DE2459088B2 - Monolithische form fuer den praezisionsguss mit verlorenem modell - Google Patents

Description

nichtsublimierbares Bindemittel zugesetzt wird. Bei

55 den sublimierbaren Bindemitteln handelt es sich

um die verschiedensten organischen Substanzen mit

niederem Schmelzpunkt Der Zweck dieser sublimierbaren Bindemittel ist, nach ihrer Entfernung ein poröses Gerüst aus einem Feuerfestmaterial zuriickzu-60 lassen, welches anschließend mit einem bindenden Material der Feuerfestprodukte imprägniert wird.

Die Erfindung betrifft eine monolithische Form Dafür eignen sich verschiedene Kolloide, wie üb- und deren Herstellung für den Präzisionsguß, wobei Hcherweise hydrolysierbare Alkylsilicate und Kieseldie Form aus inneren und äußeren Schalen aufgebaut säuresole und Dispersionen sowie anorganische SUiist, deren wesentliche Bestandteile ein keramisches 65 cate, wie man sie ganz allgemein in der Gießereifeuerfestes Material und ein anorganisches Binde- technik für Kernsandbindemittel anwendet Nach mittel ist. Die Zwischenschalen zwischen den inne- dem dort abgehandelten Stand der Technik wurden ren und äußeren Schalen enthalten einen flüchtigen für Kernformsande als Bindemittel schon verschie-

dene Celluloseprodukte, Kunstharze imd vcrflüchüghare organische Substanzen einschließlich Siliconharzen angewandt. Diese lassen jedoch beim Brennen &T Kerne ein koksartiges Gerüst im Feuerfestmaterial zurück.

Die Erfindung betrifft nun neue Formen und deren Herstellung für den Präzisionsguß nach dem Wachsausschmelzverfahren bei verlorenem Modell, wobei eine Form ausreichender Festigkeit und Stabilität für den direkten Abguß erreicht wird, die sich jedoch leicht und ohne Beschädigung des Gußstücks entfernen läßt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß zumindest Teile der in der Form enthaltenen Materialien wiedergewonnen und wiederverwertet werden können. Bei den erfindungsgemäßen Formen wird die Gefahr der Warmrissigkeit oder einer Rißbildung beim Abschlagen der Formen von Gußstücken vermieden.

Nach der Erfindung wird ein Modell, insbesondere Wachsmodell, in eine 1. Tauchmasse, emäaltend feines feuerfestes Material und anorganisches Bindemittel wie Silicatbinder, getaucht. Auf die feuchte Tauchschicht wird mit körnigem feuerfestem Material gesandet und dann getrocknet. Diese drei Verfahrensschritte werden so oft wiederholt, bis die innere Schale die gewünschte Stärke hat. Es wird dann in eine 2. Tauchmasse getaucht, deren Hauptbestandteile feines Feuerfestmaterial und ein organisches flüchtiges Bindemittel sind, woraufhin wieder gesandet und getrocknet wird und man diese Verfahrensstufen bis zur erwünschten Stärke der mittkren Schale wiederholt.

Zum Aufbau der äußeren Schale werden die Maßnahmen zum Aufbau der inneren Schale wiederholt.

Wird nun die Form nach Entfernen des Modells vorgewärmt, so verflüchtigt sich das organische Bindemittel der mittleren Schale, das heißt, es wird ausgebrannt oder verdampft. Die mittlere Schale liegt nun ohne Bindemittel zwischen den äußeren und inneren Schalen vor,

Nach dem Abguß läßt sich die erfindungsgemäße Form leicht vom Gußstück trennen, indem die äußere Schale in die mittlere Schale fallen kann, woraufhin die dünne innere Schale noch entfernt werden muß. Damit wird die Warmrissigkeit unterbunden, und es kommt zu keiner Rißbildung beim Abschlagen der Form.

Die Erfindung wird an der Figur weiter erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch eine Form mit ihrem Wachsmodell nach der Erfindung zeigt.

Es ist die Zusammensetzung der Schichten für den Formaufbau und deren Aufbringung von Bedeutung.

