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Feingußverfahren Die Erfindung betrifft ein Gußverfahren und eine
Vorrichturg zur Durchführung des Verfahrens, wobei es sich insbesondere um eine
Verbesserung bei der Herstellung von Gußstücken nach dem Feingußverfahren handelt.
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Bei der Feingußtechnik wird zunächst ein bestimmter Gegenstand oder
eine Ware aus einem gewünschten metallischen Werkstoff, z.B. Eisen- oder Nicht-Eisenmaterial,
hergestellt, indem der gewünschte Gegenstand alsUriModell aus verlorenem Werkstoff
(Modellwerkstoff) nachgeformt wird. Dieses erste verlorene Modell wird mit einem
oder mehreren verschiedenartigen
feuerfesten Uberzügen versehen
oder alternativ in eine Festform eingebracht, und es wird anschließend der Modellwerkstoff
aus dem überzogenen Modell oder der Festform entfernt, woraufhin der entstandene
Hohlraum innerhalb des feuerfesten Materials mit Metallschmelze gefüllt wird, indem
diese in die Hohlform eingegossen und zur Nachformung des Modells bis zur Erstarrung
in der Schale oder Fest form belassen wird. Diese Grundschritte und zahlreiche Abwandlungen
derselben sind allgemein bekannt und führen ztr Herstellung des angefertigten Gegenstandes
oder der Ware.
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Zu Beginn des Verfahrens wird eine Metallform angefertigt, mit der
das verlorene oder Urmodell mit bekannten Techniken in vielen Stückzahlen nachgeformt
oder fabriziert werden kann. Der Präzisionshohlraum der Metallform ist eine Nachbildung
des herzustellenden Gegenstandes, und es wird in die Form das Material für das verlorene
Modell eingebracht, das nach Erstarren oder Aushärten wieder entfernt wird. Für
jeden gewünschten Gegenstand ist ein verlorenes Modell erforderlich. In dieser Hinsicht
kann für das verlorene Modell jedes geeignete Material verwendet werden, z.B. Wachs,
geschäumte Polymere usw. In der canadischen Patentanmeldung 108872 wird die Herstellung
von verlorenen Modellen für das Feingußverfahren beschrieben und dargestellt.
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Im allgemeinen werden mehrere verlorene Modelle unter Verwendung von
Anschnitten an Eingußkanälen oder Zuläufen in geeigneter Weise angebracht, die ebenfalls
beide aufs ähnlichem verlorenem Modellmaterial bestehen.
Die so
gebildete Gruppe von Eingußkanälen oder Zuläufen und Modellen ist in der Fachwelt
als "Traube" bekannt. Die Traube weist normalerweise einen Gußtrichter aus verlorenem
Modellmaterial auf, durch den Metallschmelze, aus der der Gegenstand hergestellt
werden soll, in das Eingußkanalsystem und dann in die Modellhohlräume eingelassen
wird, sobald das den Gußtrichter bildende verlorene Modellmaterial überzogen und
entfernt worden ist.
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Zur Vorbereitung der Trauben zum- Gießen von Endprodukten werden sie
nach der Keramik-Schalenformtechnik mit mindestens einem feuerfesten Uberzug versehen.
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Hierzu wird auf die canadischen Paüntanmeldungen 102 449 und 119 705
verwiesen. Nach Ausbildung der Traube mit den verlorenen Modellen und dem Eingußkanalsystem
wird sie mit den in den erwähnten canadischen Patentanmeldungen beschriebenen Techniken
mit Feingußmasse verzogen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier offenbarten
Verfahren beschränkt, sondern es können beliebige herkömmliche Techniken verwendet
werden.
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Da der erste oder Grundüberzug auf dem verlorenen Modell die Oberflächengüte
des fertigen Metallgegenstandes bestimmt, ist es erforderlich, daß dieser Grundüberzug
dem Gegenstand eine glatte Oberfläche verleihen kann. Der Preis für Materialen,
die hierzu geeignet sind, ist im allgemeinen höher als für Materialien, die anderenfalls
verwendbar sind und daher wird in den meisten Fällen die Traube zur Bildung einer
monolithischen Schale um die Modelle in viele Schlickerbäder eingetaucht.
