DE2641344A1

DE2641344A1 - Verfahren zum isolieren von giessformen fuer praezisionsguss mit verlorenem modell

Info

Publication number: DE2641344A1
Application number: DE19762641344
Authority: DE
Inventors: Michael Fredrick John Ford; David Mills; Hubert Deane Sellars
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-09-20
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1977-03-24
Also published as: JPS5256013A; FR2324394A1; GB1509298A

Description

PATKNTANWAtT

DIPL. ING. K. HOLIES

I¹HIIiIPPINE-WELSER-STHASSB 14

8900 AUGSBUKG

TELEFON 516415 TEUEX 533 202 palO» d

R.

Augsburg, den l4. September 1976

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,

London, England

Verfahren zum Isolieren von Gießformen für Präszisions.^uß

mit verlorenem Modell

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Isolieren von Gießformen für Präzisionsguß mit verlorenem Modell nach dem Oberbegriff des Hauptansprueheso Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Isolieren von Gießformen für den Investmentguß«,

Beim Investmentguß wird bekanntlich die Metallerstarrung durch äußere Maßnahmen gesteuert,, So ist es beispielsweise beim Vakuum-Investmentguß üblich, die Gießformen in einen Kasten einzubringen, welcher aus einer Legierung auf Nickelbasis besteht, und den Zwischenraum zwischen der Gießform und der Kastenwandung mit einem Material zu füllen, welches zwei Punktionen hat. Erstens soll das eingefüllte Material die Gießform mechanisch abstützen, um eine Relativbewegung einzelner Gießformbereiche gegeneinander während des Gießens zu verhindern, und zweitens wirkt dieses Material als Isolator, welcher dazu beiträgt, den Grad der Wärmeabführung von der Gießform zu steuern. Unter bestimmten Umständen und insbesondere beim Ausgießen verhältnismäßig kleiner Gießformen kann man auf die Füllmasse verzichten und Teile der Gießform mit einem Asbestgewebe oder einem Kaolinfaserfilz oder einer Kombination solcher Isoliermattten umwickeln» In gewissen Grenzen kann man die Asbestgewebe- bzw_e Kaolinfaserfilzumwickelung der Gießform so einrichten, daß nach dem Ausgießen

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der Gießform die Erstarrung des Gußteiles in einer bestimmten Richtung fortschreitete

Die soeben dargelegten Arten der Gießformisolation haben Nachteile, die vor allem darauf beruhen, daß die erwähnten Kästen, in welche die Gießform eingebracht werden, in der Anschaffung verhältnismäßig teuer sind und zusammen mit der zugehörigen Vakuumeinrichtung eine große thermische Masse darstellen, die jeweils vorgeheizt werden muß und außerdem schwierig zu handhaben ist und folglich die Isolierung einzelner Teile der Gießform erheblich erschwerte Die Herstellung von umwickelten Gießformen ist sehr arbeitsintensiv und erfordert das Schneiden von Schablonen und beim Befestigen der Isolation an der Gießform mittels Draht eine große handwerkliche Geschicklichkeit,» Die Wirksamkeit des bekannten Isolationsverfahrens beruht infolgedessen weitgehend auf der Geschicklichkeit der die Arbeit durchführenden Personen und schon kleine Abweichungen von den einzuhaltenden Bedingungen können die Güte des fertigen Gußstückes erheblich in ungünstigem Sinne beeinflussen« Die Verwendung von Asbest stellt außerdem ein erhebliches Gesundheitsrisiko für die mit den betreffenden Arbeiten betrauten Personen dar, weshalb schon seit langem angestrebt wird, die Verwendung von Asbest überhaupt zu vermeiden» Schließlich gibt es zahlreiche Arten von Gießformen, die

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schon wegen der engen Zwischenräume zwischen nebeneinanderliegenden Bereichen der Gießform und wegen der Art der gegenseitigen Anordnung verschiedener Gießformbereiche das Umwickeln der Gießform zu einer schwierigen Prozedur werden lassen, die größte Geschicklichkeit erforderte

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das Isolieren von Gießformen der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß auf teure Kästen zur Aufnahme der Gießformen und des Zwischenmaterials verzichtet werden kann, große und schwer zu handhabende thermische Materialmassen und das dadurch bedingte lästige Vorwärmen derselben vermieden werden, die Herstellung von Schablonen und das manuelle Umwickeln der Gießformen mit Asbestmattten und damit die Verwendung von Asbest überhaupt überflüssig werden und man dadurch von der Geschicklichkeit der die Isolationsarbeiten ausführenden Personen unabhängig wird«

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des HauptanSpruches beanspruchte Merkmalskombination gelöste

