DE3320309C2 - Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmeßformen, Gießformen und deren Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmeßformen, Gießformen und deren VerwendungInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Meßgenauigkeit, 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, einen Phosphatbinder enthaltende 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 bei mindestens 250°C an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert. Die Metallschmelze wird anschließend unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues
Verfahren zur Herstellung von Gußformen mit si harfer
Detailwiedergabe und hoher Maßgenauigkeit nach einem neuen Formverfahren sowie die mit diesem Formverfahren
hergestellte Präzisionsgießform. Geeignet ist das neue Formverfahren besonders für hochschmelzende
Metalle und Legierungen.
Formverfahren für Formen für hochschmelzende Metalle sind bekannt, z. B. das Vakuumformverfahren, auch solchfi für Präzisionsguß. Dabei ist die Verwendung von Phosphatbindern bekannt Das bekannteste Präzisionsguß-Formverfahren ist das Wachsausschmelzverfahren, bei dem zur Erzeugung des Form-
Formverfahren für Formen für hochschmelzende Metalle sind bekannt, z. B. das Vakuumformverfahren, auch solchfi für Präzisionsguß. Dabei ist die Verwendung von Phosphatbindern bekannt Das bekannteste Präzisionsguß-Formverfahren ist das Wachsausschmelzverfahren, bei dem zur Erzeugung des Form-
3. Verfahren nach 1 oder 2, dadurch gekennzeich- 20 hohlraumes das Modell herausgeschmolzen wird. Bei
net, daß das Wasser mit steigendem Druck ausge- anderen Verfahren wird als Modellmaterial Kunststoff
preßt wird. oder gefrorenes Quecksilber eingesetzt Nachteilig bei
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, diesen Formverfahren ist, daß zur Erzielung eines Präzidadurch
gekennzeichnet, daß der Druck bis zum Er- sionsgusses eine Anzahl von Hilfsmitteln und zusätzlireichen
von 1.2 bar um 0.01 bar pro Minute erhöht 25 chen Maßnahmen erforderlich sind, sodaß der Feinguß
w'rd· als industrielles Masscnproduktionsmittei in vielen In-
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dustriezweigen auch heute noch als nicht zufriedensteldadurch
gekennzeichnet, daß das Brennen der Form lend, insbesondere zu kostenintensiv und arbeitsaufbei
260° bis 3000C durchgeführt wird. wendig, angesehen wird. So müssen Modelle für hoch-
6. Poröse Gießform zur Herstellung von Präzi- 30 schmelzende Eisen- und Nichteisenmetalle mit einer
sionsguß, wobei in die Form poröse Drainageele- Feinschicht aus einem feinkörnigen, hochwertigen,
mente mit nach außen führende Anschlüssen einge- meist silikatgebundenen keramischen Formstoff umgebettet
sind, wobei auf ein -nit Trenr.mittel beschich- ben werden, da nur so eine glatte Oberfläche erzeugt
tetes Modell gießfähige. Binde, ,ittel enthaltende wird und feinste Konturen wiedergegeben werden kon-Formmasse
gegossen und erstarren gelassen wor- 35 nen. Erst dann kann der Formstoff, welcher der Gießden
ist, das Wasser der erstarrten Formmasse nach form die notwendige Standfestigkeit verleiht, um den
Entfernung des Modells durch Einleiten von Druck- — - ■
40
gas herausgepreßt worden ist und die vom Modell
abgelöste Form getrocknet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse Phosphatbinder
als Bindemitte! enthält, und daß die Form bei mindestens 25O0C gebrannt worden 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 Modell ein engmaschiges und formbares Drahtgewebe
angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Drainageelement eine gelochte a) Glasfasermatte ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des gasführenden Elements vom Modell mindestens 10 mm 55 b)
beträgt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
10. dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse aus c) aktivem Magnesiumoxid, Monoammoniumphosph.it,
Quar/band und/oder Zirkonsand, Wasser und
an sich bekannten Hilfsmitteln besteht - 12. Verwendung einer Gießform nach einem der
Ansprüche 6 bis I !,dadurch gekennzeichnet,daß die d)
fertige Form an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und daß die Metallschmelze un- es e)
ter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.
1 13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch ge-Gießdruck widerstehen zu können, in den Formkasten gegossen werden.
1 13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch ge-Gießdruck widerstehen zu können, in den Formkasten gegossen werden.
Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsguß-Formen zu finden, das
insbesondere für hochschmelzende Metalle und Legierungen geeignet ist und die vorstehenden Nachteile
nicht aufweist, sondern sich durch Maßgenauigkeit und Detailtreue auszeichnet. Ebenso sol! eine geeignete
Form und deren Verwendung angegeben werden. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche
1,6 und 12 gelöst. Günstige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen genannt. Die gestellten Aufgaben
werden derart gelöst werden, daß
das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Modell mit einer Drainagevorrichtung,
die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird,
die einen Phosphatbinder (in statu nascendi) enthaltende Formmasse in de Formkasten gegossen und
erstarren gelassen wird.
das Wasser der erstarnen Formmasse nach Entfernung
des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird und die vom Modell abgelöste
Form nach Calcinierung bei einer Temperatur von
mindestens 2500C
an eine Vakuunilcitung angeschlossen und evakuiert
wird, und daß
die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen
wird.
