DE2757472C2

DE2757472C2 - Verfahren zum Entformen eines Schlickergußstückes

Info

Publication number: DE2757472C2
Application number: DE2757472A
Authority: DE
Inventors: Andre Grosse Ile Mich. Ezis; John M. Wayne Mich. Nicholson
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1983-04-28
Also published as: CA1080450A; US4217320A; GB1574510A; DE2757472A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entformen eines mit Hilfe eines Formteils aus schmelzbarem organischem Material gegossenen, ausreichend Flüssigkeit enthaltenden, verfestigten Schlickergußstückes, das mindestens einen Oberflächenbereich mit komplizierter Form aufweist.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 24 58 692) wird der aus organischem Material bestehende Formteil in einem mit Wasser unvermischbaren Lösungsmittel aufgelöst, wodurch das Gußstück ent- js formt wird. Nachteilig ist jedoch dabei, daß das Gußstück während des Entformungsvorgangs schrumpfen kann und sich im Gußstück auch Risse bilden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß während des Entformungsvorganges keine Schrumpfung des Gußstücks oder Rißbildung im Gußstück auftritt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil des Gußstückes mit dem daran haftenden Formteil aus schmelzbarem organisehen Material mit einem porösen Flüssigkeitsabzugsmedium in Eingriff gebracht wird, eine hohe Feuchtigkeit um das in Eingriff mit dem porösen Flüssigkeitsabzugsmedium stehende Gußstück erzeugt wird und das Gußstück und das poröse Flüssigkeitsabzugsmedium bei Aufrechterhaltung einer hohen Feuchtigkeit auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das den Formteil bildende organische Material schmilzt und durch das poröse Flüssigkeitsabzugsmedium vom Gußstück abgezogen wird.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird der Formteil vom Gußstück entfernt, ohne daß eine Schrumpfung auftritt oder Risse entstehen. Beispielsweise ist es möglich, Rotoren für Gasturbinenmotoren unter Anwendung dieses Verfahrens herzustellen. Diese Rotoren haben Blatter, die sich von einem Nabenteil erstrecken, wobei diese Blätter eine sehr komplizierte geometrische Oberfläche aufweisen. Diese Blättergestaltungen sind sonst äußerst aufwendig herzustellen, wenn sie aus einem einzigen festen Materialstück maschinell angefertigt werden.

Als poröses Flüssigkeitsabzugsmedium kann feuerfestes Keramikpulver verwendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Formteiles, welches die Gestalt des herzustellenden Gußstückes begrenzt,

Fig.2 eine schematische Wiedergabe des Beginns des Gußarbeitsganges,

F i g. 3 eine schematische Ansicht des Gußstückes am Ende des Gußarbeitsganges,

F i g. 4 eine schematische Ansicht eines Ofens, in dem das schmelzbare Formteil vom Gußstück entfernt wird,

F i g. 5 eine schematische Wiedergabe des nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gußstükkes und

Fig.6 bis 10 entsorechend den Fig. 1 bis 6 die Herstellung eines Gußstückes mit inneren anstelle von äußeren Zähnen.

In F i g. 1 ist eine Form 10 zur Bildung eines Schlickergußstückes dargestellt. Die Form ist aus einem schmelzbaren organischen Material gefertigt, welches leicht zu dem Negativ zur Gestalt des zu gießenden Gußstückes zu formen ist. Das organische Material muß auch aus einem Material bestehen, welches mit dem darin zu gießenden Gußmaterial und mit der das zu gießende Material tragenden Flüssigkeit nicht reaktionsfähig ist. Das die Form bildende organische Material muß auch eine glatte Porenfreie Oberfläche liefern, gegen die der Gegenstand geformt werden kann.

Die Form 10 ist im Inneren hohl. Die Form hat eine Mehrzahl von zahnbildenden Elementen 12, die an dem nabenbildenden Element 14 befestigt sind. Die Form hat auch einen Aufsatzteil 16, dessen Zweck nachfolgend erläutert werden wird. Die Form ist an ihrem Boden offen.

