DE2453584B2

DE2453584B2 - Verfahren zum herstellen von metallgusstuecken nach dem praezisionsgiessverfahren mit ausschmelzmodellen

Info

Publication number: DE2453584B2
Application number: DE19742453584
Authority: DE
Inventors: Ken Nara Monta Yasuji Kobe Hyogo Mine Yasuharu Osaka Ugata, (Japan)
Original assignee: Kubota Ltd, Osaka (Japan)
Priority date: 1973-11-13
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2453584A1; US3996991A; GB1458606A; FR2250590A1; CH609894A5; FR2250590B1

Description

Das Präzisionsgießverfahren besteht im allgemeinen darin, daß man ein ausschmelzbares Modell, das ein Abbild des gewünschten Gußstücks darstellt, aus einer ausschmelzbaren Modellmasse anfertigt, eine feuerfeste Gießform bildet, indem man das ausschmelzbare Modell mit einer Aufschlämmung eines feuerfesten Stoffs umhüllt, das ausschmelzbare Modell ausschmilzt, so daß die feuerfeste Gießform zurückbleibt, die einen Hohlraum aufweist, der vorher vom ausschmelzbaren Modell eingenommen wurde und sämtliche Einzelheiten und Feinheiten des ausschmelzbaren Modells aufweist, die feuerfeste Form in einem Ofen gebrannt und hierbei alle Rückstände des ausschmelzbaren Modells aus der feuerfesten Form entfernt und flüssiges Metall in die heiße Gießform gegossen wird, während diese so erhitzt wird, daß der Temperaturunterschied zwischen der Gießform und dem flüssigen Metall so gering wie möglich gehalten wird, das flüssige Metall in der Gießform erstarren läßt und das erstarrte Metall in Form des gewünschten Gußstücks aus der Gießform entnimmt. Die Gießform wird hergestellt, indem man einen Zyklus, der darin besteht, daß man das ausschmelzbare Modell in ein Bad taucht, das eine Aufschlämmung des feuerfesten Stoffs enthält, und die so entstandene Schicht besandct, mit einer bestimmten Häufigkeit wiederholt.

Die in dieser Weise hergestellte Form wird anschließend durch Erhitzen verfestigt, während sie durch ein Hinterfüllungsmaterial, z. B. trockenem Sand, der in einen Kasten gefüllt ist, abgestützt wird, worauf geschmolzenes Metall unter Druck in den Hohlraum der Form gegossen wird. Nach dem Erstarren der Metallschmelze in der Form wird das gewünschte Gußstück erhalten, indem die das erstarrte Metal! umgebende Form zerbrochen wird.

Die DT-AS 10 67 570 beschreibt ein Präzisionsgießverfahren unter Verwendung von Wachsmodellen mit mehrfachen, durch Tauchen erzeugten Überzügen aus hitzebeständigem Material, das dadurch gekennzeichnet ist daß das Wachsmodell mit Überzügen solcher Anzahl und solcher Dicke versehen wird, daß eine selbsttragende Formschale entsteht und zur Entfernung des Wachsmodells aus der Schale heiße Lösungsmitteldämpfe, welche durch die Wände der Schale geführt werden, verwendet werden.

Die DT-AS 11 10 366 beschieibt ein Verfahren zum Ausschmelzen von Wachsmodellen aus Präzisionsgießformen, bei den ein entsprechendes Wachsmodell mit einem Schlicker eines feinpulvrigen, feuerfesten, keramischen Werkstoffs und der erhaltene Überzug mit gröberen, feuerfesten, keramischen Teilchen derart umhüllt ist, daß die Wand des Gesamtüberzuges dick genug ist, um sich selbst zu tragen, jedoch dünn genug, um eine schnelle Wärmeleitung zu gewährleisten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das überzogene Wachsmodell einem plötzlichen Hitzeschock ausgesetzt wird, so daß zuerst nur ein Teil des Wachses an seinen Grenzflächen mit der feuerfesten Schale schmilzt und ausläuft, bevor das ganze Wachs des Modells schmilzt und durch seine thermische Ausdehnung übermäßig an Volumen zunimmt und daß dadurch genügend Raum für die nachfolgende Ausdehnung des restlichen Wachses entsteht, worauf die Form bis zur vollständigen Entfernung des Wachses des Modells und bis zur Sinterung der feuerfesten Form fertig gebrannt wird.

