DE3221357A1

DE3221357A1 - Verfahren zur herstellung von formen und kernen fuer giesszwecke

Info

Publication number: DE3221357A1
Application number: DE19823221357
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Prof.Dr. 6332 Ehringshausen Kahn; Dieter Prof. 6360 Friedberg Ziesche
Original assignee: Plasticonsult Beratungsge GmbH
Current assignee: Plasticonsult Beratungsge GmbH
Priority date: 1982-06-05
Filing date: 1982-06-05
Publication date: 1983-12-08

Description

VERFAHREN zur HERSTELLUNG von FORMEN und KERNEN für GIESSZWECKE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen für Gießzwecke, im folgenden Gießformteile genannt.
Ein großer Teil der Gießformteile besteht aus körnigen, feuerfesten anorganischen Grundstoffen, meist Sand, deren Körnchen durch hochmolekulare, aushärtende oder durch quellfähige Substanzen, das Bindemittel, gebunden sind. Bei den bekannten Verfahren wird dazu ein Formstoff aus dem Grundstoff und dem Bindemittel angemischt und durch Ein- bzw. Aufbringen in bzw.
auf Kernkästen, Modelle oder Modellplatten zu Formteilen geformt und thermisch und/oder chemisch zu Blockformen und Vollkernen oder Schalenformen und Hohl kernen ausgehärtet bzw. verdichtet.
Bei der Herstellung massiver Gießformteile nach den bekannten verfahren ist von Nachteil, daß der gesamte Formstoff mit Binkittel versetzt ist und verfestigt. Dies führt zu erhöhten Kosten durch hohen Bindemittelverbrautch, zu kostspieliger Depanierung oder Wiederaufbereitung des Altsandes, zu mitunter nicht ausreichender Gasdurchlässigkeit der Formwand und nicht Befriedigender Oberflächenbeschaffenheit der GußstUcke, zu nicht immer ausreichendem Zerfall des Formteils nach dem Giesden und damit zu Schwierigkeiten beim Entformen und großem Aufwand beim Putzen, insbesondere bei Kernen für Gußteile mit geringerem Wärmeangebot wie im Leichtmetallguß und bei dünnwandigen Teilen. Ferner ergeben sich Belästigungen durch die $h,ermische Zersetzung größerer Bindemittelanteile zu ggfls.
t9lsChen und geruchsbelästigenden Gasen und Kosten zu deren Besseitigung.
9ie Anwendung der bekannten Schalenformverfahren, wie z.B.
Dies Maskenformverfahren nach Croning, erlaubt im Prinzip, vorstehende Nachteile zu vermeiden oder einzuschränken, erfordert aber Aushärtung des Schalenformteils durch Wärmeübergang von der erhitzten Wirkfläche des Modells oder Kernkastens und damit besondere, teure hitzebeständige Modelle und Kernkästen, die für kleine Stückzahlen von Gußstücken nicht rentabel sind. Der für das Croning-Verfahren allgemein verwendete Formstoff aus mit Phenol-Formaldehyd-Novolak umhülltem Quarzsand härtet z.B. erst im Temperaturbereich von 280 bis 310 OC in genügend kurzer Zeit aus. Die dabei erreichbaren Schalendicken sind, insbesondere bei Kernen, Zllmeist ungleichmäßig und führen häufiq zu Schmelzedurchbrüchen während des Gießens.
Dieses Problem muß dann entweder durch erhöhten Aufwand an Formstoff zur durchgehenden Kernwandvérstärkung bis hin zur Annäherung an den Volikern mit seinen vorstehend genannten Nachteilen oder durch einezusätziiche- aufwendige Ausfüllung unter Verwendung von binderfreiem Füllmaterial gelöst werden.
