DE3702642A1 - Entlueftete giessformen und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Entlueftete giessformen und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf entlüftete Gießformen
und Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere solche
Formen, die zum Gießen in einer evakuierten Atmosphäre
nach einem Verfahren, wie es in den US-PS 38 63 706
und 39 00 064 offenbart ist, und insbesondere brauchbar
sind, wenn sehr dünnwandige Teile zu gießen sind.
Die Gießhohlräume von Präzisionsformen erfordern
eine Durchlässigkeit für das Entweichen von in diesen
Hohlräumen vorhandenen Gasen, um eine vollständige Aus
füllung der Hohlräume während des Füllvorgangs zu sichern.
Dies gilt auch, wenn die Form beim Gegenschwerkrafts-
Füllverfahren mit angelegtem Vakuum verwendet wird, das
in den erwähnten Patenten offenbart ist. Zur Herstellung
solcher Formen kann eine keramische Zusammensetzung
verwendet werden, die in ihrem endgültigen gehärrteten
Zustand eine Durchlässigkeit in der Größenordnung von
14 cm3 Stickstoff je 6,45 cm2 der Formoberfläche je
Minute bei einem Stickstoffdruck von 0,035 bar hat.
Dies ergibt eine angemssene Entlüftung zur Sicherung
der Füllung von Hohlräumen, deren kürzeste seitliche
Querschnittabmessung etwa 1,0 mm oder mehr ist, und
zur Gasentfernung während des Gießens, solange die
Fläche dieses Querschnitts geringer als einige 6,45 cm2
ist. Jedoch war es schwierig oder unmöglich, eine voll
ständige Ausfüllung sehr dünner Teile mit einer seit
lichen Querschnittabmessung unter 1,0 mm, insbesondere
solche größerer Fläche als 19,35 cm2 zu erzielen.
Versuche zur Lösung dieses Problems durch eine Form
herstellungszusammensetzung, die Formen größerer Durchlässig
keit ergibt, haben sich als unbefriedigend erwiesen.
Die damit hergestellten Formen waren schwächer, neigten
zum Ausfall beim Gießen, und die Formhohlraumoberflächen
sind zu porös, was zu rauhen Gußstückoberflächen führt.
Entlüftungsschlitze, die in die Form eingeschliffen oder
durch diese hindurch geformt sind, haben eine so große
geringste seitliche Querschnittabmessung, daß das ge
gossene Material unannehmbar aussickert, und ein solches
Schleifen oder Einformen ist schwierig und aufwendig.
Das Formen dünnerer Schlitze um ein Modell beim Verfahren
der Bildung des Formhohlraums mit "verlorenem Wachs"
ist nicht durchführbar, weil das äußerst dünne verlorene
Wachsmodell für den Schlitz zu zerbrechlich sein würde,
um eine Einbettung in die formbildende Zusammensetzung aus
zuhalten, und das äußere Ende des Modells würde in
der Zusammensetzung eingebettet, wodurch die Schlitze
verstopft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, entlüftete
Gießformen mit einem neuen Entlüftungssystem zu ent
wickeln, das die Durchlässigkeit des Formhohlraums
angrenzend an den Entlüftungseinlaß erheblich steigert,
ohne ein Aussickern des gegossenen Materials während des
Füllens und Gießens oder eine Schwächung der Form unter
Beeinträchtigung ihres Zusammenhalts während des Gieß
vorgangs zu ermöglichen, wobei außerdem ein neues Ver
fahren zur Herstellung einer solchen Form zu entwickeln
ist, das nicht schwierig oder aufwendig durchführbar ist.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst
wird, ist zunächst eine entlüftete Gießform mit einem
Körper aus hartem, zusammenhängendem, feuerfestem Material,
der einen Hohlraum zum Gießen einer gewünschten Gestalt
und wenigstens einen Entlüftungskanal enthält, der sich
zum Entlüften von Gas aus dem Inneren eines Teils des
Hohlraums durch das Äußere des Formkörpers eignet, mit
dem Kennzeichen, daß der Entlüftungskanal aufweist:
einen Teil vorbestimmter regelmäßiger Gestalt, der sich nur eine Teilstrecke durch die Hohlraumwand erstreckt und an einem Ende eine Einlaßteil-Öffnung in einen Teil des Hohlraums bildet, welcher Einlaßteil eine seiner an die Öffnung angrenzenden seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, so daß der Einlaßteil einen wesentlich größeren Widerstand als der Hohlraumteil gegenüber einem Eindringen von Gießmaterial darin hat, und einen durch einen unregelmäßigen Spalt im Formkörper gebildeten Auslaßteil, der sich von einem inneren, zum Einlaßteil offenen Ende durch die äußere Oberfläche des Formkörpers erstreckt, welcher Spalt eine seiner seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, um ein Durchsickern von Gießmaterial zu verhindern, das etwa in den Einlaßteil eindringt.
