boden her zuführen. Nachdem der Formkern entfernt ist, wird der übrige Teil der Form erhitzt, so dass Idas Wachs entfernt wird und die Enden der Modellkörper in den Innenraum der so @gebildeten Formschale ragen.
,Die Modellkörper können nun leicht dadurch entfernt werden, @dass in den Hohlraum ein geei- netes Lösungsmittel, wie Methyläthylketon, einge füllt wird oder die gesamte Anordnung in ein solches .Lösungsmittel getaucht wird.
Das Lösungsmittel :greift sofort die Modellkörper ,an ihren freiliegenden Ver längerungen an und wirkt fort, bis die Modellkör per vollständig aufgeweicht und gelöst sind. Nicht alle Kunststoffe, die für Modellkörper Anwendung finden können, sind vollständig lösbar; dadurch je doch, dass die Enden der Modellkörper freiliegen, wenden zum mindesten diese Teile der Modellkör per erweicht und können bei Erwärmung nicht dazu 'beitragen, die Formschale zu zerbrechen.
Es hat sich :gezeigt, dass das Entfernen von lösbarem Kunststoff wesentlich :dadurch beschleunigt werden kann, dass ein Lösungsmittel verwendet wird, welches schwerer ist als Idas. ,gelöste Kunststoffmate rial.
Beispielsweise !bewirkt Trichloräthylen, dass das Kunststoffmaterial ,an der Oberfläche des Lösun!gs- bades schwimmt und auf diese Weise das nicht ge löste Kunststoffmaterial ständig sich erneuerndem, frischen Lösungsmittel .ausgesetzt ist.
Nachdem die aus Kunststoff bestehenden Mo- dellteile dem Lösungsmittel ausgesetzt wunden, wird die Formschale aus: Odem Lösungsmittel entfernt und auf etwa 870-980 C erhitzt, wodurch die Form schale gehärtet und für d'as SpritzgussgIessen von Me tall geeignet wird.
Dieses Erhitzen ,auf erhöhte Tem- peratur :bewirkt ferner, -dass Wachs oder noch vorhan dener Kunststoff verdampft und .ausgetrieben wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Formkern aus ähnlichem, synthetischem Harz, wie die Modellteile.
Das, baumförmiige Formmodell wird wie folgt hergestellt: Der Formkern wird nicht weiter überzogen und die :Enden oder Ansatzstücke eines jeden Modellteiles werden in ein .geeignetes Lösungsmittel getaucht, beispielsweise in Methyl- äthylketon, wodurch bis zu einem ,gewissen Gnade ein Erweichen stattfindet;
dann wird jeder Modell teil mit seinem Ende gegen den :Kerngedrückt, so .dass er an diesem anhaftet und in seiner gewünsch ten, Lagegehalten wird. Darauf wird die baumför- mige Modellkörper.anordnung wie zuvor getaucht, ,ge- trocknet und .mit Sandbehandelt;
anschliessend wird die Formschale mit Aden Modellteilen in ein geemb netes .Lösungsmittel getaucht, das wiederum Methyl- äthylketonsein kann, oder in Trichloräthylen und der Formkern .und die Modellteile werden mit einen geeigneten chemischen Lösungsmittel herausgelöst.
Der nächste Herstellungsschritt besteht darin, dass die Formschale zwischen 870 .und 980 C er hitzt wird, wodurch die Schale gehärtet und noch verbliebener Kunststoff ausgetrieben wird.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass der hauptsächliche Erfindungsgedanke in einem Verfah ren zu sehen ist, welches vorsieht, lösbaren synthe tischen Kunststoff für die Formmodellteile zu ver wenden.; auf welchen idie Formschale insbesondere für .Spr'tzguss im Wege des Aufbringens: von über- zügenhergestellt wird.
Obwohl die Erfindung nur in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass es sich hierbei nur um ein Aus- führungsbeispiel handelt, ,das vielfältig abgewandelt und in steinen Einzelheiten anders ausgeführt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu ver lassen.
Method and device for producing molded shells for foundry purposes The invention relates to a method for producing molded shells for foundry purposes; in particular, it relates to the use of plastic mold models and a method to remove such a model from the mold shell formed on it as a coating.
The aim of the invention is a method @ d, as @ makes it possible to generate a shell mold from a mold model. And to remove the model shell without breaking the mold.
