DE102008004929A1

DE102008004929A1 - Pressure-resistant core with improved binder

Info

Publication number: DE102008004929A1
Application number: DE102008004929A
Authority: DE
Inventors: Manfred Laudenklos
Original assignee: KS Aluminium Technologie GmbH
Current assignee: KS Huayu Alutech GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-23
Also published as: PL2082819T3; EP2082819B1; EP2082819A1; ES2380071T3; ATE536950T1

Abstract

The pressure-resistant core for casting consists of a mixture of mainly water-soluble salts and a binder. It also has a protein combination with inorganic components added to the mixture. The mixture may contain 0.5-5 wt.% of this protein combination, preferably 2% of it. The protein combination with the inorganic components may be in the form of a gelatine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft wasserlösliche Salzkerne für Gießereizwecke, welche aus einem Gemisch aus im Wesentlichen wasserlöslichen Salzen und einem Bindemittel bestehen.The The present invention relates to water-soluble salt cores for foundry purposes, which consists of a mixture of essentially water-soluble salts and a binder consist.

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 various goods, by means of a casting process are produced, it is necessary to mold cavities to produce inside of these goods. Especially when Metal casting, in particular the light metals and whose alloys are addressed, there are various ways to pour the goods. A possibility, to distinguish the casting process is the division into non-pressurized and pressurized casting processes. At the unpressurized Procedures, such as gravity casting is a mold core of solidified sand or salt within the mold arranged and molten with molten metal, the casting mold filled and the mold core is enclosed. At the pressurized Casting is a major problem in a pressure-resistant mold core to create. The mandrel must on the one hand pressure-resistant, he but on the other hand, after cooling the casting also easy to remove. In addition, the must Form core a penetration of the surrounding liquid Prevent casting metal. The liquid metal becomes usually filled under high pressure in the mold, so that the mold core in addition to the high compressive strength and a high Should have resistance to the liquid 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.One Application in the molding used for casting are pistons of internal combustion engines. Especially when charged Engines and highly loaded diesel and gasoline engines the heat generated in the piston during the firing process is so high that intensive piston cooling is necessary. In this In the case, the piston can be particularly characterized by a cooling channel arranged in the piston bottom be equipped so that the necessary heat dissipation is secured. For this purpose, the prefabricated when pouring Salt cores lodged in the mold, showing the geometry have the later cooling channel and after the solidification of the metal with water and compressed air are rinsed out again. Salt cores for casting are only for gravity casting suitable because they are little pressure resistant and at the same time tend to penetration, so that in the finished cooling channel bumps or even small partitions that hinder the Kühlöldurchfluß. arise. To prevent the penetration of molten metal into the salt core and to make the salt core at the same pressure resistant, are different Method has become known.

Aus der DE 10 2004 006 600 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen Salzkerns bekannt, bei welchem dem Salzkern 0,5% bis 5% eines phosphathaltigen Binders zugemischt wird. Hierdurch wird erreicht, dass der Binder unter einem hohen Druck von etwa 800 bar und einer erhöhten Temperatur von ca. 350°C polymarisiert, wobei es auch zu einem Anschmelzen des Binders kommen kann, so dass ein druckbeständiger, gegen das flüssige Metall widerstandsfähiger Salzkern gebildet wird.From the DE 10 2004 006 600 B4 a method for producing a generic salt core is known in which the salt core 0.5% to 5% of a phosphate-containing binder is added. This ensures that the binder polymarized under a high pressure of about 800 bar and an elevated temperature of about 350 ° C, which can also lead to a melting of the binder, so that a pressure-resistant, formed against the liquid metal resistant salt core becomes.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Salzkern sowie 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 an improved salt core and a method to develop a water soluble salt core, with which a salt core can be made that will easily remove leaves a good resistance to that has overflowing metal and at the same time a low Penetration of the liquid metal allows. In addition, the process should be inexpensive and be integrated into the existing procedure.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gemisch aus wasserlöslichen Salzen und einem Bindemittel zusätzlich eine Protein-Kombination mit anorganischen Bestandteilen enthält. Versuche haben gezeigt, dass durch die Zugabe einer solchen Protein-Kombination mit anorganischen Bestandteilen, die beispielsweise in der Form einer Gelatine vorliegen kann, die Belastbarkeit, insbesondere Bruchsicherheit, der erfindungsgemäßen Salzkerne erhöht werden kann.These The object is achieved according to the invention that the mixture of water-soluble salts and a binder additionally a protein combination with inorganic components contains. Experiments have shown that by adding a Such protein combination with inorganic components, the For example, in the form of a gelatin, the load capacity, in particular resistance to breakage, the salt cores according to the invention can be increased.