Die DT-AS 12 16 492 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen der Modelle bei der Herstellung von Schalengießformen für das Präzisionsgießverfahren mit verlorenen Modelleji aus plastischem Kunststoffmaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Modelle aus Kunststoff durch Behandeln mit einem flüssigen, die poröse Formschale durchdringenden Lösungsmittel nur teilweise auflöst und erst dann durch Erhitzen der Gießform oberhalb der Verflüchtigungstemperatur des Modellmaterials dieses vollständig entfernt.

Das ältere Patent 24 44 874 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von verlorenen Modellen für den Präzisionsguß, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Naphthalin oder p-Dichlorbenzol enthaltenden Modellwerkstoff bei einer Temperatur von 150⁰C oder niedriger in eine Modellmatrize gießt.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein verbessertes Präzisionsgießverfahren verfügbar zu machen, das die den bekannten Präzisionsgießverfahren innewohnenden Nachteile, d. h. die beim. Entwachsen großer Teile auftretenden Schwierigkeiten, im wesentlichen ausschaltet, wobei verhältnismäßig große, genau bearbeitete und maßlich zuverlässige Gußstücke verwendbar sind, ohne daß komplizierte Gießmethoden erforderlich sind, wodurch die Herstellung gewünschter Gußstücke mit großer Maßgenauigkeit bei verringerten Kosten und ohne wesentliche Verschiebung des Termins der Lieferung an die Abnehmer möglich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Metallgußstücken nach dem Präzisionsgießverfahren mit Ausschmelzmodellen unter Verwendung von verlorenen Modellen, die durch Gießen eines Naphthalin oder p-Dichlorbenzol, mit oder ohne Zusatz eines oder mehrerer Harze aus der aus Polystyrol, Polyäthylen und Polyvinylacetat bestehenden Gruppe enthaltenden Modellwerkstoffs bei einer Temperatur von 150⁰C oder niedriger in eine Modellmatrize hergestellt worden sind nach Patent 24 44 874, das dadurch gekennzeichnet

ist, daß die in bekannter Weise hergestellte, das Modell enthaltende Gießform dem Dampf eines organischen Lösungsmittels aus der aus Chlorkohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgesetzt wird, bis ein Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Modells und der Innenfläche der Form entstanden ist, der Rest der Modellmasse durch Erhitzen in einem Ofen ausgeschmolzen und die Form in üblicher Weise fertiggestellt und abgegossen wird.

Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens gemäß der m Erfindung ist die Verwendung eines verdampfbaren Lösungsmittels, das ein hohes spezifisches Gewicht im Vergleich zu LuIt hat, und dessen Dämpfe verwendet werden, um das schmelzbare Modell zu schmelzen, wobei ein feuerfester Überzug oder Investment zurückbleibt. Der feuerfeste Überzug oder das Investment wird zu einer für den eigentlichen Guß gebrauchsfertigen starren Form, nachdem der Überzug zur Verfestigung erhitzt worden ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform darstellen.

Fig. 1 zeigt als Seitenansicht im Schnitt ein ausschmelzbares Modell mit der Form einer Schiffsschraube nach dem Einbetten in einen feuerfesten Stoff;

Fig.2 zeigt als Seitenansicht im Schnitt das schmelzbare Modell während des Schmelzens in einem Heiztank zur Bildung einer einteiligen Form für den Guß einer Schiffsschraube;

Fig.3 zeigt als Seitenansicht im Schnitt die zum Abgießen der Schiffsschraube bereite, in einen Formkasten eingesetzte Form;

Fig.4 zeigt schematisch als Seitenansicht im Schnitt einen Ofen, der zum Ausschmelzen des Modells durch Erhitzen verwendet werden kann;

Fig.5 ist eine graphische Darstellung, die einen Verfahrensablauf für die Herstellung der ungeteilten Form veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt ein ausschmelzbares Modell 10 mit der Form einer Schiffsschraube, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu gießen ist. Das Modell ist mit einem feuerfesten Überzug von geeigneter Wandstärke aus Keramikmaterial umhüllt. Der feuerfeste Überzug ist mit 11 bezeichnet und stellt zum Zeitpunkt der Fertigstellung der Schalenform gemäß der Erfindung eine ungeteilte Form dar, die für das Abgießen der Schiffsschraube bereit ist.

Das ausschmelzbare Modell 10 kann in beliebiger bekannter Weise ähnlich wie beim üblichen Wachsausschrneizverfahren hergestellt werden. Gemäß Hauptpatent DT-PS 24 44 874 kann es jedoch unter Verwendung einer geteilten Form, die aus zwei Formhälften besteht und aus Modellgips hergestellt worden ist, angefertigt werden. Diese geteilte Form weist einen Matrizenhohlraum auf, der alle Feinheiten und Einzelheiten eines (nicht dargestellten) Urmodells der Schiffsschraube

Tabelle I

zeigt.