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Nach dem Erstarren und/oder Aushärten der jeweiligen Art des als Uberzug
für die Trauben verwendeten feuerfesten Materials wird das verlorene Modell entfernt,
und es bleiben ein vollständig leerer Modellhohlraum sowie Eingußkanäle und der
Gußtrichter übrig. Das spezielle Verfahren der Entfernung des verlorenen Mateterials
hängt von der Art dieses Materials ab. Beispielsweise kann bei Wachsmodellen Dampf
zum Ausschmelzen verwendet werden. Bei Kunststoffen, z.B.
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Polystyrol, werden die Formen bei hohen Temperaturen ausgebrannt.
Hierbei ist es erforderlich, daß die Hohlräume frei von Fremdkörpern sind, wir beim
Eingießen der Metallschmelze in die Trauben die Produkte absolut formgetreu und
lunkerfrei nachgebildet werden müssen.
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Nach der Entfernung des verlorenen Materials werden die entstandenen
Formen mit den Modellhohlräumen mit Metallschmelze gewünschter Art gefüllt. Das
Metall kann dann nach herkömmlicher Praxis abkühlen und erstarren. Anschließend
werden die Formen weggebrochen, und es bleiben die Metallmodelle an den Metallzuläufen
übrig. Diese Modelle werden dann von den Zuläufen abgetrennt und in bekannter Weise
zur Herstellung von Gußstücken gewünschter Formgestaltung bearbeitet.
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Bei Feingußverfahren können die Art der herzustellenden Gegenstände
sowie ihre Gestalt und/oder Größe beträchtlich variieren. In allen Fällen besteht
jedoch die Besonderheit eines Feingusses darin, daß die hergestellten Gegenstände
im Vergleich zu anderen Gußverfahren, z.B. Sandguß, bei dem die Gußstücke viel
gröber
sind und beträchtliche Nachbearbeitungen erfordern, sich durch hohe Maßgenauigkeit
und Oberflächengüte (Präzisionsguß) auszeichnen.
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Wenn also das das Modell, die Eingußkanäle und den Gußtrichter bildende
verlorene Material entfent wird, verbleiben Hohlräume, in die die Metallschmelze
eindringt.
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Diese Hohlräume enthalten nicht nur die gewünschten Modellhohlräume,
sondern auch von dem das Eingußkanalsystem und den Gußtrichter bildenden verlorenen
Material verlassene Kammern. Daher geschieht es häufig, daß eine beachtliche Metallschmelzemenge
zum Füllen der Modellhohlräume und der Eingußkanalräume verbracht wird. Nach Erstarrung
des Metalls werden die gewünschten Modelle von den Eingußkanälen abgetrennt und
in herkömmlicher Weise nachgearbeitet. Das die Eingußkanäle bildende Metall kann
nach Umschmelzung wieder verwendet werden.
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Für die Umschmelzung des die Kanalhohlräume füllenden Metalls wird
sehr viel Energie benötigt. Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren anzuwenden,
bei dem die Metallschmelze nicht in die Eingußkanäle eindringt, sondern nur in die
Modellhohlräume.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen verbesserten Feingußverfahren wird ein
wesentlicher Metallanteil, der anderenfalls das Eingußkanalsystem gefüllt hätte,
vor der Er-Erstarrung azigewonnen.
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Ein Feingußverfahren, bei dem ein Eingußkanalsystem mit angeschlossenen
Modellen ausgeformt wird, ist dadurch
gekennzeichnet, daß ein Transformatorjoch
mit einer an einem Ende angebrachten Primärspule vorgesehen ist, daß das Transformatorjoch
so angesetzt wird, daß das Eingußkanalsystem als Sekundärspule an einem anderen
Ende des Transformatorjochs wirkt, und daß die Primärspule an eine Energiequelle
angeschlossen wird, um in dem Eingußkanalsystem Strom zu induzieren, der eine Erstarrung
des metallischen Materials in dem Eingußkanalsystem verhindert.
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Eine Feinguß-Traube mit einer das Eingußkanalsystem und die Modelle
einschließenden Keramikschale ist dadurch gekennzeichnet, daß die Traube ein Transformatorjoch
mit einer Primärspule an einem Ende aufweist,und daß das Eingußkanalsystem um ein
anderes Ende des Transformatorjochs als Sekundärspule angeordnet ist.
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Das gemäß der beschriebenen Ausführungsform verwendet te Transformatorjoch
kann beliebiger Art sein, z.B.