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellte

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Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Verfahren den technischen Fortschritt, daß es nunmehr auch möglich ist, komplizierte Gießformen zu isolieren, deren verschiedene Formbereiche durch nur enge dazwischenliegende Freiräume voneinander getrennt sind und deren Isolation mittels herkömmlicher Verfahren nicht möglich war. Da sich gemäß der Erfindung die Dicke des Isolationsüberzuges der Gießform von Bereich zu Bereich beliebig steuern läßt, könnnen erfindungsgemäß isolierte Gießformen ohne die sie aufnehmenden teuren Kästen und ohne das in deren Zwischenräume einzufüllende Zwischenmaterial angewendet werden, wodurch nicht nur eine wesentliche Verbilligung eintritt, sondern sich die Verwendungsmöglichkeiten erfindungsgemäß isolierter Gießformen auf einen wesentlich größeren Anwendungsbereich erstrecken,.

Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Isolierverfahrens werden nunmehr unter Bezug auf die anliegende Zeichnung und die anliegenden Tabellen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben« Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

nach dem erfindungsgemäßen Verfahren isolierten Gießform,

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2 ß A1 3 4 4-9

Figo 2 eine Tabelle zur Erläuterung der

Zusammensetzung einer Klebemasse, die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Isolierverfahren Anwendung findet, und

Pig, 3 eine andere Tabelle, welche die

Zusammensetzung einer anderen Klebemasse erläutert,,

Die in Pig. I kopfstehend dargestellte, isolierte Gießformgruppe 10 weist eine Mehrzahl von einzelnen Gießformen auf, die in üblicher Weise durch ein gemeinsames Steiger- und Zulaufsystem 12 miteinander verbunden sind und zu denen ein einziger, gemeinsamer Einguß 13 gehört. Bei den einzelnen Gießformen 11 handelt es sich um solche, mittels welcher Turbinenrotorschaufeln für Gasturbinentriebwerke als Fertigerzeugnis herstellbar sind. Die allgemeine Gestalt der Gießformengruppe läßt erkennen, daß diese Turbinenschaufeln jeweils einen Schaufelfußteil 1*1, einen Deckbandteil 15 und einen Schaufelblatteil 16 aufweisen. Um die Schaufelfußteile und die unteren Bereiche der Schaufelblatteile herum ist eine Isolierschicht 17 angeordnet, deren Dicke in Richtung zu den Schaufelfüßen hin zunimmt, wodurch sichergestellt wird, daß die Guß-

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stücke innerhalb der Gießformen jeweils entsprechend bestimmten angestrebten Gesetzmäßigkeiten erstarren.

Diese Isolation weist eine Klebemasse auf, die zuerst auf die Gießform aufgebracht wird, indem diese in ein Gefäß eingetaucht wird, welches die Klebemasse enthält. Außerdem weist die Isolation einen aus kleinen Teilchen zusammengesetzten Isolator auf, der dadurch auf den Klebemassebelag aufgebracht wird, daß er mittels einer üblichen Riesel- oder Stukkaturmaschine auf die Form aufgestreut wird. Ist die erste Lage der Klebemasse und die erste Lage des aus kleinen Teilchen bestehenden Isolators auf die Gießform aufgebracht, so wird diese erneut in die Klebemasse eingetaucht und danach wird abermals der aus kleinen Teilchen bestehende Isolator auf die Klebeschicht aufgestreut. Danach können in der soeben beschriebenen Weise weitere Klebemassen- und Isoliermassenlagen auf die Gießform aufgebracht werden, bis im Falle des hier zu beschreibenden Beispiels insgesamt sechs solcher Doppellagen aufgebracht sind» Im Bereich der Schaufelfüße 14 wird der Isolationsüberzug dadurch dicker als im Bereich der Schaufelblätter 16 gemacht, daß die Gießform zusätzlich jeweils mit fortschreitend abnehmender Tauchtiefe noch einige Male in die Klebemasse eingetaucht und anschließend mit Isoliermasse bestreut wird. Die Zeichnung läßt bei 18

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deutlich die Grenze zwischen zwei solchen aufeinanderfolgenden Isolationslagen erkennen,, Die aus kleinen Teilchen bestehende Isoliermasse haftet selbstverständlich nur in denjenigen Bereichen der Gießformoberfläche an der Gießform, an welchen sich bereits eine Klebeschicht befindet»

Den letzten Verfahrensschritt stellt eine Versiegelung des Isolierüberzuges der Gießform dar, die dadurch erfolgt, daß die Gießform abschließend ganz in die Klebemasse eingetaucht wird. Dadurch wird vermieden, daß nach Erhärten der Versiegelung eine Zerstörung des Isolationsüberzuges der Gießform durch Abrieb beim Handhaben derselben eintritt·

