DE3107180C2

DE3107180C2 - Verfahren zur Herstellung von durch Kühlung gebundenen Schalenformen und Kernen für das Gießen von Metallen

Info

Publication number: DE3107180C2
Application number: DE19813107180
Authority: DE
Inventors: Klaus 6654 Limbach Regitz; Horst 6361 Niddatal Tillmanns
Original assignee: Ctz Plan Industrieplanung und -Beratung 6361 Niddatal De GmbH
Current assignee: Ctz Plan Industrieplanung und -Beratung 6361 Niddatal De GmbH
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3107180A1

Abstract

Die Schalenformen werden aus organischen, nicht temperaturbeständigen, bindemittelfreien Formstoffen, wie z.B. Baumwolle oder Papier, hergestellt, die durch Befeuchten mit Wasser oder anderen gefrierfähigen Flüssigkeiten und anschließendem Gefrieren zu einer stabilen Formschale erstarren. Zum Gefrieren dient vorzugsweise flüssiger Stickstoff, andere reaktionsträge unterkühlte Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe sind möglich. Nach dem Einfließen des Metalls erstarrt eine ausreichend dicke Randschicht, bevor die Form durch die Wärmeeinwirkung des Metalls ihre Festigkeit verliert. Dabei wird die zum Gefrieren der Form benutzte Flüssigkeit aufgeschmolzen und verdampft, der Formstoff wird ggf. zerstört. Von einem Stützrahmen (1) wird die Schalenform (2) gehalten, die den Formhohlraum (3) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schalenartiger Gießformen und Kerne zum einmaligen Gebrauch.

Üblicherweise sind Gießformen entweder metallische Dauerformen (Kokillen) oder sie bestehen aus einem zu verfestigenden Schüttgut, z. B. keramischem Material. Die Kokillenherstellung ist technisch aufwendig und verursacht hohe Kosten. Bei Verwendung von Schüttgütern als Formgrundstoff wird eine der Transport- und Gießbeanspruchung widerstehende Form gebildet, die nach dem Abgießen zur Entnahme des Gußstückes zerstört wird. Für Naßgußformen, bei denen die Formstoff-Verfestigung durch mechanische Verdichtung erreicht wird, sind natürliche Tone und Betonit als Bindemittel im Gebrauch. Chemische Bindemittel prüfen eine andere Gruppe von Form- und Kernverfahren, bei denen in kalt-, warm- oder heißaushärtenden Prozessen anterschiedliche Reaktionsmechanismen unter Verwendung anorganischer oder organischer Stoffe zur Verfestigung der Fcrmstoffe führen. Daneben sind noch physikalische Vorgänge bekannt, wie beim Vakuum- oder beim Magnet-Formverfahren. Formgrundstoffe für all diese Verfahren sind feuerfeste, körnige, schüttfähige Massen (Quarzsand, Olivin u. a. m.). Neuerdings wird auch Wasser als Formstoffbeimengung benutzt, das beim Gefrieren den Formstoff verfestigt. Der beim Gießen entstehende Wasserdampf und die Gießgase müssen durch relativ dicke Schichten des Formstoffes entweichen.

Diese Verfahrenstechniken haben eine Reihe von Nachteilen:

— hoher maschineller, Arbeits- und Kostenaufwand für metallische Dauerformen,

— hoher maschineller Aufwand beim Herstellen der verlorenen Form,

— hoher Aufwand an Energie für das Verdichten des Formstoffes bei der Formherstellung und für seine Wiederaufbereitung,

— hoher Transportaufwand für den Formstoff,

— hoher maschineller Aufwand für das Ausleeren der Formen und die Formstoffaufbereitung,

— hohe Kosten für Bindemittel,

— hoher sicherheitstechnischer Aufwand für den Umgang mit chemischen Arbeitsstoffen,

— Belästigung und teilweise Gesundheitsgefährdung durch Stäube, Gase und Dämpfe sowie durch Lärm.

