DE1224448B - Verfahren zur Herstellung einer Giessform mit Hilfe von verlorenen Modellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche KL: 31c-5/01

Nummer: 1224448 4j

Aktenzeichen: * S 88528 VI a/31 c
Anmeldetag: 2. Dezember 1963
Auslegetag: 8. September 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform mit Hilfe von verlorenen Modellen für das Präzisionsgießverfahren. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß das zum Herstellen der Gießform dienende Modell nach Bilden des Gießformkörpers unter Zurücklassung des eigentlichen Gießhohlraumes zerstört wird. So werden Modelle aus Wachs oder thermoplastischen Kunststoffen beispielsweise durch Ausschmelzen zerstört, wobei allfällig zurückbleibende Modellreste beim anschließenden Brennen der Gießform verbrennen. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, die Modelle mit Hilfe eines Lösungsmittels aus dem die Gießform bildenden Formkörper herauszulösen, Wachsmodelle z. B. mit organischen Lösungsmitteldämpfen oder Modelle ig aus Harnstoff mit Wasser. Das Zerstören der Modelle durch Herauslösen hat gegenüber dem Herausschmelzen den Vorteil, daß keine durch unterschiedliche Wärmeausdehnung von Modellmasse und Formkörper verursachten Formschäden auftreten.

Es ist nun bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem das Modell in eine Formmasse eingeformt wird, die einen feuerfesten, gekörnten Formstoff und einen als erstes Bindemittel zur Wirkung kommenden Formstoff enthält, wobei das im erhaltenen Formkörper befindliche Modell durch Herausschmelzen, Verbrennen oder Herauslösen mindestens teilweise zerstört wird, und daß anschließend der Formkörper mit einer Flüssigkeit getränkt wird, welche einen Stoff enthält oder darstellt, der als zweites Bindemittel zur Wirkung kommen bzw. nachträglich in ein solches übergeführt werden kann. ' Bei dem vorstehend geschilderten Verfahren kommt das eigentliche Bindemittel für die Gießform überhaupt nicht mit dem Lösungsmittel für den Modellkörper in Berührung. Es lassen sich somit insbesondere Lösungsmittel bzw. Modellstoffe und Bindemittel verwenden, die bei bisher gebräuchlichen Verfahren eine schädliche Reaktion miteinander. eingehen. Dies ist beispielsweise der Fall bei Verwendung wäßriger Lösungsmittel in Verbindung mit Formmassen, die als Bindemittel eine übliche Silikatverbindung enthalten. So lassen sich billige wäßrige Lösungsmittel mit bewährten silikathaltigen Bindemitteln in Verbindung mit Modellkörpern verwenden, die durch die Einwirkung eines wäßrigen Lösungsmittels zerstörbar sind, was z. B. für die durch ihre kristalline Struktur besonders vorteilhaften Modelle aus Harnstoff zutrifft. Der als erstes Bindemittel zur Wirkung kommende Stoff hat im wesentlichen dann einzig die Aufgabe, dem mit Hilfe des Modells erhaltenen Formkörper eine zum Handhaben genügende Verfahren zur Herstellung einer Gießform mit
Hilfe von verlorenen Modellen

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Hans Schneider,
Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 21. November 1963 (14 305)

Festigkeit zu verleihen. Besonders geeignet sind organische Stoffe als erstes Bindemittel, beispielsweise Kunstharze.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des geschilderten Verfahrens und ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines organischen Bindemittels als erstes Bindemittel der Formkörper vor seinem Tränken mit der Flüssigkeit einer Brennbehandlung unterworfen wird. Mit Hilfe der Erfindung wird eine bessere Bindung des fertigen Formkörpers durch das zweite Bindemittel erreicht. Ohne die erfindungsgemäße Brennbehandlung würde das organische erste Bindemittel einen wesentlichen Teil der Oberfläche der in der Formmasse enthaltenen feinkörnigen feuerfesten Stoffe überziehen und so beim nachfolgenden Tränken des Formkörpers den Zutritt von Bindemittelflüssigkeit zu diesen Oberflächenteilen sperren. Wird nun dafür gesorgt, daß durch eine Brennbehandlung das erste Bindemittel in ein skelettartiges Bindemittelgerüst aus verkohltem Bindemittel übergeführt wird, so erhöht sich die Porosität des Formkörpers, und gleichzeitig wird der Zutritt von Bindemitteln zu dem feinkörnigen feuerfesten Stoff erleichtert, was die Festigkeit des anschließend gebrannten fertigen Gießformkörpers beträchtlich verbessert. Hierbei verleiht das durch die Brennbehandlung verkohlte erste Bindemittel dem Formkörper immer noch eine ausreichende Festig-

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keit, während der Handhabung beim anschließenden Tränken mit der zum Einbringen des zweiten Bindemittels dienenden Flüssigkeit.

Zweckmäßig kann die Brennbehandlung in reduzierender oder inerter Atmosphäre durchgeführt werden; damit wird ein Verbrennen des ersten Bindemittels verhindert. Die gleiche Wirkung kann im wesentlichen aber auch erzielt werden, wenn die Brennbehandlung unter Luftabschluß oder in Luft bei einem Druck .Von weniger als 1 Torr ausgeführt wird. Schließlich empfiehlt es sich, die Brennbehandlung bei Temperaturen im Bereich zwischen 200 und 900° C auszuführen.

Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

^; Beispiel 1

12 g feingemahlener Mullit — (Al₂O₃)₃(SiO₂)₂ — werden gemischt mit einer Lösung von 3,5 kg Poly- ao styrol (Molekulargewicht ungefähr 20 000 bis 40 000) in 5 1 Benzol. Diese Lösung eines thermoplastischen Kunstharzes dient als erstes Bindemittel und bildet mit dem feuerfesten Mullit eine breiartige Formmasse. .

Ein Modell des herzustellenden Gußstückes — ζ. Β. das Laufrad einer Turbine zusammen mit den die späteren Eingußkanäle erzeugenden Modellteilen — wird in die erhaltene breiartige Formmasse getaucht, und die auf der Oberfläche des Modells haftengebliebene, dünne Formschicht wird zweckmäßig durch , Bestrahlen mit Infrarotlampen während 15 Minuten getrocknet. Dieser Vorgang wird sechs- bis zehnmal wiederholt, so daß sich um den Modellkörper ein aus der entsprechenden Anzahl Schichten aufgebauter schalenförmiger Formkörper bildet. Dieser Formkörper bildet die spätere Gießform und seine Wandstärke kann z. B. 5 mm betragen. Nach jedem Tauchvorgang wird zweckmäßig die zuletzt aufgebrachte Schicht getrocknet. Die Polystyrollösung verleiht dem Formkörper eine gute Festigkeit.

Anschließend wird das Modell durch Einwirkung eines flüssigen Lösungsmittels zerstört. Es sei angenommen, daß das Modell aus einer Harnstoffmasse erzeugt wurde. Diese Modeihnasse ist wasserlöslich, und der Formkörper mit dem in ihm enthaltenen Modell wird deshalb in ein Wasserbad gestellt. Das Wasser kann durch die Poren des Fonnkörpers bis zur Modelloberfläche vordringen und löst dieses auf. Das Modell kann gänzlich mit Hilfe des Lösungsmittels herausgelöst -werden oder aber nur teilweise, so daß der zurückbleibende Modellrest beim nachfolgenden Brennen des Formkörpers zerstört wird.

Der vom Modell ganz oder teilweise befreite Formkörper wird nun in.einen Ofen verbracht und hier während 6 Stunden in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 500° C gebrannt. Als reduzierende Atmosphäre wird eine Wasserstoffatmosphäre benutzt. Durch diese Brennbehandlung verkohlt das als erstes Bindemittel verwendete Polystyrol und bildet ein skelettartiges Bindegitter, das im wesentlichen aus koksartigen Rückständen besteht. Die Festigkeit des · Formkörpers nach dieser Brennbehandlung ist völlig ausreichend für die weitere Handhabung bis zum Zeitpunkt, wo das .zweite Bindemittel zur Wirkung kommt. Während dieser ersten Brennbehandlung können allfällig noch vorhandene Modellreste schmelzen und bei geeigneter Lagerung des Formkörpers durch die spätere Eingießöffnung ausfließen.

Der so erhaltene Formkörper wird anschließend während einer Dauer von etwa 2 Minuten in Methylsilikat (50% SiO₂) eingelegt. Das Methylsilikat tränkt den Formkörper, so daß die vorhandenen Poren zwischen den feuerfesten Mullitteilchen vom flüssigen Methylsilikat ausgefüllt werden. Anschließend wird der Formkörper einer Atmosphäre aus gesättigtem Wasserdampf ausgesetzt. Die mit dem Methylsilikat in Berührung kommenden Wasserteilchen bewirken eine Hydrolyse und damit ein Abspalten von Kieselsäure und ein Freiwerden von Alkohol. Die Kieselsäure ist das eigentliche zur Wirkung kommende zweite Bindemittel, das beim nachfolgenden Brennen des Formkörpers diesem erst seine für den Gießvorgang erforderliche Festigkeit verleiht. Zum Brennen wird der Formkörper in einem Ofen während 4 Stunden auf etwa 800° C erhitzt. Nach dem Herausnehmen ist der Formkörper als Gießform zum Abgießen bereit; Das erhaltene Gußstück zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und. sehr gute Oberflächenbeschaffenheit aus.

Unter Umständen empfiehlt es sich, .zur "--Hydrolyse des Methylsilikates eine Säure geeigneter Konzentration, z. B.. l°/oige. Salzsäure, als Katalysator zu verwenden. Diese Säure kann auf den Formkörper gesprüht werden. An Stelle, einer Wasserdampf atmosphäre kann .aber auch Wasser auf den Formkörper aufgesprüht werden, wobei dann das aufgesprühte Wasser bereits, mit einem Säurezusatz versehen werden kann.

Beispiel 2

12 kg feingemahlener Sillimanit werden mit 8 kg chinesischem Holzöl zu einem Brei vermischt. Das genannte Öl besitzt eine konjugierte Doppelbindung und ist insbesondere als Kernbindemittel in der Gießerei gebräuchlich.

