DD218846A1

DD218846A1 - METHOD FOR PRODUCING HOLLOW CORE

Info

Publication number: DD218846A1
Application number: DD25241083A
Authority: DD
Inventors: Roland Mai; Karin Both; Helmut Crucius; Siegfried Wyzisk
Original assignee: Gisag Veb
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1985-02-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen fuer Giessereizwecke, insbesondere zur Herstellung solcher Gussteile, bei denen eine ungehinderte Abfuehrung von Giessgasen durch den Kern hindurch notwendig ist. Das Ziel der Erfindung ist, die Material- und Verarbeitungskosten bei der Herstellung von hohlen Giessereikernen zu verringern und die Durchhaertung kleiner Kernquerschnitte weitestgehend zu vermeiden. Gemaess der Erfindung wird die Aufgabe dadurch geloest, dass einer Formmasse aus im wesentlichen einem feuerfesten Grundstoff, einem fluessigen, mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Kondensationsharz und einem sauren Katalysator Wasser zugefuegt wird, nachfolgend die Formmasse in ein geheiztes Formwerkzeug eingebracht und in diesem Formwerkzeug das in der Formmasse enthaltene Wasser aus dem oberflaechennahen Bereich des Kernes in das Kerninnere verdraengt wird, so dass in dem oberflaechennahen Bereich eine Haertung der Formmasse erfolgt und dass nach einer von der gewuenschten Schalendicke abhaengigen Zeit die das Wasser enthaltende Formmasse aus dem Inneren des Kernes entfernt und der Wiederverwendung zugefuehrt wird.The invention relates to a method for the production of hollow cores for foundry purposes, in particular for the production of such castings, in which an unimpeded removal of pouring gases through the core is necessary. The aim of the invention is to reduce the material and processing costs in the production of hollow foundry cores and to avoid the sagging of small core cross sections as far as possible. According to the invention, the object is achieved by adding water to a molding composition consisting essentially of a refractory base, a liquid condensation resin which is immiscible or only slightly miscible with water and an acidic catalyst, subsequently introducing the molding compound into a heated molding tool and in this molding tool the water contained in the molding material is displaced from the near-surface region of the core into the interior of the core, so that a hardening of the molding compound takes place in the region close to the surface and that after a time dependent on the desired shell thickness, the molding compound containing the water is removed from the interior of the core and reuse.

Description

Process for the production of hollow cores

Anwendungsgebiet der Erfindung -Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen für Gießereizwecke, insbesondere zur Herstellung solcher .Gußteile, bei denen zur Vermeidung von Gießfehlern eine ungehinderte Abführung der Gießgase durch den Kern hindurch notwendig ist, wie beispielsweise Fahrzeuggußteile mit komplizierter Gestalt.The invention relates to a process for the production of hollow cores for foundry purposes, in particular for the production of such .Gußteile in which an unobstructed discharge of the casting gases through the core is necessary to avoid casting defects, such as vehicle castings with complicated shape.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Herstellung von Hohlkernen sind zwei prinzipielle Verfahrensweisen bekannt geworden. Während bei der einen Verfahrensweise durch Wärmeeinwirkung auf die Außenkontur der konfigurierten Formmasse eine Schale mit der gewünschten Außengestalt des Kernes erhärtet, wird bei der anderen die hohle Ausbildung des Kernes durch besondere Maßnahmen erzielt.For the production of hollow cores two principal procedures have become known. While in one procedure by heat to the outer contour of the configured molding compound hardens a shell with the desired outer shape of the core, in the other, the hollow formation of the core is achieved by special measures.