Die Form 10 ist aus einem organischen Material, wie Wachs, gefertigt. Dieses Wachs wird zur Gestalt der Form beispielsweise durch das nachfolgende Verfahren geformt. Ein die Gestalt eines zu gießenden Zahnrades darstellender Kern wird aus Wachs geformt, beispielsweise einem wasserlöslichen Wachs, welches in verdünnter Säurelösung löslich ist. Das Material zur Bildung der Form 10, in diesem Fall ein sich von Äthylen ableitendes Kohlenwasserstoffpolymeres mit einem Schmelzpunkt von etwa 51⁰C, wird verflüssigt und bei einer Temperatur von etwa 77°C gehalten. Das Muster aus dem wasserlöslichen Wachs wird einige Male in das verflüssigte Äthylenpolymere zur Bildung eines Überzuges mit geeigneter Dicke eingetaucht. Eine Dicke von 1250 μπι ist im allgemeinen ausreichend. Mit diesem Verfahren wird die Form 10 aus dem organischen Material mit der komplizierten Gestalt eines Ringzahnrades gebildet. Wenn das Äthylenpolymere auf dem Kern verfestigt ist, wird der Kern durch Auflösung desselben in einer Wasser-Salzsäurelösung entfernt, so daß lediglich die Form 10 bleibt, welche jetzt zur Bildung eines Gegenstandes durch Schlickerguß verwendet werden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Form 10 einstückig ausgeführt. Es liegt jedoch auch im Bereich der Erfindung, eine Form anzuwenden, deren schmelzbarer Formteil aus einem organischen Material lediglich aus ein Teil der Gesamtform ausgebildet ist. Beispielsweise können zwei oder mehr Formteile in Verbindung miteinander zur Formung des Gegenstandes eingesetzt werden. Diese Formteile könnten aus dem schmelzbaren Material gefertigt sein.

Andererseits können die weiteren zur Begrenzung der Form des im Schlickerguß herzustellenden Gegenstandes erforderlichen Formteile aus anderen Materialien gefertigt werden, beispielsweise dem beim Schlikkerguß gewöhnlich verwendeten Gips. FaIh beispielsweise der Teil des herzustellenden Ringzahnrades mit den Zähnen im Inneren ausgebildet ist, kann die komplizierte Form zur Begrenzung der inneren Zähne aus dem organischen Material gefertigt sein und für den äußeren Umfang des Zahnrades können abschnittartige Formteile verwendet werden. Dieses spezielle Verfahren wird beschrieben, wenn die Fig.6 bis 10 abgehandelt werden. Diese abschnittartigen Formteile können entweder aus einem mehrfachen organischen Bauteil oder aus Töpfergips gefertigt sein, wie es von ₎₅ der Form des zu gieSenden Gegenstandes her bedingt wird.

Falls die Gesamtheit einer abschnittweisen Form aus einem schmelzbaren Material gefertigt ist, wird die Form genau wie die Form 10 behandelt, wie nachfolgend ausführlich abgehandelt wird. Falls die abschnittweisen Formteile aus Töpfergips gefertigt sind, können sie zusammen mit der Form 10 getragen werden oder sie können aus der Verbindung mit der Form 10 nach dem Schlickerguß entfernt werden. Die restliche Beschreibung befaßt sich lediglich mit einer Einzelform 10, jedoch umfaßt die hier beschriebene Erfindung auch die Anwendung von mehr als einem Formteil mit einer Mehrzahl von Formteilen, die entweder aus dem schmelzbaren organischen Material oder aus Gips oder einem anderen Formbegrenzungsmaterial gefertigt sind.

Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich, wird die Form auf einen Flüssigkeitsabzugsformteil 18 gebracht. Dieser Formteil kann aus gewöhnlichem Töpfergips gefertigt sein. Eine obere Oberfläche 20 des Abzugsformteiles 18 begrenzt die Oberfläche des Gußraumes 22. Der Flüssigkeitsabzugsformteil 18 ruht auf einem Drehtisch 24. Dieser Tisch wird während des Gußarbeitsganges gedreht, so daß sich Kräfte entwickeln, weiche die Bewegung der Teilchen des Gußmaterials in die Zahnbildungselemente 12 der Form 10 unterstützen.

