DE2044171C2

DE2044171C2 - Verfahren zum härten von giessereifomteilen

Info

Publication number: DE2044171C2
Application number: DE19702044171
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-05
Filing date: 1970-09-05
Publication date: 1972-05-31
Also published as: DE2044171B1

Description

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Ein großer Anteil der in Gießereien verwendeten Nach bekannten Verfahren wird das Härten von

Formen und Kerne, im folgenden Formteile ge- Formteilen mittels Härtemitteln eingeleitet oder bzw.

nannte, besteht aus Sand, dessen Körnchen durch und beschleunigt, indem die Härtemittel entweder

hochmolekulare Substanzen gebunden sind. DeT- der Formmasse beigemischt oder in Gasform durch

»rtige Formteile, mit deren Herstellung sich die 5 die noch nicht gehärteten Formteile hindurchgeleit,!

Erfindung befaßt, werden nach bekannten Verfahren werden.

folgendermaßen hergestellt. Das Beimischen von Härtemitteln zu den Form-Es wird aus Sand und Bindemittel eine Form- massen begrenzt deren Verarbeitbarkeit zeitlich, masse angemischt. Aus der Formmasse werden Angemischte Formmassen müssen daher oftmal'. Formteile geformt, indem man Formwerkzeuge mit io teilweise weggeworfen werden, weil sie, bevor sie Formmasse beaufschlagt, d. h. indem man Form- vollständig zu Formteilen verarbeitet werden konn ■ masse in bzw. auf Formwerkzeuge ein- bzw. auf- ten, infolge der Wirkung des Härtemittels fest gebringt, worden sind.

Formwerkzeuge, in die die Formmasse eingebracht Das Durchleiten gasförmiger oder in die Gasform wird, sind z. B. Kernkästen und Modelle mit den 15 überführter Härtemittel durch die n-.ch nicht ge-Modellkonturen in etwa konstantem Abstand folgen- härteten Formteile erfordert einen relativ großen der Konturenplatten, wie sie für das Fertigen von maschinellen Aufwand und birgt außerdem da-. Maskenformen mit festgelegter Wandstärke benutzt Risiko einer Überdosierung des Härtemittels und werden. Formwerkzeuge, auf die die Formmasse damit materielle Verluste in sich,
aufgebracht wird, sind z. B. Modelle ohne Konturen- 20 Die Erfindung beseitigt diese Nachteile durch ein planen. Verfahren zum" Härten von aus härtbaren Form-Die erhaltenen Formteile weisen noch keine aus- massen geformten Formteilen mittels Härtemitteln reichende Festigkeit auf, sie sind höchstens grün- dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge standfest. Erst durch Ablaufenlassen von chemischen vor ihrer Beaufschlagung mit Formmasse mit Härte-Reaktionen entstehen aus dem Bindemittel, gegebe- 25 mittel enthaltendem Material versehen werden nenfalls unter Mitreagieren weiterer Stoffe, die die Unter »Härtemittel enthaltendem Material« ist auch Sandkörnchen bindenden hochmolekularen Substan- das Härtemittel selbst zu verstehen. »Die Formwerkzen. wobei die Formteile ausreichend fest werden. zeuge mit einem Härtemittel enthaltenden Materia! Dieser Prozeß wird »Härten der Formteile« genannt. versehen« bedeutet, dieses Material auf die Wirk-Dic ablaufenden chemischen Reaktionen gehören 30 flächen der Formwerkzeuge auftragen oder in das beispielsweise zu einem oder mehreren der Reak- bzw. auf das Formwerkzeug in einer Weise einlionstypen Polymerisation, Polykondensation, Poly- bzw. aufbringen, die das darauffolgende Beaufschla addition. Sol-Gel-l/berganu. Gel'-Syneräsc. gen mit Formmasse nicht behindert. Zum Beispiel Das Härten der Formteile wird nach bekannten kann das Härtemittel enthaltende Material als Verfahren durch Zuführen von hier als »Härtemittel« 35 lockerer Schaum in einen Kernkasten eingefüllt bezeichneten Stoffen eingeleitet oder bzw. und be- bzw. auf einem Modell aufgehäuft werden jichleunigt. Unter Härtemittel werden hier und im Beim Beaufschlagen mit Formmasse wird der folgenden Stoffe verstanden, deren Kontakt mit der Schaum zerquetscht und das in ihm enthaltene Formmasse das Härten des Formteils einleitet oder Härtemittel mit der Formmasse in Kontakt ge- bzw. und beschleunigt. Für diese Definition des 40 bracht.

iJenrilfs /Härtemittel" ist es nicht wesentlich, ob Durch das erfindungsgemäße Verfahren setzt die

iJa¹- Härtemittel mit Bestandteilen des Bindemittels Wirkung des Härtemittels auf die Formmasse prak-

chunisch reagiert oder ob es chemische Reaktionen tisch erst dann voll ein, sobald das Beaufschlagen

von Bestandteilen des Bindemittels katalysiert oder des Formwerkzeugs mit Formmasse beendet, d.h.