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ein Blätterkernjoch. Da es sich um ein geschlossenes Eingußkanalsystem
handelt, wird vorteilhaft ein Klapp-Transformatorj och verwendet.
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Die an einem Ende des Transörmatorjochs vorgesehene Primärspule kann
in herkömmlicher Weise Spulenwindungen aus Kupfer oder anderem geeignetem metallischem
Material aufweisen. Diese Windungen werden an eine Energiequelle angeschlossen.
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Die erfindungsgemäße verbesserte Traube ist so angeordnet, daß das
Eingußkanalsystem der Traube das dem
Ende mit der Primärspule gegenüberliegende
Ende des Transformatorjoches umgibt. Hierdurch wirkt das Eingußkanalsystem als Sekundärspule,in
die Strom induziert wird, wenn die Primärspule stromdurchflossen ist. Normalerweise
ist bei einem herkömmlichen Transformator Wärme eine unerwünschte Nebenerscheinung.
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Im vorliegenden Falle ist eine kontrollierte Wärmeerzeugung jedoch
erwünscht und wird dazu ausgenutzt, die Metallschmelze in den Hohlräumen der Eingußkanäle
in flüssigem Zustand zu halten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Transformatorjoch klappbar
ausgebildet, damit es zu dem Eingußkanalsystem in Wirkstellung gebracht werden kann.
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Wie beschrieben ist das Eingußkanalsystem der Traube geschlossen gestaltet
und um das Transformatorjoch so ansetzen zu können, daß das Eingußkanalsystem als
Sekundärspule wirksam ist, muß ein Steg des Jochs zu dem Rest desselben schwenkbar
oder drehbar gelagert sein, so daß das Eingußkanalsystem um das dem Ende mit der
Primärspule gegenüberliegende Jochende fügen zu können. Zur Sicherung des Jochsteges
können beliebige herkömmliche Halterungen verwendet werden.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden eine Vielzahl der verlorenen
oder zu Modelle aus verlorenem Werkstoff hergestellt, wobei in bekannter Technik
eine Metallform verwendet wird. Ebenfalin in bekannter Weise wird das Eingußkanal-
oder Zulaufsystem aus verlorenem Material hergestellt und mit den Modellen verbunden,
d.h. es werden die beiden Körper aus verlorenem Werkstoff aneinander befestigt.
Die auf diese
Weise gebildete Traube kann auch einen Gußtrichter
aufweisen, der ebenfalls aus verlorenem Werkstoff besteht, damit Metallschmelze
eingefüllt werden kann.
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Wenn die Trauben wie beschrieben vorbereitet sind, werden sie in mindestens
ein Tauchbad eingetaucht oder auf andere Weise mit einer Reihe von feuerfesten Uberzügen
nach der Art der Keramik-Schalenformtechnik versehen. Die feuerfesten Uberzüge läßt
man dann aushärten. Anschließend an den Aushärtvorgang des feuerfestenMaterials,
das eine Schale um die verlorenen Modelle und das Eingußkanalsystem bildet, wird
das verlorene Material entfernt, damit ein vollständig leerer Modellhohlraum und
leere Hohlräume für das Eingußkanalsystem und den Gußtrichter übrigbleiben. Zur
Entfernung des verlorenen Materials können geeignete Heizmittel, z.B. ein Autoklav
od.dgl., benutzt werden.
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Nach Herstellung der leeren Modellhohlräume und des leeren Eingußkanalsystems
wird die gewünschte Metallschmelze durch den Gußtrichter in das Eingußkanalsystem
und die Modellhohlräumeeingegossen. Dann werden das klappbare Transformatorjoch
und die Primärspule wie beschrieben um das Eingußkanalsystem angeordnet. Zweckmäßig
läßt man dann die Metallschmelze erstarren, und es wird die die Traube umgebende
Keramikschale, beispielsweise durch Zerbrechen derselben, von der Traube abgenommen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist an die Primärspule, die in der Sekundärspule
mit dem Eingußkanalsystem Strom induziert, eine Energiequelle angeschlossen. Die
von dem Strom erzeugte Wärme verhindert, daß die Metallschmelze
in
dem Eingußkanalsystem und dem Gußtrichter erstarrt, während er die Erhärtung des
Metalles in den Modellen zuläßt. Die Wärmemenge läßt sich durch verschiedene Parameter
des Systems regeln, und zwar durch die Strom- und Spannungs zufuhr zur Primärspule
und die Gestaltung des Eingußkanalsystems Wenn die Modelle erstarrt sind, kann das
noch geschmolzene Metall in dem Eingußkanalsystem durch den Gießtrlchter abgegossen
werden. Auf diese Weise enthält die Traube leere Hohlräume im Eingußkanalsystem
und erstarrte Modelle.