Bei dem Begriff »Modell« kann es sich um das Modell eines einzelnen Gegenstandes oder um eine sogenannte Modelltraube handeln. Die Modelle bestehen aus üblichen hierfür angewandten Stoffen, die durch Wärme oder Chemikalien entfernbar sind. Liegen in einer Form mehrere Modelle vor, so sind diese mit Läufen verbunden (US-PS 32 66 106). Soll die Modelltraube mehrere Male getaucht werden, so ist eine Aufhängung hierfür zweckmäßig.

Ein Beispiel für eine 1. Tauchmasse ist: 8 dm³ kolloidale Kieselsäure-Lösung, 3O°/oig (Dichte 1,198), 74,8 kg Zirkon (99 Vo <43μΐη), 6,15 dm³ Wasser und 110 g Natriumfluorid.

Modell oder Modelltraube werden zuerst von Schmutz, Flocken od. dgl. befreit und dann in die gut disDereierte 1. Tauchmasse vollständig eingetaucht.

Um die Ausbildung von Lufttaschen zu vermeiden, dreht man zweckmäßigerweise das Modell oder die Modelltraube in der Masse. Mar. kann aber die Tauchmasse auch aufspritzen.

Man läßt dann überschüssige Tauchmasse ablaufen, überprüft die vollständige Bedeckung aller Flächen mit dem Tauenüberzug und ergänzt gegebenenfalls mangelnde Bedeckung auf Grund von Lufttaschen. Die Tauchschicht soll gleichmäßige Stärke

ίο haben. Das Ablaufen ist innerhalb weniger Minuten beendet, es darf jedenfalls nicht so lange dauern, daß bereits ein Trocknen der Tauchschicht stattfindet, weil sonst die Haftung der Sandschicht nicht ausreicht.

Als Material für die l.Besandung kann man beispielsweise Tonerdepulver anwenden mit folgender Siebanalyse: lOO°/o <0,3mm, <3°/o <0,149mm; 90% 0,117 bis 0,250 mm.
Auf die feuchte Tauchschicht wird die Besandungsmasse gleichmäßig aufgetragen. In der Praxis wird man den Auftrag der Besandungsmasse über ein Sieb vornehmen, auf das die Besandungsmasse durch eine Rütteldosierung gleichmäßig aufgegeben_ wird. Die Besandungsmasse haftet auf der leuchten 1 auchschicht und dringt teilweise in diese ein, so daß es zu einer integrierten Schicht auf dem Modell kommt.

Nun wird angetrocknet und dann das Tauchen und Besanden so oft wiederholt, bis die innere Schale 12 auf dem Modell 10 die gewünschte Stärke hat. Für

den Abguß von Metallteilen normalen Gewichts ist eine solche Wiederholung des Tauchens und Besandens zweckmäßig. Nach ausreichendem Trocknen wird das Ganze in eine 2. Tauchmasse für den Aufbau der mittleren Schale 14 getaucht. Im folgenden werden Beispiele für eine 2. Tauchmasse angegeben.

2. Tauchmasse
A

Tonerde < 44 um 3500 g

Polyvinylalkohol (7,26°/(,ige wäßrige Lösung) 1033 g

Kartoffelstärke (3°/cige Lösung) .. 938 g
Anionisches Netzmittel 42 cm³

Tonerde < 44 μηι 3500 g

Polyvinylalkohol (7,26°/oige wäßrige Lösung) 2000 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Zirkon < 37 um 4040 g

Polyvinylalkohol (7,26°/«ige wäßrige Lösung) 1033 g

Kartoffelstärke (3»/oige Lösung) .. 938 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Antischaum-Kolloid 21 cm³

Zirkon < 37 um 4040 g

Polyvinylalkohol (7,26°/cigc wäßrige Lösung) 1975 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Antischaum-Kolloid 21 cm³

er υυ

Tonerde < 44 ₍mi 55,2 kg

Kolloidale Graphitlösung

(22% Feststelle) 4,8 kg

Wasser 11,8 kg

Anionisches Netzmittel 418,0 cm^:!

