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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feingussform und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Stand der Technik
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Für die Herstellung von Gussprodukten mit hoher Präzision wird ein Feingieß- bzw. Präzisionsgießverfahren als Gießverfahren zur Herstellung eines Gussproduktes angewendet. Beim Feingießverfahren wie in der Patentliteratur 1 offenbart wird Schlicker rund um ein Lost-Foam-Modell bzw. Modell zum Gießen mit verlorenem Schaum (Wachsstruktur bzw. Wachsmodell) aufgebracht, das dieselbe Form wie eine geformte Komponente aufweist, und dann wird daran eine erste Stuckschicht (Mehl) aufgetragen und einer Trocknungsbehandlung unterzogen. Im Anschluss daran werden wiederholte Male drei Arbeitsgänge durchgeführt, namentlich das Aufbringen des Schlickers, das Auftragen des Stucks und das Trocknen; damit wird ein Modell zum Abdecken der Außenseite (Außenform) des Gussproduktes hergestellt.
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Die Feingussform wird dabei so gebildet, dass das Wachsmodell in einem Schlicker, der hauptsächlich ein Silika-Sol umfasst, platziert, der Schlicker an der Oberfläche des Wachsmodells aufgetragen und anschließend getrocknet wird.
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Da der in einem einzigen Arbeitsgang aufgetragene Schlicker wenig und dünn ist, wird der Arbeitsvorgang einige Male bis zu zehn Mal wiederholt durchgeführt, um die gewünschte Dicke zu erreichen. Zusätzlich werden grobe Partikel, die als Stuck-Material bezeichnet werden, eingestreut und auf die Oberfläche des Schlickers aufgebracht, um eine schnelle Trocknung durchzuführen, die Dicke rasch sicherzustellen oder Trocknungssprünge zu verhindern. Aus diesem Grund sind in der Querschnittstruktur des Formwerkzeugs abwechselnd eine dichte Schicht und eine grobkörnige Schicht vorgesehen.
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Das Silika-Sol ist beispielsweise eine Lösung, in der kugelförmige Silika-Partikel mit einer Partikelgröße von etwa 20 nm verteilt sind. Wenn die ultrafeinen Silika-Partikel auf die Oberfläche relativ feiner Partikel (von einigen Mikron bis höheren Mikronzahlen) und grober Partikel (Stuck) (einige hundert Mikron bis einige Millimeter), beispielsweise im Schlicker enthaltenes Zirkon oder Aluminiumoxid, während des Trocknens aufgetragen werden und durch die Trocknungs- und Wärmebehandlung fest miteinander verbunden werden, wird die Form des Formwerkzeugs und dessen Festigkeit bewahrt, so dass dieses als Formwerkzeug verwendet werden kann.
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Zitierliste Patentliteratur:
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- Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2001-18033 .
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Zusammenfassung
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Technisches Problem
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Es reicht indessen im Allgemeinen aus, ein Formwerkzeug unter Verwendung des oben beschriebenen Silika-Sols (Lösung, in der ultrafeine Silika-Partikel verteilt sind) herzustellen, doch ist es erforderlich, mit einem geschmolzenen Metall eine Kristallausscheidungsrichtung, beispielsweise in der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel, zu kontrollieren. Daraus folgt, dass sich eine Verweilzeit bei hoher Temperatur (beispielsweise etwa 1550°C) verlängert. In diesem Fall ergibt sich ein Problem, dass das als Bindemittel dienende Siliciumdioxid (Silika) aufgrund der aufrechterhaltenen hohen Temperatur erweicht wird, woraus eine Deformation des Formwerkzeugs folgt.
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Bei der hier aufgeführten Produktion der unidirektional verfestigten Schaufel wird die Schaufel allgemein so produziert, dass das Formwerkzeug in einen Vakuumofen platziert und auf eine Temperatur erhitzt und gehalten wird, die größer oder gleich der Temperatur eines Schmelzpunktes des geschmolzenen Metalls ist, woraufhin das geschmolzene Metall in das Formwerkzeug gegossen werden kann und das Formwerkzeug aus dem Ofen genommen wird und auf das Hinziehen zu einer unteren Seite kontrolliert wird, so dass das geschmolzene Metall von der unteren Seite aus gekühlt und verfestigt wird.