Zu der ersten Verfahrenskategorie gehört das Maskenformverfahren, häufig auch als Croning-Verfahren bezeichnet, bei dem ein mit Phenolharz vom Novolak-Typ umhüllter Sand in einem geheizten Formwerkzeug während einer Zeitspanne zu einer Schale bestimmter Dicke sintert, wobei das Material im Kerninneren freifließend bleibt und nachfolgend entleert wird, worauf der nunmehr hohle Kern durch weitere Wärmeeinwirkung gehärtet wird. Nachteilig sind bei diesem Verfahren das relativ teure Bindemittel und die hohen Aushärtetemperaturen von 250 bis 300⁰C. Zudem besteht die Gefahr, daß Kernpartien mit geringerem Querschnitt aushärten, so daß die hohe Kernausbildung weitgehend verloren geht. Bei einem anderen zu dieser Kategorie zu rechnenden Verfahren werden als Bindemittel flüssige reaktive Harze verwendet. Damit zubereitete Formstoffgemische härten zwar bei geringerer Temperatur, weisen jedoch den Nachteil auf, auch ohne Wärmezufuhr zu härten. Sie besitzen demzufolge keinen definierten Härtungsbeginn, so daß die Erzielung einer genau bestimmten Dicke der Formstoffschale schwierig bzw. nicht möglich ist. Man versuchte deshalb den Härtungsbeginn durch die Verwendung von Reaktionsinhibitoren nach höheren Temperaturen zu verlegen. Zu diesem Zweck wurden spezielle Katalysatoren entwickelt, die durch thermische Zersetzung, Hydrolyse oder durch die Anwesenheit von Formaldehyd aktiviert werden. In der DE-OS 3 032 592 ist die Herstellung und Verwendung eines derartigen Inhibitors beschrieben. Diese Zusätze verhindern zwar ein vorzeitiges Aushärten der Formmasse bei Raumtemperatur, gewährleisten jedoch keinen Reaktionsbeginn bei einer eindeutig bestimmten Temperatur. Als Folge davon entsteht während der Herstellung des Hohlkernes im geheizten Formwerkzeug im Inneren des Kernes eine Schicht, die infolge bereits erfolgter Wärmeeinwirkung nicht mehr reaktionsinhibiert und andererseits noch nicht soweit verfestigt ist, daß sie als ausgehärtete Schicht im Hohlkern verbleiben kann.The first category of processes involves the mask molding process, often referred to as a croning process, in which a sintered novolak-type phenolic resin in a heated mold sinters to a shell of specified thickness over a period of time leaving the material free-flowing inside the core and subsequently is emptied, whereupon the now hollow core is cured by further heat. A disadvantage of this method is the relatively expensive binder and the high curing temperatures of 250 to 300 ⁰ C. In addition, there is a risk that harden core parts with a smaller cross-section, so that the high core education is largely lost. Another method to be used for this category uses liquid reactive resins as binders. Although formulated mixtures prepared with this harden at lower temperatures, they have the disadvantage of hardening even without the supply of heat. Consequently, they have no defined beginning of curing, so that the achievement of a precisely determined thickness of the molding material shell is difficult or not possible. It was therefore attempted to shift the start of cure by the use of reaction inhibitors to higher temperatures. For this purpose special catalysts have been developed which are activated by thermal decomposition, hydrolysis or by the presence of formaldehyde. DE-OS 3 032 592 describes the preparation and use of such an inhibitor. Although these additives prevent premature curing of the molding compound at room temperature, but ensure no start of the reaction at a clearly determined temperature. As a result, during the production of the hollow core in the heated mold in the interior of the core, a layer which is no longer reaction-inhibited due to already occurring heat and on the other hand not yet solidified so that it can remain as a cured layer in the hollow core.

Diese zurückgewonnene Formmasse besitzt demgemäß nicht mehr die ursprünglichen Eigenschaften und führt bei Wiederverwendung zu einer geringeren Festigkeit des Kernes. Eine hohle Ausbildung von Kernen oder Kernteilen mit geringerem Querschnitt ist auf diese Weise nicht möglich.This recovered molding material accordingly no longer has the original properties and, when reused, results in lower core strength. A hollow formation of cores or core parts with a smaller cross section is not possible in this way.