Deshalb muß aus technisches oder wirtschaftlichen Gründen der nicht ausgehärtete Formstoff häufig in dem Formteil belassen werden, was durch die Erwärmung beim Gießen zu völliger Durchhärtung und entsprechend ungenügendem Kernzerfall mit Schwierigkeiten beim Entkernen und Putzen führt. Häufig wird hier sogar eine nachträgliche Glühbehandlung zum vollständigen Entkernen notwendig.
Das in letzter Zeit bekannt gewordene und teilweise angewandte Vakuumformverfahren verzichtet auf ein Bindemittel und nutzt unter Zuhilfenahme einer Folie den Luftdruck für den Zusammenhalt des Formstoffs. Nachteilig bei diesem Verfahren sind jedoch der Aufwand für Erzeugung und Erhaltung des notwendigen Unterdrucks und die Beschränkung auf geringe Formtiefen; außerdem konnten danach bisher keine Kerne hergestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens und einer dazu entwickelten Vorrichtung die Nachteile der obengenannten Verfahren zu vermeiden und optimale Bedingungen für einen rationellen Einsatz von Formteilen in der Gußproduktion zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bindemittel für sich auf die Wirkflächet des Modells, der Modellplatte oder des Kernkasten bzw. auf diesen nachgebildete Flächen aufgebracht wird, bevor diese mit Formstoff beaufschlagt werden.
Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß auf die Wirkfiächen, also die Oberflächen des Modells, der Modellplatte oder des Kernkastens, die die Kontur des Formteils bestimmen, eine oder mehrere Bindemittelschichten von variabler Dicke mit geeigneter Viskosität durch Aufsprühen, Aufstreichen, Eintauchen, Obergießen, Sturzgießen, Aufstäuben, Aufschmelzen, Aufkondensieren, Aufsublimieren und andere an sich bekannte Auftragsverfahren aufgebracht werden.
Zur Erleichterung des Trennens, zur Erhöhung der Stabilität und zur Verbesserung der Oberflächengüte ist es weiter von Vorteil, eine oder mehrere Bindemittelschichten auf eine dünne Schale oder Haut, die zuvor den Wirkflächen des Modells, der Modell platte oder des Kernkastens nachgebildet wurde, aufzubringen, so daß eine Verbundschicht mit kombinierten Eigenschaften erzielt wird, die von den einzelnen Schichten nicht erreicht werden.
Das aufgebrachte Material kann aus an sich bekannten Formstoff-Bindemitteln organischer oder anorganischer Natur in reiner Form oder'aufs einer Kombination verschiedener Bindemittel bestehen. Es kann Härtemittel, Beschleuniger, Stabilisatoren, Schaumbildner, Lösungsmittel, viskositätsbestimmende Zusätze, Oxydationsmittel, Trennmittel, Schlichten und sonstige dem speziellen Anwendungsfall angepaßte Zusätze enthalten, die den Formprozeß fördern, die Formteiloberfläche verbessern und die Entformung erleichtern. Es kann flüssig, fest, pulverig oder breiig sein, als Lösung, Suspension, Emulsion oder Schaum vorliegen.
Entsprechend den Erfordernissen des Fertigungsablaufs wird entweder unmittelbar nach Aufbringen der Bindemittelschicht oder, nach einer Zwischenlagerung, zu einem späteren Zeitpunkt der Formstoff durch Einschütten, Einschießen, Einblasen, EinrUtteln oder andere Füllmethoden der Formenherstellung ein-oder aufgebracht und verdichtet, wobei Formstoffkörner mehr oder weniger tief in die Bindemittel schicht eindringen.
Der Formstoff kann reines körniges, feuerfestes anorganisches Material oder eine Mischung solcher Stoffe sein Aus wirtschaftlichen Gründen kommt hier zumeist Quarzsand mit oder ohne Zusätzen von Tonmineralien zur Anwendung. Daneben sind auch alle weiteren in der Gießereitechnik bekannten Formgrundstoffe geeignet, wie Zirkon- und Chromitsande, Metallpulver, Salze u.ä.