The invention also relates to a device for carrying out the above-mentioned method. The aim of the invention is to achieve: ge seeks through a method .z Henstelle: n of mold shells for foundry purposes, in particular for injection molding purposes, which is characterized in that a material is used for the .Formmodell, wel ches by a chemical agent is vulnerable and can be softened by the same to at least as far, @ d, ass that, model material from
The shell mold can be removed, so that a model arrangement is also formed from the model material and layers of low-melting material are applied to the arrangement, thereby creating the shell mold and so that the chemical agent is introduced into the shell mold made of low-melting material, that it acts on the model material, which is then removed from the shell mold.
The device for carrying out: the method described is characterized in that it has a hollow metal body covered with a wax layer on its outer surface and at least one model part intended to be partially embedded in the wax layer.
Synthetic resin is preferably used as the model material, which, after it has been used to manufacture the molded shell, softens or can be dissolved in the same.
In the conventional press-casting process, with lost wax, a usable model, which is a copy of the part to be cast, including the necessary steps and channels, is covered with a heat-resistant paste that hardens and forms the surface of the cast. The bulk of the cast is made up of a heat-resistant, pourable filling, which is placed around Ida's cast model in a suitable container, generally called a box.
is poured or vibrated and then sets to a solid, hard mass.
The finished cast is then: dried and heated to obtain the main mass: des; Melt out model material. It is then heated even higher in order to burn out or evaporate the last remainder of the model material, in order to produce the casting mold to hold the molten metal.
The coating of the mold model is usually carried out in such a way that: the model is immersed in a suspension of a fine, heat-resistant powder in a suitable binder. The binding agent is designed so that it hardens at room temperature while it is drying. After immersion, the excess pulp is allowed to drain off and the model is sprinkled with coarser, heat-resistant particles in order to create the coating and to facilitate the bond between the coating and the cast casing.
There is a growing tendency within the die casting industry to use thin: ceramic shell molds instead of the traditional, bulky shell molds.
The bowl-shaped Aib: casting molds are usually: produced by repeating the dipping and sprinkling processes described above until a coating of sufficient Dieloa is achieved, which withstands the stress that occurs in the following process steps. The usual thickness is between 3 and 12 mm, although thinner or thicker shells can also be used for special cases.
Some of the advantages that d-eY often achieves with molded shells: compared to conventional molded shells are listed below: 1. lighter molded shells, easier handling; 2.. Increased permeability; 3. increased resistance to thermal shock; 4. Easier tapping and cleaning after casting; 5. no shaped cheeses are required; 6.: greater flexibility in manufacturing.
A critical moment in or production of such shells lies in the exposure of the model material. When the shell containing the template is heated, the usual model material expands at a much faster rate than the shell mold, so that the expansion that occurs tends to break the shell.
This disadvantage has been overcome in wax models by using a process known as flash (dewaxing. In this process, the shell is placed directly in an oven with a temperature raised to 870-980 C. These conditions apply <B> the </B> transfer of heat through the shell so rapidly that a thin surface of the wax melts before the bulk of the wax can heat up enough to burst the shell.
While most of the wax heats up, the melted surface material either flows out of the mold or sucks into the shell. This frees up a space to accommodate the expansion of the main mass of the wax, so that idäese cannot burst the shell.
Attempts to use plastics instead of wax as a model material for the production of shell molds have not been successful due to the fact that the plastics do not respond to flash dewaxing in the same way as the wax does.
The superficial skin may not soften as it should, or if it does, it may not be fluid enough to soak into the peel, with the result that the peel continues to be subjected to heavy pressure.
In some cases, stresses in the plastic, which are formed during the filling process, are released during the heating, which causes a deformation of the plastic, which can also cause the shell to break. It cannot be said with certainty whether this explanation is correct.
But it is: it is a fact that plastic models cause the bowls that are suitable for manufacture with wax models to break. For example, a shell composition that can be used for wax models weighing over 51/2 kg cannot be used for a plastic model weighing less than 3 g because during the! Burnout of ice fracture occurs.
There are many cases in which it is desirable to use plastic models. Plastic models can, with automatic injection devices, at a much greater speed than. it is achieved with the conventional wax injection process. In addition, plastic models are not brittle and do not break at the low temperatures that normally occur, nor soften at higher temperatures.
The inventive method, if it is carried out with mold models that are completely or partially made of plastic, allows their use for the same type of mold shells as they are currently produced with wax models.
The mold shells are preferably soaked in a solvent that is able to diffuse through the shell and soften the plastic inside before the model is removed by heat.
The impregnation with the solvent is preferably carried out before the immersion process for producing the molded shells is completed, since the impregnation time is much shorter with a thin shell. After the bowl has been soaked long enough to achieve the desired purpose, the dipping can be completed and the bowl can then be subjected to any process step suitable for wax models.