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Dem entsprechend ist beispielsweise in der Produktion der unidirektional verfestigten Schaufel ein Formwerkzeug erforderlich, das auch dann nicht deformiert wird, wenn es längere Zeit auf hoher Temperatur (beispielsweise bei etwa 1550°C) gehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Problems ausgeführt, und ein Ziel derselben besteht darin, eine Präzisions- bzw. Feingussform zu schaffen, die sich auch dann nicht verformt, wenn sie über einen längeren Zeitraum auf einer hohen Temperatur gehalten wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Probleme wird eine Präzisions- bzw. Feingussform bereitgestellt, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird und Folgendes umfasst: einen Kern, der eine Form aufweist, die einem inneren Hohlabschnitt des Gussproduktes entspricht; und eine Außenform, die einer Form einer äußeren Außenumfangsfläche des Gussproduktes entspricht, wobei die Außenform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht, die auf einer inneren Außenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlickerfilm geformt ist, der durch das Trocknen von Schlicker für die Feingussform gewonnen wird; und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht, die an der Außenseite der Primärschicht durch wiederholtes Formen einer Unterstützungsschicht gebildet wird, die durch das Formen und Trocknen einer Schlickerschicht gebildet wird, die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildet ist, und einer Stuck-Schicht, in der Stuck-Partikel als Stuck-Material mit einer Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis feiner Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 1 bis 16 ist; und das Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 1 bis 40 ist, auf der Schlickerschicht aufgetragen werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Feingussform gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei die Primärschicht eine Stuck-Schicht aufweist, in der Stuck-Partikel als Stuck-Material mit einer Partikelgrößenverteilung, in der ein Mischverhältnis feiner Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; ein Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 1 bis 16 ist; und ein Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 1 bis 40 ist, auf die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildete Schlickerschicht aufgetragen werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feingussform geschaffen, die zur Produktion eines Gussproduktes verwendet wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen ersten Filmbildungsprozess, in dem ein Feinguss-Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform getaucht bzw. aus diesem herausgezogen wird und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch auf einer Oberfläche des Wachsmodells eine Primärschicht gebildet wird, die aus einem Schlicker-Film gebildet ist; einen zweiten Filmbildungsprozess, in dem Stuck-Partikel als ein Stuck-Material mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit der Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit der Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 1 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit der Partikelgröße von 2–4 mm gleich 1 bis 40 ist, auf einer Oberfläche des Schlickers eingestreut wird, nachdem das mit der Primärschicht gebildete Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen worden ist, und anschließend eine Trocknungsbehandlung vorgenommen wird, womit eine Unterstützungsschicht gebildet wird; einen Formkörper-Bildungsprozess, in dem der zweite Filmbildungsprozess zur Bildung der Unterstützungsschicht mehrere Male wiederholt wird, wodurch ein Formkörper gewonnen wird, der mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht ausgebildet ist; einen Wachsentfernungsprozess, bei dem das Wachs des Wachsmodells geschmolzen und vom gewonnenen Formkörper entfernt wird; und einen Formbrennprozess, bei dem der Formkörper, der nach der Wachsentfernung gewonnen wurde, einer Brennbehandlung unterzogen wird, wodurch ein Formwerkzeug gewonnen wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung der Feingussform gemäß dem dritten Aspekt bereitgestellt, wobei die Stuck-Partikel als Stuck-Material mit einer Partikelgrößenverteilung, bei der ein Mischverhältnis von feinen Partikeln mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; ein Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 1 bis 16 ist; und ein Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 1 bis 40 ist, auf die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildete Schlickerschicht aufgetragen wird, um eine Stuck-Schicht zu bilden, und wobei die Stuck-Schicht während des ersten Filmbildungsprozesses getrocknet wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Stuck-Material eine Partikelgrößenverteilung auf, bei der das Mischverhältnis von feinen Partikeln mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5 ist 2 mm gleich 1 bis 16 ist; und das Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 1 bis 40 ist, wodurch die Möglichkeit besteht, einen Effekt zu erreichen, dem entsprechend die Festigkeit eines Formwerkzeuges erhöht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines getrockneten Formkörpers, der eine Außenform ist.
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2 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines anderen getrockneten Formkörpers, der eine Außenform ist.
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3 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Beispiel eines Prozesses in einem Gießverfahren illustriert ist.
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4 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Beispiel eines Prozesses in einem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs illustriert ist.
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5 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch ein Prozess zur Herstellung eines Kerns illustriert ist.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, in der schematisch ein Teil eines Metallformwerkzeugs illustriert ist.
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7 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch ein Prozess zur Herstellung eines Wachsmodells illustriert ist.
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8 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch eine Konfiguration illustriert ist, in der Schlicker auf das Wachsmodell aufgetragen wird.
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9 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch ein Prozess zur Herstellung der Außenform illustriert ist.
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10 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch einige Prozesse in dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs illustriert sind.
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11 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch einige Prozesse in einem Gießverfahren illustriert sind.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehende Beschreibung beschränkt. Ferner umfassen die Komponenten in der nachstehenden Beschreibung jene, die von einschlägig bewanderten Fachpersonen leicht erfassbar sind, jene, die im Wesentlichen mit diesen identisch sind, und jene in einem Geltungsbereich sogenannter Äquivalente.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines getrockneten Formkörpers, bei dem es sich um eine Außenform handelt. 2 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines weiteren getrockneten Formkörpers, bei dem es sich um eine Außenform handelt.
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Gemäß Illustration in 1 ist eine Präzisions- bzw. Feingussform eine ebensolche Feingussform, die dazu verwendet wird, ein Gussprodukt herzustellen, und die einen Kern umfasst, dessen Form einem inneren Hohlraum des Gussprodukts entspricht, und eine Außenform, die einer Form einer äußeren Außenumfangsfläche des Gussprodukts entspricht, wobei die Außenform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht (erster getrockneter Film: erste Schlickerschicht) 101A, die auf einer inneren Außenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlicker-Film gebildet ist, der durch das Trocknen von Schlicker für die Feingussform gewonnen wurde und ein Silika-Sol mit einer Partikelgröße von 20 nm enthält; und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A, die auf der Außenseite der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A durch wiederholte Bildung einer ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 gebildet wird, die durch die Formung und Trocknung einer Schlickerschicht 102 gewonnen wird, die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildet wird, und eine Stuck-Schicht 103, in der Stuck-Partikel als ein Stuck-Material mit einer Partikelgrößenverteilung, in der ein Mischverhältnis von feinen Partikeln mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, auf der Schlickerschicht 102 aufgebracht werden.
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Hier wird das Silika-Sol als der Schlicker für die Feingussform zur Bildung des Schlickers in der vorliegenden Erfindung verwendet, doch die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise feine Aluminiumoxidpartikel (ultrafeine Aluminiumoxidpartikel) oder Zirkon-Feinpartikel hochreiner Ultrafeinpartikel verwenden, die einer Monodispersion unterzogen werden, beispielsweise unter Verwendung einer Kugelmühle als Dispersionsmittel.
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Der Ausdruck „Monodispersion” bezieht sich für unsere Zwecke auf den Zustand, als Ergebnis einer Dispersionsbehandlung auf 0,5 μm monodispergiert zu sein, wenn der Schlicker gebildet wird, wofür beispielsweise feine Aluminiumoxidpartikel mit einer Partikelgröße von etwa 0,5 μm verwendet werden.
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Hier ist die Partikelgröße der feinen Aluminiumoxidpartikel oder der Zirkon-Feinpartikel 1,0 μm oder kleiner und kann insbesondere bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 und 0,6 μm liegen.
