DE1171566B - Verfahren zur Herstellung einteiliger Schalen-formen fuer den Praezisionsguss - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B22d

Deutsche Kl.: 31 c - 5/01

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

H 32833 VI a/31 c
27. März 1958
4. Juni 1964

Es ist bereits bekannt, für den Präzisionsguß, insbesondere von hochschmelzenden Metallen, Gießformen aus feinverteilten feuerfesten Stoffen und Bindemitteln zu verwenden, die in Schalen übereinander auf dem ausschmelzbaren oder zerstörbaren Modell hergestellt werden. Hierbei ist es bekannt, die einzelnen Schichten aus den feuerfesten Stoffen und löslichem Alkalisilikat als Bindemittel gesondert zu besanden, wozu naturgemäß ebenfalls feinverteilte feuerfeste Stoffe, insbesondere Sand, verwendet werden, und anschließend die einzelnen Schichten durch Austrocknen zu erhärten und unlöslich zu machen.

Dieses Unlöslichmachen erfolgt nun, indem man die ersten Schichten einer sauren Gasatmosphäre aussetzt, die weiteren Schichten werden aber durch Entwässerung des Silikats zum Gelieren gebracht. Man erhält hierdurch eine Form von differenzierter Härte. Es sind nämlich die Außenschichten härter als die Innenschichten. Das Unlöslichmachen der Schalen durch Entwässerung des Silikatbindemittels erfolgt durch Behandlung mit einem trockenen Wannluftstrom oder durch Behandlung mit einem brennbaren Lösungsmittel mit einer guten Affinität für Wasser und anschließendem Anzünden dieses Lösungsmittels oder durch eine sehr kurzzeitige Einwirkung hoher Temperaturen von etwa 250° C oder höher. Die nach dem vorliegenden Verfahren erhältlichen Formen sind so fest, daß sie geschmolzenes Metall aus Eisenmetallen oder Nichteisenmetallen aufnehmen können, ohne jede Hinterfüllung oder Verstärkung, und dem thermostatischen Druck beim Eingießen des Metalls zu widerstehen vermögen.

Bei den früheren Verfahren, bei denen die einzelnen Schichten jeweils gesondert vor dem Aufbringen der nächsten Schicht unlöslich gemacht wurden und hieraus der Flüssigkeitsüberschuß entfernt wurde, mußte man auf die Ausdehnung der Modellmasse während des Erhitzens zwecks Ausschmelzens oder Ausbrennens Rücksicht nehmen, damit die Schalenform in diesem Arbeitsgang nicht rissig wurde. Ferner sind gewisse Schwierigkeiten dadurch aufgetreten, daß beim Erwärmen wie auch beim Gießen ein Wärmeschock auf die Form ausgeübt wird und die Schalenformen dieser Beanspruchung nicht immer widerstehen müssen. Schließlich muß die Herstellung der Schalenform billig sein, um mit der Herstellung monolitischer Gießformen in Wettbewerb treten zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet alle diese Schwierigkeiten. Die Form wird aus billigen und überall leicht erhältlichen Rohstoffen hergestellt. Sie ist fest genug, um das Ausschmelzen oder Ausbren-

Verfahren zur Herstellung einteiliger Schalenformen für den Präzisionsguß

Anmelder:

Nicolas Herzmark, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Nicolas Herzmark, Paris,

Auguste Leschot, Montreuil-sur-Bois, Seine

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 24. April 1957,
vom 25. April 1957

nen der Modelle durch Wärme zu gestatten. Die Form wird bei Raumtemperatur hergestellt. Jede Schicht wird schnell unlöslich gemacht, ohne daß eine Anreicherung von Flüssigkeit in der Form auftritt. Auch wird eine schnellere Herstellungsweise ermöglicht. Die Formen selbst sind sehr porös und erlauben somit das Gießen von komplizierten Gußteilen. Sie halten ohne jede Hinterfüllung oder Verstärkung den während des Eingießens von Metall auftretenden ferrostatischen Druck aus und gestatten schließlich eine automatisierte Herstellung.