Das wesentliche Kennzeichen des neuen Verfahrens besteht darin, daß das anhaftende Wasser der Formmasse
durch Druckentwässerung entfernt wird. Auf diese Weise können beträchtliche Energiemengen eingespart
werden, so daß das Gießverfahren nunmehr auch für großflächige Präzisionsgüsse und Seriengüsse einsetzbair
ist Durch die Evakuierung beim Metallguß wird der Energiebedarf zusätzlich heraDgesetzt, wobei weiterhin
vorteilhaft ist, iiaß Druckentwässerung und Evakuierung
über das gleiche System (Drainagevorrichtung) vorgenommen werden können.
Zur Herstellung der Fonnmasse wird Quarzsand und/ oder Zirkonsand verwendet, der als Hochtemperaturbinder
einen Phosphatbinder, hergestellt aus aktivem Magnesiumoxid oder aktivem Magnesiumhydroxid und
Monoammoniumorthophosphat, enthält Abbindeverzögerer und andere Hilfsstoffe, z. B. temperaturbeständige
Füllstoffe, können gegebenenfalls der Mischung zugesetzt werden. In Gegenwart von Wasser reagiert
das aktive Magnesiumoxid unter Wärmeentwicklung mil dem Ämmoniumorthophosphat, wobei in Abhängigkeit
von der Reaktivität des Magnesiumoxids, (Jer Konzentration
des Ammoniummagnesiumorthophesphats und der Wassermenge der Erstarrungsvorgang beginnt.
Die Wassermenge muß außerdem auf das gewünschte Porenvolumen der Formen abgestellt werden, damit eine
ausreichende Gasdurchlässigkeit bei der erfindungsgesnäßen Inbetriebnahme der Drainagevorrichtung
vodiegL Das Porenvolumen sollte etwa 15% betragen.
Mit einer definierten Kornverteilung des Quarz- und/ oder Zirkonsandes (einige μπι bis 3 mm) wird eine glatte
Oberfläche der Form erzielt
Da das gebildete Magnesiumorthophosphst 6 Moleküle Kristallwasser enthält, ist nach Beendigung des Erstarrungsvorganges
eine Calcination erforderlich. Die Calcinationstemperatur sollte mindestens 2500C betragen,
so daß neben dem Kristallwasser auch ein Teil des gebundenen Ammoniaks freigesetzt wird. Auf diese
Weise wird die Entgasung während des Gießvorganges erleichtert una die Oberflächenbeschaffenheit des Gießlings
verbessert
Unter hochschmelzenden Metallen und Metallegierungen werden hier solche verstanden, deren Schmelzpunkt
oberhalb 10000C. insbesondere oberhalb HOO0C
liegt.
Anhand der nachstehenden Ausführungen wird nun die Erfindung noch näher erläutert.
Vor dem Gießen wird über da»abzuformende Original,
das mit einem Trennmittel beschichtet wird, eine Drainage in Form eines porösen Schlauches oder einer
gelochten Glasfasermatte aufgebracht Bei der Schlauchmethode erfolgt das zweckmäßigerweise mit
einem engmaschigen Drahtgewebe, das in einem Abstand von ca. 10 mrr. 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 Formrahmen bzw. durch die Kokille nach außen geführt. Bei der Verwendung
von gelochten Glasfasermatten wird kein Drahtgewebt benötigt.
*,;^Nach^nrührenAvird die Formmasse in den vorbereiteten
Formkasten gegossen. sje nach Formteil können ein; Ober- oder Unterkasten bzw. auch mehrteilige Formen
hergestellt werden.
Die Formen wel-de? nach dem Erstarren sofort vom
Original abgehoben und zur Entfernung des Wassers an di6 Preßluftleitung angeschlossen. Das Auspressen des
Wassers erfolgt vorteilhafterweise mit einem Druckanstieg von 0,01 bar pro Minute und zwar so lange, bis ca.
1,2 bar erreicht sind. Zur vollständigen Wasserentfernung wird dieser Druck noch über einen Zeitraum beibehalten,
etwa 10 bis 20 Minuten. In den meisten reichen
10 bis 20 Minuten aus. Der durch das Wasserauspressen gebildete Porenraum ist für das nachfolgende Gießen
von wesentlicher Bedeutung. Nach dem Auspressen können dip Formen unmittelbar oder nach Lagerung an
der Luft bei einer Temperatur von mindestens 25O0C calciniert werden. Die Calcination ist notwendig, damit
eine ausreichende Vakuumleistung beim nachfolgenden Metallguß erbracht werden kann.
Vor dem Metallguß wird (werden) an den (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
wird die Form evakuiert und die Schmelze sofort eingegossen.
Bis zur Erstarrung der Schmelze v,';d die Evakuierung
fongesetzt
Die maximale Gasmenge liegt bei 4 1/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 Schlauch und Arbeitsoberfläche beträgt.
In den meisten Fällen reicht eine doppelte bis dreifache Wanddicke aus.
