DE102004006600B4 - Removable metal casting core and method of making a core - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns für die Erzeugung eines Formhohlraums in einem durch ein Gießverfahren geformten Gegenstand, bei dem zuerst Salz mit einem Binder vermischt und bei dem anschließend das gemischte Salz zur Bildung eines Salzkerns in ein Formwerkzeug eingefüllt und bei dem abschließend der Salzkern unter Druck und/oder erhöhter Temperatur verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Salzkern 0,5% bis 5% eines phosphathaltigen Binders zugemischt wird.method for producing a water-soluble Salt core for the production of a mold cavity in one by a casting process molded article in which salt is first mixed with a binder and in the following the mixed salt to form a salt core in a mold filled and at the conclusion the salt core compressed under pressure and / or elevated temperature is characterized in that the salt core 0.5% to 5% of a phosphate-containing binder is added.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns für die Erzeugung eines Formhohlraums in einem durch ein Gießverfahren geformten Gegenstand. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Salzkern zur Verwendung zum Beispiel in einer druckbeaufschlagbaren Gießform.The The invention relates to a process for the preparation of a water-soluble Salt core for the production of a mold cavity in one by a casting process shaped object. The invention further relates to a salt core for use, for example, in a pressurizable mold.

Bei verschiedenen Gütern, die mittels eines Gießverfahrens hergestellt werden, ist es erforderlich, Formhohlräume im Inneren dieser Güter zu erzeugen. Insbesondere beim Metallgießen, wobei hier insbesondere die Leichtmetalle und deren Legierungen angesprochen sind, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Güter zu gießen. Eine Möglichkeit, die Gießverfahren zu unterscheiden ist die Einteilung in drucklose und druckbeaufschlagte Gießverfahren. Bei den drucklosen Verfahren, wie beispielsweise das Schwerkraftgießen, wird ein Formkern aus verfestigtem Sand oder Salz innerhalb der Gießform angeordnet und mit Metallschmelze umgossen, wobei die Gießform gefüllt und der Formkern umschlossen wird. Bei den druckbeaufschlagten Gießverfahren besteht ein Hauptproblem darin, einen druckfesten Formkern zu erzeugen. Der Formkern muß einerseits druckfest, er muß andererseits aber nach dem Erkalten des Gußteils auch leicht zu entfernen sein. Darüber hinaus muß der Formkern eine Penetration des ihn umgebenden flüssigen Gießmetalls verhindern. Das flüssige Metall wird zumeist unter hohem Druck in die Gießform eingefüllt, so dass der Formkern neben der hohen Druckfestigkeit auch eine hohe Resistenz gegen das flüssige Metall besitzen sollte.at different goods, by means of a casting process are produced, it is necessary to form cavities inside of these goods to create. In particular, in metal casting, in particular here the light metals and their alloys are addressed, there there are different ways the goods to pour. A possibility, the casting process to differentiate is the division into pressureless and pressurized Casting process. at the non-pressurized process, such as gravity casting is a mold core of solidified sand or salt is disposed within the mold and molten metal, wherein the mold is filled and the mold core is enclosed. In the pressurized casting process is a major problem is to produce a pressure-resistant mandrel. The mandrel must on the one hand pressure-resistant, he must, on the other hand but after the cooling of the casting also easy to remove. In addition, the mandrel must prevent penetration of the surrounding liquid casting metal. The liquid metal is usually filled under high pressure in the mold, so that the mold core in addition to the high compressive strength and a high Resistance to the liquid Should own metal.