Die folgenden aus kleinen Teilchen bestehenden Isoliermassen sind besonders vorteilhaft:

(a) Vermikulit

Dieses Material ist ein Schichtmaterial (Aluminium-, Eisen- und Magnesiumsilikate), welches hinsichtlich seines äußeren Erscheinungsbbildes dem Glimmer ähnelt«. Wird es auf über 230 C erhitzt, so blähen sich die einzelnen Lagen infolge Dampfbildung in den Lagenzwischenräumen auf ein Vielfaches ihres ursprünglichen Volumens auf» Im Endzustand beherbergen die Lagenzwischenräume Luft. Der Vermikulitüberzug

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kann entweder vor oder auch nach seiner Aufbringung auf die Gießformaußenfläche aufgebläht werden_q Die besten Resultate werden erzielt, wenn man den Vermikulit in aufgeblähtem Zustand auf die Gießform aufbringt, wobei die Korngröße der einzelnen Vermikulitteilchen von einer Maximalabmessung von 4 mm an nach abwärts variieren kann.

(b) Perlit

Dieses Material ist ein siliziumhaltiges vulkanisches Gestein (Naturglas), welches gebundenes Wasser enthält. Wird Perlit auf über 87O °C erhitzt, so bläht er sich infolge plötzlicher Dampfbildung auf das 10- bis 20-fache seiner Originalabmessungen uf„ Dadurch bildet sich eine Zellenkonstruktion. Perlit kann wie Vermikulit entweder in geblähtem oder in unaufgeblähtem Zustand auf die Gießformoberfläche aufgebracht werden. Beste Resultate erzielt man, wenn man den Perlit in geblähtem Zustand aufbringt. Aufgeblähter Perlit neigt dazu, etwas spröde zu sein und neigt auch zur Krustenbildung, was einen geringfügigen Nachteil darstellt.

Die Korngröße der Perlitteilchen sollte von einer Maximalabmessung von 2mm nach abwärts variieren.

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(c) Kieselgur (gesinterter Diatomit)

Die Teilchen dieses Materials stellen Kieselerdeskelette kleiner einzelliger Wasserpflanzen dar«, Diese Hohlgebilde enthalten mikroskopisch kleine Lufteinschlüsse und eignen sich ganz besonders gut als aus kleinen Teilchen bestehende Isolationsmasse„

Zwei Arten von Klebemasse eignen sich zum Gebrauch in Verbindung mit den soeben dargelegten, aus kleinen Teilchen bestehenden Isolationsmassen. Tafel 2 zeigt eine Klebemasse, die sich ausgezeichnet zum Gebrauch in Verbindung mit dem Perlitisolator eignet. Der Klebemassebelag enthält eine 30 #- Lösung kolloidaler Kieselerde in Wasser, die normalerweise mit "Kieselerde-Sol" bezeichnet wird und im Handel unter der Bezeichnung Syton X 30 erhältlich ist, außerdem Wasser, Octylalkohol, ein im Handel unter der Bezeichnung Teepool erhältliches, die Oberflächenspannung herabsetzendes Reinigungsmittel und einen im Handel unter der Bezeichnung Teepool Anti-Foam erhältlichen Schaumhemmer, zusammen mit einem aus 2 %-igev Methylzelluloselösung bestehenden Binder und Perlit, Der Perlit befindet sich in sehr fein pulverisier tem Zustand, so daß 98 % des Perlits durch ein 325-maschiges Sieb (US-Norm) hindurchgehen, was einer Sieböffnungsweite von 0,044 mm Seitenlänge entspricht. Die jeweiligen Anteils-

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mengen der verschiedenen Bestandteile sind in der Tabelle angegeben und werden in der Weise miteinander gemischt, daß das Kieselerde-Sol und das Wasser in einem Mischgefäß gemischt werden, getrennt davon der Octylalkohol und das die Oberflächenspannung herabsetzende Reinigungsmittel und der Schaumhemmer miteinander emulgiert werden und anschließend diese letztgenannte Emulsion in das Kieselerde-Sol eingemischt wird. Diesem Gemisch werden die Methylzellulose und der Perlit zugesetzt und das ganze Gemisch wird gut durchgerührt. Man muß die Klebemasse fortgesetzt gut rühren, um ihr Absetzen zu vermeiden. Mit Ausnahme des Perlits ist das obengenannte Gemisch, wenn es in Verbindung mit pulverisiertem Zirkonsilikat verwendet wird, ausgezeichnet als Tauch-Klebemasse zur Isolierung der Gießformen geeignet. Auch ist dieses Material in der Gießerei jederzeit überall verfügbar.

