DE19537122C2 - Feingießverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feingießverfahren, wie es z. B. aus der EP 0 324 346 A2 bekannt ist, wobei ein Modell aus einem Kunststoff besteht, der mit organischen Lösungsmitteln aus der Gießform entfernt werden kann.

Bei üblichen Feingießverfahren wird das Wachsausschmelzverfahren angewendet, wobei ein Wachsmodell mit temperaturbeständigem Material zur Bildung einer Gießform (Formmaske) umhüllt bzw. ummantelt wird, dann die Temperatur erhöht wird, um das Wachs aus der Gießform auszuschmelzen und so einen Formhohlraum zu erhalten. Dieser Formhohlraum bildet somit einen Negativ-Abdruck des Wachsmodells. Dieses Wachsausschmelzverfahren bietet unter den Gießverfahren mit verlorenen Modellen die beste Duplizierfähigkeit von feingliedrigen Modellen. Jedoch besteht auch bei diesem relativ genauen Wachsausschmelzverfahren eine beschränkte Duplizierfähigkeit insbesondere bei dünnen, stangenförmigen Elementen oder bei scharfen Kanten des Modells, da diese vom Wachsmodell leicht ab- oder ausbrechen können.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feingießverfahren mit verbesserter Duplizierfähigkeit und Genauigkeit, selbst bei dünnen, stangenförmigen Teilen oder scharfen Kanten des Modells zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Feingießverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Durch einen zweiten Gießform-Herstellungsschritt, wobei eine Sekundärform um die Primärform herum gebildet wird, läßt sich die Nachbildungsgenauigkeit wesentlich verbessern. Insbesondere werden Deformierungen oder Ausbrüche des bisher üblichen Wachs- Modells durch den Hartkunststoff vermieden. Damit wird sichergestellt, daß selbst dünne Bereiche oder scharfe Eckkanten auf die Gießform übernommen werden und somit ein hochgenaues Gußprodukt hergestellt werden kann. Die Herauslösung des Hartkunststoff-Modells aus der durch Tauchen bzw. Beschichten gebildeten Keramik- oder Gips-Gießform erfolgt dabei unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels. Durch dieses Herausspülen des Hartkunststoff-Modells aus der duplizierten Gießform wird zudem sichergestellt, daß keine Reste des Modell- Materials in der Gießform verbleiben, wie dies beim Wachsausschmelzverfahren bei ungünstiger Formgebung oder Hinterschnitten, komplizierten Abschrägungen und dgl. der Fall sein konnte.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Gießform zur Verwendung in dem Feingießverfahren gemäß der Erfindung.

Das vorgeschlagene Feingießverfahren verwendet ein Modell (oder Muster oder Prototyp), das aus Hartkunststoff hergestellt ist. Geeignete Hartkunststoffe für das Modell sind dabei Hart-PVC (Polyvinylchlorid oder ein Polyvinylchlorid-Vinylacetat- Copolymer), Polyethylen, Polystyrol und ähnliche thermoplastische Kunstharze mit relativ hoher Festigkeit von etwa 30 N/mm² (gegenüber Wachsmodellen mit nur einigen N/mm² und sehr geringem Elastizitätsmodul).

Als Material für die Elemente der Gießzuführung (Gießrinne, Gießlauf und Gießtrichter usw.) zum Formhohlraum hin kann dabei ebenfalls das vorstehend erwähnte Hartplastik-Material verwendet werden, jedoch in einer abgewandelten Ausführung auch ein für ein Wachsausschmelzverfahren üblicherweise verwendetes Wachs, da diese Gießzuführungsteile nach dem Abguß ohnehin abgetrennt werden und somit die Abgießgenauigkeit nicht so hoch sein braucht wie im unmittelbaren Modellbereich des Formhohlraums. Dabei können die Gießzuführungsteile auch durch ein Klebemittel, z. B. einen Heißkleber auf einfache Weise mit dem Modell verbunden werden. In dieser Ausführung wird das Hartkunststoff- Modell zusammen mit den Gießzuführungsteilen (Gießlauf, Eingußtrichter usw.) getaucht und beschichtet, um nach Aushärtung der Gießform aus dieser in einem Arbeitsschritt herausgelöst zu werden.