Ein Einsatzgebiet bei dem Formkörper zum Gießen verwendet werden sind Kolben von Verbrennungsmotoren. Besonders bei aufgeladenen Motoren und bei hochbelasteten Diesel- und auch Ottomotoren ist die im Kolben entstehende Wärme beim Brennvorgang so hoch, dass eine intensive Kolbenkühlung notwendig wird. In diesem Fall kann der Kolben durch einen im Kolbenboden angeordneten Kühlkanal besonders ausgerüstet werden, damit die notwendige Wärmeabfuhr gesichert ist. Dazu werden beim Gießen die vorgefertigten Salzkerne in die Gießform eingelegt, die die Geometrie des späteren Kühlkanals besitzen und die nach dem Erstarren des Metalls mit Wasser und Druckluft wieder ausgespült werden. Salzkerne zum Gießen sind aber nur zum Schwerkraftgießen geeignet, da sie wenig druckbeständig und gleichzeitig zur Penetration neigen, so dass im fertigen Kühlkanal Unebenheiten oder sogar kleine Trennwände entstehen, die den Kühlöldurchfluß behindern. Um das Eindringen von Metallschmelze in den Salzkern zu verhindern und den Salzkern gleichzeitig druckfest zu gestalten, sind verschiedene Verfahren bekannt geworden. In der EP 0 501 549 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns beschrieben. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Mischens eines aus groben Teilchen bestehenden Salzpulvers mit einem aus feinen Teilchen bestehenden Salzpulver im Verhältnis von 50 : 50 bis 70 : 30 grob zu fein, wobei das grobe Pulver eine maximale Teilchengröße von 250 Mikrometern und das feine Pulver eine maximale Teilchengröße von 25 Mikrometern aufweist, ferner des Beimengens eines Schmiermittels, des Pressens der Mischung zum Formen einer gewünschten Kernform und des Sinterns bei einer Temperatur im Bereich von 650° C bis 775 ° C. Neben dem Beimengen eines Schmiermittels, ist auch die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels vorgesehen.One application in which moldings are used for casting are pistons of internal combustion engines. Especially in turbocharged engines and heavily loaded diesel and gasoline engines, the heat generated in the piston during the firing process is so high that an intensive piston cooling is necessary. In this case, the piston can be specially equipped by a cooling channel arranged in the piston bottom, so that the necessary heat dissipation is ensured. For this purpose, the prefabricated salt cores are inserted into the casting mold during casting, which have the geometry of the later cooling channel and which are rinsed out after the solidification of the metal with water and compressed air. However, salt cores for casting are only suitable for gravity casting, as they are less resistant to pressure and at the same time tend to penetrate, so that in the finished cooling channel bumps or even small partitions arise that hinder the Kühlöldurchfluß. In order to prevent the penetration of molten metal in the salt core and to make the salt core pressure resistant at the same time, various methods have become known. In the EP 0 501 549 B1 a method for producing a salt core is described. The process comprises the steps of mixing a coarse particle salt powder with a fine particulate salt powder in a ratio of 50:50 to 70:30 coarse to fine, the coarse powder having a maximum particle size of 250 microns and the fine powder a maximum Particle size of 25 micrometers, further incorporating a lubricant, pressing the mixture to form a desired core shape, and sintering at a temperature in the range of 650 ° C to 775 ° C. In addition to admixing a lubricant, the addition of a surfactant Provided by means.

Ein weiteres Verfahren, bei dem unter Verwendung eines gepressten Sandkerns ein Gießteil erzeugt wird, ist aus der US 4,298,051 bekannt. In der Druckschrift wird ein Verfahren beschrieben, mittels dem ein Sandkern mit Hinterschnitten erzeugbar ist. Dazu wird ein Binder aus Aluminium, Bor und Phosphor dem Sand zugemischt. Der Sandkern kann ebenfalls mit den genannten Elementen beschichtet werden.Another method, in which a casting is produced using a pressed sand core, is from the US 4,298,051 known. The document describes a method by means of which a sand core with undercuts can be produced. For this purpose, a binder of aluminum, boron and phosphorus is added to the sand. The sand core can also be coated with the mentioned elements.

Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung eines Sandkerns ist in der EP 0 465 947 B1 offenbart. Hierin werden die den Grundstoff bildenden Sandteilchen mittels eines Bindemittels vollständig gebunden. Um unter anderem die Penetration des den Sandkern umfließenden Gießmetalls zu minimieren, wird in der Druckschrift vorgeschlagen, den Sandkern mit anorganischen, schwer schmelzbaren Stoffen zu beschichten, so dass beim Hochdruckgießen kein geschmolzenes Metall in den Sandkern eindringen kann. Nach dem Entfernen des Sandes aus dem erstarrten Produkt bleibt kein Sand auf der Gießfläche des Produktes zurück.Another method for producing a sand core is in EP 0 465 947 B1 disclosed. Herein, the base particles forming sand particles are completely bound by means of a binder. In order to minimize, among other things, the penetration of the casting core surrounding the sand core, it is proposed in the document to coat the sand core with inorganic, difficult-to-melt substances, so that no molten metal can penetrate into the sand core during high-pressure casting. After removing the sand from the solidified product, no sand remains on the casting surface of the product.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns zu entwickeln, mit dem ein Salzkern hergestellt werden kann, der sich leicht entfernen läßt, eine gute Beständigkeit gegen das umgießende Metall aufweist und der gleichzeitig eine geringe Penetration des flüssigen Metalls zuläßt. Darüber hinaus soll das Verfahren kostengünstig und in den vorhanden Verfahrensablauf integrierbar sein.task The invention is a process for producing a water-soluble To develop a salt core with which a salt core can be which is easy to remove, one good resistance against the overflowing Has metal and at the same time a low penetration of the liquid Metal permits. Furthermore the process should be cost-effective and be integrated into the existing procedure.

Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Salzkern zur Verwendung in einer Gießform zu entwickeln, der ohne Vorwärmen einsetzbar ist und der darüber hinaus leicht aus dem fertigen Gießteil zu entfernen ist.Furthermore It is an object of the invention to use a salt core for use in a mold to develop without preheating can be used and the above also easy to remove from the finished casting.

Die erfindungsgemäße Aufgabe zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns für die Erzeugung eines Formhohlraumes in einem durch ein Gießverfahren geformten Gegenstand, bei dem zuerst Salz mit einem Binder vermischt und bei dem anschließend das gemischte Salz zur Bildung eines Salzkerns in ein Formwerkzeug eingefüllt und bei dem abschließend der Salzkern unter Druck und/oder erhöhter Temperatur verdichtet wird, wird in verfahrenstechnischer Hinsicht dahingehend gelöst, dass dem Salzkern 0,5% bis 5% eines phosphathaltigen Binders zugemischt wird.The object of the invention for the preparation of a water-soluble salt core for the crops a mold cavity in a molded article by first mixing salt with a binder and then filling the mixed salt to form a salt core in a mold and finally compacting the salt core under pressure and / or elevated temperature; is solved in terms of process technology to the effect that the salt core 0.5% to 5% of a phosphate-containing binder is added.

Mit den Mitteln nach der Erfindung ist nun die Möglichkeit geschaffen, einen druckbeständigen Salzkern zu schaffen, der leicht zu entfernen ist, der dem flüssigen Metall einen ausreichenden Widerstand gegenüberstellt und der sich darüber hinaus durch eine ausgezeichnete Oberflächenglätte auszeichnet, so dass eine Penetration des flüssigen Metalls verhindert wird. Durch die Zumischung eines handelsüblichen Binders auf Phosphatbasis ist der Salzkern äußerst kostengünstig herzustellen und kann ebenfalls ohne zusätzliche Verfahrensschritte in den Fertigungsablauf eines Gießverfahrens integriert werden.With the means according to the invention, the possibility is now created, a pressure resistant salt core to create, which is easy to remove, the liquid metal sufficient resistance and, moreover, through excellent surface smoothness, allowing a penetration of the liquid Metal is prevented. By admixing a commercial Phosphate-based binder is the salt core extremely inexpensive to produce and also without additional Process steps in the production process of a casting process to get integrated.

Die verwendungstechnische Aufgabe wird dahingehend gelöst, dass der mit dem phosphathaltigen Binder versehene Salzkern ohne Vorwärmen in die Gießform eingelegt und anschließend mittels eines druckbeaufschlagbaren Gießverfahrens mit einem niedrig schmelzenden Metall umgossen wird und das abschließend der gebundene Salzkern mittels Wasser entfernt wird. Durch den Einsatz eines phosphathaltigen Binders wird die Thermoschockfähigkeit des Salzkerns in der Weise gesteigert, dass ein Vorwärmen des Salzkerns nicht erforderlich ist. Der Salzkern kann somit unmittelbar, das heißt aus dem Vorratsbehälter oder der Herstellung in die Gießform eingelegt werden. Dies bietet den erfindungsgemäßen Vorteil, dass der Verfahrensschritt des Vorwärmens des Salzkerns entfällt.The technical application task is solved in that the salt core provided with the phosphate-containing binder without preheating in the mold and then inserted by means of a pressurizable casting process with a low is poured around the melting metal and finally the bound salt core is removed by means of water. Because of the engagement a phosphate-containing binder becomes the thermal shock ability of the salt core increased in such a way that preheating the Salt core is not required. The salt core can thus directly, this means from the reservoir or production in the mold be inserted. This offers the advantage according to the invention that the method step of preheating the salt core is omitted.