Die Erfindung zielt darauf ab, die genannten Nachteile zu vermindern oder auszuschalten, und ein Verfahren zu schaffen, bei dem auf einfache Art Schalenformen nach dem Gefrierverfahren ohne großen Materialaufwand hergestellt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen ist dadurch gekennzeichnet, daß dünne Schichten brennbarer Materialien in angefeuchtetem Zustand einer Modellkontur angepaßt und abgekühlt werden, wobei die Kühlung mindestens so groß sein muß, daß die feuchten Formschalen erstarren und der eingefüllte Gießwerkstoff eine stabile Randschale bildet, bevor die Form ihre Festigkeit verliert.

Die bestimmenden Einflußgrößen für die Kühlung der Form sind Gieß- bzw. Verarbeitungstemperatur für das Werkstück, dessen Wanddicke sowie spezifische Wärme und Schmelzwärme des zu vergießenden Metalls.

Vorzugsweise werden als Materialien für die Schalenformen oder -kerne faserige, textilgewebeartige oder vliesartige Stoffe verwendet, wie z. B. Watte, Papier, Wolle, Baumwolle oder Kunstfasern.

Die Materialien werden auf einfache Weise durch Aufspritzen, Aufsprühen, Auffluten oder nach dem Tauchverfahren auf ein Modell aufgebracht. Jedoch ist es auch möglich, dem Formmaterial seine Gestalt durch mechanisches Andrücken an das Modell, durch pneumatischen Über- oder Unterdruck oder durch Gasstoß vor dem Kühlen zu geben.

Die Kühlung wird bevorzugt mit Gasen in gasförmigem oder flüssigem Zustand oder mit Trockeneis erreicht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind insbesondere:

— Wegfall der Aufbereitungstechnik für Formstoffe (Schüttgüter), der Formstofftransport, die Ausleervorrichtung und die zugehörige Absaugetechnik mit Entstaubung.

— Wegfall von Bindemitteln, wie sie bei nahezu allen bekannten Formtechniken verwendet werden.

— Wegfall der Gesundheitsgefährdungen durch Kunstharzbindemittel und deren Zerfallsprodukte.

— Wegfall von Formschlichten.

— Wegfall keramischer Anhaftungen an der Gußhaut, damit Wegfall der kostenträchtigen und gegebenenfalls gesundheitsgefährdenden (Silikose) Entfernung.

— Der Formgrundstoff ist überall verfügbar und

preisgünstig beschaffbar, er unterliegt keinem Anspruch an Temperaturbeständigkeit.

— Formen und Kerne besitzen hohe Gasdurchlässigkeit

— Form- und Gießvorgang lassen sich aus den physikalischen Kenndaten der beteiligten Stoffe vorausberechnen und sind einer Computersteuerung leichter zugänglich als herkömmliche Formverfahren, bei denen eine Reihe schwer erfaßbarer Einflußgrößen die Berecher.barkeit und die Gleichmäßigkeit der Vorgänge beeinträchtigen.

Infolge der Dünnwandigkeit der Form geht der Gefrierprozeß sehr schnell vor sich, damit ist eine rasche Fertigungsfolge zu erreichen.

Beim Formvorgang werden Modelle üblicher Art mit dem Formwerkstoff überzogen. Mit der gleichen Technik können auch Kerne erzeugt werden. Benutzt werden können jedoch auch Kerne nach herkömmlichen Verfahren oder metallische, wiederverwendbare Kerne. Die Form kann in bekannter Art geteilt sein, wobei die Formteilfläche sowohl senkrecht als auch waagerecht angeordnet sein kann.

Ungeteilte Formen kommen für geometrisch einfache Stücke in Betracht. Auch können ungeteilte Formen mit verlorenen Modellen (Vollformtechnik) benutzt werden, wobei das Modell schalenartig sein sollte.

