DE2123632C - Leicht entfernbare Formteile, ms besondere Kerne fur Gießereizwecke und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Vorzügliche Ergebnisse wurden z. B. beim Gießen _von Aiuminiumlegierungen mit Kernen erzielt, die aus einem leichten, schaumigen Kohlenstoff bestehen, der durch kontrollierte Carbonisierung von verschäumtem Kunstharz hergestellt ist und ein Porenvolumen von 95 bis 97 °.'o bei einem spezifischen Gewicht von nur 0.055 bis 0,065 aufweist. Ein solches Material hat eine Druckfestigkeit von 4,8 kp/cm^ä und eine Biegefestigkeit von 3,2 kp/cm², eine Wärmeleitfähigkeit von 0 04 kcal/mh° C ut.d einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2,5 · 10"«/° C

Der in dem porösen Kernmaterial enthaltende Kohlenstoff kann teilweise oder auch zur Gänze als fein gemahlener Graphit vorliegen, wobei die Graphitpartikelchen durch Kohlenstoffbrücken verbunden sein können, die durch Verkokung von organischer Substanz gewonnen sind.

Die Herstellung der Kerne und Formteile kann so durchgeführt werden, daß zunächst die organische Einschmelzen die aus Kohlenstoff bestehenden Kerne oder Formteile aufschwimmen und ohne schädliche Beeinflussung der Schmelze verbrennen. Auch hinsichtlich der leichten Zersiörbarkeit und

Entfernbarkeit aus dem Gußstück sind die erfindungsgemäßen Kerne den bekannten Kernen aus Salz oder Salzgemischen überlegen. Dabei kann so vorgegangen werden, daß die Kerne bzw. Formteile nach dem Guß durch Verbrennen aus dem Gußstück entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung von entsprechend geformten Sauerstofflanzen. Das Entfernen der Kerne nach dem Guß kann zumindest teilweise auch durch mechanische Einwirkung bewirkt werden, da der hochporöse Kohlenstoff zwar eine ausreichende

Widerstaadskraft beim Eingießen des Metalls besitzt, aber durch grobe mechanische Einwirkungen infolge ■ des hohen Porenvolumens leicht in sich zusammengestoßen werden kann.

Γη vielen Fällen ist es im Hinblick auf das außeror-

Substanz verkokt und hiernach die Kerne oder Form- 20 dentlich geringe Gewicht der aus hochporösem Kohteile aus der verkokten Masse hei ausgearbeitet wer- lenstoff bestehenden Kernmasse zulässig, den Kern im

Gußstück zu belassen, sei es, daß der Kern im Gußstück nur zur Gewichtserleichterung durch Verringerung der Gußwanddicken dient, oder sei es, daß auch

oder

den. Die gute mechanische BeaiUitbarkeit de-, porösen Kohlenstoffs erlaubt die Anfertigung von Kernen mit einfachen Bearbeitungseinrichtungen. Es kann

aber auch so verfahren werden, daß die organische as seine hervorragende Wärmedämmung genutzt werden

soll. Als Beispiel für die Gewichtserleichterung seien mit einem Kern jus hochporösem Kohlenstoff gegossene schwimmende Hohlkugeln aus Aluminium für die Fischerei genannt, örtliche Wärmedämmung kann z. B. in Gußstücken für Verbrennungsmotoren angewendet werden.

Die Gefahr der Aufnahme von Luftfeuchtigkeit ist bei Kernen und Formteilen aus porösem Kohlenstoff auch bei längerer Lagerung ausgeschlossen. Das geringe spezifische Gewicht des Formwerkstoffs gestattet, größere Mengen von Kernen oder Formteilen zu stapeln, ohne daß diese durch das Gewicht der gestapelten Kerne beschädigt oder gar zerstört werden.

Die Befestigung der Kerne oder Formteile in der Form kann sich im Hinblick auf das geringe spezifische Gewicht darauf beschränken, ein Aufschwimmen der Kerne bzw. Formteile in dem Gießmetall zu verhindern.