«>h es beide Funktionen ausübt. Hin Beispiel für ein 45 sobald das Formteil geformt ist

Härtemittel, das mit Bestandteilen des Bindemittels Die Wirkung des Härtemittels beginnt in den-

themisch reagiert, ist das im bekannten Kohlen- jciiigcn örtlichen Bereichen des Formteils, die den

l-hurecrstarrungsverfahren verwendete Kohlendioxyd. Wirkflächen des Formwerkzeuges anliegen. Diese

liieses reagiert mit dem im Bindemittel Wasserglas örtlichen Bereiche werden also zuerst gehärtet. Das

enthaltenen Alkalisilikat unter Abscheidung von 50 ist zweifach vorteilhaft. Erstens sind diese örtlichen

Kieselsaure und leitet damit das Härten des Form- Bereiche die für die genaue Wiedergabe des Ciuß-

leils ein. Im weiteren Ablauf des Härtens entstehen Stückes wesentlichen Bereiche, deren frühzeitige

Ims der abgeschiedenen Kieselsäure die die Sand- und daher gründliche Härtung wichtiger als die

kömchen bin'laiden hochmolekularen Substanzen. Härtung anderer Bereiche des Formtcils, wie z.B.

fcobei die erwähnten kolloidchemischen Rcaktions- 10 das Innere eines Kerns oder die Rückseite einer

typen Sol-Gel-Übergang und Oel-Syncräse eine Rolle Maskenform, sind. Zweitens ermöglicht das zeitlich

spielen. Ein Beispiel für ein Härtemittel, das ehe- primäre Härten der den Formwerkzeug-Wirkflächen

mische Reaktionen des Bindemittels katalysiert, ist anliegenden Bereiche des Formteils eine raschere

das im bekannten C'old-Uox-Vcrfahren verwendete Trennung des Formteils vom Formwerkzeug, als

Triäthylantiti. Hin Beispiel für ein Härtemittel, das <>° wenn andere Bereiche des Formteile zuerst gehärtet

mit dem Bindemittel sowohl chemisch reagiert als werden würden, wodurch die Produktion pro Zeit-

aiich dessen Reaktionen katalysiert, ist das im bc- einheit gesteigert werden kann,

kannten Maskcnformverfahren nach Croning ver- Die bekannten Verfahren zum Härten ergeben

wendete Hexamethylentetramin. Dieses wird sowohl tuest' Vorteile nicht. Wenn nämlich das Härtemittel

in das aus dem Bindemittel I'henol-Formaldehyd- ß.s der Formmasse beigemischt wird, verläuft der

Novolak entstehende hochmolekulare Produkt ehe- Härteprozeß beim Arbeiten mit kalten Formwcrk-

misch cingeliMtit als auch durch abgespaltenes zeugen an deren Wirkflächen am langsamsten, weil

Ammoniak katalytisch wirksam. dort das Formteil die niedrigste Temperatur besitzt.

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Aber auch beim Arbeiten mit warmen Formwerk- _R _e ·. ·. , ι ,

zeugen verläuft der Härteprozeß wegen der unten '