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In der vorliegenden Erfindung liegt der Grund dafür, dass die feinen Aluminiumoxidpartikel oder die Zirkon-Feinpartikel vorzugsweise 1,0 μm oder kleiner sind, darin, dass die Ergebnisse einer Biegefestigkeitsprüfung unerwünscht sind, wenn die feinen Aluminiumoxidpartikel oder die Zirkon-Feinpartikel über eine Größe von 1,0 μm hinausgehen.
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Außerdem kann der Schlicker für die Feingussform beispielsweise durch Dispergieren des Silika-Sols in den Schlicker hinein gewonnen werden, in dem die feinen Aluminiumoxidpartikel (ultrafeine Aluminiumoxidpartikel) der hochreinen Ultrafeinpartikel monodispergiert sind, beispielsweise unter Verwendung der Kugelmühle als Dispersionsmittel.
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Zirkonpulver (beispielsweise mit einer Größe von 350 Mesh) werden als Mehl hinzugefügt, wodurch der Schlicker für die Feingussform gewonnen wird.
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In der vorliegenden Erfindung ist auch ein Fall, in dem das Mehl nicht hinzugefügt wird, akzeptabel.
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Hier werden Polycarbonsäuresalze (beispielsweise Ammoniumsalze) dazu verwendet, als Dispersionsmittel monodispergiert zu werden.
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Zudem kann eine Kugelmühle, die beispielsweise Kugeln mit einem Durchmesser von 10 bis 20 mm benutzt, als Beispiel für ein Dispersionsmittel aufgeführt werden, doch das Dispersionsmittel ist nicht darauf beschränkt, solange es sich um ein Mittel handelt, welches monodispergiert.
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In der vorliegenden Erfindung ist es von Bedeutung, durch Monodispergierung der feinen Aluminiumoxidpartikel oder Zirkonium-Feinpartikel, welche als Bindemittel dienen, einen guten Schlicker zu erzielen.
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Ferner werden in der vorliegenden Erfindung Aluminiumoxid-Stuck-Partikel als Stuck-Material verwendet, in dem das Mischverhältnis der feinen Partikeln von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel von 0,5–2 mm gleich 1 oder mehr ist und vorzugsweise 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel von 2–4 mm gleich 1 oder mehr und vorzugsweise 2 bis 40 ist.
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In der vorliegenden Erfindung wird das Stuck-Material durch Mischen unterschiedlicher Partikelgrößen gewonnen, so dass die Partikel des Stuck-Anteils dicht gefüllt sind. Als Ergebnis daraus kann die Festigkeit des Formwerkzeugs erhöht werden.
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Nachstehend wurde das Mischen der Stuck-Partikel untersucht.
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Wie in Tabelle 1 dargestellt, betrug die Festigkeit des Formwerkzeugs im Vergleichsbeispiel 1, in dem herkömmliche Stuck-Partikel von 1 bis 3 mm (mittlere Partikelgröße 2 mm) verteilt wurden, 10 MPa.
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Im Unterschied dazu wurde die Festigkeit untersucht, wenn die feinen Partikel von 50–500 μm, die mittleren Partikel von 0,5–2 mm bzw. die groben Partikel von 2–4 mm im Mischverhältnis geändert wurden.
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Die Ergebnisse der Prüfung sind in Tabelle 1 angezeigt. Tabelle 1
| | Stuck-Partikel | Festigkeit (MPa) |
| Feine Partikel (50 bis 500 μm) | Mittlere Partikel (0,5 bis 2 mm) | Grobe Partikel (2 bis 4 mm) |
| Vergleichsbeispiel 1 | Verteilte Partikel von 1 bis 3 mm (mittlere Partikelgröße 2 mm) | 10 |
| Test 1 | 1 | 1 | 1 | 13 |
| Test 2 | 1 | 3 | 2 | 15 |
| Test 3 | 1 | 2 | 3 | 14 |
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In Tabelle 1 war die Festigkeit 13 MPa in Test 1 bei Verwendung von Stuck-Partikeln, in denen das Mischverhältnis der feinen Partikel von 50–500 μm gleich 1 war, das Mischverhältnis der mittleren Partikel von 0,5 (500 μm) bis 2 mm gleich 1 war und das Mischverhältnis der groben Partikel von 2–4 mm gleich 1 war.
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Ferner lag die Festigkeit im Test 2 bei 15 MPa bei Verwendung von Stuck-Partikeln, in denen das Mischverhältnis der feinen Partikel von 50–500 μm gleich 1 war, das Mischverhältnis der mittleren Partikel von 0,5 (500 μm) bis 2 mm gleich 2 war und das Mischverhältnis der groben Partikel von 2–4 mm gleich 3 war.
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Ferner lag die Festigkeit im Test 3 bei 14 MPa bei Verwendung von Stuck-Partikeln, in denen das Mischverhältnis der feinen Partikel von 50–500 μm gleich 1 war, das Mischverhältnis der mittleren Partikel von 0,5 (500 μm) bis 2 mm gleich 2 war und das Mischverhältnis der groben Partikel von 2–4 mm gleich 3 war.
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Ausgehend von diesen Ergebnissen war die Festigkeit im Mischverhältnis wie in den Tests 1 und 2 ausgezeichnet.
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Zusätzlich stellte sich heraus, dass die Festigkeit des Formwerkzeugs, das allgemein als Versuchsstück produziert wurde, bei etwa 10 MPa liegt, und die Partikel des Stuck-Abschnitts durch Mischen der unterschiedlichen Partikelgrößen dicht gefüllt waren, wodurch sich eine Verbesserung der Festigkeit des Formwerkzeugs ergab.
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Als Beispiele für das Stuck-Material können hier neben den Aluminiumoxid-Stuck-Partikeln auch Spinell-Stuck-Partikel, Mullit-Stuck-Partikel, Zirkon-Stuck-Partikel oder dergleichen benutzt werden.