Zum Gießablauf selbst kann grundsätzlich die gleiche Technik verwendet werden wie beim Wachsausschmelzverfahren, insbesondere was das Tauchen des Modells und den Eingießvorgang der Schmelze betrifft. Auch können grundsätzlich die gleichen Geräte wie Gießofen, Form-Aushärteofen und dgl. verwendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die zum Tauchen oder Umhüllen des Modells verwendete Formmasse (z. B. Gips oder eine Keramikaufschlämmung) so gewählt sein muß, daß diese mit dem Hartplastik-Modell selbst nicht reagiert. Ebenso ist es wesentlich, daß der Hartkunststoff des Modells so gewählt wird, daß die Auflösung durch ein organisches Lösungsmittel möglichst einfach und schnell erfolgt. Zur Auflösung des Hartplastik- Modells insbesondere aus Hart-PVC eignen sich insbesondere Methylenchlorid, Methylethyl-Keton, Tetrahydrofuran, Amylacetat, Toluol, Dimethylformamid und ähnliche Lösungsmittel. Von Vorteil ist hierbei, daß sowohl die Umhüllung des Modells mit Formmasse als auch das Herauslösen des Modells aus der Gießform durch Spülen mit organischem Lösungsmittel bei Raumtemperatur rasch erfolgen kann, so daß gegenüber dem oft zeitaufwendigen Wachsausschmelzverfahren eine zusätzliche Zeit- und Energieeinsparung erzielt wird.

Die auf das Herstellen der Gießform folgenden Schritte, nämlich das Aushärten bzw. Brennen der Gießform, Eingießen und Aufbrechen (Zerstören) der Form zur Freilegung des Gießproduktes sind im wesentlichen die gleichen wie beim konventionellen Wachsausschmelzverfahren. Als Gießmaterial können dabei jegliche Metalle, insbesondere Kupfer, Aluminium, Zink oder Blei verwendet werden, aber auch Edelmetalle wie Gold oder Silber und Legierungen. Als Verfahren zum Eingießen des Metalls können dabei auch Schleudergußverfahren, Vakuumgießen, vakuumunterstütztes Gießen, Druckgießen usw. angewendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Feingießverfahrens wird die Formbildung zweistufig durchgeführt. Hierbei wird zunächst die Gießform, die das Modell unmittelbar umgibt, gebildet, dann das Hartkunststoff-Modell durch Verwendung eines organischen Lösungsmittels herausgelöst (herausgespült), und erst dann die Gießzuführungsteile wie Gießrinne, Gießlauf und Eingußtrichter an der ersten, zentralen Gießform (Primärform) angesetzt und ausgebildet, indem die Gießzuführungsteile durch ein Wachsausschmelzverfahren gebildet werden. Hierzu wird an der ersten, zentralen Gießform ein Wachsmodell der Gießzuführungsteile befestigt, dann diese Baueinheit in ein Formmaterial, insbesondere Gips oder eine Keramikaufschlämmung getaucht und das Wachsmodell für die Gießzuführungsteile herausgeschmolzen. Hieran schließt sich, wie vorstehend beschrieben, ein Brennschritt der Gesamt-Gießform an, wodurch auch die äußere, die zentrale Gießform (Primärform) umgebende Gießform (Sekundärform) aushärtet und damit zum Eingießen der Metallschmelze vorbereitet ist. Bei diesem zweistufigen Feingießverfahren wird somit nur der innere, zentrale Bereich der Gießform (Primärform) durch Abdruck an dem Hartkunststoff- Modell gebildet, während als Modell für die äußere Gießform (Sekundärform) ein Wachsmodell genügt, da an die Gießzuführungsteile keine hohen Genauigkeitsanforderungen gestellt werden.