einen Teil vorbestimmter regelmäßiger Gestalt, der sich nur eine Teilstrecke durch die Hohlraumwand erstreckt und an einem Ende eine Einlaßteil-Öffnung in einen Teil des Hohlraums bildet, welcher Einlaßteil eine seiner an die Öffnung angrenzenden seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, so daß der Einlaßteil einen wesentlich größeren Widerstand als der Hohlraumteil gegenüber einem Eindringen von Gießmaterial darin hat, und einen durch einen unregelmäßigen Spalt im Formkörper gebildeten Auslaßteil, der sich von einem inneren, zum Einlaßteil offenen Ende durch die äußere Oberfläche des Formkörpers erstreckt, welcher Spalt eine seiner seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, um ein Durchsickern von Gießmaterial zu verhindern, das etwa in den Einlaßteil eindringt.
Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Gießform
sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.
Entlüftete Gießformen gemäß der Erfindung haben also
einen Körper aus hartem, zusammenhängendem, feuerfestem
Material, der einen Hohlraum zum Gießen einer gewünschten
Gestalt enthält, und wenigstens einen Entlüftungskanal,
der sich zum Entlüften von Gas aus dem Inneren eines
Teils des Hohlraums durch die Wand des Hohlkörpers eignet.
Dieser Kanal hat einen Einlaßteil vorbestimmter regel
mäßiger Gestalt, der an einem Ende eine Öffnung in einen
Teil des Hohlraums definiert und eine seiner an die
Öffnung angrenzenden seitlichen Querschnittabmessungen
so kurz aufweist, daß der Einlaßteil des Entlüftungs
kanals einen wesentlich größeren Widerstand gegenüber
einem Eindringen von Gießmaterial als der Gießhohlraum
teil hat, in den sich der Einlaßteil des Entlüftungs
kanals öffnet. Der Entlüftungskanal hat einen Auslaßteil,
der durch einen unregelmäßigen Spalt im Formkörper
gebildet ist und sich von einem inneren, zum Einlaßteil
des Entlüftungskanals offenen Ende durch die Außenfläche
des Formkörpers erstreckt, wobei er eine seiner seit
lichen Querschnitt abmessungen ausreichend kurz auf
weist, um ein Durchsickern von Gießmaterial, das etwa
in den Einlaßteil des Entlüftungskanals eindringen könnte,
durch den Spalt zu verhindern.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die genannte
seitliche Querschnittabmessung des Spalts kürzer als
die des Einlaßteils, wünschenswert weniger als 0,38 mm
bzw. etwa 0,51 mm, und die andere seitliche Querschnitts
abmessung des Spalts ist länger als die andere seitliche
Querschnittabmessung des Einlaßteils und im wesentlichen
parallel dazu.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren
zur Herstellung einer entlüfteten Gießform gemäß der
Erfindung aus einem teilweise verbundenen, feuerfesten
Material, das zu einem harten, zusammenhängenden Zustand
hitzehärtbar ist, welches Verfahren durch folgende
Schritte gekennzeichnet ist:
Bilden des Formkörpers aus dem Material in dem teilweise verbundenen Zustand mit einem Gießhohlraum und Anbringen wenigstens eines Entlüftungsmodells einer Gestalt und an einer Stelle in einer Wand des Hohlraums, um im Form körper einen Entlüftungskanalteil vorbestimmter regel mäßiger Gestalt zu formen, der sich nur eine Teilstrecke durch die Wand erstreckt und ein Einlaßende mit einer Öffnung in den Hohlraum aufweist,
Erhitzen des Formkörpers auf eine Temperatur unter der Schmelzpunkttemperatur des Modells für eine ausreichende Zeit, daß die Wärmedehnung des Modells eine Spaltbildung des Formkörpers verursacht, wodurch zur Vervollständigung des Entlüftungskanals ein vom Entlüftungskanalteil durch das Äußere des Formkörpers reichender Spalt gebildet wird, der eine seiner seitlichen Querschnittabmessungen zu kurz aufweist, als daß in den Hohlraum gegossenes Material durchsickern könnte, und weiteres Erhitzen der Form bei einer ausreichend höheren Temperatur und für eine ausreichende Zeit zum Hervorrufen einer Verflüchtigung und eines Entweichens des Modells aus dem Formkörper und zum vollständigen Härten des Formkörpers.