Ein Gußschlicker wird hergestellt, indem das Gußmaterial in einer geeigneten Flüssigkeit hierfür suspendiert wird. In der bevorzugten Ausführungsform, wie sie nachfolgend beschrieben wird, besteht die Flüssigkeit des Gußschlickers aus Wasser, und das suspendierte Material besteht aus Siliciumteilchen. Mittel wie beispielswiese nicht-ionische Fluorchemikalien als oberflächenaktives Mittel können zu dem Schlicker zugegeben werden, um dessen Oberflächenspannung zu senken, so daß eine vollständige Benetzbarkeit des Schlickers mit dem organischen Formteil 10 sichergestellt wird.

Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich, wird der Gußschlicker in den Gußraum 22 gegossen und füllt den Gußraum bis zum Oberteil des Aufsatzteiles 16 der Form 10. Bei Beginn des Gußarbeitsganges wird das Material dieses Schlickers in der Flüssigkeit dispergiert. Dies ist durch den fein punktierten Anteil in der F i g. 2 angedeutet. Der Drehtisch 24 wird betätigt und Form und Flüssigkeitsabzugsformteil 18 werden rotiert. Wenn die Rotierung fortschreitet, zieht der Abzugsformteil 18 das Wasser aus dem Gußraum 22 ab. Dieser Abzug des Wassers findet langsam im Verlauf eines bestimmten h5 Zeitraumes statt.

In F i g. 3 ist die Beendigung des Gußarbeitsganges gezeigt. Wenn die Drehung des Drehtisches 24 beendet ist, ist die Flüssigkeit des Schlickers aus dem Gußraum 22 abgezogen und hinterläßt ein verfestigtes Gußstück 26. Eine kleine Menge des Schlickermaterials befindet sich noch auf der Oberseite des verfestigten Gußstükkes. Die Flüssigkeit des Schlickers wird durch den Flüssigkeitsabzugsformteil 18 abgezogen, bis der Schlicker im Gußraum auf ein Niveau verringert ist, welches ein verfestigtes Gußstück 26 in dem Gußraum ergibt und außerdem noch ausreichend Flüssigkeit in dem verfestigten Gußstück verbleibt, so daß das verfestigte Gußstück gegenüber Schrumpfung beständig ist Da das verfestigte Gußstück aus sehr kleinen Teilchen geformt ist, welche gegeneinander in wahlloser Weise festliegen, ist das verfestigte Gußstück porös.

Es ist notwendig, daß der Gußarbeitsgang vor dem Zeitpunkt beendet ist, an dem der Flüssigkeitsabzugsformteil 18 das in den Poren des Schlickergußstückes befindliche Wasser abzieht Falls der Gußarbeitsgang bis zu einem Zeitpunkt fortschreiten gelassen wird, bei dem das in den Poren des verfestigten Gußstückes enthaltene Wasser abgezogen wird, beginnt das Gußstück in der Form zu schrumpfen und reißt Deshalb wird der Schlickergußarbeitsgang zu einem Zeitpunkt beendet, der ausreichend Wasser im verfestigten Gußstück sicherstellt worauf das Gußstück dann gegenüber Schrumpfung beständig ist. Das in dem Gußstück vorliegende Wasser liegt nicht nur in Form von Wasser in den Poren vor, sondern auch in Form von »Hüllenwasser«, wie das elektronisch an das zu gießende Material gebundene Wasser bezeichnet wird. Es ist auch zu erwähnen, daß ein Fachmann leicht den Zeitpunkt erkennt, bei dem der Abzugsformteil 18 das Porenwasser und das Hüllenwasser von dem verfestigten Gußstück 26 abzuziehen beginnt. Dieser tritt dann ein, wenn man das Verschwinden der gesamten Schlickerflüssigkeit von der oberen Oberfläche des Gußstückes erkennen kann.