Zur zweiten Verfahrenskategorie sind jene Verfahren zu rechnen, nach denen die Ausbildung einfacher Hohlräume im Inneren des Kernes mittels spezieller Teile des Formwerkzeuges, beispielsweise mittels Dorn erfolgt. Für die Herstellung komplizierter und kernintensiver Gußteile sind derartige Kerne mit einfachen Hohlräumen ungeeignet, da eine Abführung der Gießgase aus dem Kern auf definiertem Weg nicht gewährleistet ist. Außerdem ist die Verringerung der Kosten für die Formmasse, verglichen mit denen des Massenformverfahrens, gering.For the second process category those methods are to be expected, according to which the formation of simple cavities in the interior of the core by means of special parts of the mold, for example by means of mandrel. For the production of complex and core-intensive castings such cores with simple cavities are unsuitable, since a discharge of the casting gases from the core is not guaranteed in a defined way. In addition, the reduction of the cost of the molding compound is small compared to that of the mass molding method.

Hierzu gehören auch die in der DD-PS 124 956 und in der DE-AS 1280 493 beschriebenen Verfahren, nach denen die Formmasse mit Hilfe besonderer Vorrichtungen auf die Konturen des Formwerkzeuges als Schale aufgeschleudert oder aufgeblasen und nachfolgend gehärtet wird. Diese Verfahren sind nur für die Herstellung großer Kerne geeignet und bringen darüber hinaus die Gefahren mit sich, daß die Formmasse an den senkrechten Wänden des Formwerkzeuges abrutscht oder Unterschiede in der Packungsdichte der Formmasse auftreten. Komplizierte Hohlkerne können nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden.These also include the processes described in DD-PS 124 956 and DE-AS 1280 493, according to which the molding composition is spin-coated with the aid of special devices on the contours of the mold as a shell or inflated and subsequently cured. These methods are suitable only for the production of large cores and also bring with it the dangers that the molding material slips on the vertical walls of the mold or differences in the packing density of the molding material occur. Complex hollow cores can not be produced by this method.

Zur Lösung des bereits eingangs genannten technischen Problems, einerseits eine Härtung der Formmasse möglichst ohne Wärmeeinwirkung zu erreichen und andererseits den dafür geeigneten Formmassen mit reaktiven Bestandteilen eine brauchbare Verarbeitbarkeitsdauer zu verleihen und die Härtung zu einem gewünschten Zeitpunkt beginnen zu lassen, ist aus der CH-PS 451 413 bekannt geworden, Formmassen mit säurehärtenden Kondensationsharzen zur Verlängerung derTo solve the above-mentioned technical problem, on the one hand to achieve curing of the molding composition as possible without heat and on the other hand to give the moldings suitable for this purpose with reactive constituents useful working life and to start the cure at a desired time, is from the CH-PS 451 413 have become known, molding compositions with acid-curing condensation resins for extending the

- · LJ-- r· 1 1 U E.kAk.... J» eiunlnnwitntinn uormittolc - · LJ - r · 1 1 U E.kAk .... J »eiunlnnwitntinn uormittolc

Wasserentzuges durch Begasen der Formmasse mit Luft die Härtung auszulösen. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß innerhalb des Kernes ein sehr unterschiedliches Konzentrationsspektrum des Wassers entsteht und sich dadurch keine für die Herstellung eines Hohlkernes aber erforderliche eindeutige.Trennung zwischen gehärteter und wiederverwendbarer Formmasse ausbilden kann.Dehydration by gassing the molding compound with air to trigger the cure. This method has the disadvantage that within the core a very different concentration spectrum of the water is formed and thus can not be formed for the production of a hollow core but required unique. Separation between cured and reusable molding material.