Bilden des Formkörpers aus dem Material in dem teilweise verbundenen Zustand mit einem Gießhohlraum und Anbringen wenigstens eines Entlüftungsmodells einer Gestalt und an einer Stelle in einer Wand des Hohlraums, um im Form körper einen Entlüftungskanalteil vorbestimmter regel mäßiger Gestalt zu formen, der sich nur eine Teilstrecke durch die Wand erstreckt und ein Einlaßende mit einer Öffnung in den Hohlraum aufweist,
Erhitzen des Formkörpers auf eine Temperatur unter der Schmelzpunkttemperatur des Modells für eine ausreichende Zeit, daß die Wärmedehnung des Modells eine Spaltbildung des Formkörpers verursacht, wodurch zur Vervollständigung des Entlüftungskanals ein vom Entlüftungskanalteil durch das Äußere des Formkörpers reichender Spalt gebildet wird, der eine seiner seitlichen Querschnittabmessungen zu kurz aufweist, als daß in den Hohlraum gegossenes Material durchsickern könnte, und weiteres Erhitzen der Form bei einer ausreichend höheren Temperatur und für eine ausreichende Zeit zum Hervorrufen einer Verflüchtigung und eines Entweichens des Modells aus dem Formkörper und zum vollständigen Härten des Formkörpers.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
wird der Formkörper um ein "verlorenes Wachs"-Gießmodell
gebildet, an dem das Entlüftungsmodell oder die Ent
lüftungsmodelle am Entlüftungseinlaß-Öffnungsende be
festigt sind. Das Gießmodell hat eine niedrigere
Schmelzpunkttemperatur als das oder die Entlüftungs
modell(e), so daß es schmilzt, während der Formkörper
unterhalb der Schmelzpunkttemperatur des Entlüftungs
modells erhitzt wird, um den Entlüftungsspalt zu er
zeugen, und das geschmolzene Gießmodell aus der
Form vor der Erhitzung auf höhere Temperatur heraus
fließen kann; das restliche geschmolzene Gieß
modell wird durch die nachfolgende Erhitzung auf
höherer Temperatur verflüchtigt. Das das Entlüftungs
modell bildende Material hat eine wesentlich höhere
Zugfestigkeit als das Material des Gießmodells, wie
z. B. die von geeigneten Materialien, Nylon oder Poly
styrol, die einen Wärmedehnungskoeffizient von
16,2×10-5 cm/cm/°C haben. Das Ende des Entlüftungs
modells entgegengesetzt dem, das die Einlaßöffnung
bildet, ist erweitert und derart gestaltet, daß es die
Kraft seiner Ausdehnung zu einer Kante konzentriert,
längs der der Spalt angenähert auftritt.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veran
schaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert;
darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gußstücks, das mit
der Form nach Fig. 3 hergestellt wurde;
Fig. 2 eine Unteransicht des in Fig. 1 gezeigten
Gußstücks;
Fig. 3 eine zentrale Längsschnittdarstellung einer
erfindungsgemäß entlüfteten Gießform;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des
rechtsseitigen Endes der Form nach Fig. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4
in Blickrichtung der Pfeile;
Fig. 6 eine Aufsicht einer Gruppe von Formen nach
den Fig. 3-5, die mit einem gemeinsamen Anguß
einstückig und mit fertigen Gußstücken darin
dargestellt sind;
Fig. 7 eine auf der Linie 7-7 der Fig. 6 zum Freilegen
des Inneren weggebrochene Ansicht in der
Blickrichtung der Pfeile;
Fig. 8 eine zentrale Längsschnittdarstellung des
beim Herstellen der Formen nach Fig. 3 ver
wendeten Wachsmodells;
Fig. 9 eine Vergrößerung eines Teils des äußeren rechts
seitigen Endteils der Fig. 8;
Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 9
in Blickrichtung der Pfeile;
Fig. 11 eine vergrößerte Perspektivdarstellung des
verwendeten Entlüftungsbildungsmusters; und
Fig. 12 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung, nachdem die
Form um das Wachsmodell gebildet und das
geschmolzene Wachsmodell entfernt wurde.