Nach dem Gußarbeitsgang werden das verfestigte Gußstück 26 und die Form 10 von dem Abzugsformtei! 18 entfernt. Falls die Form aus einer Mehrzahl von Elementen gefertigt ist und einige der Formelemente entfernbar sind, können sie aus der Verbindung mit dem verfestigten Gußstück und dem schmelzbaren Formteil vor der nächsten Stufe des Verfahrens entfernt werden. Andererseits kann man derartige Elemente in Verbindung mit den schmelzbaren Elementen belassen, falls man dies wünscht

Die Form und das darin enthaltene verfestigte Gußstück 26 werden nun in einem verschließbaren Ofen 28 untergebracht. Dieser Ofen ist mit einem elektrischen Heizelement 30 ausgerüstet, welches mit einer Stromquelle 32 verbunden ist. Der Ofen hat auch einen Feuchtigkeitszufuhrgenerator 34. Dieser Generator kann mit dem Ofen durch ein Ventil 36 verbunden sein. Ein Ventil 38 verbindet eine Argonzufuhrleitung 40 mit dem Ofen.

Der verschließbare Ofen 28 enthält ein kornförmiges Medium 42. Dieses kornförmige Medium bildet ein poröses Gitter, das zur dochtartigen Absaugung des schmelzbaren organischen Materials von dem verfestigten Gußstück 26 fähig ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird blasenförmiges Aluminiumoxid als kornförmiges Medium in dem geschlossenen Ofen verwendet. Die Form 10 und das darin enthaltene verfestigte Gußstück 26 werden von dem Abzugsformteil 18 entfernt, während ausreichend Wasser in dem Gußstück enthalten ist, um dessen Form beizubehalten. Während dieser Zustand beibehalten wird, werden das

verfestigte Gußstück und die Form in den verschließbaren Ofen 28 gebracht. Das kornförmige Medium 42 wird dann um die komplizierten Teile der Struktur gebracht, wie aus der F i g. 4 ersichtlich, und kann bis zu einer Höhe oberhalb des Gußstückes und der Form erhöht , werden. Falls das kornförmige Medium schwer und der Formgegenstand leicht ist, wird das Medium lediglich bis zu einer Teilhöhe eingefüllt. Während dieser Arbeitsgang ausgeführt wird, liefert die durch den Generator 34 zugeführte Feuchtigkeit die verdampfte m Form der beim Schlickergußarbeitsgang eingesetzten Flüssigkeit, um eine relativ hohe Feuchtigkeit im Ofen aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Verdampfung der im Gußstück enthaltenen Flüssigkeit verhindert. Falls die verwendete Flüssigkeit Wasser ist, wird eine relativ , ■-, hohe Wasserfeuchtigkeit im Ofen aufrechterhalten, damit die Verdampfung des Hüllenwassers und des Porenwassers aus dem verfestigten Gußstück verhindert wird.

Das elektrische Heizelement 30 wird durch die Stromquelle 32 betätigt, um die Temperatur des verschließbaren Ofens 28 bis zu einem Punkt zu erhöhen, bei dem das die Form bildende Material schmilzt und dochtartig abgesogen wird. Die Feuchtigkeit wird während dieses Schmelz- und Absaugarbeitsganges aufrechterhalten. Bevorzugt wird die Feuchtigkeit des Ofens oberhalb 90% gehalten, und die Temperatur wird bei 66⁰C gehalten. Der schmelzbare organische Formteil 10 beginnt sich zu verflüssigen, und das blasenförmige Aluminiumoxid wirkt als kornförmi- jo ges Medium und entfernt das verflüssigte organische Material durch Absorption in die verfügbare Porosität des Mediums. Dieser Vorgang schreitet fort, bis die gesamte organische Form entfernt ist. Außer der Absorption des verflüssigten organischen Materials liefert das blasenförmige Aluminiumoxid auch die mechanische Stütze für die Teile des Gußstückes während der Verarbeitung. Die Feuchtigkeit wird auf einem hohen Niveau gehalten, um die Wasserverdampfung aus dem Gußstück zu verhindern, und dadurch die Schrumpfung des grünen Gußstückes zu hemmen. Die übermäßige Grünschrumpfung muß während der Entfernung der Form verhindert werden, damit eine Rißbildung in den komplizierten Teilen des Gußstückes verhindert wird.

Die Feuchtigkeit kann auch ein verdampftes Lösungsmittel enthalten, welches die Auflösung des Wachses unterstützen kann.