Zur Herstellung des Salzkerns wird das in körniger Form vorliegende Salz mit einem Binder auf Phosphatbasis vermischt. Die Mischung erfolgt so lange, bis ein homogenes Gemisch aus Salz und Binder vorliegt. Dabei werden dem Salz 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Binders zugemischt. Als phosphathaltige Binder können dabei zum Beispiel Phosphate der Form Natriumhexametaphosphat, das auch unter dem Handelsnamen Budit 6 vertrieben wird, Borphosphatmonohydrat, das unter dem Handelsnamen FFB 761 vertrieben wird, Monoaluminiumdihydrogenorthophosphat, das unter dem Handelsnamen FFB 716 vertrieben wird oder eine Kombination aus anorganischen Boraten und Phosphaten, die unter dem Handelsnamen FFB 102 vertrieben werden und zu denen zum Beispiel die Monozink-Phosphate gehören, eingesetzt werden. Es ist erfindungsgemäß ebenfalls vorstellbar, eine Kombination aus den verschiedenen Phosphatbindern in einer Menge, die in der Summe nicht mehr als 5 Gew.-% der Mischung darstellen, einzusetzen.to Preparation of the salt core is the present in granular form salt mixed with a phosphate-based binder. The mixture takes place until a homogeneous mixture of salt and binder is present. In this case, 0.5 wt .-% to 5 wt .-% of the binder are added to the salt. As phosphate-containing binder can for example, phosphates of the form sodium hexametaphosphate, the also sold under the trade name Budit 6, boron phosphate monohydrate, sold under the trade name FFB 761, monoaluminum dihydrogen orthophosphate, sold under the trade name FFB 716 or a combination from inorganic borates and phosphates, under the trade name FFB 102 and to which, for example, the mono zinc phosphates belong, be used. It is also conceivable according to the invention, a Combination of the different phosphate binders in one set, which in total do not represent more than 5% by weight of the mixture, use.

Nach dem Mischen des Salzes mit dem phosphathaltigen Binder wird die Mischung in ein Formwerkzeug zur Bildung des Salzkerns gefüllt. Das Formwerkzeug ist eine Dauerform, die zum Beispiel einen Kühlkanal für einen Kolben oder ein Zylinderkurbelgehäuse darstellen kann. Im Formwerkzeug wird die Mischung aus Salz und Binder unter einem Druck von ca. 800 Bar verdichtet und bei einer erhöhten Temperatur von ca. 350°C zur Bildung des Salzkerns verpresst. Unter dem hohen Druck und dem Einfluß der erhöhten Temperatur polymerisiert der Binder, wobei es auch zu einem Anschmelzen des Binders kommen kann, so dass ein druckbeständiger, gegen das flüssige Metall widerstandsfähiger Salzkern gebildet wird. Durch die Polymerisation oder das Anschmelzen des Binders wird eine sehr glatte Oberfläche am Salzkern erzeugt, die ein Penetrieren des flüssigen Metalls in den Salzkern verhindert. Es ist erfindungsgemäß ebenso vorstellbar, das homogene Gemisch aus Salz und Binder lediglich unter einem hohen Druck zu Verpressen.To the mixing of the salt with the phosphate-containing binder is the Mixture filled in a mold to form the salt core. The Mold is a permanent mold, for example, a cooling channel for one Piston or a cylinder crankcase can represent. In the mold The mixture of salt and binder under a pressure of approx. 800 bar compressed and at an elevated temperature of about 350 ° C to form of the salt core pressed. Under the high pressure and the influence of the elevated temperature polymerizes the binder, wherein it also leads to a melting of the Binders can come out, leaving a pressure-resistant, against the liquid metal resistant salt core is formed. By the polymerization or the melting of the Binders creates a very smooth surface on the salt core, which a penetration of the liquid Metal in the salt core prevented. It is also according to the invention conceivable, the homogeneous mixture of salt and binder only below To press a high pressure.

Durch den Einsatz des phosphathaltigen Binders ist erfindungsgemäß ein Salzkern geschaffen, der leicht aufzulösen ist und der mittels Wasser aus dem gegossenen Bauteil sehr leicht herausgespült werden kann. Der Phosphatbinder und das Salz sind in der erfindungsgemäß vorliegenden Form wasserlöslich, bieten aber gleichzeitig den Vorteil eines druckbeständigen Salzkerns und einer resistenten Oberfläche. Es können somit Gußteile hergestellt werden, die einerseits Hinterschnittkonturen aufweisen und die frei von die Oberfläche des fertigen Gußteils aufrauhenden Penetrationen oder sogar Trennwänden durch Brüche in den Salzkernen sind.By The use of the phosphate-containing binder according to the invention is a salt core created that easily dissolve is and by means of water from the cast component very light flushed out can be. The phosphate binder and the salt are present in the present invention Form soluble in water, but at the same time offer the advantage of a pressure-resistant salt core and a resistant surface. It can thus castings are produced, on the one hand have undercut contours and the free of the surface of the finished casting roughening penetrations or even partitions through breaks in the Salt cores are.