Die Schiffsschraube ist bekanntlich mit einer Bohrung versehen, mit der die Schiffsschraube an einer Antriebswelle, mit der sie sich dreht, befestigt wird. Aus Gründen, auf die nachstehend eingegangen wird, ist zwar das Urmodell ein Abguß der zu gießenden Schiffsschraube, jedoch kann as nicht mit einer Ausnehmung, die funktionell und strukturell der Bohrung in der Schiffsschraube entspricht, versehen werden.

Bevor der Werkstoff für das ausschmelzbare Modell 10 in den Hohlraum der aus den beiden zusammengeklammerten Formhälften bestehenden geteilten Form gegossen wird, wird ein Kern 13, der schließlich die Bohrung in der Schiffsschraube bildet, in einer vorbestimmten Lage im Hohlraum der geteilten Form angeordnet. Anschließend wird der schmelzbare Modellwerkstoff, dessen Zusammensetzung später beschrieben wird, im flüssigen Zustand in den Hohlraum der geteilten Form gegossen. Auf Grund der Natur des erfindungsgemäß verwendeten schmelzbaren Modellwerkstoffs erfordert das Gießen dieses Werkstoffs in den Hohlraum der geteilten Form nicht die Verwendung einer Spritzgußmaschine des obengenannten Typs. Dies bedeutet nicht unbedingt, daß die Verwendung der Spritzgußmaschine ausgeschlossen ist, sondern daß gegebenenfalls eine verhältnismäßig einfache Spritzgußmaschine verwendet werden kann, auch wenn verhältnismäßig große Gußstücke herzustellen sind.

Anschließend wird die geteilte Form mit dem in den Hohlraum gegossenen ausschmelzbaren Modellwerkstoff stehengelassen, bis der Modellwerkstoff erstarrt ist. Nach dem Erstarren des Modellwerkstoffs kann das ausschmelzbare Modell 10 durch Herausnahme aus der geteilten Form erhalten werden. Es ist zu bemerken, daß das in dieser Weise angefertigte ausschmelzbare Modell 10 den Kern 13 enthält.

Als ausschmelzbarer Werkstoff für das Modell 10 eignen sich Naphthalin, Naphthalin mit Zusatz von Polystyrolharz, Polyäthylenharz, Vinylacetat und/oder ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und p-Dichlorbenzol, dem Polystyrolharz und/oder Vinylacetat zugesetzt worden ist. Bevorzugt werden jedoch Naphthalin, dem Polystyrolharz in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht, des Naphthalins, zugesetzt worden ist, Naphthalin, dem ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat in einer Menge im Bereich von 1 bis 5%, bezogen auf das Gewicht des Naphthalins, zugesetzt worden ist, und Naphthalin, dem ein Polyäthylenharz in einer Menge von 3 bis 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Naphthalins, zugesetzt worden ist.

Die Eigenschaften und Kennzahlen von Naphthalin und von Gemischen von Naphthalin, jeweils mit Polystyrolharz, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und Polystyrolharz, sind nachstehend in Tabelle I genannt.

Material	Zugesetzte	Schmelz	Schwindung*)	Wärme-	Biege-
	Menge	punkt		ausdeh-	festigk.·)
				nungskoeff.
	%	⁰C		(· 10-⁶/°C)	kg/cm²

Naphthalin

Naphthalin plus
Polystyrolharz

—	80,2	2,3/1,000	86,5	6,8
0,5	80,0	2,6/1,000	87,4	20,8
1,0	80,0	4,0/1,000	102,2	25,5
3,0	80,0	5,0/1,000	155,5	31,0
5,0	80,0	5,0/i,000	271,0	34,0
10.0	80,0	7,3/1,000	349,6	37,4

	Fortsetzung	J 24	53 584	Schwindung*)	6	Bicge-
5	Material					festigk.*)
				Wärmc-
	Zugesetzte	Schmelz		ausdeh-	kg/cm²
	Menge	punkt	3,0/1,000	nungskoeff.	19,8
Naphthalin plus			6,0/1,000	(· IO-^b/°C)	25,9
Äthylen-Vinylacetat-	%	⁰C	10,0/1,000		21,8
Copolymere	f 1,0	80,0	8,5/1,000 11,0/1,000 16,0/1,000		15,9 21,6 26,0
Naphthalin plus Polyäthylenharz	3,0	80,0
I 5.0	80,0
3,0 5,0 I 10,0	80,0 80,0 80,0

*) Gemessen zum Zeitpunkt der Anfertigung des Modells 10.