Nachdem die gesamte organische Form in dem kernförmigen Medium absorbiert ist, kann die Temperatur des Ofens mit langsamer Geschwindigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 3i5"C erhöht werden. Der gesamte Kreislauf dauert im allgemeinen etwa 3 Tage. Die Feuchtigkeit der Atmosphäre des Ofens wird während dieses Abbrennkreislaufes nicht mehr weiter ϊ5 gesteuert Der Zweck dieses Kreislaufes besteht in der Entfernung der gesamten Feuchtigkeit bzw. der Flüssigkeit im Gußstück und in der unbegrenzten Schrumpfung und dem Abbrennen des gesamten organischen Materials, welches in der Porenstruktur des kornförmigen Mediums verblieben ist.

Nachdem das Gußstück getrocknet ist und das Wachsabbrennen beendet ist, können beliebige Arbeitsgänge stattfinden. Diese beliebigen Arbeitsgänge bestehen darin, daß die Argonzufuhrquelle 40 durch das Ventil 38 mit dem verschließbaren Ofen 28 zur Lieferung einer Argonatmosphäre in denselben verbunden wird. Der Ofen wird auf eine Temperatur von etwa 1100⁰C während eines Zeitraumes von 3 Stunden >· erhitzt. Diese Wärmebehandlung bewirkt das Härten £ des Gußstückes, um dessen Handhabung zu erlauben. [[ Nachdem der Ofen 28 auf Raumtemperatur abgekühlt | ist, kann das fertige Gußstück 26, wie es in F i g. 5 gezeig', ist, entnommen werden.

Nachfolgend wird auf die Fig.6 bis 10 Bezug genommen, worin die gleichen Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen. In diesem Fall weist der zu bildende Gegenstand innere Zahnradzähne anstelle äußerer Zähne auf. Der einzige Unterschied beim Verfahren liegt in der Änderung der Gestalt der Form. In diesem Fall wird die Form allgemein mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet. Die Form hat einen ersten schmelzbaren Formteil 52, der die komplizierten, am fertigen Gegenstand auszubildenden inneren Zähne begrenzt. Ein äußerer Formteil wird durch einige Formabschnitte 54 begrenzt, die aus gewöhnlichem Töpfergips gefertigt sind.

Die aus den Formteilen 52 und 54 gebildete Form 50 wird auf dem Flüssigkeitsabzugsformteil 18 zusammengesetzt, wie in F i g. 7 ersichtlich. Die Behandlung für die übrigen Materialien ist die gleiche, wie sie zur Herstellung des Gußstückes 26 erforderlich ist. In diesem Fall kann jedoch vor dem Einbringen des verfestigten Gußstückes und des ersten schmelzbaren Formteiles 52 in den verschließbaren Ofen 28, der aus dem Töpfergips gefertigte Formteil 54 aus der Verbindung mit dem verfestigten Gußstück und dem ersten Formlei! 52 entfernt werden. Anschließend ist die Behandlung im Ofen die gleiche, wie sie vorhergehend im ersten Beispiel beschrieben wurde. Das Endergebnis besteht aus einem fertigen Gußstück 56, wie in F i g. 10 gezeigt.

Vorstehend wurde ein Verfahren zum Entformen von Schlickergußstücken beschrieben. Ganz allgemein wird dabei ein verfestigtes Gußstück durch eine feuchte Atmosphäre umgeben, während die zur Bildung desselben verwendete Form abgeschmolzen wird. Die Form wird von dem Gußstück ohne irgendeine Schrumpfung des Gußstückes entfernt, was den besonderen Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Entformen eines mit Hilfe eines Formteils aus schmelzbarem organischem Material gegossenen, ausreichend Flüssigkeit enthaltenden, verfestigten Schlickergußstückes, das mindestens einen Oberflächenbereich mit komplizierter Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Gußstückes (26) mit dem daran haftenden Formteil (10; 52) aus schmelzbarem organischem Material mit einem porösen Flüssigkeitsabzugsmedium (42) in Eingriff gebracht wird, eine hohe Feuchtigkeit um das in Eingriff mit dem porösen Flüssigkeitsabzugsmedium stehende Gußstück erzeugt wird und das Gußstück und das poröse Flüssigkeitsabzugsmedium bei Aufrechterhaltung einer hohen Feuchtigkeit auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das den Formteil bildende organische Material schmilzt und durch das poröse Flüssigkeitsabzugsmedium vom Gußstück abgezogen wird.