Tragantgummi-Lösung 456,0 cm^:1

Zirkon < 44 μτη 14,85 kg

Kolloidale Graphitlösung

(22°/o Feststoffe) in Wasser 3,95 kg

Wasser 4,95 kg

Anionisches Netzmittel 200,0 cm¹

Tragantgummi-Lösung 300,0 cm·¹

Zirkon < 44 μΐη 72,0 kg

Latex 280,0 cm³

Wasser 140,0 cm³

Tragantgummi-Lösung 300,0 cm³

Anionisches Netzmittel 400,0 cm³

Octylalkohol 49,0 cm³

Bei den in den Tauchmassen E, F und G genannten Tragantgummi-Lösungen handelt es sich um eine Lösung von 445 g Tragantgummi-Pulver und 5 g Natriumbenzoat in 20 kg Wasser.

Als anionisches Netzmittel kann man beispielsweise Natriumheptadecylsulfat anwenden.

Als Antischaum-Kolloide eignen sich Handelsprodukte.

Die Aufbringung der 2. Tauchmasse geschieht so wie die der 1. Tauchmasse. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der 1. und 2. Tauchmasse besteht in dem angewandten Bindemittel. Die 1. Tauchmasse enthält ein kolloidales silicatisches Bindemittel. Die 2. Tauchmasse enthält ein organisches flüchtiges bzw. zersetzbares Bindemittel wie Polyvinylalkohol. Unter dem Begriff »organisches flüchtiges Bindemittel« versteht man eine organische Verbindung, die beim Erhitzen oder auf andere Weise verflüchtigt und/oder ausgebrannt werden kann. Durch die Anwendung eines organischen flüchtigen Bindemittels ist es möglich, eine mittlere Schale in der Form aufzubauen, deren Bindemittel später entfernt wird, so daß eine mittlere Schale zwischen innerer und äußerer gebundener Schale, und zwar dichter Packung, jedoch ungebunden vorliegt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zweckmäßigerweise jedoch nicht notwendigerweise das Modell angefeuchtet; man kann dafür im wesentlichen die gleiche Masse wie die Tauchmasse, jedoch mit geringerer Viskosität anwenden. Für das Anfeuchten verdünnt man die Tauchmasse auf einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 25 bis 75°/o. Darüber hinaus kann man das Modell mit der Innenschale 12 nach dem Trocknen in die Benetzungsmasse eintauchen, womit man ein besseres Eindringen und Benetzen der überzogenen Fläche vor dem Tauchen in die 2. Tauchmasse erreicht. Das Eintauchen in die 2. Tauchmasse erfolgt unmittelbar nach diesem Benetzen.

Nach dem Tauchen in die 2. Tauchmasse kann

diese wieder von der aufzubauenden Form ablaufen und wird gesandet und getrocknet. Die Verfahrensstul'en Benetzen, Tauchen, Besanden und Trocknen werden ein oder mehrere Male wenn notwendig wiederholt, bis die mittlere Schale 14 die gewünschte Stärke hat. Für die Bcsandung kann man die gleiche Masse wie für die innere Schale anwenden.

In den Fällen, wo eine starke ungebundene Sandschicht nicht notwendig oder wünschenswert ist

ίο — insbesondere bei der Herstellung großer Formen — ist es zweckmäßig, der 2. Tauchmasse eine sehr geringe Menge in der Größenordnung von 0,125 Gewichtsprozent eines kolloidalen Kieselsäurebirders zuzusetzen, die jedoch nicht für ein Abbinden ausreicht. Die Anwesenheit des silicatischen Binders verhindert, daß die mittlere Schale nach Entfernen des flüchtigen Binders vollständig pulverförmig wird. Der geringe Anteil an Kieselsäurebinder in der 2. Tauchmasse erhöht nicht die Festigkeit.

Die Zusammensetzung der 3. Tauchmasse zum Aufbau der äußeren Schale 16 kann — muß aber nicht — der der 1. Tauchmasse entsprechen. Auch die Aufbringung geschieht in der gleichen Weise. Im allgemeinen wendet man jedoch eine gröbere Besan-

dungsmasse an. Ist nun die äußere Schale 16 in der gewünschten Stärke aufgebaut, so wird die Form festiggetrocknet.

