DE3316571C2

DE3316571C2 - Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgießformen nach dem Gips - Formverfahren, Gießform und deren Verwendung

Info

Publication number: DE3316571C2
Application number: DE3316571A
Authority: DE
Inventors: Fritz 6703 Limburgerhof Fäßle; Siegmund 6724 Dudenhofen Stadler
Original assignee: Giulini Chemie GmbH
Current assignee: BK Giulini Chemie GmbH
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1985-08-22
Also published as: EP0124801B1; EP0124801A2; DE3316571A1; ATE64114T1; DE3484663D1; US4541471A; EP0124801A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Meßgenauigkeit nach dem Gips-Formverfahren, bei dem das abzubildende Modell mit einer Drainagevorrichtung, die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird und die in den Formkasten gegossene Formmasse erstarren gelassen wird. Das Wasser aus der erstarrten Formmasse wird nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt und die vom Modell abgelöste Form nach Trocknung an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert. Die Metallschmelze wird anschließend unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen.

Description

a) auf ein mit Trennmittel beschichtetes Modell gießfähige, Kalziumsulfat-Halbhydrat als Bindemittel enthaltende Formmasse gegossen und erstarren gelassen wird,

b) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird, und

c) die vom Modell abgelöste Form getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gelcsnnzeichnet, ds ^ das Wasser aus der erstarrten Formmasse mit Druckluft ausgepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit steigendem Druck ausgepreßt wird.

4. Verfahren nach einen» der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bis zum Erreichen von 1,2 bar um 0,01 bar pro Minute erhöht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Form bei 60 bis 100° C durchgeführt wird.

6. Poröse Gießform zur Herstellung von Präzisionsguß, in die poröst DrainL^eelemente mit nach außen führenden Anschlüssen eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf ein mit Trennmittel beschichtetes Modell gießfähige. Kalziumsulfat-Halbhydrat als Bindemittel enthaltende Formmasse gegossen und erstarren gelassen worden ist,

b) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt worden ist und

c) die vom Modell abgelöste Form getrocknet v/orden ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement ein poröser Schlauch ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem porösen Schlauch und dem Mode!! ein engmaschiges und formbares Drahtgewebe angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das gasführende Element eine gelochte Glasfasermatte ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Drainageelementi vom Modell mindestens 10 mm beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse aus alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat, Schamotte, Wasser und an sich bekannten Hilfsmitteln besteht.

12. Verwendung einer Gießform nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Form an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und die Metallschmelze unter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von porösen Gießformen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Maßgenauigkeit nach dem Gips-Formverfahren sowie die mit diesem Formverfahren hergesteilte Form und deren Verwenc*ung.

Gips-Formverfahren sind schon seit langem bekannt. Der Formstoff besteht bei diesen Verfahren in der Hauptsache aus Gips. Weitere Bestandteile können Sand, Zement, Natriumsilikat Asbest u. a. sein. In derartigen Mischungen hat der Gips die Funktion eines Bindemittels und ist auch in höheren Temperaturbereichen einsetzbar. Präzisionsgüsse können jedoch nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden, und zwar auch dann nicht wenn nach dem Vakuum-Formverfahren gearbeitetwird.

Die Statistik zeigt daß ein hoher Anteil der Gußserien mit Formsande;- hergestellt wird. Die sich dabei ausbildende materialbedingte Gußoberfläche bringt jedoch zwangsläufig einen hohen Nachbearbeitungsaufwand, der sehr kostenintensiv ist und heute als nicht mehr vertretbar angesehen wird.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Formverfahren zu finden, das weder die Nachteile des Sand-Formverfahrens noch die des Gips-Formverfahrens zeigt, sondem sich durch scharfe Detailwiedergabe und hohe Maßgenauigkeit auszeichnet. Außerdem sol! dazu eine Gießform und deren Verwendung bereitgestellt werden. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche 1.6 und 12 gelöst.

Die gestellten Aufgaben werden insgesamt derart gelöst, daß

a) das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Modell mit einer Drainagevorrichtung.

die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird.

b) die Formmasse in den Formkasten gegossen und erstarren gelassen wird,

c) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfer-5C nung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird und die vom Modell abgelöste Form nach Trocknung

d) an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und daß

e) die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.

Ein Brennen der Gipsformen bei Temperaturen von 400 bis 800"C ist nicht mehr erforderlich. Damit können erhebliche Energiemengen eingespart werden.