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Da das Stuck-Material in der vorliegenden Erfindung durch Festlegung des Mischverhältnis der Partikelgrößen auf ein vorher bestimmtes Mischverhältnis gewonnen wird, besteht die Möglichkeit, die Festigkeit des Formwerkzeugs im Vergleich zu jener herkömmlicher Formwerkzeuge signifikant zu verbessern.
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Aufgrund der Verbesserung der Festigkeit des Formwerkzeug kann das Formwerkzeug dünner ausgeführt, die Anzahl der Schichten reduziert, eine Formwerkzeug-Produktionsdauer verkürzt und es können die Produktionskosten gesenkt werden.
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Da außerdem während der Verfestigung ein Temperaturgradient erhöht werden kann, kann die Verbesserung einer Gussproduktausbeute und der Festigkeitseigenschaften erwartet werden.
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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(Erster Filmbildungsprozess)
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Zunächst wird im ersten Filmbildungsprozess ein Wachsmodell 30 in den Schlicker für die Feingussform (im Weiteren: der ”Schlicker”) mit dem Silika-Sol eingetaucht und dann aus diesem herausgezogen, und überschüssiger Schlicker wird abgeschüttelt. Danach wird durch eine Trocknungsbehandlung ein Schlickerfilm (erster getrockneter Film) auf der Oberfläche des Wachsmodells 30 erreicht.
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In 1 ist der Schlickerfilm die Primärschicht 101A, die in Kontakt mit der Oberfläche des Wachsmodells 30 kommt.
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(Zweiter Filmbildungsprozess)
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Als nächstes wird das Wachsmodell 30 mit der Primärschicht 101A in den Schlicker eingetaucht und dann aus diesem herausgezogen, und der überschüssige Schlicker wird abgeschüttelt, wodurch die Schlickerschicht (zweite Schicht) 102 gebildet wird. Stuck-Partikel als ein Stuck-Material mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, werden in die nasse Schlickerschicht (zweite Schicht) 102 eingestreut (stuckiert), wodurch die Stuck-Schicht (erste Schicht) 103 gebildet wird, an der das Stuck-Material haftet. Eine laminierte Struktur der Schlickerschicht 102 und der Stuck-Schicht (erste Schicht) 103 wird getrocknet, so dass die erste Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 auf der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101 gebildet wird.
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(Prozess zur Bildung des Formkörpers)
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Der gleiche Arbeitsschritt wie der zweite Filmbildungsprozess zur Bildung der ersten Unterstützungsschicht 104-1 wird mehr als einmal wiederholt (beispielsweise 6 bis 10 Mal), wodurch ein getrockneter Formkörper 106A erreicht wird, bei dem es sich um die Außenform mit einer vorbestimmten Dicke der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A handelt, in welcher die Schlickerschicht ((n + 1)-te Schicht) 102 und die Stuck-Schicht (n-te Schicht) 103 abwechselnd laminiert sind.
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Der getrocknete Formkörper wird beispielsweise in einen Autoklav bei 150°C gegeben, so dass das Wachs, welches das Wachsmodell 30 konstituiert, geschmolzen und dann ausgeschieden wird.
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Danach wird das Modell bei 1000°C einer Wärmebehandlung unterzogen und dadurch die Feingussform erreicht.
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Da in der gewonnenen Feingussform die Stuck-Partikel mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, als Stuck-Material verwendet werden, besteht die Möglichkeit, die Festigkeit des gewonnenen Formwerkzeugs zu verbessern.
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Zudem kann, wie in 2 dargestellt, eine mit den Stuck-Partikeln als Stuck-Material behaftete Primär-Stuck-Schicht 101b mit einer Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, auf einer Primär-Schlickerschicht 101a in einer Primärschicht 101B gebildet und dann getrocknet werden, wodurch die Primärschicht 101B gebildet wird.
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Ferner besteht, wie in der Primärschicht 101B, wenn das Stuck-Material aufgetragen ist, die Möglichkeit, einen getrockneten Formkörper 106B einer Außenform mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht 105B zu erreichen, in der die Schlickerschicht und die Stuck-Schicht 103 der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105B dieselbe Laminatzahl (n Schichten) aufweisen.
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Auch wenn in der vorliegenden Erfindung Zirkonpulver als Mehl verwendet wurden, besteht die Möglichkeit, die gleiche Feingussform zu erreichen, wenn andere Aluminiumoxid-Pulver als die Zirkonpulver als Mehl verwendet werden und Aluminiumoxid-Stuck-Partikel anstelle der Zirkon-Stuck-Partikel als ein Stuck-Material verwendet werden.
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Zudem ist das Verhältnis zwischen dem Mehl und dem Stuck-Material nicht beschränkt, vielmehr können sowohl die Zirkon-Pulver wie die Aluminiumoxid-Pulver als Mehl und sowohl die Zirkon-Stuck-Partikel wie die Aluminiumoxid-Stuck-Partikel als Stuck-Material verwendet werden.
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Auch wenn die Partikelgröße des Mehls 350 Mesh beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern nutzt vorzugsweise Partikel mit beispielsweise etwa 5–80 μm und Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von beispielsweise 50 m oder kleiner.
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Nachstehend wird ein Gießverfahren unter Anwendung der Feingussform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In 3 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels von Prozessen in dem Gießverfahren dargestellt. Das Gießverfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, und die in 3 dargestellten Prozesse können vollautomatisch oder auf eine solche Weise ausgeführt werden, dass eine Bedienperson die einzelnen Vorrichtungen zur Ausführung der jeweiligen Prozesse betätigt. In dem Gießverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein Formwerkzeug hergestellt (Schritt S1). Das Formwerkzeug kann vorher produziert werden oder kann jedes Mal produziert werden, wenn ein Gießverfahren ausgeführt wird.