Sowohl bei dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel mit vor dem Bilden der Gießform angesetzten Gießzuführungsteilen als auch bei dem zweistufigen Ausführungsbeispiel des Feingießverfahrens mit Primärform und Sekundärform ist es wesentlich, daß durch die Verwendung des organischen Lösungsmittels das Hartplastik-Modell vollständig aus der umgebenden Gießform herausgelöst werden kann. Hierin liegt auch der Vorteil des vorgeschriebenen zweistufigen Verfahrens, da hierbei das Hartplastik-Modell in der inneren, zentralen Gießform (Primärform) besser zugänglich ist. Zudem wird dadurch die erforderliche Ausspül- oder Herauslösungszeit des Modells reduziert, insbesondere deshalb, da bei dem zweistufigen Feingießverfahren in der inneren, zentralen Gießform (Primärform) mehrere Auslaßöffnungen vorgesehen sein können, durch die das Lösungsmittel beim Herauslösen des Hartplastik-Modells ein- bzw. austreten kann. Diese Auslaßöffnungen werden dabei bevorzugt so gewählt, daß sie beim späteren Anschluß der Gießzuführungsteile zugleich die Eingießkanäle bilden. Darüberhinaus können jedoch auch noch zusätzliche Auslaß- oder Ausspülöffnungen vorgesehen sein, die dann durch Blindstopfen oder die umgebende äußere Gießform (Sekundärform) abgeschlossen werden können. Durch diesen zweistufigen Aufbau der Gießform können zudem relativ groß bemessene und komplizierte Modelle beim Ausspülvorgang mit dem organischen Lösungsmittel aufgelöst werden und innerhalb relativ kurzer Zeit aus der Gießform (Primärform) entfernt werden.

Nachfolgend wird das Feingießverfahren anhand des Abgusses eines Schiffes näher erläutert, wobei das Modell (Muster) aus einem PVC-Kunststoff geformt ist, der unter dem Handelsnamen "PLAMODEL" vertrieben wird. Bei diesem Beispiel soll als Gießmaterial Gold verwendet werden, während für die Gießform Gips eingesetzt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden dabei folgende Verfahrensschritte vorgenommen:

1. Vorbereitung des Modells

Als Modell wird ein handelsübliches Schiffsmodell aus PVC verwendet. Dieses Modell kann dabei in herkömmlichen Modellbaukästen zu dem Muster oder Prototypen zusammengesetzt werden oder bereits komplett zugekauft werden.

2. Anbringung der Gießzuführungsteile

An das Hartplastik-Modell wurde mittels eines Klebstoffes wenigstens ein Gießkanal und ein Stopfen aus Hart-PVC zur Bildung eines Auslasses angeklebt. Zur Auswahl der Anbringungsposition des Gießkanals dienen dieselben Prinzipien wie bei dem allgemein bekannten Wachsausschmelzverfahren. Insbesondere ist hierbei wichtig, daß während der Anlösung des Hartplastiks durch das organische Lösungsmittel dieses im entstehenden Formhohlraum möglichst umgewälzt wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß neben dem später als Gießkanal dienenden Zulauf wenigstens eine weitere Auslauföffnung vorgesehen ist, die später durch die äußere Gießform (Sekundärform) verschlossen werden kann.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des zweistufigen Gießform-Aufbaus zur Verwendung in dem vorgeschlagenen Feingießverfahren. Eine Gießform 1 ist hierbei durch eine in einem ersten Schritt hergestellte Primärform 3 (punktiert dargestellt) und eine in einem zweiten Schritt hergestellte Sekundärform 5 gebildet. Nach der Einbettung eines Hartkunststoff-Modells 7 (hier eines Schiffes) unter Ausbildung der Primärform 3 wird das Hartplastik-Modell 7 unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels aufgelöst und aus der dadurch entstandenen Primärform 3 entfernt bzw. ausgespült. Die Primärform 3 wird anschließend von der Sekundärform 5 umschlossen, wobei durch das nur für die Sekundärform 5 angewendete herkömmliche Wachsausschmelzverfahren zugleich ein Eingußtrichter 21 und ein Gießlauf 19 ausgebildet werden. Im ersten Verfahrensschritt zur Ausbildung der Primärform 3 werden zudem an dem Hartplastik-Modell 7 Auslaßöffnungen 13 angeordnet, die sich von dem oberen Bereich des Modells 7 nach oben erstrecken, während sich Anschnitte 15, die bei der Herstellung der Primärform 3 ebenfalls als Auslaßöffnungen zum Ausspülen mit dem organischen Lösungsmittel dienen, vom unteren Teil des Modells 7 nach unten erstrecken. Die Anordnung der Auslaßöffnungen 13 und der Anschnitte 15 wird dabei so gewählt, daß sich die Oberfläche des letztendlich erhaltenen Gußproduktes relativ leicht reparieren bzw. ausgleichen läßt.

3. Vorbereitung der Formmasse

Als Formmasse zur Herstellung der Primärform 3 und Sekundärform 5 dient vorzugsweise Gips. Dieses Material ist unter dem Handelsnamen Ultrabest von der Firma R & R Co. erhältlich und wird ebenfalls für das Wachsausschmelzverfahren verwendet. Der mit Wasser angerührte Gips wurde dabei unter Druck entschäumt.