Zur Herstellung der Gipsformen wird eine Pulvcrmischung verwendet, die als wesentliche Bestandteile alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat (Bindemittel), gegebcnenfalls noch Zement und Schamotte und/oder Quarzmehl als Füllstoff enthält. Dieser Mischung wird soviel Wasser zugesetzt, daß eine ausreichende Gascurchlässigkeit erzielt wird, was auf ein Porenvolumen von min-

destens 25% zutrifft Mit einer definierten Kornverteilung wird die erforderliche glatte Oberfläche der Form erzielt. Hilfssloffe, wie Abbindebeschleuniger, Verzögerer, Glasfasern u. a, können der Mischung beigegeben werden.

Ein wesentliches Kennzeichen des neuen Verfahrens besteht darin, daß das anhaftende Wasser der Formmasse durch Druckentwässerong entfernt wird. Auf diese Weise können beträchtliche Energiemengen eingespart werden, so daß das Verfahren nunmehr auch für großflächige Präzisionsgüsse und Seriengüsse einsetzbar ist Durch die Evakuierung beim Gießen wird der Energiebedarf zusätzlich herabgesetzt, wobei weiterhin vorteilhaft ist, daß Druckentwässerung und Evakuierung über das gleiche System (Drainagevorrichtung) vorgenommen werden.

Anhand der nachstehenden Ausführungen wird nun die Erfindung noch näher erläutert

Vor dem Gießen wird über das abzuformende Original, das mit einem Trennmittel beschichtet wird, eine Drainage in Form eines porösen Schkuches oder einer gelochten Glasfasermatte aufgebracht. "Bei der Schlauchmethode erfolgt das zweckmäßigerweise mit einem engmaschigen Drahtgewebe, das in einem Abstand von ca. 10 mm über dem Original befestigt wird und leicht biegsam ist Anschließend wird der Schlauch schlangenförmig über das Drahtgewebe verteilt befestigt und mit einem Ende durch den Fonnrahmen bzw. durch die Kokille nach außen geführt Bei der Verwendung von gelochten Glasfasermatten wird kein Drahtgewebe benötigt

Nach Anrühren wird die Formmasse in den vorbereiteten Formkasten gegossen. Ja nach Formteil können ein Ober- oder Unterkasten bzw. auch mehrteilige Formen hergestellt werden.

Die Formmassen (Negativformen) werden nach dem Erstarren sofort vom Original abgehoben und zur Entfernung des Wassers an die Preßluftleitung angeschlossen. Das Auspressen des Wassers erfolgt vorteilhafterweise mit eir;m Druckanstieg von 0,01 bar pro Minute und zwar solange, bis ca. \2 bar erreicht sind. Zur vollständigen Wasserentfernung wird dieser Druck noch über einen Zeitraum beibehalten, etwa 10 bis 20 Minuten. In den meisten Fällen reicht dies aus. Der durch das Wasserauspressen gebildete Porenraum ist für das nachfolgende Gießen von weseni"'cher Bedeutung. Nach dem Auspressen bleiben die Negativformen bis zum völligen Abbinden ca. 2 Stunden offen gelagert stehen. Eine weitere 24-stündige Trocknung bei 60 bis 100⁰C kann bei größerer. Formen erforderlich sein. Sie ist jedoch auch notwendig, wenn eine ausreichende Vakuumleisturg beim nachfolgenden Meiaüguß nien· erbracht werden kann.

Vor dem Gießen wird (werden) an den (oder die) Druckluftstutzen die Vakuumleitungen angeschlossen. Dies kann sowohl über eine direkt arbeitende Vakuumpumpe mit ausreichender Leistung, wie auch über ein vorevakuiertes Gefäß erfolgen. Unmittelbar vor dem Metallguß wire¹ die Negativform evakuiert und die Schmelze sofoi' «ingegossen.

Bis zur Erstari-ung der Schmelze wird die Evakuierung fortgesetzt.

Die maximale Gasmenge liegt bei 41/dm² Formoberfläche. Zur Reduzierung von Vakuumverlusten ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die rückwärtige Wanddicke der Form größer ist als der Abstand zwischen Schla^r{<ih und Arbeitsoberfläche beträgt. In den meisten Fällen reicht eine doppelte bis dreifache Wanddicke aus.

Bei sorgfältiger Verarbeitung, vor allem gleichniüfli ger Verteilung der Drainage, bilden sich sehr glatte Metalloberflächen aus, welche die aufgeführten technisehen Vorteile bringen.