erläuterten Exothermic in den den Formwerkzeugen- 100 Gewichtsteile Sand wurden mit 1,5 Gewichts-Wirkflächen anliegenden Bereichen des Formteils teilen Furfurylalkohol und 0,8 Gewichtsteilen Harnlangsamer, wenn das Härtemittel der Formmasse 5 stoffharz (Feststoffgehalt etwa 80%) vermischt. vorher beigemischt wird, als wenn es erfindungs- Diese Formmasse wurde in hölzerne Kernkästen gemäß in den genannten Bereichen angereichert geschossen, deren Wirkflächen Silikcnkauschukwird. Wird das Härtemittel nach den anderen Lackierungen besaßen. Vor jedem Schuß wuiden bekannten Verfahren in Gasform durch das die Wirkflächen mit einer dünnbreiigen Mischung Formteil hindurchgeleitet, so härten dessen Be- io aus 5Q°/i)iger o-Phosphorsäure mit Bolus alba, Glimreiche, an denen die Zuführungsdüsen für das mermehl und Bentonit besprüht. Etwa 1 Minute Härtemittel angelegt werden, am schnellsten. Diese nach jedem Schuß wurde ausgeformt, d. h. der Kern Bereiche sind aber naturgemäß gerade nicht die vom Kernkasten getrennt. Unmittelbar nach dem den Formwerkzeug-Wirkflächen anliegenden Be- Ausformen besaßen die Kerne eine etwa 1 cm dicke reiche. _l5 feste Außenschicht. Es wurden auf diese Weise

Die beim Härten der Formteile ablaufenden Kerne verschiedenen Volumens hergestellt. Das

chemischen Reaktionen, die von niedrigmolekularen Volumen der kleinsten Kerne betrug etwa 0,2 Liter,

Substanzen zu hochmolekularen Substanzen führen, das der größten etwa 1,5 Liter. Die kleinsten Kerne

sind exotherm. Auch laufen sie bei hohen Tempe- waren etwa 5 Minuten, die größten etwa 15 Minuten

raturen schneller als bei niedrigen ab. Die Tempe- 20 nach dem Ausformen durchtiehärtet. Die Ober-

ratur und mit ihr die Härtegeschwindigkeit eines flächen der Kerne waren einwandfrei und durch die

bestimmten räumlichen Bereiches des Formteils wird inkorporierten Füllstoffe des zum Besprühen der

hauptsächlich von der innerhalb dieses räumlichen Kernkasten-Wirkflächen benutzten Materials glatt,

Bereiches pro Zeiteinheit produzierten und von schimmernd und feinporig. Die Kerne lieferten ein-

diesem räumlichen Bereich pro Zeiteinheit abge- 25 wandfreie Abgüsse aus 18'8-Stabl und Rg-5-Rotguß.

»ebenen Wärmemenge bestimmt. Die Kenntnis dieser ·■>]■>

Zusammenhänge zusammen mit dem erfindungs- Beispiel _

gemäßen Verfahren ermöglicht es dem Fachmann, 100 Gewichtsteile Sand wurden mit 1.2 Gewichts-

die anzuwendenden Härtemittel^engen so zu be- teilen einer 45%igen Losung eines handelsüblichen

messen, daß die Formteile relativ schnell von den 30 Methylolgruppen aufweisenden rhenol-Formalde-

Formwcrkzeugen getrennt werde können, aus- hyd-Kondensationsproduktes mit Novolakcharakter

reichend durchhärten und dennoch kein Härtemittel in Cyclohexanon und 0,9 Gewichtstcilen Diisocya-

verschwendet wird. Aus den genannten Zusammen- nato-diphenylmethan vermischt. Diese Formmasse

!längen ergibt sich folgende Richtlinie für das wurde in stählerne Kernkasten geschossen. Vor

Arbeiten mit einer bestimmten Formmasse unter 35 jedem Schuß wurden die Kernkasten-Wirkflächen

bestimmten Temperaturbedingungen. Je größer das mit einer dünnbreiigen Mischung aus 30°'nicer wäß-

Verhältnis Volumen zu Oberfläche des herzustellen- riger Lösung von Trimethylamin mit Spindelöl.

den Formteils ist, desto geringer kann die Menge Kieselgur, Glimmermehl. Quarzmehl und Bentonit

des Härtemittels sein. besprüht. Die Kerne, deren maximale Dicke etwa

Die Wirkfiäclien der Formwerkzeuge werden vor 40 4 cm betrug, konnten jeweils 45 Sekunden nach dem dem Beaufschlagen mit Formmasse mit Härtemittel Schuß ausgeformt werden und waren 1 bis 2 Minuenthaltendem Material überzogen, beispielsweise ten nach dem Schuß durchgehärtet. durch Besprühen oder Bestäuben. Dieser Arbeitsgang wird vorteilhaft mit dem Aufbringen von Beispiel 3 Trennmitteln bzw. Schlichten bzw. Feinschichtmassen +5 . . auf die Formwerkzeug-Wirkflächen kombiniert. Eine ^(nlcht erfindungsgcmaß) besondere Durchführungsform des erfindungsgemä- Eine stählerne Modellplatte für das Herstellen Ben Verfahrens besteht im Versehen des Formwerk- von Maskenformen nach dem Croning-Verfahren zeugs mit Härtemittel enthaltendem Schaum. Bei- wurde durch eine thermostatregulierte elektrische spielswcise werden Kernkasten mit Härtemittel ent- 50 Heizung ständig in dem Temperaturbereich von haltendem Schaum vollständig gefüllt und darauf 190 bis 210° C gehalten. Die benutzte Formmasse mit Formmasse voilgeschossen. war ein mit Phcnol-Formaldehyd-Novolak umhüllter

