DE2429905A1

DE2429905A1 - Verfahren zum herstellen von metallgussformen oder -hohlraeumen

Info

Publication number: DE2429905A1
Application number: DE2429905A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Keith Wheeldon; John Robert Wheeldon
Original assignee: SELLY OAK DIECASTING Ltd
Current assignee: SELLY OAK DIECASTING Ltd
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1975-01-23
Also published as: BR7405114D0; FR2234066B1; IT1016131B; AU7036474A; ZA743983B; SE7408190L; JPS5049119A; NL7408397A; DK324574A; GB1469746A; BE816717A; CA1033150A; ES427535A1; AR202559A1; FR2234066A1; NO742271L; US3954132A

Description

95-22.8l5P(22.8l6H) 21. 6. 1974

SELLY OAK DIECASTINGS LIMITED, Lowesmoor Trading Estate,

(Worcester (Großbritannien)

Verfahren zum Herstellen von Metallgußformen oder -hohlräumen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen der komplementären Teile von Metallgußformen oder -hohlräumen, vromit sich insbesondere Eisenmetallformen oder -hohlräume schnell und wirtschaftlich mit einem hohen Genauigkeitsgrad zur anschließenden Erzeugung von Aluminium- oder ähnlichen Nichteisengußstücken sowie auch Eisengußstücken und auch Formteilen aus Kunststoffen oder keramischem Material oder Glas herstellen lassen. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Herstellung -von Patrizenteilen für Preßwerkzeuge oder andere Formzwecke.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Eisen- oder anderen Metallgußform- oder -hohlraumteils, mit dem Kennzeichen, daß man einen Ausgangsform- oder -hohlraumteil herstellt, einen entsprechenden Modellkörper oder -teil aus einem gebundenen

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feuerfesten Werkstoff in oder von dem Ausgangsform- oder -hohlraumteil bildet und gegen den Modellkörper oder Modellteil einen entsprechenden Eisen- oder anderen Metallgußform- oder -hohlraumteil gießt.

Während es zur Erreichung des Ziels der Erfindung, wie im folgenden noch näher beschrieben wird, in der Praxis zweckmäßig ist, die Ausgangsform aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere von einem Basismodellkörper oder -modellteil abzugießen, der ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, können auch andere Metalle, wie z.B. Zink oder dessen Legierungen (z. B. Messing) und Kupferlegierungen (z. 3- Messing oder Bronze) verwendet werden, während weitere Metalle und deren Legierungen Magnesium, Blei, Titan und Eisenmetalle (z. B. Stahl) umfassen. Mit der Ausnahme von Blei kann der Basismodellkörper oder -modellteil, von dem der Meta11formteil oder -hohlraumteil abgegossen wird, aus dem jeweils entsprechenden oder einem geeigneten Metall bestehen, das einen im wesentlichen gleichen oder höheren Schmelzpunkt als den des zum Gießen des Metallform- oder -hohlraumteils verwendeten Metalls aufweist.

Vorteilhaft wird der Basismodellkörper oder -modellteil vor dem Umgießen vorerhitzt und mit feuerfestem Material überzogen, um die Wärmestoßwirkung und Wärmeübertragung von dem gegossenen Metall auf den Basismodellkörper oder -modellteil möglichst gering zu halten, und vorzugsweise gießt man das Form- oder Hohlraumteilmetall im unterkühlten Zustand gegen den Modellkörper oder -teil, um die Flüssig-Fest -Schrumpfung des Metalls möglichst weit zu reduzieren. Zusammen mit diesem Zustand des vergossenen Metalls ver-

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meidet bzw. verringert der feuerfeste Überzug auch ein Verschmelzen zwischen dem gegossenen Metall und dem Modellkörper oder -teil, wobei der Überzug vorzugsweise pickelig oder schwammig aufgebracht wird, um ein Entweichen von eingeschlossener Luft zu ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin -zeigen:

Fig. 1 bis 5 Querschnitte durch die verwendete Anordnung zur Veranschaulichung der einzelnen Ver-.fahrensschritte während der Herstellung eines Metallgußform- oder -hohlraumteiles.

Der hier verwendete Begriff "Aluminium" umfaßt auch jede geeignete Aluminiumlegierung, während der hier verwendete Begriff "Formteil¹' einen Gieß- oder Formhohlraumteil umfaßt, Jedoch- in analoger Weise auch einen Patrizenteil von aufviärtsragender oder positiver Form bedeuten kann.