Beispiel 1

Zur Herstellung der Negativform wurde ein Armatu-

!0 renkunststofforiginal (Modell), Größe ca.

20 χ 10 χ 8 cm, mit einem hauchdünnen Ölfilm als Trennmittel überzogen und in einen Formkasten mit den Innenmaßen 24 χ 14 χ 11 cm eingelegt Auf diese Originaloberfläche wurde ein leicht verformbares

is Drahtgewege mit ca. 2—3 cm Maschenweite angepaßt Nach dieser Anformung wurde auf das Drahtgewebe ein poröser Gewebeschlauch von 8 mm Durchmesser mit seitlichem Abstand von etwa 2 cm angebunden, das Schlauchende mit dem am Formkasten angebrachten Rohrstutzen verbunden und die Drainage-Einrichtung ca 1 cm über dem Modell fixiert

Zum Füllen des vorbereiteten Formkastens wurden 5 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus

40,0%alpha-CalciumsuIfat-Halbhydrat
59,Cj% Schamotte (Körnung 0—1 mm)

0,5% Weißkalk

0,3% Glasfasern, 3—5 mm Faserlänge

0,2% Kaliumsulfat

mit 2 1 Wasser 1 Minute homogen gemischt und (zur Verdrängung von Haftblasen) im dünnen Strahl von der Mitte beginnend eingegossen.
Eine Minute nach dem Erstarrungsende der Formmasse — ermittelt durch Fingerdruck — wurde an den Rohrstutzen die Preßluftleitung angeschlossen. Der Anfangsdruck betrug 0,2 bar, die Drucksteigerung 0,01 bar pro Minute. Nach 100 Minuten betrug der Preßdruck 1,2 bar, der solange beibehalten wurde, bis kein Wasser mehr austrat

B"' Anlegung des Preßdrucks trennte sich das Original von der Formmasse. Der Formkasten mit dem Negativmodell wurde gleichmäßig nach oben abgehoben und hochkam gestellt, damit das ausgepreßte Wasser frei abfließen konnte.

Die Resttrocknung des Formkastens mit Negativmodell erfolgt über Nacht bei 60-80⁰C.

Nach Trocknung wurde der Formkasten mit dem Negativmodell für den folgenden Aluminiumguß an eine Vakuumleitung angeschlossen. Es stellt sich ein Unterdruck von —0,9 bar oin. Die geschmolzene Aluminiumlegierung (72O⁰C) wurde in die evakuierte Form eingefüllt Die Entformung des Gußteiles erfolgte nach völliger Erstarrung der Legierung, was nach ca. 20 Minuten der Fall war. Die Negativform konnte für drei weitere Metallgüsse eingesetzt werden.

Beispiel 2

Anstelle des im Beispiel 1 eingelegten porösen Schlauches wurde eine gelochte Mineralwöllfäsermätte mit 2 cm Dicke verwendet Der Lochdurchmesser betrug 1,5 cm, der Abstand von Lochung zu Lochung 2—3 cm. Um ein Hochschwimmen der Mineralwollfasermatte zu unterbinden, wurde sie kurzzeitig in Wasser getaucht. For dem Einbringen der Drainage wurde der Formkasten mit der Gießmasse ca. 1 cm über das Original gefüllt und anschließend die Mineralwollfasermatte

mit einem Abstand von ca. 1 cm über der Originaloberfläche fixiert und danach der Formkasten aufgefüllt. Ausbrechen, Evakuieren und Metallgießen erfolgten wie im Beispiel t.

Die Figur, die einen Querschnitt durch die erfindungs- 5 gemäße Gießform zeigt, dient zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes.

Mit 1 a und 1 b sind in der Figur Teile des Formkastens bezeichnet. Das in der Kiistenhälfte la liegende Modell 7 ist mit dem Maschendrahtgewebe 6, auf dem der porö- 10 se Gewebeschlauch 2 schlangenförmig angeordnet ist, umgeben. Das Druckgas wird über die Stutzen bei 4 eingeleitet und das Vakuum über den gleichen Stutzen abgezogen. Die Formmasse ist mit der Ziffer 3 angedeutet. 15

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von porösen Formen für Präzisionsguß, in die poröse Drainageelemente mit nach außen führenden Anschlüssen eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze bei einem Unterdruck von 06, bar in die Form gegossen wird.