Wenn eine Stützung der Formschale notwendig wird, kann diese durch Hinterfüllung z. B. mit Sand oder durch Stützschalen aus isolierenden Materialien erreicht werden.

Abgegossen wird die Form unmittelbar nach ihrer Herstellung, weil die Kühlung bis zum Gießen, gegebenenfalls auch noch während des Gießvorganges, aufrechtzuerhalten ist.

Das Ausleeren im herkömmlichen Sinn erübrigt sich. Das Material der Form wird entweder durch Auseinanderfahren der Fcrmschalen vom Gußstück abgelöst oder es zerfällt durch die Wärmeeinwirkung des Gußstückes. Durch einen einfachen Putzvorgang wird das Gußstück von evtl. anhaftenden Resten gereinigt.

Im folgenden werden zwei Beispiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:

Beispiel 1

Zu Beginn eines Arbeitstaktes sind die beiden Hälften eines Stützrahmens zum Halten des Formwerkstoffes auseinandergefahren. Der Formwerkstoff, z. B. Papier, wird eingelegt und befeuchtet Der Formwerkstoff kann vorgeformt sein, wenn die Konturen des Modells das erfordern. Der Formrahmen wird geschlossen, wobei sich das Modell in der Teilebene befindet, der Formwerkstoff wird an das Modell angelegt und mit Hilfe eines Kältemittels gefroren. Der Stützrahmen wird zum Ausfahren des Modells geöffnet, dann wieder geschlossen, die Form wird abgegossen. Nach Eintritt der Erstarrung im Gußstück öffnet der Stützrahmen zur Gußstückentnahme und der Formzyklus beginnt erneut In der Zeichnung ist eine gießfertige, aus zwei Formhälften bestehende Form dargestellt. Sie zeigt den Formrahmen 1, den Formwerkstoff 2, der schalenartig die Formkontur bildet und den Formhohlraum 3.

Beispiel 2

Zu Beginn eines Arbeitstaktes sind die beiden Hälften eines Stützrahmens zur Aufnahme des Formwerkstoffes auseinandergefahren. Die Stützrahmenhälften haben die Konturen einer Formhälfte. Der Formwerkstoff wird eingelegt und befeuchtet oder in feuchtem Zustand eingelegt, der Stützrahmen wird geschlossen. Der Formwerkstoff wird pneumatisch mit einem Druckstoß oder mit Unterdruck der Kontur des Stützrahmens angepaßt und danach mit einem Kältemittel erstarrt. Die Verwendung eines Positiv-Modells entfällt. Die Formkontur des Stützrahmens muß dabei um die Dicke des Formwerkstoffes gegenüber den Maßen des Gußteiles größer sein. Zum Abgießen kann die Schalenform aus dem Stützrahmen entnommen werden. Die Schalenform kann auch im Stützrahmen abgegossen werden, der sich dann, sofort nach Erstarrungsbeginn im Gußteil öffnet, danach beginnt der Formzyklus erneut.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von durch Kühlung gebundenen Schalenformen und/oder Schalenkernen, dadurch gekennzeichnet, daß brennbare Werkstoffe mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten vermengt, zu Schalenformen oder -kernen geformt und zur Erstarrung der Flüssigkeit derart gekühlt werden, daß die Schalenform nach dem >o Einfüllen der Schmelze ihre Festigkeit erst nach Bildung einer stabilen Metall-Randschale verliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein faseriger, textilgewebeartiger oder vliesartiger Werkstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Watte, Papier, Wolle, Baumwolle oder Kunstfasern verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff durch Aufspritzen, Aufsprühen, Auffluten oder nach dem Tauchverfahren aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff seine Gestalt durch mechanisches Andrücken an das Modell, durch pneumatischen Über- oder Unterdruck oder durch Gasstoß vor dem Kühlen erhält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Gase in gasförmigem oder flüssigem Zustand verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Trokkeneis verwendet wird.

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