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Das im Schritt S1 auszuführende Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf 4 bis 10 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels von Prozessen im Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs. Die in 4 dargestellten Prozesse können vollautomatisch oder auf eine solche Weise ausgeführt werden, dass eine Bedienperson die einzelnen Vorrichtungen zur Ausführung der jeweiligen Prozesse betätigt.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird ein Kern produziert (Schritt S12). Die Form des Kerns entspricht einem Innenhohlraum eines mit dem Formwerkzeug zu produzierenden Gussprodukts. Das bedeutet, der Kern wird an einem Abschnitt entsprechend dem Innenhohlraum des Gussprodukts angeordnet und verhindert das Einfließen eines Metalls, welches ein Material für das Gussprodukt ist, während des Gießvorgangs. Nachstehend wird ein Prozess zur Herstellung des Kerns unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch der Prozess zur Herstellung des Kerns dargestellt ist. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Darstellung in 5 wird ein Metallformwerkzeug 12 vorbereitet (Schritt S101). Das Metallformwerkzeug 12 weist einen hohlen Bereich entsprechend dem Kern auf. Der hohle Abschnitt des Kerns ist ein konvexer Abschnitt 12a. In 5 ist das Metallformwerkzeug 12 im Querschnitt dargestellt, doch das Metallformwerkzeug 12 wird grundsätzlich der Hohlraum zur Abdeckung eines gesamten Außenumfangs des dem Kern entsprechenden Bereichs, abgesehen von einer Öffnung, durch die ein Material in einen Raum gegossen wird, und von einem Loch, durch das Luft abgeführt wird. In dem Verfahren zum Gießen des Formwerkzeugs wird, wie durch den Pfeil 14 angezeigt, von der Öffnung, durch die das Material in den Raum des Metallformwerkzeugs 12 gegossen wird, keramischer Schlicker 16 in das Innere des Metallformwerkzeugs 12 gegossen. Insbesondere wird ein Kern 18 durch sogenanntes Spritzgießen hergestellt, wobei der keramische Schlicker 16 in das Innere des Metallformwerkzeugs 12 gesprüht wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird der Kern 18, nachdem der Kern 18 innerhalb des Metallformwerkzeugs 12 hergestellt worden ist, von dem Metallformwerkzeug 12 getrennt, und der getrennte Kern 18 wird in einem Brennofen 20 platziert und gebrannt. Auf diese Weise wird der aus einer Keramik gebildete Kern 18 gebrannt und gehärtet (Schritt S102). In dem Verfahren zum Gießen des Formwerkzeugs wird der Kern 18 auf die oben beschriebene Art und Weise produziert. Ferner wird der Kern 18 aus einem Material gebildet, das durch eine Kernentfernungsbehandlung entfernt werden kann, etwa durch eine chemische Behandlung nach der Aushärtung des Gussprodukts.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird, nachdem der Kern 18 produziert worden ist, ein äußeres Metallformwerkzeug hergestellt (Schritt S14). Das äußere Metallformwerkzeug weist eine Form auf, in der eine innere Außenumfangsfläche desselben der äußeren Außenumfangsfläche des Gussprodukts entspricht. Das Metallformwerkzeug kann aus einem Metall oder aus einer Keramik gebildet sein. 6 ist eine perspektivische Darstellung, in der schematisch ein Teil des Metallformwerkzeugs illustriert wird. Ein Metallformwerkzeug 22a gemäß Darstellung in 6 ist so konfiguriert, dass ein auf der inneren Außenumfangsfläche gebildeter, konkaver Abschnitt der äußeren Außenumfangsfläche des Gussprodukts entspricht. In 6 ist außerdem nur das Metallformwerkzeug 22a dargestellt, doch in Entsprechung zum Metallformwerkzeug 22a wird auch ein Metallformwerkzeug entsprechend dem Metallformwerkzeug 22a in eine Richtung produziert, um den konkaven Abschnitt zu schließen, der auf der inneren Außenumfangsfläche gebildet ist. Das Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs ist von der Art, bei der die innere Außenumfangsfläche der äußeren Außenumfangsfläche des Gussprodukts entspricht, wenn zwei Metallformwerkzeuge aneinander angesetzt werden.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird nach der Herstellung des äußeren Metallformwerkzeugs ein Wachsmodell produziert (Schritt S16). Die nachstehende Beschreibung nimmt Bezug auf 7. 7 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch ein Prozess zur Herstellung des Wachsmodells dargestellt ist. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird der Kern 18 in einer vorbestimmten Position des Metallformwerkzeugs 22a installiert (Schritt S110). Danach deckt ein Metallformwerkzeug 22b entsprechend dem Metallformwerkzeug 22a eine Oberfläche ab, auf der der konkave Abschnitt des Metallformwerkzeugs 22a gebildet ist, so dass die Metallformwerkzeuge 22a und 22b den Außenumfang des Kerns 18 umschließen und zwischen dem Kern 18 und den Metallformwerkzeugen 22a und 22b ein Zwischenraum 24 ausgebildet wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird, wie durch den Pfeil 26 angezeigt, ein Wachs 28 von einem mit dem Zwischenraum 24 verbundenen Rohr in den Innenraum des Zwischenraums 24 gegossen (Schritt S112). Das Wachs 28 ist beispielsweise ein Wachs mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, das schmilzt, wenn es auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher erhitzt wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird der gesamte Bereich des Zwischenraums 24 mit dem Wachs 28 gefüllt (Schritt S113). Daraufhin umschließt das Wachs 28 den Kern 18 durch Verfestigung des Wachses 28, wodurch das Wachsmodell 30 gebildet wird. Das Wachsmodell 30 ist ein Wachsmodell, bei dem ein aus dem Wachs 28 gebildeter Abschnitt grundsätzlich dieselbe Form wie das Gussprodukt des Produktionsobjekts aufweist. Danach wird in dem Verfahren zur Herstellung des Gussprodukts das Wachsmodell 30 von den Metallformwerkzeugen 22a und 22b getrennt, und danach wird am Wachsmodell ein Anguss 32 angebracht (Schritt S114). Der Anguss 32 ist eine Mündung, in die ein geschmolzenes Metall eingeführt wird, bei dem es sich um ein während des Gießens geschmolzenes Metall handelt. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird das aus dem Wachs 28 gebildete Wachsmodell 30 in der oben beschriebenen Weise hergestellt, so dass es dieselbe Form wie das Gussprodukt aufweist und den Kern 18 enthält.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird nach der Herstellung des Wachsmodells 30 Schlicker aufgebracht (eingetaucht) (Schritt S18). 8 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch eine Konfiguration dargestellt ist, in der der Schlicker auf dem Wachsmodell aufgebracht wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Darstellung in 8 wird das Wachsmodell 30 in einen Aufbewahrungsabschnitt 41 getaucht, in dem Schlicker 40 aufbewahrt wird, und anschließend getrocknet, nachdem es von diesem wieder herausgenommen wurde (Schritt S19). Somit kann die Primärschicht 101A auf der Oberfläche des Wachsmodells 30 ausgebildet werden.