Das Härtemittel enthaltende Material kann reines Quarzsand, wie er für das Croning-Verfahren all Härtemittel oder eine Kombination von Härtemitteln gemein verwendet wird. Der Novolak-Gchalt dieser mit Trennmitteln, Schichtstoffen oder Feinschicht- 55 Formmasse betrug 4 Gewichtsprozent, außerdem massen sein. Es kann Netzmittel, Haftmittel, bindend enthielt sie 0,4 Gewichtsprozent Hcxamcthyleiiwirkende Substanzen, Lösungsmittel, Emulgatoren, tetramin. Diese Formmasse wurde nach bekannter viskositätsbestimmende Zusätze, Temperaturfarb- Technik im Überschuß auf die heiße Modellplatte Indikatoren, Korrosionsinhibitoren und sonstige, den geschüttet. Nach Ablauf von 80 Sekunden wurde Formprozeß fördernde, die Formteiloberflächen ver- 60 durch Wenden der Modellplatte der Überschuß der bessernde, die Formwerkzeuge pflegende Zusätze Formmasse abgeschüttet. Die mit einer etwa 1 cm enthalten. Es kann flüssig, breiig oder fest sein. Es dicken Schicht aus durch Wärmeeinwirkung plastischkann ein homogenes oder disperses System sein. klebrig gewordener Formmasse behaftete Modell-P.S kann eine Lösung, eine Suspension, eine Emul- platte wurde sofort für 40 Sekunden in eine Heizsinn, ein Schaum, ein Pulver sein. 65 kammer gebracht. Danach wurde versucht, die

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung Formmasseschicht durch Abheben von der Modell-

crläiiterii, deren Allgemcingültigkeit jedoch keines- platte zu trennen. Dabei zerbröckelte die Form-

Ut-us beschränken. masseschicht. Erst nachdem die Modellplatte auf

den Temperaturbereich von 280 bis 310⁰C hochgeheizt worden war und dort gehalten wurde, härtete eine etwa 1 cm dicke Formmasseschicht innerhalb von 40 Sekunden in der Heizkammer aus, so daß sie als biauchbare Maskenform durch Abheben von der Modellplatte getrennt werden konnte. Mehrfache Wiederholungen der Versuche in beiden Temperaturbereichen führten zu gleichen Resultaten.

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt, wie durch erfiridungsgemäßes Abwandeln des Beispiels 3 brauchbare Maskenformen in dem unteren Teriiperaturbereich hergestellt werden konnten. Es wurde wie im Beispiel 3 gearbeitet, jedoch wurde die Modellplatte vor jedem Beschütten mit einer Suspension von technischem Isomerengemisch der Phenylendiamine in Mineralöl besprüht. Die Suspension enthielt außerdem Gipspulver und Spuren eines handelsüblichen Geschirrspülmittels. Obgleich die Modellplatte im Temperaturbereich von 190 bis 210° C gehalten wurde, konnten bereits nach 30 Sekunden Aufenthalt in der Heizkammer etwa 1 cm dicke Formmasseschichten als brauchbare Maskenformen durch Abheben von der Modellplatte getrennt werden.

Beispiel 5

Es wurde wie im Beispiel 4 gearbeitet, jedoch wurde die Modellplatte vor jedem Beschütten mit einer Emulsion einer wäßrigen Phase in Maschinenöl besprüht. Die wäßrige Phase enthielt Phenylendiamin, Triäthanolamin, Polyvinylalkohol und nichtionogenen Emulgator. Unmittelbar nach jedem Besprühen bildete sich auf der Modellplatte eine Schicht aus feinporigem Schaum, der beim Beschütten zerdrückt wurde. Temperaturen, Zeiten, Resultate waren die gleichen wie im Beispiel 4. Die hier benutzte Modellplatte wurde gemeinsam mit einer aus gleichem Material bestehenden und ähnlich konstruierten, im Beispiel 3 benutzten Modellplatte einige Wochen im Freien gelagert. Danach war die Modellplatte aus Beispiel 3 verrostet, die aus Beispiel 5 nicht.