Nach der Fertigstellung des ausschmelzbaren Modells 10 wird es wiederholt abwechselnd einer bestimmten Anzahl von Umhüllungs- und Besandungsprozessen unterworfen, um ein feuerfestes Investment oder eine feuerfeste Form 11, die das ausschmelzbare zo Modell 10 umhüllt, von geeigneter Wandstärke zu bilden. Beispielsweise wird das abwechselnde Umhüllen und Aufstreuen von Sand im Falle einer gewünschten Schiffsschraube von 400 mm Durchmesser 6- oder 7mal und im Falle einer gewünschten Schiffsschraube von 1200 mm Durchmesser 10- bis 12mal wiederholt.

Jeder Umhüllungsprozeß wird in einer Atmosphäre, in der die Temperatur bei 30 ± TC und die Feuchtigkeit bei 40 bis 50% gehalten wird, durchgeführt, indem das ausschrnelzbare Modell 10 in ein Bad getaucht wird, das eine Aufschlämmung von feuerfestem Stoff, z. B. geschmolzenem Siliciumdioxyd, Zirkonpulver oder Tonerdepulver, der durch ein Bindemittel, z. B. kolloidale Kieselsäure oder hydrolysiertes Äthylsilikat, chemisch gebunden ist, enthält. Vorzugsweise wird für die erste Umhüllung eine Aufschlämmung verwendet, die Zirkonpulver, das zu wenigstens 70% eine Teilchengröße von 40 μ hat, als feuerfester Sioff in einer Menge von 6,0 kg/kg Bindemittel, kolloidale Kieselsäuren des Typs A und B in einer Menge von je 0,5 1 als Bindemittel und ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von 2 g enthält. Für die anderen Überzüge nach dem ersten Überzug wird jedoch zweckmäßig eine Aufschlämmung verwendet, die Zirkonpulver, das zu wenigstens 70% eine Teilchengröße von 48 μ hat, als feuerfester Stoff in einer Menge von 5,5 kg und kolloidale Kieselsäuren des Typs A und B in einer Menge von je 0,51 als Bindemittel enthält.

Es ist auch möglich, für die erste Umhüllung eine Aufschlämmung, die geschmolzenes Siliciumdioxyd, das zu wemigstens 70% eine Teilchengröße von 44 μ hai, als feuerfesten Stoff in einer Menge von 2,1 kg, kolloidale Kieselsäuren der Typen A und B in einer Menge von je 0,51 als Bindemittel und ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von 2 g enthält, und für die weiteren Umhüllungsprozesse eine Aufschlämmung zu verwenden, die geschmolzenes Siliciumdioxyd, das zu wenigstens 70% eine Teilchengröße von 44 μ hat, als feuerfesten Stoff in einer Menge von 1,5 kg und kolloidale Kieselsäuren der Typen A und B in einer (>o Menge von je 0,5 Liter als Bindemittel enthält.

Es ist zu bemerken, daß die kolloidale Kieselsäure des Typs A eine Teilchengröße von etwa 30 μ und die kolloidale Kieselsäure des Typs B eine Teilchengröße von etwa 10 μ hat. ft.s

jede Besandung wird in einer Wirbelschicht aus trockenem Sand, z. B. Tonerdesand oder Sand aus geschmolzenem Siliciumdioxyd, oder durch Aufspritzen oder Aufstreuen des trockenen Sandes auf die Formschale 11 zur Verfestigung der Formschale vorgenommen. Während der ersten Besandung, die anschließend an den ersten Umhüllungsprozeß vorgenommen wird, ist es zweckmäßig, Tonerdesand einer Teilchengröße im Bereich von 0,149 bis 0,84 mm zu verwenden, wenn die für den Tauchprozeß verwendete Aufschlämmung Zirkonpulver als feuerfesten Stoff enthält, oder geschmolzenes Siliciumdioxyd einer Teilchengröße im Bereich von 0,149 bis 0,84 mm zu verwenden, wenn die für den Tauchprozeß verwendete Aufschlämmung geschmolzenes Siliciumdioxyd als feuerfesten Stoff enthält. Vorzugsweise wird für die erste Besandung nach dem Aufbringen des ersten Überzuges Tonerdesand oder geschmolzenes Siliciumdioxyd mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,149 bis 0,297 mm verwendet, während für die auf die erste Besandung folgenden weiteren Besandungen Aluminiumoxydsand oder geschmolzenes Siliciumdioxyd mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,297 bis 0,84 mm verwendet wird.