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Der in Schritt S18 aufgetragene Schlicker ist ein Schlicker, der direkt auf das Wachsmodell 30 aufgetragen wird. Für den Schlicker 40 wird ein Silika-Sol verwendet. In dem Schlicker 40 wird beispielsweise bevorzugt Zirkon mit hochschmelzenden feinen Partikeln von etwa 350 Mesh als Mehl verwendet. Zudem werden bevorzugt Polycarbonsäuresalze als Dispergiermittel verwendet. Außerdem wird eine Spur eines Antischaummittels (eine Silikon-basierte Substanz) oder ein die Benetzbarkeit verbesserndes Mittel im Ausmaß von beispielsweise 0,01% dem Schlicker 40 bevorzugt hinzugefügt. Durch die Zugabe des Benetzbarkeitsverbesserungsmittels kann die Adhäsionseigenschaft des Schlickers 40 mit Bezug auf das Wachsmodell 30 verbessert werden.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Darstellung in 8 wird mit dem Schlicker 40 ein Schlickerauftrag durchgeführt, und der aufgetragene Schlicker wird getrocknet, so dass auf das Wachsmodell 30 mit der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A zusätzlich der Schlicker aufgetragen wird (Tauchverfahren) (Schritt S20). Gemäß Darstellung in 9 wird der Stuckier-Prozess zum Einstreuen der Stuck-Partikel als ein Stuck-Material 54 mit der Partikelgrößenverteilung, bei der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis mittlerer Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis grober Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, auf der Oberfläche des nassen Schlickers durchgeführt (Schritt S21). Danach wird das an der Oberfläche der Schlickerschicht haftende Stuck-Material getrocknet, wodurch die erste Unterstützungsschicht (der zweite getrocknete Film) 104-1 auf der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A gebildet wird (Schritt S22).
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Ein Prozess zur Bestimmung, ob der ähnliche Arbeitsvorgang wie der Bildungsprozess der ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 mehrere Male wiederholt werden soll (beispielsweise n = sechs bis zehn Male) wird durchgeführt (Schritt S23). Eine n-te Unterstützungsschicht 104-n wird durch eine vorbestimmte Anzahl von Malen (n) laminiert (Schritt S23: ja), wodurch der getrocknete Formkörper 106A gewonnen wird, bei dem es sich um das Außenformwerkzeug handelt, das mit der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A mit einer Dicke von beispielsweise 10 mm gebildet wird.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird der getrocknete Formkörper 106A, nachdem der getrocknete Formkörper 106A mit der mehrlagigen Struktur erreicht wurde, die mit der Primärschicht 101A und der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A gebildet ist, einer Wärmebehandlung unterzogen (Schritt S24). Insbesondere das Wachs zwischen der Außenform und dem Kern wird entfernt, und die Außenform und der Kern werden weiter gebrannt. Die nachstehende Beschreibung nimmt Bezug auf 10. 10 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch einige Prozesse des Verfahrens zur Herstellung des Formwerkzeugs dargestellt sind. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Darstellung in Schritt S130 wird der getrocknete Formkörper 106A, bei dem es sich um die Außenform mit der mehrlagigen Struktur aus der Primärschicht 101A und der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A handelt, in einen Autoklav 60 gestellt und dann erhitzt. Der Innenraum des Autoklavs 60 wird mit unter Druck stehendem Dampf gefüllt, woraufhin das Wachsmodell 30 innerhalb des getrockneten Formkörpers 106A durch den unter Druck stehenden Dampf erhitzt wird. Somit wird das Wachs, welches das Wachsmodell 30 konstituiert, geschmolzen, und ein geschmolzenes Wachs 62 wird aus einem von dem getrockneten Formkörper 106A umgebenen Raum 64 ausgeschieden.
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In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird, nachdem das geschmolzene Wachs 62 aus dem Raum 64 abgeführt wurde, wie in Schritt S131 dargestellt, ein Formwerkzeug 72 hergestellt, in dem der Raum 64 in einem mit dem Wachs gefüllten Bereich zwischen dem getrockneten Formkörper 106A, der die Außenform ist, und dem Kern 18 ausgebildet ist. Danach wird in dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Darstellung in Schritt S132 das Formwerkzeug 72 mit dem Raum 64 zwischen dem getrockneten Formkörper 106A, der die Außenform ist, und dem Kern 18 durch einen Brennofen 70 erhitzt. Auf diese Weise wird in dem Formwerkzeug 72 eine Wasserkomponente oder eine in dem getrockneten Formkörper 106A, der die Außenform ist, enthaltene unnötige Komponente entfernt, und durch zusätzliches Brennen und Härten eine Außenform 61 gebildet. In dem Verfahren zur Herstellung des Gussprodukts wird das Formwerkzeug 72 auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellt.