Anzumerken bleibt noch, dass die erfindungsgemäßen Salzkerne natürlich auch in den sogenannten Squeeze-Castingverfahren einsetzbar sind. In diesen Verfahren wird zuerst die Form zum größten Teil ohne Druckbeaufschlagung gefüllt und nachträglich, zum Beispiel zur Infiltration von porösen Körpern unter Druckbeaufschlagung vollständig gefüllt und anschließend unter Druckbeaufschlagung gehalten, bis dass das flüssige Metall zur Erstarrung gelangt ist. Insbesondere wegen der hohen Fließgeschwindigkeiten der Metallschmelze beim Druckgußverfahren muß der Salzkern eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen.It should be noted remains still, that the salt cores of the invention, of course, too can be used in the so-called squeeze casting method. In In the first place, the mold is subjected to this process for the most part without pressurization filled and afterwards, for example, for infiltration of porous bodies under pressurization completely filled and subsequently kept under pressure until the liquid metal has come to a solidification. Especially because of the high flow rates the molten metal during die casting must the Salt core high resistance exhibit.

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns für die Erzeugung eines Formhohlraums in einem durch ein Gießverfahren geformten Gegenstand, bei dem zuerst Salz mit einem Binder vermischt und bei dem anschließend das gemischte Salz zur Bildung eines Salzkerns in ein Formwerkzeug eingefüllt und bei dem abschließend der Salzkern unter Druck und/oder erhöhter Temperatur verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Salzkern 0,5% bis 5% eines phosphathaltigen Binders zugemischt wird.Process for the preparation of a water-soluble salt core for the production of a hollow mold raums in a molded by a casting article in which first mixed salt with a binder and then the mixed salt is filled to form a salt core in a mold and in the final compressed the salt core under pressure and / or elevated temperature, characterized in that 0.5% to 5% of a phosphate-containing binder is admixed with the salt core. Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phosphatbinder der Form Natriumhexametaphosphat oder Borphosphat Monohydrat oder Monoaluminiumdihydrogenorthophosphat oder einer Kombination aus anorganischen Boraten und Phosphaten zugemischt wird.Process for the preparation of a salt core according to claim 1, characterized in that a phosphate binder of the form sodium hexametaphosphate or boron phosphate monohydrate or monoaluminum dihydrogen orthophosphate or a combination of inorganic borates and phosphates is mixed. Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das homogene Gemisch aus körnigem Salz und phosphathaltigem Binder unter einem Druck von ca. 600 bis 2000 bar, vorzugsweise ca. 800 bar, und unter einer erhöhten Temperatur von ca. 350°C zur Bildung des Salzkerns verpresst wird.Process for the preparation of a salt core according to a the claims 1 to 2, characterized in that the homogeneous mixture of granular salt and phosphate-containing binder under a pressure of about 600 to 2000 bar, preferably about 800 bar, and at an elevated temperature of about 350 ° C is pressed to form the salt core. Gießverfahren, bei dem ein wasserlöslicher Salzkern mit einem phosphathaltigen Binder ohne Vorwärmen in eine Gießform eingelegt wird, anschließend mittels eines druckbeaufschlagten Gießverfahrens mit einem niedrig schmelzenden Metall umgossen wird, und abschließend der gebundene Salzkern mittels eines Lösungsmittels entfernt wird, wobei als Lösungsmittel vorzugsweise Wasser eingesetzt wird.casting, in which a water-soluble salt core loaded with a phosphate-containing binder without preheating in a mold will, then by means of a pressurized casting process with a low melting metal is poured, and finally the bonded salt core by means of a solvent is removed, taking as the solvent preferably water is used. Wasserlöslicher Salzkern, der durch Verdichten einer Mischung aus wasserlöslichen Salzen und eines Binders unter Druck und anschließender Wärmebehandlung hergestellt wird, wobei der Binder ein Phosphat oder eine Mischung anorganischer Phosphate mit einem Anteil von zwischen 0,5% und 5% der Mischung ist.water-soluble Salt core obtained by compacting a mixture of water-soluble Salts and a binder under pressure and subsequent heat treatment wherein the binder is a phosphate or a mixture inorganic phosphates in a proportion of between 0.5% and 5% of Mixture is. Wasserlöslicher Salzkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Phosphat ein Natriumhexametaphosphat oder ein Borphosphat Monohydrat oder ein Monoaluminiumdihydrogenorthophosphat oder eine Kombination aus anorganischen Boraten und Phosphaten ist.water-soluble Salt core according to claim 5, characterized in that the inorganic phosphate a sodium hexametaphosphate or a boron phosphate monohydrate or a monoaluminum dihydrogen orthophosphate or a combination of inorganic Borates and phosphates is. Wasserlöslicher Salzkern nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Salzkern eine Kombination aus verschiedenen polymerisierten, anorganischen Phosphaten enthalten ist.water-soluble Salt core according to one or more of claims 5 and 6, characterized that in the salt core a combination of different polymerized, inorganic phosphates is included.
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