It is: also possible to apply the softened plastic template by means other than: by means of oven heat; dielectric heating is an example of this.
The invention is advantageous for models that are not completely soluble and it is also more effective and less expensive if only the expansion force of the model is reduced to such an extent that it has no consequences when it is later removed by heat.
It was found that the diffusion of desolate solvent into a plastic itself creates a pressure. This pressure is also small in comparison to that which is generated during the heating, but it is nevertheless necessary that a certain minimum number of dipping steps be carried out in order to produce the mold shells before the impregnation can be carried out successfully.
This number varies depending on the special plastic-solvent-shell combination that is used and is usually less than is necessary with regard to the load when handling around during the casting.
It goes without saying that such a method presupposes that the shell is permeable to the solvent used, but normally no special measures are required to ensure this, as the type of shell that has proven itself in practice have the necessary permeability for the usual. Have solvent.
It has been shown that most mo3all bodies made of plastic are suitable for a mode of operation which: consists in firstly softening the model body with a suitable solvent until. preferably such a soft state of the synthetic resin has been reached that the same creates only a little expansion pressure when heated to the evaporation temperature and then the softened mass:
can be heated above the evaporation point until the synthetic resin is completely removed from the shell mold. In certain cases, especially when model parts made of plastic form a tree-like, load-bearing arrangement, it has been shown that the fluid pressure in the individual cavities surrounding the model parts has an effect that it moves towards the end of the model body in the direction of the trunk, the tree-like arrangement acts.
The interaction of: the pressure of a large number of individual such branch-like parts of the tree-like model body has already led to: that the entire side wall of the model shell came off and the entire tree structure was destroyed as a result. It has also been shown that similar effects occur when certain sizes and arrangements of casting molds have been excavated.
If: the method according to the invention for the manufacture of shell molds is carried out using model bodies made of plastic, the formation of a liquid pressure in the cavities surrounding the parts of the model body can be avoided.
According to an application of the method according to: the inven tion, the entire model body made of plastic is attacked essentially from the end which: the inside of the hollow core part of the tree-shaped model arrangement is turned. This end is softened and dissolved.
In this way, the model material is drilled from the inside by the solvent and any resulting liquid pressure can equalize towards the inner end of the root.
The last-mentioned circumstance allows: that the entire dipping and coating process for producing: the shaping scraping can be carried out continuously in a state in which the shell is advantageously permeable to the solvent. In this way the production is accelerated.
Some examples of the method according to the invention are given below. These result from the following description in connection with the drawing.
1 shows a longitudinal section of a casting mold in which the mold shell was produced by dipping the mold model body into a heat-resistant material, and FIG. 2 shows a longitudinal section through one of the mold model bodies used.
Composite model molds were made from polystyrene. Such models were dipped six times. in a .Suspension of zirconium (zirconium silicate) and fused silica in a liquid binder, consisting mainly of colloidal silica sol, with small amounts of an organic film former, a wetting agent and a defoamer:
Means made a shell mold. After each dipping step, coarse, fired clay with a grain size of 0.8-0.9 mm in diameter was sprinkled.
Three immersions were made one hour apart. The dish was dried overnight and then soaked in methyl ethyl ketone for four hours. It was then taken out of the methyl ethyl ketone and left to stand for one hour, whereupon three more immersions were carried out at intervals of one hour.
After drying at room temperature, the dish was: introduced directly into an oven at a temperature of 980 ° C. There were no breaks or other faults. A corresponding shell, which was manufactured in exactly the same way, with the difference that the solvent impregnation was omitted, showed severe breaks on the part:
the shell formed by the plastic model. It was also found that even twelve such coatings did not produce a sufficiently thick shell to be treated successfully without solvent impregnation.
A similar plastic model of 2.5: g weight was made on a wax base. Six: dips pn were carried out as indicated above, with a six-hour soak period in benzene after the third dip. The shell could: turn successfully dewaxed at 980 C.
A: corresponding bowl without solvent impregnation cracked during dewaxing. Larger structures with 25 individual pieces of this kind could be produced successfully using solvent impregnation.
The necessary soaking time depends on various factors, such as the size and shape of the plastic piece, the number of pieces, the shape, the type of plastic, the solvent and the shell, the number of dips before the soaking and number of dips to be made after soaking.
A peculiar effect was observed when the soaking time was insufficient: the shells then did not crack like untreated shells, but rather the shell parts that form the plastic part of the model jumped apart. Test models were z. B. treated with soaking times of 0-5 hours after the third immersion.