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Das Gießverfahren wird weiterhin unter Bezugnahme auf 3 und 11 beschrieben. 11 ist ein erklärendes Diagramm, in dem schematisch einige Prozesse des Gießverfahrens dargestellt sind. In dem Gießverfahren wird das Formwerkzeug, nachdem das Formwerkzeug in Schritt S1 hergestellt worden ist, vorgewärmt (Schritt S2). Das Formwerkzeug wird beispielsweise in einen Ofen (Vakuumofen, Brennofen) gestellt und auf eine Temperatur von 800°C oder höher und 900°C oder tiefer erhitzt. Dank dieses Vorwärmens können Beschädigungen des Formwerkzeugs verhindert werden, wenn das geschmolzene Metall (Metallschmelze) zum Herstellungszeitpunkt des Gussprodukts in das Formwerkzeug gegossen wird.
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In dem Gießverfahren wird das geschmolzene Metall, nachdem das Formwerkzeug vorgewärmt wurde, eingegossen (Schritt S3). Wie in Schritt S140 der 11 dargestellt, wird dabei ein geschmolzenes Metall 80, also ein aufgelöstes Rohmaterial (beispielsweise Stahl) des Gussprodukts, von der Öffnung des Formwerkzeugs 72 zwischen die Außenform 61 und den Kern 18 gegossen.
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In dem Gießverfahren wird die Außenform 61 entfernt, nachdem das in das Formwerkzeug 72 eingegossene, geschmolzene Metall 80 verfestigt ist (Schritt S4). Das heißt, dass die Außenform 61, wie in Schritt S141 der 11 dargestellt, nachdem das geschmolzene Metall 80 innerhalb des Formwerkzeugs 72 gehärtet ist und zu einem Gussprodukt 90 wird, zerstoßen und sodann aus dem Gussprodukt 90 als Fragment 61a entfernt wird.
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Nachdem in dem Gießverfahren die Außenform 61 vom Gussprodukt 90 entfernt worden ist, wird eine Kernentfernungsbehandlung durchgeführt (Schritt S5). Das bedeutet, wie in Schritt S142 in 11 dargestellt, dass das Gussprodukt 90 in einen Autoklav 92 gelegt und der Kernentfernungsbehandlung unterzogen wird, so dass der Kern 18 innerhalb des Gussprodukts 90 aufgelöst und ein aufgelöster Kern 94 aus dem Inneren des Gussprodukts 90 ausgeschieden wird. Insbesondere wird das in eine alkalische Lösung innerhalb des Autoklavs 92 eingelegte Gussprodukt 90 wiederholt druckbelastet und druckentlastet, so dass der aufgelöste Kern 94 aus dem Gussprodukt 90 ausgeschieden wird.
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In dem Gießverfahren wird nach Durchführung der Kernentfernungsbehandlung eine Endbehandlung durchgeführt (Schritt S6). Die Endbehandlung wird an der Oberfläche der Innenseite des Gussprodukts 90 durchgeführt. Ferner wird in dem Gießverfahren neben der Endbehandlung eine Inspektion des Gussprodukts durchgeführt. So kann, wie in Schritt S143 der 11 dargestellt, ein Gussprodukt 100 hergestellt werden.
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In dem Gießverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels wie oben beschrieben wird das Formwerkzeug in einem Wachsausschmelzverfahren unter Verwendung von Wachs hergestellt, wodurch das Gussprodukt produziert wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs, dem Gießverfahren und dem Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung weist die Außenform eine Mehrlagenstruktur auf, in der die Außenseite des Formwerkzeugs so geformt wird, dass die Primärschicht (erster getrockneter Film als erste Schicht) 101A, die als innere Außenumfangsfläche dient, unter Verwendung ultrafeiner Aluminiumoxidpartikel als Schlicker gebildet wird und die mehrlagige Unterstützungsschicht 105A, bestehend aus der Schlickerschicht und der unter Anwendung der Stuck-Partikel geformten Stuck-Schicht, in der die feinen Partikel, die mittleren Partikel und die groben Partikel miteinander in einem vorher bestimmten Mischverhältnis gemischt sind, an der Außenseite der Primärschicht 101A gebildet ist.
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Zudem kann – wie oben beschrieben – die Primärschicht die Primärschicht 101B einschließlich der Schlickerschicht und der Stuck-Schicht sein, der die Stuck-Partikel als Stuck-Material hinzugefügt sind, in der die feinen Partikel, die mittleren Partikel und die groben Partikel miteinander in einem vorher bestimmten Mischverhältnis gemischt sind (vgl. 2).
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(Beispiel 1)
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Das Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs und das Gießverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend anhand von Beispielen beschrieben. In den nachstehenden Beispielen war ein vorderes Wachsmodell, das mit einer Außenform gebildet wurde, ein Element mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm, und eine Primärschicht (erster getrockneter Film), gebildet aus einer Schlickerschicht und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht aus Schlicker und einem Stuck-Material, wird im Wachsmodell ausgebildet, wodurch ein Formwerkzeug hergestellt wird.
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Zirkonpulver mit 350 Mesh wurden dem Schlicker eines Silika-Sols (SiO2 mit einer Partikelgröße von 20 nm und einem Feststoffgehalt von 30%) aus hochreinen, ultrafeinen Partikeln hinzugefügt, wodurch ein Schlicker für eine Feingussform gebildet wurde.
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Gleichzeitig wurden eine Silikon-basierte Substanz als Antischaummittel in einem Anteil von 0,01% und ein Benetzbarkeits-verbesserndes Mittel in einem Anteil von 0,01% hinzugefügt, um einen gebrauchsfertigen Schlicker herzustellen.
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Ein Wachskörper mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm wurde vorbereitet, nachdem der Wachskörper in den gewonnenen, gebrauchsfertigen Schlicker eingetaucht und aus diesem herausgezogen wurde, wodurch der gebrauchsfertige Schlicker auf der Oberfläche des Wachses aufgetragen wurde; überschüssiger gebrauchsfertiger Schlicker wurde abgeschüttelt, und mittels einer Trocknungsbehandlung wurde eine Primärschicht (erster getrockneter Film) des Schlickers auf der Oberfläche des Wachskörpers erreicht.