Als Beispiel für die Anzahl der aufzubringenden Tauchschichten für die einzelnen Schalen bei durchschnittlichen Gießgewichten kann man sagen, daß man für die innere Schale 12 zwei Tauchschichten, für die mittlere Schale 14 drei Tauchschichten und für die äußere Schale 16 zwei Tauchschichten gleicher Zusammensetzung wie in der Innenschale an-

wenden kann. Für schwerere Gußstücke oder größere Formen kann man — wenn erforderlich — die Schalenstärke erhöhen.

Nach dem Trocknen wird die Form erwärmt, um das Modell zu entfernen (entwachsen) (US-PS 32 66 106). Im allgemeinen geschieht das Entwachsen der Form durch Brennen bei höheren Temperaturen. Während dieses B renn Vorgangs entwickelt das Bindemittel in Form von kolloidaler Kieselsäure in der äußeren und inneren Schale 12, 16 eine starke Bindung der keramischen Tauch- und Sandschicht zu einer monolithischen Masse. Gleichzeitig verflüchtigt sich oder brennt das organische Bindemittel der mittleren Schale 14 aus, so daß diese ungebunden zwischen den gebundenen inneren und äußeren Schalen vorliegt.

Das Entwachsen der erfindungsgemäßen Form kann auch bei einer niederen Temperatur in dei Größenordnung von 93 bis 205° C durchgeführt werden. Dieses Entwachsen ist möglich auf Grund der hohen Grünfestigkeit der erfindungsgemäßer Form.

Wird bei einer niederen Temperatur entwachst, se muß man die Form erhitzen, um die restlichen Anteile an Wachs und das organische Bindemittel zi entfernen und gleichzeitig die silicatische Bindung

zur Wirksamkeit zu bringen. Dies geschieht im all gemeinen bei einer Temperatur zwischen 548 unc 1570° C.

Nun ist die Form gebrauchsfähig, wird vorgewärm und dann zum Abguß gebracht. Während des Vor wärmens und Abgießens nimmt die Festigkeit de Form nicht in einem solchen Ausmaß zu, daß eii übermäßiges Härten stattfindet. Ein weiterer Vor

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teil der erfindungsgemäßen Form liegt darin, daß während des Abkiihlcns die relativ dünne Inncnschale 12 zusammenfallen kann, so daß es nicht zur Wi.rmrissigkeit des Gußstücks kommt.

Nach vollständigem Abkühlen des Gußstücks wrd ausgeformt; dazu benotigt man nur eine gerinne Amplitude von mechanischen Schwingungen, da die dünnere äußere Schale 16 leicht bricht. Die miniere

Schale, die ja nicht gebunden ist, fällt ab und kann gegebenenfalls als Rücklaufmaterial wieder nutzbar gemacht werden. Ebenso leicht lassen sich die Teile der inneren Schale aufbrechen.

Die erhaltenen Gußstücke sind relativ frei an Formmaterial. Warmrissen und Brüchen durch das Abschlagen der Formen. Die Notwendigkeit eines Sandstrahlen für das Putzen wird minimal gehalten.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1 ^ 2 organischen Binder. Wird nun die Form erhitzt, so verflüchtigt sich das Bindemittel der Zwischenscha- Patentansprüche: len> SQ daß diese in ungebundenem Zustand vorlie gen. Nach dem Abguß ist das Entformen besolden

1. Monolithische Form für den Präzisionsguß 5 einfach, ohne daß es zu einer Beschädigung des Gußnach dem Verfahren mit verlorenem Modell aus Stücks kommt

abwechselnden Tauch- und Sandschichten, wobei Für dsn PräzisionsgulJ wird bekanntlich das Ver-