Die Vorteile der Erfindung kommen bei der Herstellung von Gußstücken aus Leichtmetall in besonders hohem Maße zum Ausdruck. Jedoch ist die Anwendung der neuen Kerne und Formteile keineswegs auf die Herstellung von Leichtmetallguß beschränkt. In der Zeichnung sind Beispiele der neuen Kerne dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen ringförmigen Kern in einem Schnitt nach Linie I-I der F i g. 2;

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf den ringförmigen Kern der F i g. 1;

F i g. 3 zeigt eine hohle Aluminiumkugel mit zur Hälfte abgebrochener Schale;

Fi g. 4 stellt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Kernes in einer geteilten Gießform dar.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte ringförmige Kern kann beispielsweise zur Gewinnung eines im Kopf Hegenden ringförmigen Kühlkanals von Leichtmetall-

Substanz zunächst als solche zu den Kernen Formtv ilen geformt und hiernach verkokt wird.

Obwohl die feinporigen Kerne und Formteile aus Kohlenstoff eine porige Oberfläche haben, hat sich überraschend ergeben, daß das flüssige Metall beim G.eßen nicht in die feinen Poren eindringt. Vielmehr weisen die durch die Kerne und Formteile erzeugten Hohlräume eine außerordentlich glatte innere Oberflache auf. Das beruht offenbar auf einem günstigen Zusammenwirken der Oberflächenspannung des Gießmetalls und des Gasdruckes im porösen Kohlenstoffkern.

Purch die geringe Wärmeleitfähigkeit des porösen K liiienstoffs bleibt die Erwärmung des Kernes wähiiiid des Gießvorganges auf seine äußersten Randschichten beschränkt. Der dabei im Porenvolumen auftretende Gasüberdruck wirkt zwar dem Eindringen des Gießmetalls in die Poren entgegen, erreicht aber nicht eine derartige Größe, daß Blaslunker im Gußstück entstehen können.

Da poröser Kohlenstoff weder hygroskopi&ch ist noch temperaturschockempfindlich, können Kerne aus diesem Material ohne Vorwärmung in die Gießform eingelegt und eingegossen werden.

Als vorteilhaft für den Fertigungsablauf hat sich erwiesen, daß Kerne aus porösem Kohlenstoff im Vergleich zu Salzkernen stoßunempfindlich sind. Gegebe nenfalls können die Kerne und Formteile aus porösem Kohlenstoff, insbesondere deren mit dem Gießmetall nicht in Berührung kommende Flächenteile, durch eine Schlichte, z. B. einer Mischung von Graphitpulver und Kaolin, abgedeckt werden, um Oxydation durch länger einwirkenden heißen Luftsauerstoff zu verhindern.

Hervorzuheben ist ferner die hohe Beständigkeit der nach der Erfindung ausgebildeten Kerne und Formteile beim Kontakt mit dem Gießmetall, insbesondere beim Kontakt mit flüssigen Leichtmetallen, wie Aluminiumlegierungen, da zwischen dem Kohlen-

ss kolben dienen.

Bei der in F i g. 3 gezeigten gegossenen, hohlen AIu-

wte Aiuminiumiegierungen, aa zwiscnen uwu ivumcu- miniumkugel 3 ist der aus hochporösem Kohlenstoff stoff und Aluminium keine Reaktion stattfindet. Es ist 65 bestehende kugelförmige Kern 2 in dem Gußstück bedaher möglich, den nicht vermeidbaren Ausschuß an lassen, weil das Gewicht der hohlen Aluminhimkugel Gußstücken dem Einsatzmetall wieder zuzuführen, durch den Kern nur ganz unwesentlich erhöht wird, ohne vorher das Kernmaterial zu entfernen, da beim Solche Kugeln dienen z. B. in der Fischerei zum l»·

gen von Fangnetzen. Mit 4 ist der Gießansatz der Hohlkugel bezeichnet, durch den auch die Halterung für den Kern eingeführt wird.