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Die Erfindung bietet wesentliche Vorteile dadurch, daß die zur Flüssighaltung
des Metalles in dem Eingußkanalsystem erforderliche Wärmemenge erheblich geringer
ist als dieJenige zum Umschmelzen des erstarrten Metalles des Eingußkanalsystems,
wenn die Modelle von diesem abgetrennt sind. Dies führt zu beträchtlichen Energieeinsparungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung Veranschaulichten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigt: F 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anordnung mit
einem teilgeschnittenen Teil einer Traube und Fig. 2 eine Draufsicht der Traube
nach Fig. 1.
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Fig. 1 und 2 zeigen eine typische Traube mit einem Transformatorj
och.
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Die Traube weist ein Eingußkanalsystem 10, einen Gußtrichter
12,
mehrere Modelle 14 und 18 sowie Mittel 16 und 20 auf, die die Modelle 14 bzw. 18
mit dem Eingußkanalsystem 10 verbinden. Die Modelle, die Eingußkanäle und der Gußtrichter
sollen von einer Schale umgeben sein. Innerhalb der Schale befinden sich Hohlräume
für die Modelle und Eingußkanäle.
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Außerdem weist die Traube ein TransformatorJoch 22 auf, an dessen
einem Ende 24 eine Primärspule 28 vorgesehen ist. Das Transformatorjoch 22 kann
z.B. ein übliches Blätterkernjoch sein, während die Primärspule 28 viele Windungen
eines leitfähigen Materials, wie Kupfer, aufweisen kann. Leitungen 30 und 32 dienen
dem Anschluß der Primärspule 28 an eine nicht gezeichnete Energiequelle.
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Da das Eingußkanalsystem 10 geschlossen ausgebildet ist, wird das
Transformatorjoch 22 vorteilhaft klappbar gestaltet, indem bei 34 ein Steg 38 angelenkt
wird, so daß der Steg 38 in das Eingußkanalsystem eingeschwenkt werden kann. Zur
Sicherung des eingeschwenkten Kernes können beliebige Mittel dienen, die beispielsweise
bei 36 angreifen können.
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Fig. 1 und 2 zeigen, daß das Transformatorjoch so angesetzt ist, daß
das Eingußkanalsystem 10 an dem Ende 26 des Joches 22 als Sekundärspule wirkt, wenn
der Primärspule 28 Strom zugeführt wird. Auf diese Weise wird in der Keramikschale
hoher Festigkeit Wärme erzeugt.
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Wenn durch den Gußtrichter 12 in die Eingußkanäle 10
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die Modelle 14, 18 Metallschmelze eingelassen wird, hält die durch Strominduktion
erzeugte Wärme die Metallschmelze in flüssigem Zustand, während das Metall in den
Modellen 14 und 18 erstarren kann. Sobald die Modelle erstarrt sind, kann die Metallschmelze
durch den Gußtrichter 12 in den Schmelzebehälter oder ein anderes Gefäß zurückgegossen
werden. Anschließend werden die Modelle 14 und 18 von dem Eingußkanalsystem abgebrochen
und die das Eingußkanalsystem umgebende Schale kann ohne Rücksicht auf wiederzugewinnendes
Metall weggeworfen werden.
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Bei diesem Verfahren kann die in der Gußschale um das Eingußkanalsystem
erzeugte Wärmemenge durch angemessene Stromänderung geregelt werden. Außerdem kann
die durch Strominduktion in dem Eingußkanalsystem erste Wärme so eingestellt werden,
daß die Erstarrung des Modells sich mit gewünschter Geschwindigkeit vollzieht. Dies
bedeutet, daß es häufig zweckmäßig ist, die Metallschmelze in den Modellhohlräumen
mit einer gewissen Geschwindigkeit abzukühlen, und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die angestrebte Abkühlrate durch Veränderung der Verfahrens-Parameter erzielt
werden.