Es ist zu bemerken, daß die Zeit zwischen dem Aufbringen eines Überzuges und dem anschließenden Besanden 30 bis 60 Sekunden betragen kann. Außerdem sollte zwischen einem Zyklus aus Überziehen und Besanden und dem folgenden Zyklus eine Zeitspanne von beispielsweise 30 bis 60 Minuten vergehen, um den Formstoff 11 trocknen zu lassen.

Es leuchtet ein, daß zum Zeitpunkt der Beendigung der wiederholten Zyklen aus abwechselndem Umhüllen und Besanden der im ausschmelzbaren Modell 10 enthaltene Kern 13 mit der Formschale 11 beispielsweise bei 13a mechanisch so fest verzahnt ist, daß er sich nicht von der Formschale 11 trennt, wenn und nachdem das ausschmelzbare Modell 10 in der nachstehend beschriebenen Weise ausgeschmolzen wird bzw. ausgeschmolzen worden ist.

Nach Beendigung des letzten Zyklus aus Umhüllen und Besanden wird das ausschmelzbare Modell 10, das mit der feuerfesten Formschale 11 umhüllt ist, vollständig ausgeschmolzen, wobei eine einteilige Keramikform erhalten wird, deren Hohlraum alle Einzelheiten und Feinheiten des Urmodells der zu gießenden Schiffsschraube aufweist. Zu diesem Zweck wird ein Ausschmelzgefäß verwendet, das in der in F i g. 2 dargestellten Weise ausgebildet ist.

Das in Fig.2 dargestellte Ausschmelzgefäß weist eine Bodenkammer 14 auf, die unter einer Trennwand 15 angeordnet und mit einem dünnflüssigen Medium, z. B. einem öl, gefüllt ist. Das dünnflüssige Medium in der Bodenkammer 14 kann durch ein geschlossenes Heizrohr 16 erhitzt werden, dem durch eine Zuleitung 17 der zum Erhitzen des Rohres 16 erforderliche Strom

zugeführt wird. Durch Erhitzen des Heizrohres 16 wird natürlich das flüssige Medium in der Bodenkammer 14 erhitzt, wodurch wiederum die Trennwand 15 erhitzt wird.

Das mit der feuerfesten Formschale 11 umhüllte ausschmelzbare Modell 10 wird im Ausschmelzgefäß so auf ein Traggestell gelegt, daß ein Teil des nicht mit dem feuerfesten Überzug 11 umhüllten Modells 10, d.h. die öffnung 11a des feuerfesten Überzuges 11, im wesentlichen der Trennwand 15 zugewandt ist, so daß der gesamte ausschmelzbare Werkstoff, der das Modell 10 bildet, auf die Trennwand 15 fließen kann. Nach oder

Tabelle Il

vor dem Einsetzen des ausschmelzbaren Modells 10 in das Ausschmelzgefäß wird ein organisches Lösungsmittel, das aus einem Chlorkohlenwasserstoff oder einem chlorierten Alkan, z.B. 1,1,1,-Trichloräthan (CH₃ · CCl₃), 1,1,2-Trichloräthan (CHChCCI₂) oder 1,1,2,2-Tetrachloräthan (Cl₂C: CCl₂) besteht, in einer geeigneten Menge, die von der Menge des auszuschmelzenden schmelzbaren Werkstoffs abhängt, in das Ausschmelzgefäß gegossen. Die physikalischen Eigenschaften der für die Zwecke der Erfindung geeigneten Lösungsmittel sind in der folgenden Tabelle 11 genannt.

Lösungsmittel

Mol-Gew.

Siedepkt.
⁰C

Spez. Wärme

Spez. Gew.
bei

4°C

Dampfdichte
g/l

Spez. Gew.
bez. auf Luft

Dampfdruck
mm Hg

CH3 · CCb	133,41	74,0	0,255	1,346	4,69	4,55	100,0
CHCl : CCb	131,39	87,1	0,227	1,464	4,45	4,54	57,8
CbC : CCb	165,83	121,2	0,205	1,623	5,13	5,72	14,4

Nach Erzeugung der Dämpfe des Lösungsmittels durch Erhitzen des Lösungsmittels beginnt das ausschmelzbare Model! 10 nicht nur durch die physikalische Wirkung der latenten Wärme des verdampften Lösungsmittels, sondern auch durch die chemische Wirkung des verdampften Lösungsmittels zu schmelzen. Vorzugsweise wird das ausschmelzbare Modell 10 in das Ausschmelzgefäß eingesetzt, nachdem die Lösungsmitteldämpfe gebildet worden sind.