Der Formstoff kann mit Wasser, Härtemitteln, Beschleunigern, Oxydationsmitteln, Depolymerisationskatalysatoren und sonstigen dem speziellen Anwendungsfall angepaßten Formstoffzusatzstoffen versehen sein, die die Verbindung mit dem Bindemittel verbessern und den Zerfall nach dem Abgießen fördern.
Um eine ausreichende Grünstandfestigkeit insbesondere bei großen Formteilen zu erzielen, kann -auch ein zusätzliches Bindemittel im Formstoff von Vorteil sein, dessen Konzentration jedoch deutlich unter den Zusatzmengen bei herkömmlichen Formstoffsystemen liegen kann.
Für das auch bei bindemittel freiem Formstoff notwendige Verdichten können grundsätzlich alle bekannten Verfahren Anwendung finden. Besonders geeignet ist ein einfaches Verfahren, das durch Druck über eine flexible Membran und gleichzeitige Vibration den rieselfähigen Formstoff mit vergleichsweise geringer Energie verdichtet.
Nachdem die Bindemittel-schi-cht entsprechend dem gewählten System chemisch und/oder thermisch -ausgehärtet oder durch physikalische Vorgänge erstarrt ist und eine formstabile Schale gebildet hat, wird entformt.
Um die erforderliche leichte Entformbarkeit zu erreichen, werden die Oberflächen von Modell, Modellplatte oder Kernkasten aus haftungsabweisendem Material, insbesondere antiadhäsiven Kunststoffen, ausgeführt oder in bekannter Weise mit Trennmitteln behandelt.
Vorteilhaft ist auch die Verwendung eines entsprechend den Wirkflächen des Modells, der Modellplatte oder des Kernkastens verformten oder verformbaren dünnen Trä-germaterials als Trennfolie, z.B. von Folien aus Kunststoffen, auch wasser - oder alkohollöslichen, imprägnierten Papieren, Vliesstoffen u.ä.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile leiten sich im wesentlichen von dem kennzeichnenden Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ab, daß die Formteile im Ganzen von der BindemittelhUlle umschlossen werden, während bei den herkömmlichen Verfahren, soweit sie mit Bindemittel arbeiten, jedes einzelne Korn vom Bindemittel umhüllt wird.
Dies führt zu erheblicher Verringerung der Bindemittelmenge und damit zu geringeren Kosten, verringerter Umweltbelastung durch verminderte Zersetzungsprodukte sowie zu Reduzierung des Deponievolumens oder der zu regenerierenden Altsandmenge.
Die dünnwan.dige Bindemittelscnale terfällt bereits bei geringem Wärmeangebot und erleichtert damit das Entkernen der Gußteile erheblich, was eine deutliche Vereinfachung und Reduzierung der Putzarbeit zur Folge hat.
Bei den herkömmlichen Verfahren wird die Güte der Gußoberfläche durch die Kornstruktur des Formstoffs geprägt, sofern nicht durch eine nachträglich aufgebrachte Schlichte die Rauhigkeit verringert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wirkt die Bindemittel schicht selbst wie eine Schlichte.
Die beim Gießen erforderliche Gasdurchlässigkeit der Formteile wird durch das neue Verfahren ebenfalls gesteigert, weil das bindemittelfreie Schüttgut genügend gasdurchlässigen Porenraum bietet. Auch die von Körnern durchsetzte Bindemittelschicht hat sich im praktischen Versuch als gut gasdurch-Ç åssig - insbesondere im geschäumten Zustand - erwiesen.