Beim vorliegenden Verfahren bestehen alle angewandten Bindemittel aus billigen, wasserlöslichen Alkalisilikaten, wie Natriumsilikat oder Kaliumsilikat. Diese Silikate enthalten als flüssigen und flüchtigen Bestandteil Wasser und können leicht durch Entwässerung oder durch chemische Umsetzung unlöslich gemacht werden, und je nach dem angewendeten Verfahren kann man verschiedene Härtegrade der Schalen erzielen, was für die Herstellung von Schalenformen sehr vorteilhaft ist. Die Form wird hergestellt, indem man nacheinander Schichten aus feuerfesten Aufschlämmungen aufbringt, aus Gemischen aus Alkalisilikat, Wasser und feuerfesten gepulverten Stoffen, wie Tonerde, Kieselsäure, Aluminiumsilikat, Zirkonoxyd u. ä.

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Die Schichten werden in bekannter Weise durch bleiben müssen, bis die in ihnen enthaltenen orga-

Eintauchen der Modelle in die Aufschlämmung oder nischen Stoffe vollständig verschwunden sind. Wäh-

durch Aufspritzen der Aufschlämmung auf die Mo- rend dieses Erhitzen bei der bisherigen Arbeitsweise

delle, z. B. mit einer Spritzpistole, aufgetragen. Zum mit gradiell ansteigender Temperatur von 200 bis

Beispiel kann die Aufschlämmung wie nachstehend 5 Ϊ000° C im Verlaufe von 12 bis 22 Stunden erfolgt,

zusammengesetzt sein: kann das Erhitzen der neuen Formen direkt in einem

Natriumsilikat (SiO₂/Na,O-Verhältnis3,6) 9 Teile ?f^{en he}i⁸⁰⁽l ^{oder 90}f ^C innerhalb einer Stunde erWasser ι ~ ^ idle folgen. Die Form ist dann fertig, um das Metall auf-

Quarzsand, 80 bis 100 Maschen 20 Teile zunehmen.

Kalzinierte Tonerde, 200 Maschen 10 Teile ¹⁰ _c ^El"^e. ^weitere _L Arbeitsweise fuhrt zu den gleichen

Ergebnissen, aber noch schneller und vermindert in

Die Menge an kolloidaler Kieselsäure in der Schale betächtlichem Umfang die Trocknung vor der Vorbeträgt dann in diesem Fall 3 bis 5%. erhitzung. Bei dieser Arbeitsweise werden bei Ver-

Zum Erhärten werden die ersten Schalenschichten Wendung der gleichen Aufschlämmung wie vorher mit den darin befindlichen Modellen in eine saure 15 die drei oder vier ersten Schichten jedes Mal nach Gasatmosphäre mit oder ohne Druck gebracht und dem Besanden durch eine Behandlung mit einer dort bis etwa 1 Minute belassen. Das saure Gas rea- sauren Gasatmosphäre unlöslich gemacht. Anderergiert mit dem Silikat und setzt die Kieselsäure frei seits wird jede nachfolgende Schicht zum Erhärten und macht die Schicht hart und unlöslich. Diese Ar- durch Entwässern nach dem Besanden schnell in ein beitsweise wird mehrmals wiederholt, bis die Dicke 20 brennbares Lösungsmittel mit einer guten Affinität der Schalenform etwa 6 bis 7,5 mm beträgt, wozu im zu Wasser, z. B. in Alkohol, Aceton oder Dioxan allgemeinen 6 bis 7 Schichten notwendig sind. eingetaucht. Nach dem Herausnehmen aus diesem