Object of the invention

Die Erfindung bezweckt, die Material- und Verarbeitungskosten bei der Herstellung von hohlen Gießereikernen zu verringern. ' . . The invention aims to reduce the material and processing costs in the production of hollow foundry cores. '. ,

Darlegung des Wesens der Erfindung ,Explanation of the essence of the invention,

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren zur Herstellung hohler Gießereikerne zu schaffen, das im Vergleich zum Maskenformverfahren eine Verfestigung der Formmasse bei niedrigerer Temperatur ermöglicht, eine Durchhärtung kleiner Kernquerschnitte weitestgehend vermeidet und es somit zuläßt, insbesondere komplizierte Kerne selbst kleinerer Abmessungen hohl auszubilden.The invention is based on the object to provide a method for producing hollow foundry cores, which allows a solidification of the molding compound at a lower temperature compared to the mask molding process, largely avoids a hardening of small core cross-sections and thus makes it possible to form especially hollow cores even smaller dimensions hollow ,

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer Formmasse.aus im wesentlichen einem feuerfesten Grundstoff, flüssigen, mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Kondensationsharzen und einem sauren Katalysator 20 bis 250 Masse-% Wasser, bezogen auf die Masse des Kondensationsharzes, vorzugsweise 100 Masse-% Wasser zugefügt werden, nachfolgend die Formmasse in ein geheiztes Formwerkzeug mit einer Temperatur von mehr als 100"C eingebracht und in diesem Formwerkzeug das in der Formmasse enthaltene Wasser aus dem oberflächennahen Bereich des Kernes in das Kerninnere verdrängt wird, so daß in dem oberflächennahen Bereich eine Härtung der Formmasse erfolgt und sich eine feste Schale bildet, und daß nach einer von der gewünschten Schalendicke abhängigen Zeit die das Wasser enthaltende Formasse aus dem Inneren des Kernes entfernt und der Wiederverwendung zugeführt wird. Die gemäß der Erfindung hergestellten Hohlkerne weisen unmittelbar nach ihrer Herstellung an ihren inneren Konturen keine unausgehärteten Partien auf, sondern sind über ihre gesamte Wanddicke gleichmäßig gehärtet. Es hat sich gezeigt, daß die Härtung außen beginnend anfänglich recht schnell verläuft, nach dem Inneren des Kernes zu aber sehr gebremst ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß infolge des !Wassergehaltes gemäß der Erfindung einerseits die Katalysatorkonzentration unter den für die Härtung erforderlichen Wert gesenkt, aber andererseits die Wärmeleitfähigkeit der Formmasse etwa verdoppelt wird. Durch das heiße Formwerkzeug erwärmt sich demzufolge der äußere Oberflächenbereich des künftigen Kernes rasch auf die Verdampfungstemperatur des Wassers, so daß die Konzentration des Katalysators auf den für die Härtung erforderlichen Wert ansteigt und gleichzeitig eine für die Härtung günstige Temperatur gegeben ist. Gleichzeitig wird wegen der nunmehr wasserfreien Formstoffschale der Wärmeübergang vom heißen Formwerkzeug auf die Formmasse und der Wärmetransport innerhalb dieser Randschale stark vermindert. Infolge dessen und der nach dem Inneren des Kernes zunehmenden Wasserkonzentration, die durch die teilweise Kondensation des Wassers aus der Randschale bewirkt wird, wird die Katalysatorkonzentration so weit vermindert, daß selbst bei erhöhter Temperatur eine Härtung der Formmasse im Inneren so lange vermieden wird, bis eine Schale mit für den Verwendungszweck des Kernes hinreichender Dicke gehärtet ist. Es wurde festgestellt, daß die aus dem Kerninneren zurückgewonnene Formmasse ohne besondere Lagerbedingungen über mehrere Stunden ihre Gebrauchsfähigkeit behält. Geeignete Kondensationsharze für derartige Formmassen sind Phenol-Formaldehyd-Harze, Phenol-Furan-Formaldehyd-Harze oder harnstoffmodifizierte Phenol-Formaldehyd- bzw. Phenol-Furan-Formaldehyd-Harze, die mit maximal 15 Masse-% Wasser ohne Trübung mischbar sind. Vorzugsweise werden Phenol-Formaldehyd-Harze vom Resoltyp mit einem Molverhältnis Phenol:Formaldehyd von 1:1,6 bis 1:1,9 verwendet. According to the invention, the object is achieved in that a molding material from essentially a refractory base, liquid, water-immiscible or only slightly miscible condensation resins and an acid catalyst 20 to 250% by mass of water, based on the mass of the condensation resin, preferably 100% by mass of water are added, then introduced the molding material in a heated mold with a temperature of more than 100 "C and in this mold, the water contained in the molding material is displaced from the near-surface region of the core into the core, so that in the surface-near region is hardened and a solid shell is formed, and that after a time dependent on the desired shell thickness, the molding compound containing the water is removed from the interior of the core and reused for reuse after their production on their inner contours no uncured batches on, but are uniformly hardened over their entire wall thickness. It has been shown that the curing initially starts at the beginning is quite fast, but after the interior of the core to but very slowed down. This is due to the fact that due to the water content according to the invention, on the one hand, the catalyst concentration is lowered below the value required for curing, but on the other hand, the heat conductivity of the molding compound is approximately doubled. As a result, the hot surface of the mold heats the outer surface area of the future core rapidly to the evaporation temperature of the water, so that the concentration of the catalyst increases to the value required for curing and at the same time a temperature favorable for the curing is given. At the same time, because of the now anhydrous molding material shell, the heat transfer from the hot mold to the molding compound and the heat transfer within this marginal shell is greatly reduced. As a result of this and the water concentration increasing towards the interior of the core, which is caused by the partial condensation of the water from the peripheral shell, the catalyst concentration is reduced so much that hardening of the molding compound in the interior is avoided until an elevated temperature Shell is hardened with sufficient thickness for the purpose of the core. It has been found that the recovered from the interior of the core molding material without special storage conditions for several hours retains its usability. Suitable condensation resins for such molding compositions are phenol-formaldehyde resins, phenol-furan-formaldehyde resins or urea-modified phenol-formaldehyde or phenol-furan-formaldehyde resins which are miscible with a maximum of 15% by mass of water without turbidity. Preferably, resol type phenol-formaldehyde resins having a molar ratio of phenol: formaldehyde of from 1: 1.6 to 1: 1.9 are used.