Entsprechend Fig. 1 wird zunächst ein Aluminium-Basismodellkörper oder -modellteil 1 von einem hölzernen oder anderen Modell in einer Sandform abgeformt. Mehr als ein Aluminium-Basismodellteil 1 lassen sich in dieser Weise zur Erzeugung entsprechender Form- oder Hohlraumteile je nach der Gestalt der nachher herzustellenden gewünschten Gußstücke oder Formstücke herstellen.

Man sieht im erforderlichen Ausmaß Schrumpfungsspielräume im Aluminium-Baismode11teil 1 zum Schrumpfen des endgültig er2-.^!u:t°n Eisen- oder anderen Metallgußform- oder -hohlrauinteils/auch für das nachher in der endgültigen

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Form oder in dem endgültigen Hohlraum gegossene oder geformte Erzeugnis in Abhängigkeit von dem Metall oder Werkstoff dieses Endproduktes vor.

Nach Reinigung und Endfettung wird der Aluminium-Modellkörper 1 bei 4 auf eine bestimmte Verbindungsstirnflächenlinie 14, z. B. auf ein plastisches feuerfestes Material, wie etwa einen geeigneten Sand, aufgelegt, über dem eine Form 2 mit weiterem plastischen feuerfesten Material 5 unter Belassung eines Spaltes 6 über und um den Aluminium-Modellkörper 1 in bestimmten Abmessungen entsprechend der äußeren Gestalt und der Wanddicke des herzustellenden Ausgangsform- oder -hohlraumteils angebracht wird. Eine solche Form wird zweckmäßig z. B. durch Metallplatten 7 begrenzt und mit einem oder mehr als einem Eingußkanal 8 je nach den von der Gestalt und/oder den Abmessungen des Modells 1 bestimmten Erfordernissen versehen.

Nach dem passenden Aufbetten des Modellkörpers 1 bei 4 und der Zusammensetzung der Form 2 wird letztere zeitweilig entfernt. Der Modellkörper wird dann zunächst auf angenähert 150 ⁰C erhitzt, und man bringt auf dessen Arbeitsoberflächen eine Schicht aus einem geeigneten feuerfesten Überzug auf, der aus feinteiligem Zirkoniumdioxid in einer Lösung von Natriumsilikat und Wasser bestehen kann. Die Temperatur des Modellkörpers wird dann auf eine Temperatur in der Größenordnung von 350 bis 400 ⁰C gesteigert, und man bringt eine weitere Schicht auf, wobei das Endergebnis hiervon die Schaffung eines feinpickeligen, luftdurchlassenden Überzuges auf dem Modellkörper 1 ist. Der Zweck dieses Überzuges besteht darin, den Modellkörper 1 durch Verzögerung der Wärmeübertragung vor direkter unmittelbarer Wärmestoßwirkung während des Gießens des Form- oder Hohlraumteils 3 zu schützen,

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wobei der Überzug gleichzeitig der Ermöglichung des Entweichens von eingeschlossener Luft dient. Weiter können für diesen letzteren Zweck, falls erforderlich, zusätzliche Luftkanäle mit porösen Stopfen,.z. B. Kieselsand im Modellkörper 1 vorgesehen werden.

In einzelnen Fällen kann der Aluminium-Modellkörper auf eine Abschreckplatte statt auf das plastische feuerfeste Material aufgelegt werden, wobei die Platte eine geeignete Verbindungsstirnflächenlinie darstellt und vor allem als Wärmeabführorgan zur Absorption von Wärme aus dem Gießmetall während des Gießens des Formteils 3 dient.

Um eine maximale Ausdehnung des Aluminium-Modellkörpers vor dem Gießen des zur Herstellung des Form- oder Hohlraumteils verwendeten Gießmetalls (z. B. Aluminium) zu erreichen, wird die Temperatur des Modellkörpers 1 auf etwa 350 bis 400 ⁰C gehalten.

Das.zum Gießen bestimmte geschmolzene Aluminium wird nach Reinigung einer Abkühlung unter Umrühren in der V/eise unterworfen, daß die Temperatur der Metallschmelze auf einen Punkt gleich oder unter ihrer normalen Erstarrungstemperatur gesenkt wird, d. h. daß die Schmelze unterkühlt wird. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird das Rühren beibehalten, und die Metallschmelze wird rasch in die wieder an Ort und Stelle gebrachte Form 2 eingeführt, bis ein ausreichender Gießkopf im Eingußkanal 8 erreicht ist. Dieser Gießkopf sollte größer "als nach normaler Gießereipraxis (z. B. 2 bis k mal so groß) sein, um die in die Form eingegossene Metallschmelze 3 einem ausreichenden Druck für den engen Kontakt mit dem Modellkörper 1 zu unterwerfen und gleichzeitig eine Reserve an Gießmetall zu schaffen.