4. Modellabdruck

Das Modell 7 wird in ein größeres Gefäß gegeben, um von diesem Modell oder Muster einen Formabdruck herzustellen, in dem die aufbereitete Gips- oder Keramikaufschlämmung in das Gefäß gefüllt wird. Hierbei wird das gesamte Material ebenfalls unter Druck entschäumt.

5. Gießformhärtung

Hierbei wird das Formmaterial über längere Zeit bei Raumtemperatur gehalten, um die Gips- oder Keramikaufschlämmung zu verfestigen, wodurch die gesamte Gießform 1 beim einstufigen Verfahren einschließlich der Gießzuführteile 17, 19, 21 oder vorerst nur die Primärform 3 beim in Fig. 1 dargestellten zweistufigen Verfahren als Abdruck des Modells 7 hergestellt wird.

6. Lösung und Entfernung des Modells

Die Gesamt-Gießform 1 oder die Primärform 3 wird zusammen mit dem umschlossenen Modell 7 in ein organisches Lösungsmittel (z. B. Methylenchlorid) getaucht, wodurch das Hartplastik-Modell 7 durch chemische Reaktion an- und aufgelöst, sowie schließlich entfernt (ausgespült) wird. Wie vorstehend erwähnt, werden dabei die Auslaßöffnungen 13 und 15, die beim Gießvorgang dann auch als Gießanschnitte dienen können, so gewählt, daß hierdurch ein guter Zu- und Ablauf sowie Umwälzung des organischen Lösungsmittels erreicht wird. Ohne zusätzliche Maßnahmen, wie zusätzliche Erwärmung oder Druckspülung, erfolgt dabei die vollständige Entfernung des Hartkunststoff-Modells 7 bei dem hier dargestellten Schiffsmodell in einigen Stunden. Zur Bestätigung, daß keine Rückstände des Modells 7 innerhalb der Primärform 3 vorhanden sind, wird die Primärform 3 in frisches Lösungsmittel getaucht und dann überprüft, ob an einer der Auslaßöffnungen 13 bzw. 15 eine Trübung auftritt.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem einstufigen Verfahren mit direkt an das Hartkunststoff-Modell 7 angesetzten Gießzuführungsteilen 17, 19, 21 auch diese bereits bei diesem Schritt herausgelöst werden, so daß bei dieser Ausführung die beiden nachfolgenden Schritte Nr. 7 und 8 übersprungen werden können.

7. Anbringung der Gießzuführteile

An die Gießanschnitte 15, die zugleich als Auslaßöffnung beim Ausspülen des Hartplastik-Modells 7 dienen, werden Sekundäranschnitte 17 mit gleichem Querschnitt und Ausrichtung angebracht. Dies kann beispielsweise durch Einsetzen einer Wachsstange (z. B. mit einem Durchmesser von 3 mm) in das entstandene Loch in dem Gießanschnitt 15 in der Primärform 3 erfolgen. Dann wird ein Gießlauf 19 ebenfalls aus Wachsmaterial an den Enden der Sekundäranschnitte 17 angesetzt, sowie an dem linken Ende des Gießlaufes 19 ein Eingußtrichter 21 angebracht. Zugleich werden die oberen Auslaßöffnungen 13, die nicht als Gießanschnitt dienen, mit Wachs ausgefüllt, beispielsweise wiederum durch Einstecken von passenden Wachsstiften. Hierdurch wird sichergestellt, daß beim anschließenden Ausbilden der Sekundärform 5 in den Hohlraum der Primärform 3 keine Rückstände eindringen können, da der durch das bereits herausgelöste Plastikmodell 7 gebildete Hohlraum in der Primärform 3 vollständig abgeschlossen ist.

8. Herstellen der Sekundärform

Die in dem Verfahrensschritt 7 hergestellte abgedichtete Primärform 3 mit den angesetzten Gießzuführungsteilen 17, 19 und 21 wird ähnlich wie im Verfahrensschritt 4 in einem Formkasten in eine Aufschlämmung, vorzugsweise aus Gips eingetaucht. Die Vorbereitung der Gips-Formmasse und die Entschäumung erfolgt dabei wie vorstehend.