Während des Schmelzvorganges dringt das verdampfte Lösungsmittel durch die feuerfeste Schalenform 11, die eine poröse Struktur hat. Gleichzeitig wird die feuerfeste Schalenform 11 durch die latente Wärme des verdampften Lösungsmittels erhitzt. Daher schmilzt das mit dem feuerfesten Formstoff 11 umhüllte ausschmelzbare Modell, das beispielsweise im Falle der Schiffsschraube von 400 mm Durchmesser in etwa 15 Minuten und im Falle der Schiffsschraube von 1200 mm Durchmesser in etwa 30 Minuten vollständig geschmolzen ist, wobei ein Hohlraum in der feuerfesten Schalenform 11 zurückbleibt, während der geschmolzene Modellwerkstoff, der das Modell 10 bildete, sich auf der Trennwand 15 im Ausschmelzgefäß sammelt, wie bei 19 angedeutet.

Da, wie die Werte in Tabelle I zeigen, das ausschmelzbare Material für das Modell 10 einen verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, läßt sich das Modell 10 leicht ausschmelzen, ohne wesentliche Rißbildung der feuerfesten Schalenform 11 zu verursachen.

Vor dem vollständigen Schmelzen des ausschmclzbaren Modells 10 und nach dem Schmelzen einer gewissen Menge des ausschmelzbarcn Materials für das Modell 10 bis zum Entstehen eines Abstandes von einigen Millimetern zwischen der Oberfläche des Modells 10 und der Innenfläche der feuerfesten Schalenform Il wird das Ganze aus dem Ausschmelzgcfäß herausgenommen und in einen Ofen eingesetzt, in dem das Modell mit der umgebenden Schalenform erhitzt wird, bis das Modell 10 vollständig geschmolzen ist. Diese Methode wird später unter Bezugnahme auf I" i g. 3 bis 5 beschrieben.

Um bei der in Fi g. 2 dargestellten Ausführungsform Verluste an organischem Lösungsmittel zu vermeiden und eine andernfalls (.lurch this im Ausschmclzgcfäß verdampfte Lösungsmittel erfolgende Verunreinigung der Umgebungsluft weitgehend auszuschalten, ist eine Kondensationsvorrichtung im Ausschmelzgefäß angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Kondensationsvorrichtung die Form einer Kühlschlange, die beispielsweise bei 20 im Ausschmelzgefäß angrenzend an die öffnung am oberen Ende angeordnet ist. Der Kühlschlange 20 wird ein Kühlmedium, z. B.

gekühltes Wasser, mit Hilfe einer (nicht dargestellten) geeigneten Pumpvorrichtung in beliebiger bekannter Weise zugeführt.

Es ist offensichtlich, daß auf Grund der Tatsache, daß die Dämpfe aller Lösungsmittel, die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden können, ein höheres spezifisches Gewicht als Luft haben, wie die Werte in Tabelle II zeigen, der Lösungsmitteldampf das Bestreben hat, aus dem Ausschmelzgefäß überzufließen, wenn die Front des Lösungsmitteldampfes die Höhe der öffnung am oberen Ende des Ausschmelzgefäßes erreicht. Der Lösungsmitteldampf, der das Bestreben hat, aus dem Ausschmelzgefäß überzufließen, wird vorteilhaft bei Berührung mit der Kühlschlange 20 zu Tröpfchen kondensiert, die in das Ausschmelzgefäß zurückfallen, wie bei 21 angedeutet.

Die feuerfeste Gießform 11 wird nach dem Ausschmelzen des Modells 10 in der gleichen Weise wie beim üblichen Präzisionsguß in einem Ofen etwa 2 Stunden auf 850⁰C erhitzt, wodurch Reste des

so ausschmelzbaren Modellwcrkstoffs, die in der Gießform 11 möglicherweise ungeschmolzen zurückgeblieben sind und andernfalls eine Ursache von Gasanschlüssen und Gußblascn im erhaltenen Gußstück sein können, vollständig entfernt werden und außerdem der Gicß-

ss form 11 Festigkeit verliehen wird.

Die wärmebehandcltc feuerfeste Schalenform 11 ist nun bereit für die Verwendung als ungeteilte Gießform, wobei die öffnung ll.'i als Zulauf dient, durch den flüssiges Metall in die Form gegossen wird.