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Als Ergebnis des vorerwähnten Umrührens vermögen die primären Kristalle der Aluminiumschmelze keine zusammenhängende Matrix zu bilden, sondern sie bleiben als gesonderte Kristalle im eutektischen Zustand der Schmelze, was seinerseits zur Beibehaltung einer ausreichenden Fluidität der Schmelze für Gießzwecke bei einer Temperatur unterhalb der normalen Erstarrungstemperatur des Metalls führt.

Zusammen mit der Vorerhitzung des Modellkörpers 1 und insbesondere durch Verringern der Temperatur der vergossenen Metallschmelze auf einen möglichst niedrigen Wert beseitigt man einen sehr großen Teil der Flüssig-Fest -Schrumpfung des Iletalls mit dem Ergebnis, daß der um den Aluminium-Modellkörper 1 gegossene Form- oder Hohlraumteil 3 mit dem Modellkörper in einem hohen Genauigkeitsgrad konform ist, der weiter durch den hydrostatischen Druck aufgrund des vergrößerten Gießkopfes der Metallschmelze im Eingußkanal 8 gesichert wird.

Nach dem Abkühlen kann man den Modellkörper 1 entfernen und etwaige kleine Unregelmäßigkeiten an der Verbindungsstirnfläche 13 des Gußform- oder Hohlraumteils 3 beseitigen, welche Verbindungsfläche bei ]Λ zum Sand- oder plastischen feuerfesten Material der Bettung 4 oder zur Abschreckplatte, falls eine solche verwendet wird, hin gebildet ist. Irgendwelche erforderlichen Lageausrichtungspunkte werden in die Verbindungsfläche 13 eingearbeitet.

Die obige Verfahrensschrittfolge wird mit demselben Aluminium-Modellkörper 1 oder mit einem entsprechenden Modellkörper je nachdem, ob eine symmetrische oder eine andere Form zur Herstellung von Gußstücken erforderlich ist, wiederholt, wobei sichergestellt wird, daß genaue, zueinander passende Verbindungsflächen 13 erhalten werden.

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Während für viele Zwecke eine vollständige Form, Formserie oder Hohlraumanordnung aus zwei komplementären Formteilen besteht, kann sie sich selbstverständlich auch aus drei oder mehr komplementären Formteilen mit geeigneten Verbindungsflächen zusammensetzen, und alle solchen Formteile und damit gebildeten Formen oder Hohlraumanordnungen lassen sich nach dem- erfindungsgemäßen Verfahren herstellen.

Der oder Jeder Ausgangs form- oder -hohlraumteil J>, der in dieser Weise erzeugt ist, wird dann zwecks Formens eines Modellteils 10 (Fig. 2) aus einem keramischen oder anderen feuerfesten Werkstoff, z. B. aus mit Kunstharz gebundenem Zirkoniumdioxid oder einem geeignet gebundenen, hitzebeständigen Sand, wie z. B. Zirkoniumsilikat oder Chromit verwendet, wobei beispielsweise ein heiß- oder kalthärtendes Bindemittel, wie etwa ein Kunstharz und ein Katalysator zugesetzt werden. Der in dieser Weise erhaltene, genau bemessene feuerfeste Modellteil 10 wird dann für einen üblichen Gießvorgang verwendet, um einen endgültigen Eisen-, Stahl- oder anderen Metallform- bzw. -hohlraumteil 30 (Fig. 3) entsprechender Genauigkeit bis an eine Verbindungsstirnfläche 33 bei 40 herzustellen, die zusammen mit einem komplementären Hohlraum- oder Formteil, der in gleicher Weise erzeugt wird, zur Massengießproduktion von Teilen aus Aluminium oder anderen Nichteisenmetallen oder auch aus Eisenmetallen verwendet wird.

Der oder jeder Ausgangsaluminiumformteil 3 kann so zum Formen irgendeiner geeigneten Zahl von feuerfesten Modellteilen 10 für die Erzeugung entsprechender endgültiger Eisen- oder anderer Metallform- oder -hohlraumteile 30 verwendet werden, wobei die feuerfesten Modellteile 10 verbrauch-

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bar sind, indem sie sich nur einmal zur Herstellung eines Gußmetallformteils 30 verwenden lassen.

Um einen engen Verbindungsflächenkontakt komplementärer Eisen- oder anderer Metallgußformteile 30 zu sichern oder zu erhalten, werden diese vorzugsweise einem Normalisierungsglühprozeß unterworfen, bei dem die komplementären Formteile z. 3. bis zu δΟΟ ⁰C (jedoch vorzugsweise nicht höher) erhitzt werden und im heißen Zustand mit aneinanderstoßenden Verbindungsflächen zusammengeklammert und so bis zum Ende der Abkühlung gehalten werden.