-D as Fehlen von Bindemittelhüllen um jedes einzelne Schüttgutkorn erleichtert das Verdichten des Formstoffs und verringert die Verdichtungsenergie erheblich.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die unterschiedlichsten Bindemittel- und Formstoffsystelile auß einfache Weise Verwendung finden können, was das Verfahren besonders anpassungsfähig an die verschiedenen Problemstellungen beim Gießen von Metallen, Kunststoffen und anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen macht. So entfallen z.B. die Schwierigkeiten mit nicht genügend langer Verarbeitungszeit einer herkömmlich-en Formstoffmischung, weil jetzt der Härter gleichzeitig mit dem Bindemittel direkt an die formgebenden Flächen gebracht werden kann. Weiterhin ist auch die Anwendung von Bindemittelsystemen, die kalt oder bei geringer Temperaturerhöhung rasch härten, ohne Einsatz.von giftigen oder gefährlichen Härtern leicht möglich, was die Verwendung billiger und gut zu bearbeitender Modellwerkstoffe in großer Auswahl ermöglicht.
Schließlich sind besondere Vorteile gegeben bei der Herstellung von Formteilen, deren Zerstörung nach dem Gießen nicht durch thermischen Zerfall, sondern durch Auflösen des Bindemittels mit Hilfe eines Lösungsmittels erfolgt.
So kann beispielsweise ein Kern aus einer getrockneten Salzschicht oder Gipsschlickerschicht als Bindemittelhülle und aus bindemittel freiem Sand bestehen, der nach dem Gießen mit Wasser aus dem Gußstück entfernt wird. Anders als bei kompakten Salz- oder Gipskernen ist hier die gesamte Kernoberfläche von innen her dem Lösungsmittel leicht zugänglich, so daß die dünne Bindemittelschicht rasch zerfällt.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Herste-llung von Formteilen für das Gießen von Metallen, Kunststoffen und anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bindemittel für sich auf die Wirkflächen des Modells, der Modellplatte oder des Kernkastens aufgebracht wird, bevor diese mit Formstoff beaufschlagt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Formteilen für das Gießen von Metallen-, Kunststoffen und anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel für sich auf die Flächen einer dünnen Schale, die den Wirkflächen des Modells, der Modellplatte oder des Kernkastens nachgebildet sind, aufgebracht wird, bevor diese mit Formstoff beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bindemittel organischer oder anorganischer Natur in reiner Form oder als Kombination verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen oder mehrere Zusätze aus einer oder mehrerer der Gruppen a) Härtemittel b) Härtungsbeschleuniger c) Stabilisatoren und Inhibitoren d) Schaumbildner bzw. Treibmittel e) Lösungs-, Emulsions- und Suspensionsmittel f) Viskositätsbestimmende Zusätze g) Oxydationsmittel h) Trennmittel i) Schlichten enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und~2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e - t daß das Bindemittel durch Aufspruhen, Aufstreichen, Eintauchen, übergießen, Sturzgießen, Aufstäuben, Aufschmelzen, Aufkondensieren oder Aufsublimieren aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 3Wd 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel als Schaum oder unter Schaumbildung aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auf ein entsprechend den Wirkflächen des Modells, der Modellplatte oder des Kernkastens verformtes oder verformbares dünnes Trägermaterial aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff aus bindemittel-freiem Grundstoff oder aus einer Mischung bindemittel freier Grundstoffe der Gruppen a) Oxide b) Metallpulver c) Salze besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff ein Bindemittel nach Anspruch 3 und 4 enthält, dessen Konzentration wesentlich geringer als bei herkömmlichen Formstoffsystemen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff einen oder mehrere Zusätze aus einer oder mehrerer der Gruppen a) Hdrtemittel b) Härtungsbeschleuniger c) Oxydationsmittel d) Depolymerisationskatalysatoren oder einen Wasserzusatz enthält.
11. Verfahren zum Verdichten rieselfähigen Formstoffs nach Anspruch 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Druck über eine flexible Membran und gleichzeitige Vibration verdichtet wird.
12. Verfahren zum Entformen oder Entkernen von Gußteilen, hergestellt mit Formteilen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernen des rieselfähigen Formstoffs die Bindemittelhülle durch Lösungsmittel entfernt wird.