Als Katalysator werden starke organische oder anorganische Säuren, vorzugsweise aromatische Sulfonsäuren eingesetzt. Der Formmasse können weiterhin zur Beeinflussung deren Rheologie Detergentien zugesetzt werden.The catalyst used are strong organic or inorganic acids, preferably aromatic sulfonic acids. The molding composition can also be added to influence their rheology detergents.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß mit einem geringen wirtschaftlichen Aufwand komplizierte Hohlkerne fehlerfrei hergestellt und somit eine wesentliche Ausschußsenkung oder Minderung bisher anfallender Nacharbeit erreicht wird.The advantages of the method according to the invention are that produced with a low economic complexity complicated cores error-free and thus a substantial committee reduction or reduction of previously incurred rework is achieved.

embodiment

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Das Beispiel 1 ist ein Vergleichsbeispiel, das Beispiel 2 ein Beispiel der Erfindung. Alle prozentualen Angaben sind auf die Masse bezogen.The invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. Example 1 is a comparative example, example 2 an example of the invention. All percentages are based on mass.

Example 1:

Zum Vergleich wird der Aushärteverlauf eines harzumhüllten Formsandes in einem geheizten Formwerkzeug mit definierter Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit herangezogen.For comparison, the curing process of a resin-coated molding sand in a heated mold with a defined temperature as a function of time is used.

Es wurde dabei die versinterte Schichtdicke gemessen, die für das Zuwachsen kleinerer Querschnitte des Kernes verantwortlich ist. Die vollständig ausgehärtete Schichtdicke liegt entsprechend der hohen Reaktionstemperatur des NovolakharzesIt was the sintered layer thickness measured, which is responsible for the growth of smaller cross-sections of the core. The fully cured layer thickness is corresponding to the high reaction temperature of the novolak resin

darunter. .underneath. ,

Verwendet wurde ein Gießereiformstoff, bestehend ausWas used a foundry molding material consisting of

96,47 Masse-% Quarzsand96.47 mass% quartz sand

3,00 Masse-% Novolakharz3.00% by mass of novolak resin

0,40 Masse-% Hexamethylentetramin0.40 mass% hexamethylenetetramine

0,13 Masse-% Kalziumstearat0.13% by weight of calcium stearate

Der Schalenaufbau wurde an einem Prüfkörper mit den Abmessungen 22,4x22,4x 170 mm in Abhängigkeit von der Härtungszeit ermittelt Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.The shell construction was determined on a test specimen with the dimensions 22.4 × 22.4 × 170 mm as a function of the curing time. The results are shown in FIG.