Three more immersions were carried out after the soak. The peel without any watering cracked in a very characteristic way during the dewaxing. Those who had been soaked for between 1 / 2-3 hours: jumped against each other on the plastic part. Those who had been soaked for 4 and more hours could be successfully dewaxed.
This phenomenon could be observed in the same way with other types and sizes.
The invention also relates in particular to the supply of the solvent for: the plastic primarily to the ends or model parts, so that if possible the generation of liquid pressure in cavities surrounding the model ends is avoided.
1 shows a hollow body 11 which represents a mold core and which can consist of metal or another suitable material. This hollow body 11 expediently tapers so that it is easier to remove it later and can, for example, be the one shown in FIG. 1 shown truncated cone.
A wax coating 12 is applied to the outside of the body 11 and hardened.
One or more model body 13: desired shape, which can consist of the required stem and Ver thickening, are made of soluble synthetic resin. It has been shown that polystyrene is a suitable; Material is. Each model piece 13 was joined by an extension piece 16 connected to it and forming the casting channel.
The model bodies 13 are attached to the core 11 as follows: Using a hot iron or a similar tool, the wax is melted at certain points;
then the extension pieces 16 of the mold model body are inserted into the wax, whereby they can be pressed firmly against the mold core 11, although this is not absolutely necessary;
When the desired number of model bodies has been attached to the core 11, the model body tree is ready for covering.
The enrobing process will. as shown above. A suitable dipping compound is used, for example a suspension of zirconium silicate and:
fused quartz and, a binding liquid which consists essentially of coloidal silica sol with small amounts of an organic film former, a wetting agent and a defoaming agent.
The tree is immersed in the suspension and lifted out again so that the excess mass can drip off .. The coating is then dried at: room temperature. The coating is then (sprinkled with sand made of coarse refractory, baked clay. The dipping and the sanding is repeated until a coating of the: desired thickness: has formed.
This results in the shell mold 15. If the desired thickness of the shell mold is sufficient, the mold core 11 is removed. The removal takes place by heating it so strongly that;
the wax layer surrounding the mold core loosens and the mold core slides out of the mold shell which surrounds the model body made of plastic and the wax core. The use of a hollow mold core permits rapid internal heating without the external mold shell and the plastic model body being significantly heated.
You can also use a full mold core and apply the heat from its bottom. After the mold core has been removed, the remaining part of the mold is heated so that Ida's wax is removed and the ends of the model bodies protrude into the interior of the mold shell formed in this way.
The model bodies can now be easily removed by filling the cavity with a suitable solvent, such as methyl ethyl ketone, or by dipping the entire arrangement in such a solvent.
The solvent: immediately attacks the model bodies on their exposed extensions and continues to work until the model bodies are completely softened and dissolved. Not all plastics that can be used for model bodies are completely removable; However, because the ends of the model body are exposed, at least these parts of the model body are softened and cannot contribute to breaking the shell mold when heated.
It has been shown that the removal of detachable plastic can be significantly: accelerated by using a solvent which is heavier than Idas. , dissolved plastic material.
For example, trichlorethylene causes the plastic material to float on the surface of the solution bath and in this way the undissolved plastic material is exposed to constantly renewing, fresh solvents.
After the plastic model parts are exposed to the solvent, the shell mold is removed from the solvent and heated to around 870-980 C, which hardens the shell mold and makes it suitable for injection molding of metal.
This heating, to an elevated temperature: also has the effect that wax or any plastic that is still present is evaporated and expelled.
In the embodiment according to FIG. 2, the mold core consists of synthetic resin similar to that of the model parts.
The tree-shaped mold model is produced as follows: The mold core is not coated any further and the ends or extensions of each model part are dipped into a suitable solvent, for example methyl ethyl ketone, which softens to a certain extent;
Then the end of each model part is pressed against the core so that it adheres to it and is held in its desired position. The tree-shaped model body arrangement is then dipped, dried and treated with sand as before;
Then the shell with Aden model parts is immersed in a suitable solvent, which in turn can be methyl ethyl ketone, or in trichlorethylene and the mold core and the model parts are removed with a suitable chemical solvent.
The next manufacturing step is that the shell mold is heated between 870 and 980 C, which hardens the shell and expels any remaining plastic.
From the above it follows that the main inventive idea is to be seen in a method which provides to use detachable synthetic plastic for the mold model parts. on which the shell mold, in particular for injection molding, is produced by applying coatings.
Although the invention has only been described in a preferred embodiment, it goes without saying that this is only an exemplary embodiment, which can be varied in many ways and implemented differently in stone details without leaving the scope of the invention .