Mit dieser Formmasse wird gemäß Beispiel 1 ein Formkörper erzeugt und das dabei benutzte Modell anschließend auf eine der genannten Weisen zerstört. Anschließend wird der vom Modell ganz oder teil· weise befreite Formkörper in einer inerten Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 650°°C während 4 Stunden gebrannt und so das erste Bindemittel in ein vorwiegend aus Ko*ksriickständen bestehendes Bindeskelett übergeführt.

Anschließend wird der so gebundene Formkörper mit kolloidaler wäßriger Kieselsäure (18% SiO₂) getränkt und anschließend getrocknet. Bei. einem Trocknungsgrad entsprechend etwa 40% SiO₂ fällt Kieselsäure aus, die dann beim nachfolgenden zweiten Brennen der Form als eigentliches Bindemittel wirkt, während das vom ersten Bindemittel gebildete skelettartige Gerüst durch Verbrennen vollständig zerstört wird.

. . . Beispiel 3

Zum Herstellen des mit dem ersten Bindemittel versehenen Formkörpers werden .10.00 g feingemahr lener Quarzsand mit einer Lösung von 400 g Epoxydharz in 100 cm³ Aceton zu einer Formmasse vermischt. vDas. Modell des herzustellenden Gußstückes wird gemäß Beispiel 1 mehrmals in diese Formmasse eingetaucht, so daß ein schalenartiger Formkörper entsteht, aus dem dann. auf geeignete, Weise das Modell, entfernt wird. Es empfiehlt sich, der. zum

Herstellen des Formkörpers verwendeten Formmasse einen geeigneten Härter und einen Beschleuniger für das Kondensieren des Epoxydharzes beizugeben; hierbei kann es sich um handelsübliche Produkte handeln.

Der Formkörper wird dann in einem Vakuumofen bei einem Druck von weniger als 1 Torr einer ersten Brennbehandlung unterworfen, und zwar bei Temperaturen von etwa 800° C und während einer Zeitdauer von etwa 2 Stunden.

Anschließend wird der Formkörper mit einer 10⁰/oigen wäßrigen Lösung von Natriumsilikat getränkt und dann mit gasförmigem CO₂ behandelt, beispielsweise durch Anblasen mit diesem Gas. Die dabei herbeigeführte chemische Reaktion läßt Kieselsäure als eigentliches zweites Bindemittel ausfällen, welche bei der nun anschließenden zweiten Brennbehandlung bei Temperaturen von etwa 900° C zur Wirkung kommt.

Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr könnte der Formkörper auch auf andere Weise als durch Eintauchen in eine breiartige Formmasse erzeugt werden, z. B. nach der mit Formkästen arbeitenden Herstellungsweise. Hierbei wird ein Modell des herzustellenden Gußstückes samt den die Eingußkanäle und den Eingußtrichter erzeugenden Modellteilen in einem Formkasten mit der breiartigen Formmasse hinterfüllt und das Modell vorzugsweise durch Herausschmelzen bzw. Verbrennen zerstört. Der im Formkasten befindliche Formkörper wird hierzu einer erfindungsgemäßen ersten Brennbehandlung unterworfen, bei welcher das erste Bindemittel in ein aus Koksrückständen bestehendes Bindegerüst übergeführt wird. Nach dem Brennen kann dann der Formkasten in ein Flüssigkeitsbad gelegt werden, das einen als zweites Bindemittel zur Wirkung kommenden Stoff enthält. Diese Flüssigkeit könnte aber auch durch den Gießhohlraum in den Formkörper eingefüllt werden. Der Formkasten mit dem getränkten Formkörper wird dann anschließend auf übliche Weise getrocknet und gebrannt.

Ferner könnte die Brennbehandlung zur Verkohlung des ersten Bindemittels auch unter Luftabschluß durchgeführt werden; im allgemeinen liegen die Brenntemperaturen im Bereich zwischen 200 und 900° C.

Ferner können auch andere Formmassen oder Modellstoffe, als in den Beispielen erwähnt wurden, verwendet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Gießform mit Hilfe von verlorenen Modellen für das Präzisionsgießverfahren, bei welchem das Modell in eine Formmasse eingeformt wird, die einen feuerfesten, gekörnten Formstoff und einen als erstes Bindemittel zur Wirkung kommenden Formstoff enthält, wobei das im erhaltenen Formkörper befindliche Modell durch Herausschmelzen, Verbrennen oder Herauslösen mindestens teilweise zerstört wird und anschließend der Formkörper mit einer Flüssigkeit getränkt wird, welche einen Stoff enthält oder darstellt, der als zweites Bindemittel zur Wirkung kommen bzw. nachträglich in ein solches übergeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines organischen Bindemittels als erstes Bindemittel der Formkörper vor seinem Tränken mit der Flüssigkeit einer Brennbehandlung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennbehandlung in reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennbehandlung in inerter

• Atmosphäre durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennbehandlung unter Luftabschluß durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennbehandlung in Luft bei einem Druck von weniger als 1 Torr ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennbehandlung bei Temperaturen im Bereich zwischen 200 und 900° C ausgeführt wird.

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