Die Temperatur des Formwerkzeuges betrug 270⁰C. Nach einer Verweilzeit im Formwerkzeug von 50 Sekunden war der Prüfkörper durchgehärtet.The temperature of the mold was 270 ^° C. After a residence time of 50 seconds in the mold, the test piece was through-hardened.

Beispiel 2: .Example 2:.

Es wurde eine Gießereiformmasse gemäß der Erfindung mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 93,7 Masse-% Quarzsand 3,0 Masse-% Phenol-Formaldehyd-ResolA foundry molding composition according to the invention having the following composition was produced: 93.7% by mass of quartz sand 3.0% by mass of phenol-formaldehyde resole

• Viskosität bei 20⁰C: 480 mPasViscosity at 20 ⁰ C: 480 mPas

• Dichte bei 20X: 1,235g/cm³ • Density at 20X: 1.235g / cm ³

• Verdünnbarkeit mit Wasser: 1:0,15• Dilutability with water: 1: 0.15

-3- 252 410-3- 252 410

0,3 Masse-% Paratoluolsulfonsäure0.3 mass% paratoluene sulfonic acid

• Dichte bei 20°: 1,l68g/cm³ ί• Density at 20 °: 1, l68g / cm ³ ί

• Säurezahl: 198mg KOH/g Härter• Acid value: 198mg KOH / g hardener

• Gehalt an Schwefelsäure: 0,7 Masse-% 3,0 Masse-% WasserSulfuric acid content: 0.7% by mass 3.0% by mass of water

AiIH «liouor Formmasse) wurdn wie im Beispiel 1 ein Prüfkörper gleicher Abmessung hergestellt und in einem Formwerkzeug, das eine Temperatur von 160"C besaß, ausgehärtet. Der Härteverlauf in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 2 dargestellt. Dor Prüfkörper war nach einer Verweilzeit von 90 Sekunden durchgehärtet.;AiIH "liouor molding material) a test specimen of the same size were prepared as in Example 1 and cured in a mold having a temperature of 160" C. The hardness curve as a function of time is shown in Fig. 2. Dor test specimen was after a Retention time of 90 seconds through hardened .;

Claims

'· .. -1- 252410 8

Invention claims: ^λ

1. A process for the preparation of hollow cores from a molding composition, which consists essentially of a granular refractory base, a liquid, water-immiscible or only slightly miscible condensation resin, an acidic catalyst, water and optionally purported additives, characterized in that the molding material 20th to 250% by mass of water, based on the mass of the condensation resin is added, that the molding material is formed into a solid core and the solid core is subsequently subjected to a heat treatment, such that the water contained in the molding material from the near-surface region of the core displaced into the interior of the core and in the near-surface region, a curing of the condensation resin causing concentration of the catalyst is formed, that the heat treatment interrupted after a dependent of the desired shell thickness time and finally entfer the water-containing molding compound from the interior of the core nt and reused

becomes. , '. '

2. The method according to item 1, characterized in that the water content of the molding composition is preferably equal to the proportion of the condensation resin. .

3. The method according to item 1 to 2, characterized in that the Konsensationsharz is a phenol-formaldehyde resin Resoltyp, wherein the molar ratio of phenol! Formaldehyde 1: 1.6 to 1: 1.9.

4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the condensation resin has a water dilutability of: -1: 0.1b.

5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the molding composition detergents are added.

6. The method according to any one of items 1 to 5, characterized in that the heat treatment takes place within the mold at a temperature> 100 ° C.

For this 2 pages drawings