(«ι Wie Fig. 3 zeigt, wird die Gießform II, die in der vorstehenden Beschreibung als feuerfester Überzug, Investment oder Schalenform bezeichnet wurde, anschließend in eine Masse aus trockenem Sand 22, ■/.. B. Stahlsand, chromicrtcm Sand und Zirkonsand, der in

('.s einen geeigneten Formkasten 23 gefüllt ist, so eingebettet, daß die Gießform 11 durch die Masse von trockenem Sand 22 hintcrfüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt nur ein Teil der Gießform 11 angrenzend an den

709 539/334

Gießtrichter 11a frei außerhalb der Masse von trockenem Sand 22 im Formkasten 23. Dieser freiliegende Teil der Gießform 11 wird seinerseits mit einem Wärmeisoliermaterial 24 bedeckt, das aus Keramikfasern bestehen kann.

Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung wird vor dem Eingießen des flüssigen Metalls in die Form 11 erhitzt, um eine vorbestimmte Temperatur zu erreichen und hierdurch den Temperaturunterschied zwischen der Form 11 und dem in die Form gegossenen flüssigen Metall möglichst gering zu halten. Sie kann beispielsweise auf etwa 400⁰C erhitzt werden. Um diese Temperatur zu erreichen, ist eine Erhitzungsdauer von etwa 3 Stunden erforderlich. Es ist zu bemerken, daß die Temperatur der erhitzten Gießform 11 aufrechterhalten wird, bis sie mit dem flüssigen Metall vollständig ausgegossen ist.

Während die in der in Fig.3 dargestellten Weise angeordnete Gießform 11 bei der vorbestimmten Temperatur gehalten wird, wird das flüssige Metall durch den Angußtrichter lla in die Gießform 11 gegossen. Nach vollständigem Erstarren des flüssigen Metalls wird die Form 11 aus dem Formkasten 23 genommen und dann zerbrochen oder abgesägt, wobei die fertiggegossene Schiffsschraube erhalten wird. Der Kern 13 läßt sich aus der fertiggegossenen Schiffsschraube leicht entfernen, indem beispielsweise ein Schlag darauf geführt oder eine axial ausgerichtete Stoßkraft darauf ausgeübt wird.

Nun sei auf Fig.4 und 5 Bezug genommen. Die aus der feuerfesten Formschale 11 mit dem darin befindlichen ausschmelzbaren Modell 10 bestehende Anordnung wird, nachdem eine gewisse Msnge des ausschmelzbaren Werkstoffs des Modells 10 in Berührung mit dem verdampften Lösungsmittel und durch den Einfluß der latenten Wärme des Lösungsmitteldampfes so weit abgeschmolzen ist, daß ein Abstand von einigen Millimetern zwischen der Oberfläche des Modells 10 und der Innenfläche der feuerfesten Schalenform entstanden ist, wie dies im wesentlichen in Fig. 2 veranschaulicht ist, einem Hitzeschmelzprozeß unterworfen, wie er vorstehend beschrieben wurde.

Wenn, wie Tabelle 1 zeigt, das Modell 10 aus einem Gemisch von Naphthalin und Polystyrolharz hergestellt wird, hat es einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ein aus Naphthalin angefertigtes Modell. Dies gilt insbesondere für den Fall, in dem das Polystyrolharz in einer Menge von nicht weniger als 1 % verwendet wird. Im allgemeinen kann in Fällen, in denen das Modell 10 aus Naphthalin mit Zusatz von Polystyrolharz in einer Menge von nicht weniger als 1% hergestellt worden ist, die gesamte Anordnung, d. h. das Modell 10 mit der umgebenden Schalenform 11, in siedendes Wasser getaucht oder Heißluft von 350 bis 450^uC auf die Anordnung geblasen werden, ohne daß hierbei wesentliche Rißbildung in der erhaltenen Gießform eintritt. Eintauchen der gesamten Anordnung in siedendes Wasser würde jedoch eine Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der erhaltenen Gießform zur Folge haben, wenn der Formstoff mit dem Modell lange Zeit eingetaucht bleibt. Andererseits würde das Aufblasen von Heißluft eine erhebliche Ausdehnung des Modells 10 bewirken, so daß diese Methode des Ausschmelzens des Modells nicht bei Formen zum Gießen verhältnismäßig kleiner Gußstükke anwendbar ist.

Um das aus Naphthalin mit Zusatz von Polystyrolharz angefertigte Modell für die Herstellung einer ungeteilten Gießform zum Gießen eines verhältnismäßig großen Produkts mit verhältnismäßig komplizierter Form geeignet zu machen, muß die Rißbildung, die andernfalls in der gebildeten Gießform während des Ausschmelzens des Modells stattfinden kann, weitgehend ausgeschaltet oder im wesentlichen vollständig vermieden werden.