In F i g. 4 ist eine aus den Hälften 5 und 6 bestehende geteilte Gießform im senkrechten Schnitt dargestellt. Der aus porösem Kohlenstoff bestehende Kern 7 wird durch die in der oberen Formhälfte 6 befestigten Stifte 8 und 9 in der richtigen Lage gehalten. Nach dem Erstarren des Gußstückes dienen die durch die Kernhalterungen 8 und 9 gebildeten öffnungen im Gußstück zur Einführung der Brennerflamme zur Zerstörung des Kernmaterials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

ι J 2 ies und bei unzureichender Trocknung die Gefahr der Patentansprüche: Wasserdampf bildung beim Gießen. Abgesehen davon schützt die Isolierschicht den Kern nur sehr kurze Zeit j

1. Leicht entfernbare Formteile, insbesondere vor der Zerstörung durch die Gießbitze. Auch bereitet j Kerne aus porösem Kohlenstoff für Gießerei- 5 die vollständige Entfernung der Isolierschicht aus j zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß dem-Gußstück große Schwierigkeiten. j die Kerne aus porösem Kohlenstoff mit einem Po- Kerne aus feinem Koks mit einem Kunstharzbinder ■ renvolumen über 80°/« bestehen. haben etwa die gleichen Nachteile wie Sandkerne.

2. Fonnteile, insbesondere Kerne nach An- Erschwerend ist, daß die Wärmeleitfähigkeit solcher j spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus io Kerne größer ist als die von Sandkemen, so daß sehr j carbonisiertem Kunststoffschaum bestehen. rasch Gasentwicklung im gesamten Kernquerschnitt

3. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, auftritt. Das Ausbrennen von Kernen aus feinem insbesondere Kernen nach Anspruch 1 oder 2, Koks ist infolge der hohen Dichte von etwa 1,4 wegen dadurch gekennzeichnet, daß organische Sub- der schweren Entzündbarkeit schwierig und bei lanstanz in Blockform verkokt und die Kerne aus der 15 gen Kernen kaum möglich.

verkokten Masse herausgearbeitet wurden. TJm die Gasentwicklung durch Zersetzung des Bin-

4. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken ders zu vermindern, hat man Kerne aus Koks und unter Verwendung von Kernen nach Anspruch 1 einem organischen Binder hergestellt, der nach der oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne Formgebung des Kernes einem Carbonisierungspronach dem Guß durch Verbrennen, Vorzugs- ao zeß unterworfen wird, um den Binder zu verkoken, weise unter Einblasen von Sauerstoff, aus dem Dadurch wird die Herstellung solcher Kerne aufwen-Gußstoff entfernt werden. dig. Auch sind durch die zweite Verkokung Maßab

weichungec nicht zu vermeiden. Infolge des bei etwa 3O°/o liegenden Porenvolumens ist das vollständige

35 Ausbrennen des Kernes schwierig.

Durch die deutsche Offenlegungsschrfft 1 571 320 sind Kerne bekanntgeworden, die in der Hauptsache

Die Erfindung bezieht sich auf leicht entfernbare aus verkokter organischer Fasersubstanz bestehen, Formteile, insbesondere Kerne aus porösem Kohlen- welche zur Formgebung mit Kunstharz gebunden werstoff für Gießereizwecke, sowie auf Verfahren zur 30 den. Nach der Formgebung wird der Binder verkokt Herstellung solcher Formteile sowie zur Herstellung und das dabei gebildete Kohlenstoffgerüst durch Abvon Gußstücken unter Verwendung derselben. scheidung von pyrclytischem Kohlenstoff mechanisch