Das gesamte Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Eisen- oder anderen endgültigen Metallgußformteilen 30 mit hohem Grad an Genauigkeit, wobei hervorzuheben ist, daß diese Formteile 30 einfach und wirtschaftlich mit dieser Genauigkeit allein durch Gießen herstellbar und die Zuhilfenahme einer maschinellen Bearbeitung und deren Aufwand vermieden oder weitgehend verringert sind.

Jedoch und insbesondere, wo eine erheblich große Zahl von endgültigen Metallgußformteilen 30 aus Eisen oder anderen Metallen im Zusammenhang mit einer Massenproduktion von Gußoder Formerzeugnissen oder Bauteilen erforderlich ist, kann man als Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Verwendung eines Basismodellkörpers oder -modellteils 1 und einer Metallgußausgangsform 3 absehen und stattdessen einen maschinell hergestellten und/oder konstruierten (z. B. aufgebauten oder fabrizierten) Ausgangsformteil oder mehrere solche Teile verwenden, wovon die feuerfesten Modellteile 10 abgeformt werden.

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Die Erfindung umfaßt nicht nur das Herstellungsverfahren und dessen Varianten entsprechend vorstehender Beschreibung, sondern auch Eisen- oder andere Metallgußform- oder
-hohlraumteile, die nach diesem Verfahren hergestellt sind.

Es sei noch erwähnt, daß irgendwelche Temperatur- oder anderen Werte, die Inder Beschreibung erwähnt sind, nur
zur Erläuterung der praktischen Beispielsausführung dienen und je nach den Erfordernissen variiert werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Eisen- oder anderen Metallgußform- oder -hohlraumteils, dadurch gekennze lehnet, daß man einen Ausgangsformoder -hohlraumteil (3) herstellt, einen entsprechenden Modellkörper oder -teil (10) aus einem gebundenen feuerfesten Werkstoff in oder von dem Ausgangsform- oder -hohlraumteil (3) bildet und gegen den Modellkörper oder -teil (10) einen entsprechenden Eisen- oder anderen Metallgußform- oder -hohlraumteil (30) gießt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ausgangsform- oder hohlraumteil (3) als Metallgußstück mit geeigneter Verbindungsstirnfläche (13) von einem Basismetallmodellkörper oder -modellteil (1) abgießt, der vor dem Gießen des Teils (3) zwecks Geringhaltung einer Wärmestoßwirkung und Wärmeübertragung vorerhitzt und mit einem feuerfesten Werkstoff überzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ausgangsform- oder -hohlraumteil (3) aus Aluminium, Zink, Magnesium, Blei, Titan, Eisenmetall oder einer Legierung eines dieser Metalle oder einer Kupferlegierung von einem mit feuerfesten Werkstoff überzogenen Basismodellkörper oder -modellteil (1) aus einem entsprechenden oder geeigneten Metall mit einem im wesentlichen gleichen wie oder nicht tieferen Schmelzpunkt als dem des zum Gießen des Teils (3) verwendeten Metalls abgießt.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ausgangsform- oder -hohlraumteil (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in eine den vorerhitzten und mit feuerfestem Werkstoff überzogenen Basismodellkörper oder -modellteil (1) enthaltende Form

(2) im wesentlichen bei oder unter der normalen Erstarrungstemperatur des Aluminiumsbzw. der Aluminiumlegierung gießt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Basismodellkörper oder -modellteil (1) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Überzug aus feuerfestem Werkstoff auf den Basismodellkörper oder -modellteil (1) zur Ermöglichung des Entweichens von während des Gießens des Ausgangsform- oder -hohlraumteils (3) eingeschlossener Luft pickelig aufbringt.

7. .Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Basismetallmodellkörper oder -modellteil (1) auf eine Temperatur der Größenordnung von 350 bis 4OO°C unmittelbar vor dem Gießen des Ausgangsform- oder -hohlraumteils (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegen diesen vorerhitzten Modellkörper oder -teil (1) erhitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsform- oder hohlraumteil (3) als ein maschinenbearbeiteter und/oder konstruierter Metallformoder -hohlraumteil gefertigt wird.

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9· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß komplementäre Eisen- oder andere Metallform- oder -hohlraumteile (30), die von entsprechenden Modellteilen (10) aus feuerfestem Werkstoff abgegossen sind, erhitzt und an hierzu bestimmten Verbindungsstirnflächen (33) verklammert werden und daß man sie in diesem Zustand zwecks Sicherung genauen Zusammenpassens der Verbindungstirnflächen (33) abkühlen läßt.

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