Bei sorgfältiger Verarbeitung, vor allein gleichmäßiger Verteilung der Drainage, bilden sich sehr glatte Metallobsrflächen
aus, weiche die aufgeführten technischen Vorteile bringen.
Zur Herstellung der Negativform wurde ein Armaturenkunststofforiginal
(Modell), Größe ca. 20 χ 10 χ 8 cm, mit einem hauchdünnen Ölfilm als Trennmitiel überzogen
und in einen Formkasten mit den Innenmaßen 24 χ 14 χ 11 cm eingelegt Auf diese Originaloberfläche
wurde ein leicht verformbares Drahtgewebe 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 6 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus
Zum Füllen des vorbereiteten Formkastens wurden 6 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus
8,0 Gew.-% aktivem MgO
8,0 Gew.-% Monoammoniumphosphat und
84,0 Gew.-°/o Quarzsand (Körnung < 1 mm)
8,0 Gew.-% Monoammoniumphosphat und
84,0 Gew.-°/o Quarzsand (Körnung < 1 mm)
mit 1,21 Wasser 1 Minute homogen gemischt und (zur
Verdrängung von Haftblasen) im dünnen Strahl von der Mitte beginnend eingegossen.
Eine Minute nach dem Erstarrungsende der Form-
60, masse - ermittelt durch Fingerdruck — wurde an den
..,^Rohrstutzen die Rreßluf(leitungangeschlossen^D.i-r An-
*5fangsdrück betrugÖ|2bär, die Drücksteigerühg0,01 bar
pro Minute. Nach 100 Minuten betrug der Preßdruck 1,2 bar, der so lange beibehalten wurde( bis kein Wasser
mehr austrat.
Bei Anlegung des Preßdrucks trennte sich das Original von der Formmasse. Der Formkasten mit dem Negativmodell
wurde gleichmäßig nach oben abgehoben
und hochkant gestellt, damit das ausgepreßte Wasser frei abfließen konnte.
Die Calcinierungdes Formkastens mit Negativmodell
erfolgte bei 250° C.
Nach Calcinierung wurde der Formkasten rtnit dem
Negativmodell für den folgenden Eisenguß (Schmp. 1250°C) an eine Vakuumleitung angeschlossen. Es stellte
sich ein Unterdruck von —0,9 bar ein. Das geschmolzene Eisen wurde in die evakuierte Form eingefüllt. Die
iintformung des Gußteiles erfolgte nach völligerErstarrung des Eisens, was nach ca. 20 Minuten der Fall war.
Anstelle des im Beispiel 1 eingelegten porösen Schlauches wurde eine gelochte Mineralwollfasi;rmatte
mit 2 cm Dicke verwendet. Der Lochdurchmesser betrug 1,5Cn1., der Abstand von Lochung zu Lochung
2 —3 cm. Um ein Hochschwimmen der Mineralwollfasermatte
zu unterbinden, wurde sie kurzzeitig in Wasser 'getaucht. Vor dem Einbringen der Drainage wurde der
Formkasten mit der Gießmasse ca. 1 cm über das Original gefüllt und anschließend die Mineralwollfascrmattc
mit einem Abstand von ca. 1 cm über der Originaloberfläche fixiert und danach der Formkasten aullgefüllt.
Ausbrechen, Evakuieren und Metallgießen erfolgten wie im Beispiel 1.
Die beiliegende Figur, die einen Querschnitt durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Gußform
zeigt, dient zur weiteren Erläuterung de<i Erfinduiigsgegenstandes.
Mit la) und Ib) sind in der Figur Teile des Formkastens
bezeichnet. Das in der Kastenhälfte la) liegende Modell 7 ist mit dem Maschendrahtgewebe 6, auf dem
der poröse 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.
40
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
45
50
55
eo
65
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von porösen Formen für Präzisionsguß, wobei in die Form poröse Drainageelemente
mit nach außen führenden Anschlüssen eingebettet sind, wobei auf ein mit Trennmittel beschichtetes
Modeil gießfähige. Bindemittel enthaltende Formmasse gegossen und erstarren gelassen
wird, das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas
herausgepreßt wird, die vom Modell abgelöste Form getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Bindemittel Phosphatbinder verwendet wird, und daß die Form bei mindesten
250° C gebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wasser aus der erstarrten Formmasse mit Druckluft ausgepreßt wird.
kennzeichnet, daß die Metallschmelze bei einem Unterdruck
von 0,6 bar in die Form gegossen wird.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3320309A DE3320309C2 (de) | 1983-06-04 | 1983-06-04 | Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmeßformen, Gießformen und deren Verwendung |
| AT84104214T ATE54080T1 (de) | 1983-05-06 | 1984-04-13 | Verfahren zur herstellung von praezisionsguessen. |
| EP84104214A EP0125510B1 (de) | 1983-05-06 | 1984-04-13 | Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgüssen |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3320309A DE3320309C2 (de) | 1983-06-04 | 1983-06-04 | Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmeßformen, Gießformen und deren Verwendung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3320309A1 DE3320309A1 (de) | 1984-12-06 |
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