9. Entwachsen und Formbrennen

Bei etwa 220°C wird dann das Wachsmaterial für die Gießzuführungsteile ausgeschmolzen, wobei auch eventuell in die Auslaßöffnungen 13 eingefügte Wachsstifte nach unten über die Gießanschnitte 15 und 17, den Gießlauf 19 und den Eingußtrichter 21 ablaufen können. Anschließend wurde die Temperatur stufenweise erhöht, um die entstandene Gießform 1, bestehend aus der Primärform 3 und Sekundärform 5, bei etwa 500°C bis 800°C zu brennen und auszuhärten.

10. Gießen

In die so vorbereitete Form wird Metall, beispielsweise reines Gold unter Vakuumunterstützung bei einer Gießformtemperatur von 300°C bis 600°C und einer Schmelzentemperatur von 1250°C eingegossen.

11. Zerbrechen der Gießform

Nach dem Guß und Abkühlen der Schmelze wird die Form nach Eintauchen in Wasser zerbrochen, insbesondere unter Einwirkung eines Hochdruckwasserstrahls. Das entstandene Gußprodukt wird dann noch einer Ultraschallreinigung unterzogen.

12. Feinbearbeitung

Die Gießanschnitte 15, 17 und gegebenenfalls die vorgesehenen Speiser an den Auslaßöffnungen 13 werden abgetrennt und die Oberfläche des Gußproduktes (hier eines Schiffes) an diesen Trennflächen noch mit einer Feile oder dgl. nachbearbeitet.

Durch das vorbeschriebene Feingießverfahren mit einem Hartkunststoff-Modell 7 können dabei auch sehr feine Strukturen wie z. B. Bolzen oder Stangen mit nur 0,2 mm Durchmesser und einer Länge von 3 mm hochgenau reproduziert werden. Insbesondere gegenüber dem verwendeten Wachsmodell ergibt sich eine höhere Formgüte, da das Hartkunststoff-Modell gegenüber den Wachsmodellen eine bedeutend höhere Bruch- und Deformationsfestigkeit während des Abdruck-Herstellungsschrittes der Gießform 5 bzw. der Primärform 3 aufweist. Insbesondere können dabei auch scharfe Kanten exakt nachgebildet werden.

Claims (9)

1. Feingießverfahren, wobei:

• a) ein Modell (7) zur Bildung einer Gießform mit temperaturbeständigem Material umhüllt wird;
• b) um das aus einem Hartkunststoff bestehende Modell (7) herum zunächst eine Primärform (3) gebildet wird, dann unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels das Hartkunststoff-Modell (7) aus der Primärform (3) herausgelöst wird und nach Ansetzen von Gießzuführungsteilen (17, 19, 21) an die Primärform (3) ein zweiter Gießform-Herstellungsschritt durchgeführt wird, wobei eine Sekundärform (7) um die Primärform (3) herum gebildet wird; und
• c) die Gießform anschließend gebrannt wird und nach dem Eingießen einer Metallschmelze zum Entfernen des Gießproduktes zerstört wird.

2. Feingießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel beim Herauslösen des Hartkunststoff-Modells (7) in dem zumindest teilweise ausgebildeten Formhohlraum umgewälzt wird.

3. Feingießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angesetzten Gießzuführungsteile (17, 19, 21) aus Wachs gebildet sind, die aus der Sekundärform (7) ausgeschmolzen werden.

4. Feingießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartkunststoff-Modell (7) aus einem Polyvinylchlorid- Kunstharz besteht.

5. Feingießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießzuführungsteile (17) in Verlängerung von Auslaßöffnungen (15) in der Primärform (3) befestigt werden.

6. Feingießverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießzuführungsteile (17) durch Wachsstifte gebildet sind, die in die Auslaßöffnungen (15) der Primärform (3) eingeschraubt werden.

7. Feingießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Primärform (3) mehrere Auslaßöffnungen (13, 15) zum Abfließen des herausgelösten Hartkunststoff-Modells (7) und des organischen Lösungsmittels vorgesehen sind.

8. Feingießverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (13, 15) in der Primärform (3) während der Herstellung der Sekundärform (5) durch eingefügte Wachselemente verschlossen werden.

9. Feingießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das Hartkunststoff-Modell (7) vor Bildung der Gießform (1) Gießzuführungsteile (17, 19, 21) angebracht werden, die zusammen mit dem Hartkunststoff-Modell (7) aus der Gießform (1) herausgelöst werden.