Die in den Figuren veranschaulichten Formen haben einen
Gießhohlraum, der zur Bildung des in den Fig. 1 und 2
gezeigten hohlen Metallgolfschlägerkopf ("driver")
gestaltet ist. Obwohl die Erfindung auf irgendeine Gestalt
des Formhohlraums anwendbar ist, wurde die gezeigte
Golfschlägerkopfgestalt zur Veranschaulichung gewählt,
da sie ein Beispiel eines dünnwandigen Gußstücks großer
Oberfläche ist, bei dessen Herstellung Formen gemäß der
Erfindung mit maximalen Vorteilen ausgenutzt werden. Das
Gußstück wird zunächst erläutert, da bei Kenntnis ihrer
vollen Gestalt Querschnittzeichnungen des Formhohlraums
leichter verständlich sind.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Golfschlägerkopf hat
die übliche äußere Gestalt eines "Drivers" mit Ausnahme
des Vorsprungs 10, der vom Fülleingußkanal der Form übrig
ist und bei der Endbearbeitung des Gußstücks entfernt
wird. Das Gußstück ist hohl und hauptsächlich dünnwandig
mit Schwankungen von etwa 0,89 mm bis etwa 1,52 mm
mit Ausnahme der Schlagfläche, die etwa 3,18 mm dick ist.
Der Fuß 12 ist an seinem freien Ende offen, um den
Golfschlägerstiel aufzunehmen undan diesem befestigt
zu werden. Fig. 1 zeigt die Schlagfläche, die vom oberen
Teil 14 des umgekehrten Schlägerkopfes zu seinem Boden 16
geneigt ist, mit dem üblichen, im wesentlichen ebenen,
mittleren Schlagteil 18. Wände 14 und 16 sind mit der
Rückwand 19 durch die Vorderwand 20 und durch die Basis
des Fußes 12 verbunden, die die Hinterwand 22 bildet.
Diese Wände schließen das Innere des Schlägerkopfes völlig
mit Ausnahme des offenen Endes des Fußes 12 und mit
Ausnahme einer Öffnung 24 durch die Bodenwand 16 ein
(Fig. 2). Die Öffnung 24 schafft einen Zugang zum Inneren
für Formmaterial, das die Innenwand des Formhohlraums bildet.
Bei der Fertigbearbeitung des Gußstücks wird die Öffnung 24
durch eine (nicht gezeigte) Platte geschlossen, die
passend geschnitten ist und auf drei flachen Nasen 26 ruht,
die auf der Innenoberfläche der Bodenwand 16
geformt sind und unterhalb der Öffnung an ihrer Boden
seite vorragen. Die Platte wird dann an ihren Kanten mit
den Seiten der Öffnung 24 verschweißt und zur Vervoll
ständigung des Schlägerkopfes endbearbeitet.
Eine Form zur Herstellung des Gußstücks nach den
Fig. 1 und 2 ist in zentraler Längsschnittdarstellung
in Fig. 3 gezeigt und allgemein mit 30 bezeichnet. Sie
hat einen Schalentypkörper, der aus hartem, zusammenhängendem
feuerfestem Material, vorzugsweise einem vollständig
gebundenen keramischen Bindemittel gebildet ist. Ihre
Durchlässigkeit kann so hoch sein, wie andere Faktoren
zulassen, wie etwa der Größenordnung von 14 cm3 Stick
stoff je 6,45 cm2 der Fläche je Minute bei einem Stick
stoffdruck von 0,035 bar. Jedoch macht die durch
die vorliegende Erfindung geschaffene Entlüftung die
Formmaterialdurchlässigkeit viel weniger kritisch.