Beispiel 6

Dieses Beispiel erläutert, wie das erfindungsgemäßc Verfahren durch dem Härtemittel enthaltenden Material zugesetzte Temperaturfarbindikatoren verbessert werden kann. Das Beispiel 4 zeigt im Vergleich zum Heispiel 3, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei niedrigeren Modeiltemperaturcn als nach nicht erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet werden kann. Dadurch wird die Verwendung weniger temperaturbeständiger und somit billigerer Modelle ermöglicht. In diesem Beispiel wurde nun ein :;us aliiminiumgefülltcm Epoxidharz bestellendes Modell benutzt, im übrigen aber wie im Beispiel 4 gearbeitet. Die als Härtemittel benutzten Phenylendiamine wirken am besten, wenn das Modell in einem Temperaturbereich von 180 bis 250° C gehalten wird. Bei höherer Temperatur bewirken sie eine Vcrsprödung der Maskenformobcrflächc, bei niedrigerer Temperatur wird die Aushärtezeit unrentabei lang. Das erfindür.gsgemäße Verfahren kann also durch eine zuverlässige Kontrolle der Modelltemperatur in zweifacher Hinsicht wirkungsvoller ausgenutzt werden. Erstens können billigere, jedoch Icmpcniturcmpfindliclic Modelle ohne Gefährdung durch Überhitzung eingesetzt werden. Zweitens ktiiiii die Wirkung des Härtemittels durch Einhalten bestimmter Modelltemperaturen optimiert werden. Die Grenzen der Modelltemperaturen können am zu-

verlässigsten und einfachsten durch Überziehen der gesamten Modellfläche mit Temperaturfarbindikatoren kontrolliert werden. Deshalb wurden in diesem Beispiel der zum Besprühen benutzten Suspension des Beispiels 4 zwei handelsübliche Temperatur-

farbindikatoren zugesetzt. Beide Farbindikatoren waren in der Suspension zunächst nicht sichtbar. Der eine schlug, wenn das Modell mindestens 180° C hatte, beim Besprühen des Modells sehr rasch in Blau um und der andere bei einer Modelltemperatur oberhalb 250° C sehr rasch in Dunkelbraun bis Schwarz, wobei die vorher vorhandene blaue Färbung überdeckt wurde. Auf die thermostatregulierte elektrische Modellbeheizung konnte hier verziehtet werden, sie hätte bei dem Epoxi 'iiarzmodell auch konstruktive Schwierigkeiten bereitet Das Modell wurde durch das Einbringen in die Heizkammer beheizt. Seine Temperatur wurde durch die Temperaturfarbindikatoren kontrolliert und über die Tempen^ur der Heizkammer reguliert.

Beispiel 7

Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Es wurde jedoch nicht besprüht, sondern vor jedem Schuß wurden in das Innere des Kernkastens einige Tropfen

3u einer wäßrigen Lösung von Melasse und Natriumhydrogencarbonat sowie einige Tropfen 50"'t>igc o-Phosphorsäure gegeben. Sobald der sich im Inneren des Kernkastens rasch entwickelnde Schaum den Kernkasten gefüllt hatte, wurde geschossen. Die Resultate waren denen des Beispiels 1 gleich.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten von aus härtbaren Formmassen geformten Formteilen mittels Härtemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge vor ihrer Beaufschlagung mit Formmasse mit Härtemittel enthaltendem Material versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge vor ihrer Beaufschlagung mit Formmasse mit Härtemittel und ein oder mehrere weitere Mittel enthaltendem Material versehen werden, wobei die weiteren Mittel aus einer oder mehrerer der Gruppen

a) Trennmitte!,

b) Formtcilobcrflächcnverbesserungsmittcl.

c) Formwerkzeugpflegemittel,

d) Formwerkzeugschutzmittel,
c) Temperaturfarbindikatoren

stammen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 odor 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material auf die Wirkflächen der Formwerkzeuge vor deren Beaufschlagung mit Formmasse aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material in Form von Schaum in bzw. auf die Formwerkzeuge vor deren Beaufschlagung mit Formmasse ein- bzw. aufgebracht wird.