Es hat sich herausgestellt, dass gute Ergebnisse erzielt werden, wenn das Gemisch 0,5 bis 5 Gew.% und insbesondere etwa 2% der Protein-Kombination mit anorganischen Bestandteilen enthält.It has been shown to get good results when the mixture 0.5 to 5 wt.% And in particular about 2% of the protein combination containing inorganic constituents.

Als Bindemittel wird vorzugsweise ein anorganisches Phosphat oder einer Mischung anorganischer Phosphate gewählt. Durch Einsatz solcher phosphathaltiger Bindemittel wird erreicht, dass der Salzkern dem flüssigen Metall einen erhöhten Widerstand gegenüberstellt und 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 günstig herzustellen und kann ebenfalls ohne zusätzliche Verfahrensschritte in den Fertigungsablauf des Gießverfahrens integriert werden.When Binder is preferably an inorganic phosphate or a Mixture of inorganic phosphates chosen. By use Such phosphate-containing binder is achieved that the salt core the liquid metal increased resistance and, moreover, through a excellent surface smoothness, so that prevents penetration of the liquid metal becomes. By admixing a commercial binder On the basis of phosphate, the salt core is extremely favorable and can also without additional steps be integrated into the production process of the casting process.

Der Anteil des Bindemittels beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.% des Gemischs. Als phosphathaltige Binder können dabei zum Beispiel Phosphate in der Form von Natriumhexametaphosphat, das auch unter dem Handelsnamen Budit 6 vertrieben wird, Borphosphatmonohydrat, das unter dem handelsüblichen Namen FFB 761 vertrieben wird, Monoaluminiumhydrogenorthophosphat, das unter dem Handelsnamen FFB 716 vertrieben wird oder eine Kombination aus anorganischen Borsten und Phosphaten, die unter dem Handelsnamen FFB 102 vertrieben werden und zu denen z. B. die Monozink-Phosphate gehören, eingesetzt werden.The proportion of the binder is preferably 0.5 to 10 wt.% Of the mixture. Phosphate-containing binders which can be used here are, for example, phosphates in the form of sodium hexametaphosphate, which is also sold under the trade name Budit 6, boron phosphate monohydrate, which is marketed under the commercial name FFB 761, monoaluminum hydrogen orthophosphate sold under the trade name FFB 716 or a Combination of inorganic bristles and phosphates sold under the trade name FFB 102 and to which, for. As the mono-zinc phosphates belong, are used.

Zur Herstellung des Salzkerns wird zunächst die Protein-Kombination mit anorganischen Bestandteilen beispielsweise in der Form einer Gelatine mit dem Bindemittel auf Phosphatbasis vermischt. Die Mischung erfolgt so lange, bis ein homogenes Gemisch vorliegt. Anschließend wird das Gemisch aus Proteinkombination und Bindemittel homogen mit zum Beispiel Speisesalz vermischt, um das fertige Salzkerngemisch herzustellen. Die Bestandteile sind dabei so abgewogen, dass der Anteil der Protein-Kombination 0,5 bis 5% und insbesondere 2% des Salzkerngemischs und der Anteil des Bindesmittels 0,5 bis 10% und insbesondere etwa 0,5 bis 5 Gew.% beträgt.to Production of the salt core is first the protein combination with inorganic constituents, for example in the form of a Gelatin mixed with the phosphate-based binder. The mixture takes place until a homogeneous mixture is present. Subsequently the mixture of protein combination and binder becomes homogeneous mixed with, for example, table salt to the finished salt core mixture manufacture. The ingredients are weighed so that the Proportion of the protein combination 0.5 to 5% and in particular 2% of the salt core mixture and the proportion of the binding agent is 0.5 to 10% and especially about 0.5 to 5 wt.% Is.