Der Gießhohlraum in der Form 30 ist als Duplikat der
Gestalt des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gußstückes zu
verstehen, das zwischen der Außenwand 32 der Form,
ihrer Innenwand 34 und einem Zwischenverbindungsteil 36
gebildet wird, der mit den Wänden 32 und 34 den Gieß
hohlraumteil entsprechend der Öffnung 24 durch den Boden
des Gußstücks und den Nasen 26 definiert. Der Teil 38
des Gießhohlraums bildet den Einlaßeinguß zum Hohlraum,
wobei der Gießrest 10 übrigbleibt, der am Ende entfernt
wird, und hat den Hinterteil des Hohlraums 40 an seiner
Basis. Der Hohlraumteil 42 bildet den Fuß 12, der Hohl
raumteil 44 bildet den oberen Teil 14, der Hohlraum
teil 46 bildet die Vorderwand 20, und der Hohlraumteil 48
bildet den Boden 16 mit der Öffnung 24, durch die
sich der Zwischenformwandteil 36 erstreckt. Die in
Fig. 3 gezeigten Gießhohlraumteile werden durch nicht
gezeigte Teile entsprechend der Vorder- und der Rückseite
verbunden. Die Gießhohlraumweiten entsprechen den
oben angegebenen des fertigen Gußstücks. Die Wände 32,
34, 36 der Form sind allgemein etwa 1,27 mm oder mehr
dick, wobei die Dicke etwas von Stelle zu Stelle variiert.
Der Entlüftungskanal, den die Erfindung im Formkörper
vorsieht, ist in den Figuren allgemein mit 50 bezeichnet.
Er befindet sich in der Außenwand 32 der Form, wo er
über dem Vorderteil 46 des Gießhohlraums liegt und so
vom Einlaßteil 38 des Formhohlraums entfernt ist, wie es
für maximale Wirksamkeit erwünscht ist. Weiter erstreckt
er sich von einer horizontalen Ebene durch den Einlaß nach
oben, der während des später beschriebenen Füllvorgangs
normalerweise horizontal ist, wodurch bewirkt wird, daß
die Schwerkraft eher gegen als für einen Strom von
Gießmaterial in den Entlüftungskanal 50 arbeitet. Obwohl
er in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Einzelheiten des Ent
lüftungskanals 50 in der vergrößerten Darstellung der
Fig. 4 und der Querschnittsdarstellung der Fig. 5,
auf die sich die folgende Beschreibung bezieht,
besser veranschaulicht.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, hat der Entlüftungskanal 50,
der in der Formwand 32 ausgebildet ist, einen Einlaß
teil 52, einen Zwischenteil 54 und einen Auslaßteil in der
Form eines Spalts 56. Die Teile 52 und 54 wurden um ein
Modell geformt und sind daher von vorbestimmter regel
mäßiger Gestalt. Der Teil 52 ist von rechteckiger Gestalt
und hat eine Endöffnung durch die Formwand 32 in einen
Gießhohlraumteil 46 bei 58. Die minimale seitliche Quer
schnittabmessung der Öffnung 58 ist ausreichend geringer
als die minimale seitliche Querschnittabmessung des
Hohlraumteils 46 (d. h. die Abmessung zur gegenüber
liegenden Wand des Hohlraums, die durch die Innenwand 34
des Formkörpers gebildet ist), so daß der Teil 52
einen wesentlich größeren Widerstand gegenüber einem Ein
strömen von Gießmaterial als der Formhohlraum aufweist.
Vorzugsweise ist diese Abmessung etwa 0,51 mm, wie schon
angegeben wurde. Wie Fig. 5 zeigt, ist die andere
Querschnittabmessung der Öffnung 58 vorzugsweise wesent
lich größer, was, wie dargestellt, einer mehrfach
größeren Länge als Breite des Kanalteils 52 entspricht,
um eine entsprechend größere Querschnittsfläche der
Öffnung zu schaffen.
Das der Öffnung 58 entgegengesetzte Ende des Ent
lüftungskanalteils 52 mündet bei 60 im Zwischenteil 54,
dessen Seitenwände nach außen von der Öffnung 60 zu
dessen Rest geneigt sind, der von im wesentlichen qua
dratischem Querschnitt nach Fig. 4 und von länglichem,
rechteckigem Querschnitt nach Fig. 5 ist und sich jenseits
beider Enden der Öffnung 60 erstreckt. Der Zwischenteil 54
ist so eine beträchtliche Erweiterung im Vergleich mit
dem Kanalteil 52. Seine besondere Abmessung und Gestaltung
werden teilweise durch die Spaltbildungsfunktion des
Modells bestimmt, von dem er geformt wird, wie insbesondere
im folgenden in der Beschreibung des bevorzugten Verfahrens
beschrieben wird, nachdem die Form hergestellt wurde.