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Um einen zweiten getrockneten Film zu erreichen, wurde als nächstes der Wachskörper mit der Primärschicht in den gebrauchsfertigen Schlicker eingetaucht und dann herausgezogen, und überschüssiger gebrauchsfertiger Schlicker wurde abgeschüttelt.
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Die Aluminiumoxid-Stuck-Partikel mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 war; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 5 war; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 15 war, wurden auf den nassen Schlicker aufgetragen und dann getrocknet, so dass ein zweiter getrockneter Film (erste Unterstützungsschicht) gebildet wurde.
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Ein ähnlicher Arbeitsvorgang wie der zweite Bildungsprozess für den getrockneten Film (erste Unterstützungsschicht) wurde sechsmal wiederholt, so dass ein Formkörper mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht mit einer Dicke von etwa 10 mm erreicht wurde.
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Der erreichte getrocknete Formkörper wurde in einen Autoklav bei 150°C gelegt, so dass das Wachs geschmolzen und anschließend ausgeschieden wurde.
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Danach wurde das Wachsmodell einer Wärmebehandlung bei 1000°C unterzogen, wodurch das Formwerkzeug aus Beispiel 1 gewonnen wurde.
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(Beispiel 2)
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Ein Formwerkzeug nach Beispiel 2 wurde in einem ähnlichen Arbeitsgang wie im Beispiel 1 gewonnen, ausgenommen die Verwendung von Spinell-Stuck-Partikeln als Stuck-Material mit einer Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 war; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 6 war; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm in Beispiel 1 gleich 18 war.
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(Beispiel 3)
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Zirkon-Schlicker (YSZ) als Schlicker wurde für den Schlicker einer Feingussform durch Hinzufügen von Zirkonpulvern mit 350 Mesh als Mehl im Beispiel 1 verwendet.
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Ein Formwerkzeug von Beispiel 3 wurde in einem ähnlichen Arbeitsgang wie im Beispiel 1 erreicht, ausgenommen die Verwendung von Mullit-Stuck-Partikeln als ein Stuck-Material mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 war; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 4 war; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 12 war.
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(Vergleichsbeispiel)
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Zu Vergleichszwecken wurde gleichzeitig eine Versuchsproduktion eines Formwerkzeugs eines Vergleichsbeispiels unter Verwendung von Schlicker durchgeführt, in dem Zirkon-Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,8 mm als Stuck-Partikel in einem ähnlichen Arbeitsvorgang wie im Beispiel verwendet wurden.
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(Test)
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Ein Teststück zur Prüfung der Festigkeit mit einer Größe von 10 mm × 50 mm und einer Dicke von 5 mm wurde aus dem gewonnenen Formwerkzeug von Beispiel 1 ausgearbeitet, und das Formwerkzeug des Vergleichsbeispiels wurde einem Hochtemperatur-Festigkeitstest unterzogen.
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Als Testergebnis in Beispiel 1 ergibt sich der Bruch des Teststücks bei 150 MPa.
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Als Testergebnis in Beispiel 2 ergibt sich der Bruch des Teststücks bei 170 MPa.
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Als Testergebnis in Beispiel 3 ergibt sich der Bruch des Teststücks bei 150 MPa.
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Dem gegenüber ergibt sich der Bruch des Teststücks nach dem Stand der Technik bei 100 MPa.
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Die Festigkeitsprüfung wurde hier auf der Grundlage von ”Bending strength of ceramics (1981) nach JIS R 1601” durchgeführt.
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In dem Ergebnis wurde bestätigt, dass sich die Festigkeit im Beispiel 1 um 50% verbessert hat, die Festigkeit im Beispiel 2 um 70% verbessert hat und die Festigkeit im Beispiel 3 um 40% verbessert hat.
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Durch die Verwendung der Stuck-Partikel als Stuck-Material mit der Partikelgrößenverteilung, in der das Mischverhältnis der feinen Partikel mit einer Partikelgröße von 50–500 μm gleich 1 ist; das Mischverhältnis der mittleren Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5–2 mm gleich 2 bis 16 ist; und das Mischverhältnis der groben Partikel mit einer Partikelgröße von 2–4 mm gleich 5 bis 40 ist, ist es möglich, die Festigkeit des erreichten Formwerkzeugs zu verbessern.
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Auf diese Weise wird die Partikelgrößenverteilung des Stuck-Materials so gesteuert, dass die Herstellung eines Formwerkzeugs hoher Festigkeit möglich ist. Durch die Verbesserung der Festigkeit des Formwerkzeugs kann das Formwerkzeug dünner gestaltet werden. Da der Temperaturgradient während der Verfestigung erhöht werden kann, ist es möglich, die Gussproduktausbeute zu erhöhen und die Festigkeitseigenschaften zu verbessern.
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Zudem ermöglicht die verbesserte Festigkeit die Reduzierung der Anzahl an Formwerkzeug-geformten Schichten (Auftragen des Wachsmodells auf die Oberfläche des Schlickers und Wiederholung der Trocknungsvorgänge), um die Dauer der Formwerkzeugherstellung zu verkürzen sowie die Produktionskosten zu senken.
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Bezugszeichenliste
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- 12, 22a, 22b
- Metallformwerkzeug
- 12a
- Konvexer Abschnitt
- 14, 26
- Pfeil
- 16
- Keramischer Schlicker
- 18
- Kern
- 20, 70
- Brennofen
- 24, 64
- Zwischenraum
- 28
- Wachs
- 30
- Wachsmodell
- 32
- Anguss
- 40
- Schlicker
- 60, 92
- Autoklav
- 61
- Außenform
- 61a
- Fragment
- 62
- Aufgelöstes Wachs
- 72
- Formwerkzeug
- 80
- Geschmolzenes Metall
- 90, 100
- Gussprodukt
- 94
- Aufgelöster Kern
- 101A, 101B
- Primärschicht
- 102
- Schlickerschicht
- 103
- Stuck-Schicht
- 104-1
- Erste Unterstützungsschicht
- 104-n
- n-te Unterstützungsschicht
- 105A, 105B
- mehrlagige Unterstützungsschicht