Der Hitzeschmelzprozeß, dem die Schalenform 11 mit dem darin enthaltenen Modell 10 zu unterwerfen ist wird, nachdem eine gewisse Menge des ausschmelzbaren Werkstoffs für das Modell 10 ausgeschmolzen worden und ein Zwischenraum zwischen dem Modell 10 und der Schalenform 11 entstanden ist, unter Verwendung eines Ofens, der auf die in Fig.4 dargestellte Weise konstruiert ist, durchgeführt. Es ist zu bemerken, daß in Fig.4 ein Ofentyp dargestellt ist, mit dem gleichzeitig mehrere Schalenformen behandelt werden können.

Die Form 11 mit dem im wesentlichen halb geschmolzenen Modell 10 wird auf einen der Böden 30 eines Wagens 31 gestellt, der auf zwei parallelen Schienen 32 beweglich ist. Der Wagen 31 wird dann in eine Heizkammer 33 geschoben, die unmittelbar über einem Auffangbehälter 34 angeordnet ist. Anschließend wird ein Heißluftstrom mit einer Temperatur, die zum Schmelzen des Modells 10 in der Gießform 11 auf einem der Böden des Wagens 31 genügt, von einem Brenner 35 durch einen Kanal 36 in die Heizkammer 33 geführt und vom Boden der Heizkammer 33 auf die Schalenform 11 mit dem darin befindlichen Modell 10 gerichtet. Der abgeschmolzene Teil des Modells 10 fällt nach unten auf den Auffangbehälter 34. Die Temperatur des aufzublasenden Heizluftstroms liegt vorzugsweise im Bereich von 350 bis 450⁰C.

Abgase, die in der Heizkammer 33 gebildet werden, können durch ein Gitterfenster an der Oberseite der Heizkammer 33 in die Atmosphäre entweichen.

Bei der graphischen Darstellung in F i g. 5 stellt der Zeitraum 1 die Zeit dar, während der das Modell 10 mit der es umgebenden Form 11 in Berührung mit dem Lösungsmitteldampf und durch den Einfluß der latenten Wärme des Lösungsmitteldampfes geschmolzen wird. Der Zeitraum II stellt die Zeit dar, während der das im wesentlichen halb geschmolzene Modell 10 dem Hitzeschmelzprozeß in dem in Fig.4 dargestellten Ofen unterworfen wird, und der Zeitraum III stellt die Zeit dar, während der ein Rückstand des Werkstoffs für das Modell 10, der während des Hitzeschmelzprozesses nicht entfernt worden ist, vollständig aus der Form 11

entfernt wird, indem diese in einen Elektroofen, der bei einer Temperatur von 850 bis 900⁰C gehalten wird, gestellt wird.

Durch den Zwischenraum, der zwischen dem Modell 10 und der Form 11 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet wird, entsteht ein Raum für die Aufnahme einer Wärmeausdehnung des ausschmelzbaren Modells 10, so daß durch anschließendes Erhitzen der Form 11 mit dem darin befindlichen Modell keine Rißbildung in der erhaltenen Gießform verursacht wird.

(.11 Es wurde gefunden, daß mit der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten ungeteilten Gießform die Oberflächenglätte der Haut eines aus nichtrostendem Stahl 18-8 hergestellten Gußstückes und bei einem aus nichtrostendem Stahl 13-Cr

(.5 hergestellten Gußstück so gut war, daß eine komplizierte Bearbeitung, die bisher erforderlich war, überflüssig wird,

I liiT/.u 2 HIaIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Metallgußstükken nach dem Präzisionsgießverfahren mit Ausschmelzmodellen unter Verwendung von verlorenen s Modellen, die durch Gießen eines Naphthalin oder p-Dichlorbenzol mit oder ohne Zusatz eines oder mehrerer Harze aus der aus Polystyrol, Polyäthylen und Polyvinylacetat bestehenden Gruppe enthaltenden Modellwerkstoffs bei einer Temperatur von 150°C oder niedriger in eine Modellmatrize hergestellt worden sind, nach Patent 24 44 874, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise hergestellte, das Modell enthaltende Gießform dem Dampf eines organischen is Lösungsmittels aus der aus Chlorkohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgesetzt wird, bis ein Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Modells und der Innenfläche der Form entstanden ist, der Rest der Modellmasse durch Erhitzen in einem Ofen ausgeschmolzen und die Form in üblicher Weise fertiggestellt und abgegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Ofen im Bereich von 350 bis 450° C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Chlorkohlenwasserstoffe, 1,1,1 -Trichloräthan, 1,1,2-Trichloräthan und/oder 1,1,2,2-Tetrachloräthan verwendet werden.

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