Als saure Gasatmosphäre kann man z. B. CO₂ oder Lösungsmittel wird das ganze Aggregat angezündet. Salzsäuredämpfe oder Salpetersäuredämpfe oder Die Verwendung dieser Lösungsmittel hat zwei Wir-Dämpfe einer anderen Säure verwenden. Diese Ar- 25 kungen. Einerseits absorbieren sie einen Teil des beitsweise ist schnell, da sie längstens 1 Minute be- Wassers in der Schicht und machen diese durch Entträgt; auch wird die Wassermenge in jeder Schicht wässern des Silikates unlöslich, und andererseits auf einem Minimum gehalten. Gas enthaltendes bringen sie beim Abbrennen das absorbierte Wasser Kieselsäuregel verleiht jeder Schicht eine große Poro- zum Verdampfen. Auf diese Weise wird jede der sität. Andererseits sind solche Formen bekannter- 30 letzten Schichten schnell partiell getrocknet. Da diese maßen sehr hart und reißen bei der Entfernung des Behandlung erst nach dem Aufbringen von zwei oder Wachses oder plastischer Modellmassen leicht, da sie drei Schichten, die mit Hilfe einer sauren Gasatmosich hierbei ausdehnen. Diesem wird erfindungs- sphäre unlöslich gemacht wurden, stattfindet, vergemäß durch Abbinden der äußeren Schichten durch bleibt in der Schale noch eine gewisse Menge Feuch-Entwässerung entgegengearbeitet. 35 tigkeit, die die Modelle gegen Verbrennungswärme

Es dürfen die letzen zwei oder drei Schichten nicht " des Lösungsmittels schützt.

der Einwirkung einer sauren Gasatmosphäre ausge- Ein ähnliches Ergebnis kann man auch ohne Ansetzt werden. Um diese letzten Schichten unlöslich zu wendung eines Lösungsmittels erzielen, indem man machen, werden sie nach dem Besanden einem Strom die noch grüne Form sehr kurz einer hohen Tempewarmer Luft mit einer Temperatur von etwa 40° C 40 ratur aussetzt. Unter Verwendung der gleichen feuerausgesetzt. Dieses Trocknen bewirkt eine Entwässe- festen Aufschlämmung wie in den vorstehenden rung des Silikates und ergibt in etwa 20 bis 30 Mi- Fällen werden die drei oder vier ersten Schichten nuten sehr harte Schichten. Die Schalenform wird aufgetragen und einzeln durch eine saure Gasatmodadurch sehr hart und sehr widerstandsfähig, und die sphäre unlöslich gemacht. Die nächsten beiden letzen Schichten sind weniger porös, da sie ein Gel 45 Schichten werden einzeln, nachdem sie besandet sind, aus kolloidaler Kieselsäure im eigentlichen Sinne des 30 bis 60 Sekunden einer Temperatur zwischen 250 Wortes nicht darstellen. Wenn man die ganze Form und 850° C ausgesetzt. Dieser Wärmeschock beeinfach durch Entwässerung herstellt, ist die Her- wirkt, daß ein großer Teil des in der Schicht enthalstellungsdauer sehr lang und die erhaltene Form sehr tenen Wassers entfernt wird und das Silikat sehr hart, was bedeutet, daß die Schrumpfung des Metalls 50 schnell polymerisiert und die behandelte Schicht unin gewissen Fällen gestört wird, wodurch es zu Rissen löslich wird. Auch in diesem Fall bleiben wiederum und Einbuchtungen im Gußstück kommt. die Wachsmodelle durch mehrere Schichten mit