Eine andere Tauch-Klebemasse ist in Tafel 3 erläutert, bei welcher der Perlit durch Vermikulit ersetzt ist, welch letzteres hier in kleinerer Korngröße Verwendung findet als bei seiner Verwendung als aus kleinen Teilchen bestehender Isolator, indem nämlich 98 % des Vermikulits durch ein 20-maschiges Sieb (US-Norm) hindurchgehen müssen, d.h_e durch ein Sieb, dessen Sieböffnung ein Seitenmaß von 0,841 mm aufweist. Infolge der geringfügigen Alkalität des Vermikulits hat das Gemisch ein gewisses Bestreben, nach etwa 12 Stunden

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zu gelieren, wodurch es unbrauchbar wird, weshalb die Einzelchargen entsprechend vorbemessen sein sollten. Diese zweitgenannte Klebemasse trocknet langsamer als die erstgenannte Klebemasse und kann infolgedessen mit Vorteil in Verbindung mit aus kleinen Teilchen bestehenden Isoliermassen Verwendung finden, deren Korngrößen größer sind«,

Als dritte Alternative kann als Klebemasse das in Tabelle dargelegte Gemisch Verwendung finden, bei welchem jedoch der ungesinterte Diatomit durch Perlit ersetzt ist.

Andere Klebemassen sind ebenfalls brauchbar, nämlich körniger Molochit, Blasentonerde und aufgeblähter Schiefersplit (Tonschiefer). Diese Isoliermassen haben im Vergleich zu den vorgenannten aus kleinen Teilchen bestehenden Isoliermassen etwas schlechtere Isoliereigenschaften und der aufgeblähte Schiefersplit ist in manchen Fällen zu schwer, um in befriedigender Weise auf die verhältnismäßig zerbrechliche Gießform aufgebracht werden zu können,.

In Abwandlung dessen können auch keramische Pasern auf die Oberfläche der Gießform aufgebracht werden, in welchem Falle ein chemischer Binder verwendet wird, beispielsweise ein Kieselerde-Sol-Binder, In diesem Falle sollte man den Faserüberzug und den Binder in einem einzigen Tauchvorgang aufbringen, so daß also die Klebemasse den aus kleinen Teilchen bestehenden Isolator bereits enthält,

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Das Aufbringen des Isolationsüberzuges kann entweder vor oder nach dem Entparaffinieren der Gießform erfolgen. Vorteilhaft ist es, die Isolation nach dem Entparaffinieren der Gießform auf diese aufzubringen, da in manchen Fällen die Gefahr bestehen könnte, daß der Isolationsüberzug
während des Entparaffinierens der Gießform eine Schichtablösung durchmacht.

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Claims

Patentansprüche

\lj Verfahren zum Isolieren von Gießformen für Präzisionsguß mit verlorenem Modell, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Teil der Gießform mit einem überzug versehen wird, der aus einer Klebemasse und einer aus kleinen Teilchen bzw_o Pasern zusammengesetzten Isoliermasse besteht.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Klebemasse und anschließend die Isoliermasse auf die Form-Außenfläche aufgebracht wird«,

3o Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den überzug nacheinander abwechselnd noch weitere Lagen von Klebemasse und Isoliermasse aufgebracht werden«,

4ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Dicke des Isolationsüberzuges durch entsprechende Wahl der Größe des von der jeweiligen Lage bedeckten Gießformoberflächenbereiches erfolgt,

5o Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebemasse durch an sich bekannte

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Tauchung und die Isoliermasse durch an sich bekanntes Stukkatieren auf die Gießform aufgebracht werden,

6ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemasse ein Gemisch aus kolloidaler Kieselerde, Wasser, Octylalkohol, einem die Oberflächenspannung herabsetzenden Reinigungsmittel, einem Schaumhemmer, einer Methylzelluloselösung und fein pulverisiertem Perlit, und daß als Isoliermasse Perlit verwendet wird»

7ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemasse ein Gemisch aus kolloidaler Kieselerde, Wasser, Octylalkohol, einem die Oberflächenspannung herabsetzenden Reinigungsmittel, einem Schaumhemmer und pulverisiertem Perlit, und daß als Isoliermasse Vermikulit verwendet wird«,

8, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemasse eine kolloidale Kieselerdelösung und als faserförmiger Isolator keramische Pasern verwendet werden₀

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemasse ein Gemisch aus kolloidaler Kieselerde, Wasser, Octylalkohol, einem die Oberflächen-

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spannung herabsetzenden Reinigungsmittel, einem Schaumhemmer, einer Methylzelluloselösung und ungesintertem Diatomit verwendet wird«.

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