die Taochscbichten ein feines feuerfestes Material fahren mit verlorenem Modell angewandt Dieses und ein anorganisches Bindemittel und die Sand- Verfahren hat sich besonders bewährt beim Präzischichten ein körniges feuerfestes Material ent- io sionsguß zur Herstellung von Turbinenschaufeln und halten, dadurch gekennzeichnet, daß -flügeln wie auch anderen komplexen Teilen, Bei sie aufgebaut ist aus einer inneren und einer dem üblichen Gußverfahren mii verlorenem Modell äußeren Schale im wesentlichen gleicher Zusam- wird ein entfernbares Modell aus Wachs, Kunststoff mensetzung und gleichen Aufbaus aus einer oder oder einem anderen Material gebildet Diese einzelmehreren Tauch- und Sandschichten und sich 15 nen Modelle, insbesondere für kleinere Teile, werden zwischen der inneren und der äußeren Schale eine zu sogenannten Modelltrauben zusammengefaßt Die mittlere Schale befindet die aus feinem feuer- Modeile bzw. die Modelltrauben werden dann in festem Material besteht und nicht gebunden ist einer Aufschlämmung eines keramischen Materials,

2. Verfahren zur Herstellung der Form nach enthaltend kolloidale Kieselsäure oder ein anderes Anspruch 1 nach der Investmenttechnik durch ab- 20 anorganisches Bindemittel, getaucht (Tauchmasse wechselndes Aufbringen von Tauchmassen und bzw. Schicht). Auf die nasse Tauchschicht wird mit fiesandungsniassen für die innere, die mittlere körnigem feuerfesten Material gesandet und dann Und die äußere Schale, wobei die Tauchmassen getrocknet. Diese abwechselnde Aufbringung von für die innere und äußere Schale neben feinem Tauchschirht und Sandschicht mit anschließendem feuerfestem Material ein anorganisches Binde- 25 Trocknen geschieht im allgemeinen, bis die so gebilmittel, insbesondere kolloidale Kieselsäure, ent- dete Schale ausreichende Dicke hat Dann wird das halten, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Model! durch Erwärmen entfernt (ausgeschmolzen), Tauchschicht der mittleren Schale neben dem schließlich die Form auf eine Temperatur gebracht feinen feuerfesten Material ein organisches fluch- wo der Silicatbinder unter Bildung einer starken tiges oder zersetzliches Bindemittel anwendet. 30 Bindung des Materials der keramischen Tauchschicht

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch ge- mit dem der Sandschicht zu einer monolithischen kennzeichnet daß man als organisches Binde- Masse seine Wirksamkeit entfaltet Nun kann die mittel Polyvinylalkohol, Pflanzengummen, Star- Form auf Gießtemperatur aufgeheizt werden. Nach ken oder Kunststoff-Latizes verwendet. dem Abguß erstarrt das Metall in der Form; die Fe-

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- 35 stigkeit der Form kann zu diesem Zeitpunkt größer kennzeichnet daß man zusätzlich zu dem orga- sein als die des Metalls. Dies führt oft zu einer so-Oischen Bindemittel noch etwa 0,125 Gewichts- genannten »Warmrissigkeit« der Gießlinge. Nach Prozent eines anorganischen Bindemittels an- dem Abkühlen wird die Form auf mechanische oder wendet pneumatische Weise, in einem Salzbad oder durch

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis Λ, dadurch 40 Sandstrahlen entfernt.

gekennzeichnet daß man die getrocknete rohe Diese übliche Entformung des Gußstücks hat ver-

Fonn brennt zum Entwachsen, Entfernen des or- schiedene Nachteile. Die hohe Amplitude von mechafanischen Bindemittels aus der initiieren Schaie nischen Schwingungen, die tür eine mechanische Und Ausbildung der keramischen Bindung, aus Zerstörung der Form notwendig sind, kann zu einem dem anorganischen Bindemittel der inneren und 45 Brechen des Gußstücks führen. Das Ausformen in ftußeren Schale. einem Salzbad oder durch Sandstrahlen benötigt un-

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gebührlich lange Zeit und wirkt sich auch nachteilig gekennzeichnet, daß man aus der getrockneten auf die Gießhaut aus, indem eine gewisse Erosion der Form bei 93 bis 205° C das Modell ausschmilzt Oberfläche und ein Angriff auf die Korngrenzen und auf 548 bis 1570° C zur Entfernung des or- 50 stattfindet.

ganischen Bindemittels erhitzt. Aus der DT-AS 21 57 845 ist die Herstellung von

Kernen für den Präzisionsguß bekannt, wobei den

feuerfesten Kernsanden ein sublimierbares und ein