Das so hergestellte Salzgemisch wird 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 das Salzgemisch bis zu eine Minute lang unter einem Druck von ca. 800 bar verdichtet und bei einer erhöhten Temperatur von ca. 200°C zur Bindung des Salzkernes verpresst. Unter dem hohen Druck und dem Einfluss der erhöhten Temperatur polymerisiert der Binder, so dass ein druckbeständiger, gegen das flüs sige 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. Bei Salzkernen mit geringen Massen, wie beispielsweise Salzkerne für Kühlkanäle in Kolben, ergeben sich Herstellungs- oder Formzeiten für die Salzkerne von kleiner oder gleich einer Minute. Bei größeren Massen wie beispielsweise Salzkernen zum Gießen für Zylinderkurbelgehäuse erhöhen sich die Formzeiten bis zu etwa 5 Minuten.The salt mixture thus prepared is formed into a mold filled the salt core. The mold is a permanent mold for example, a cooling channel for a piston or can represent a cylinder crankcase. In the mold The salt mixture is under a pressure of up to one minute compressed about 800 bar and at an elevated temperature Pressed from about 200 ° C to bond the salt core. Under the high pressure and the influence of the elevated temperature polymerized the binder, 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 is a penetration of the liquid metal into the salt core prevented. For salt cores with low masses, such as salt cores for cooling channels in pistons, manufacturing or molding times for the salt cores of less than or equal one minute. For larger masses such as Salt cores for casting for cylinder crankcases Shaping times increase up to about 5 minutes.

Durch den Einsatz des phosphathaltigen Binders ist der Salzkern leicht aufzulösen und kann mittels Wasser aus dem gegossenen Bauteil sehr leicht herausgespült werden. Der Phosphatbinder und das Salz sind in der vorliegenden Form wasserlöslich, bieten aber gleichzeitig den Vorteil eines druckbeständigen Salzkerns und einer resistenten Oberfläche. Es können somit Gussteile hergestellt werden, die Hinterschnittkonturen aufweisen und die frei von der Oberfläche des fertigen Gussteils aufrauhenden Penetrationen oder sogar Trennwänden durch Brüche in den Salzkernen sind.By the use of phosphate-containing binder is the salt core easily can dissolve and can by means of water from the cast component be easily rinsed out. The phosphate binder and the salt is water soluble in the present form but at the same time the advantage of a pressure resistant salt core and a resistant surface. It can thus Castings are manufactured, which have undercut contours and the free from the surface of the finished casting roughening penetrations or even partitions There are breaks in the salt cores.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass während des Umgießens der erfindungsgemäß hergestellten Salzkerne mit zum Beispiel flüssigem Aluminium Temperaturbereiche von etwa 700°C einstellen, die wieder zu einer Oberflächenpolymerisation führen und somit einer Penetration des flüssigen Aluminiums in dem Salzkern entgegenwirken.One Another advantage results from the fact that during the Umgießens the inventively produced Salt cores with for example liquid aluminum temperature ranges of about 700 ° C, which lead again to a surface polymerization and thus a penetration of the liquid aluminum in counteract the salt core.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004006600 B4 [0004]

Claims

Water-soluble salt core for foundry purposes, which consists of a mixture of substantially water-soluble salts and a binder, characterized in that the mixture additionally contains a protein combination with inorganic constituents.

Water-soluble salt core according to claim 1, characterized in that the mixture contains 0.5 to 5% by weight of the protein combination containing inorganic constituents.

Water-soluble salt core according to claim 2, characterized characterized in that the mixture is about 2% of the protein combination containing inorganic constituents.

Soluble salt core according to one of the previous claims, characterized in that the Protein combination with inorganic components a gelatin is.

Soluble salt core according to one of the previous claims, characterized in that the Binder an inorganic phosphate or a mixture of inorganic Contains phosphates.

Water-soluble salt core according to claim 5, characterized characterized in that the proportion of the binder is 0.5 to 10% by weight. and in particular 0.5 to 5 wt.% Of the mixture.

A water-soluble salt core according to claim 5 or 6, characterized in that the inorganic phosphate is a monoaluminum hydrogen orthophosphate contains.

Soluble salt core according to one of the Claims 5 to 7, characterized in that the inorganic Phosphate comprises a boron phosphate monohydrate.

Soluble salt core according to one of the Claims 5 to 8, characterized in that the inorganic Phosphate is a sodium polyphosphate and especially sodium hexametaphosphate contains.

Process for the preparation of a water-soluble Salt core, in which water-soluble salts with a binder are mixed, the mixture in a mold to form a Salt core is filled and the mandrel under pressure and / or increased temperature is compressed, characterized that the mixture 0.5 to 5% of a protein combination with inorganic Ingredients is added.

Method according to claim 10, characterized in that that the protein combination with the inorganic constituents homogeneously mixed with the binder and then the mixture is mixed with the salts.

Method according to claim 10 or 11, characterized that mixture of protein combination with inorganic ingredients and binder is mixed homogeneously with table salt.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that as binder a monoaluminum phosphate is used.

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the mixture is compressed in the mold and heated up to 200 ° C.

Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that the mixture is in particular as salts Chlorides, sulfates and bristles of alkali or alkaline earth metals used.