Die Anforderungen, welche in der Gießerei an verstärkt. Hier sind die gleichen Nachteile gegeben Kerne gestellt werden, sind außer einfacher Herstel- wie bei Kernen aus feinem Koks und einem nachträglung möglichst durch angelerntes Personal insbeson- 35 lieh carbonisiertem Binder. Die Dichte derartiger dere eine ausreichende mechanische Festigkeit, Maß- Kerne ist in der deutschen Offenlegungsschrift genauigkeit, chemische und physikalische Beständig- 1 571 320 mit 0,45 bis 0,71 angegeben, so daß das Pokeit unter dem Einfluß der Gießhitze, leichte Zerstör- renvolumen maximal bei 50 bis 60 °/o liegt, was zu barkeit und möglichst vollständige Entfernbarkeit des Schwierigkeiten beim Ausbrennen der Kerne führt. Kernmaterials sowie Unschädlichkeit etwa im Guß- 40 Auch hier leidet die Maßgenauigkeit durch die bei der teil verbleibender Reste. zweiten Carbonisierung unvermeidbare Schrumpfung.

Die konventionellen Sandkerne ermöglichen zwar Die Erfindung vermeidet die oben geschilderten

bei Anwendung geeigneter Bindemittel die Herstel- Nachteile bei Formteilen, insbesondere Kernen aus lung auch komplizierter Kerne, jedoch haben diese porösem Kohlenstoff, dadurch, daß die Kerne aus den Nachteil, beim Gießen mehr oder weniger stark zu 45 einem porösen Kohlenstoff mit einem Porenvolumen gasen, so daß für ausreichende Gasabfuhr gesorgt über 8O°/o bestehen. Dieses Kernmaterial besteht bei werden muß. Auch bereitet die Entfernung der Reste einer bevorzugten Ausfuhrungsforni der Erfindung von Sandkemen aus engen Hohlräumen erhebliche aus carbonisiertem Kunststoffschaum.
Schwierigkeiten. Bisher war die Verwendung von leicht zerstörba-

Kerne, die durch Pressen und Sintern von Salz her- 50 rem Kernmaterial aus Kohlenstoff dadurch begrenzt, gestellt werden, können zwar mit Wasser aus dem daß es in der Praxis nicht für möglich gehalten wurde, Gußstück herausgelöst werden, jedoch ist die restlose das Porenvolumen über 30 bis 50 °/o zu erhöhen, weil Entfernung schwierig, und verbleibende Salzreste kön- man annahm, daß bei einem höheren Porenvolumen nen zur Korrosion führen. Die Herstellung von Salz- die mechanische Festigkeit des aus kömiger oder fasekernen durch Pressen und Sintern erfordert aufwen- 55 riger Grundsubstanz und einem Binder aufgebauten dige Einrichtungen. Ferner sind Salzkeme hygrosko- Werkstoffs zu stark vermindert werden würde und da pisch und empfindlich gegen Temperaturschock. Sie auch befürchtet wurde, daß die thermische Ausdehhaben einen relativ hohen Wänneausdehnungskoeffi- nung der in einem größeren Porenvolumen eingezienten. Es besteht die Gefahr der Wasserdampfbil- schlossenen Gase beim Gießen zu einem heftigen BIadung und des Reißens beim Abgießen. 60 sen der Kerne führen müßte. Jedoch hat sich überra-

Auch Kerne aus geschäumtem Kunstharz sind be- sehend erwiesen, daß derartige Schwierigkeiten bei kannt, das durch eine wärmeisolierende Sperrschicht Kernen aus porösem Kohlenstoff mit einem Porenvovor dem Verbrennen bzw. Vergasen bei Berührung lumen auch weit über 80 %, z. B. 95 bis 97 %>, tatsächmit flüssigem Metall geschützt ist. Die Bildung dieser lieh nicht auftreten, während andererseits sowohl die Isolierschicht geschieht meist durch Auftragen wäßri- 65 Herstellung als auch die vollständige Entfernung solger Dispersionen feuerfester Stoffe mit anschließender eher Kerne durch Ausbrennen wesentlich erleichtert Trocknung. Bei scharfer Trocknung besteht die Ge- und verbessert ist. Zudem entfällt die nachträgliche fahr des Erweichens oder Vergasens des Schaumstof- Carbonisierung von Bindemitteln.