Die erfindungsgemäß hergestellte Form muß ge- einem gewissen Feuchtigkeitsgehalt geschützt. Da die trocknet und vorerhitzt werden. Nach zahlreichen Verweildauer bei hoher Temperatur sehr kurz ist, Versuchen erfolgt die Trocknung bei einer mäßigen 55 besteht keine Gefahr eines vorzeitigen Schmelzens Temperatur zwischen 35 und 45° C. Bei dieser Tem- der Modellmassen. Die Form ist dann für das Aufperatur vermindet sich die Viskosität des Wassers um bringen der nächsten Schicht fertig. Bei dieser Aretwa 50%, und daher gelangt das Wasser in den ein- beitsweise ist die Verweildauer bei hoher Temperatur zelnen Schichten schneller durch die Form hindurch. um so kürzer, je höher die Temperatur ist, z. B. etwa Ist die Hauptmenge des Wassers entfernt, kann die 60 30 Sekunden bei 850° C oder 60 Sekunden bei Temperatur schnell gesteigert werden, bis die Mo- 250° C. Die Wahl der Zeit und der Temperatur wird dellmasse schmilzt und herausläuft. Zum Beispiel im Hinblick auf die Gestalt der Oberfläche der Form kann der Trocknungslauf der folgende sein: 3 Stun- getroffen. Für eine große Oberfläche ist eine kürzere den bei 40° C, 2 Stunden bei 50° C, 2 Stunden bei Verweildauer bei einer höheren Temperatur erforder-60° C und dann Temperatursteigerung auf 100° C 65 lieh, um ein Eindringen von Wärme tiefer als die zur Entfernung der Wachsmodelle. Schicht, die durch die Behandlung unlöslich gemacht

Die Schalenformen werden ohne weitere Vorerhit- werden soll, zu vermeiden. Diese thermische Bezung in einen heißen Ofen eingeführt, in dem sie ver- handlung braucht nur für ein oder zwei Schichten

angewendet werden, da die letzte Schicht der Form beim Trocknen und durch die Entfernung der Modelknassen von selbst unlöslich wird.

Bei Formen, die nach den beiden letzten Verfahren hergestellt werden, braucht man keine progressive Trocknung anzuwenden. Es genügt, diese Formen einer Temperatur von 80 bis 90° C auszusetzen, bei der die Entfernung der Modellmassen in kurzer Zeit erfolgt. Die restliche Feuchtigkeit wird bei dieser Temperatur schnell entfernt, und dies verkürzt die Trockenzeit. Im übrigen kann die Vorheizung wie bei den andern Fällen erfolgen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von einteiligen Schalenformen für den Präzisionsguß aus mehreren Schichten aus Aufschlämmungen feuerfester Stoffe in löslichem Alkalisilikat, wobei die Schichten einzeln besandet und nach dem Besanden unlöslich gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schichten einer sauren Gasatmosphäre ausgesetzt werden und die weiteren Schichten durch Entwässerung des Silikates zum Gelieren gebracht werden, derart, daß die Außenschichten der Gießform härter sind als ihre Innenschichten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schichten der Gießform nach dem Besanden einzeln durch Entwässerung des Silikates mittels eines trockenen, heißen Luftstroms, oder mittels eines brennbaren Lösungsmittels mit einer guten Affinität zum

Wasser und anschließende Anzündung dieses Lösungsmittels oder sehr kurze Einwirkung von hohen Temperaturen von etwa 250° C oder höher, zum Gelieren gebracht werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ohne Hinterfüllung abgegossen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen, das Besanden und das Unlöslichmachen jeder Schicht in gleichen Arbeitstakten vorgenommen wird.

5. Verfahren zur Herstellung von Formschalen für den Präzisionsguß, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der Form das Modell des Eingußtrichters aus schmelzbarem oder zerstörbarem Material in einem vorgeformten feuerfesten Block befestigt wird und daß das gesamte Aggregat dem Auftragen der feuerfesten Schichten unterworfen wird, so daß die Schalenform nach Entfernung des Modells mit dem Block zusammen die Gießform ergibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus feuerfesten Stoffen hergestellt und wiederholt verwendbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Gießtechnik«, 1957, S. 7;

»Freiberger Forschungshefte« B 11, vom Mai 1956, S. 224;

H. Allendorf, »Präzisionsgießverfahren mit Ausschmelzmodellen«, 1956, S. 102 bis 105.

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