Der Spaltteil des Entlüftungskanals 50 wird längs
der äußeren, oberen Längsseitenkante des Zwischenteils 54
über ihre volle Länge gebildet, wo er in diesen Teil 54
bei 62 geöffnet ist. Von der Öffnung 62 schreitet der
Spalt 56 nach außen und oben unter Vergrößerung der Länge
in der Ebene der Fig. 5 mit dem Anwachsen fort und
mündet bei 64 durch die Außenfläche der Außenwand 32
der Form. Der in Fig. 4 gezeigte minimale seitliche
Querschnitt des Spalts 56 ist geringer als der der Einlaß
öffnung 58 und klein genug, um ein Durchsickern irgend
welchen Gießmaterials, das in den Entlüftungskanal-Zwischen
teil 54 eindringen kann, aus der Form zu verhindern.
Üblicherweise ist er etwa 0,381 mm oder weniger,
jedoch ausreichend und angemessen, um Gas aus dem
Kanalzwischenteil 54 so schnell abzuführen, wie es dorthin
durch den Einlaßteil 52 gelangt. Die zusätzlicheLänge
des Spalts aufgrund des erweiterten Teils 54 im Vergleich mit
der Einlaßöffnung 60 sichert eine angemessene Funktion
des Spalts 56.
Soweit es die Abmessung erlaubt, wie es bei der darge
stellten Gießform der Fall ist, werden die einzelnen,
in Fig. 3 gezeigten Gießformen in Mehrzahl um einen ge
meinsamen Angußkanal gebündelt ausgebildet, mit dem ihre
Eingußteile verbunden sind und mit dem sie einstückig
gebildet werden. Eine solche zusammengesetzte Form von
Anguß und Gießhohlraumformen, die nach dem im Folgenden
beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, ist in den
Fig. 6 und 7 dargestellt. In diesen Figuren sind die
einzelnen Gießformen 30 die gleichen wie in den Fig. 3-5,
jedoch bei dem mit einem fertigen Gußstück gefüllten
Gießhohlraum dargestellt, bevor die Formen 30 aufgebrochen
und von der Außenseite des Gußstücks und von seiner
Innenseite durch die Öffnung 24 entfernt wurden. Fig. 7
zeigt einen Teil der zusammengesetzten Form längs der
Linie 7-7 der Fig. 6 weggebrochen, um auf der rechten
Seite Vorderansichten und auf der linken Seite Hinter
ansichten der Gußstücke zu zeigen. Die Gießformen 30
sind in Gruppen oder Schichten von vier, wobei ihre
Einlaßeingußkanäle 38 mit dem Inneren eines hohlen An
gußkanals, der allgemein mit 70 bezeichnet ist, in Ver
bindung stehen und mit diesem einstückig verbunden sind,
welcher Angußkanal aus dem gleichen keramischen Material
gebildet ist und ein geschlossenes oberes Ende 72,
einen offenen Bodeneinlaß 74 für das Gießmaterial und
einzelne Auslässe 76 zu den mehreren Gießformen aufweist,
die zu ihren Eingußkanälen 38 geöffnet sind.
Entsprechend dem Verfahren der erwähnten Patente
wurde die zusammengesetzte Form der Fig. 6 und 7 in
einer Vakuumkammer angeordnet, wobei ihr Einlaßende
vorragte und sie so gesenkt wurde, daß ihr Einlaßende in die
zu vergießende Metallschmelze eintauchte. Vakuum in der
Kammer bewirkte, daß die Metallschmelze nach oben in
die zusammengesetzte Form gezogen wurde und das Rohr sowie
über die Eingußkanäle 38 und mit Hilfe der Entlüftungs
kanäle 50 gemäß der Erfindung, die die Formdurchlässigkeit
erhöhten, die Gießhohlräume der einzelnen Gießformen 30
vollständig ausfüllte. Nach einer augenblicklichen vor
läufigen Absetzzeit für die Gußstücke wurde das Vakuum
unterbrochen, bevor die Metallschmelze im Anguß erstarren
konnte, so daß der Metallschmelzenrest in den den Metall
schmelzennachschub enthaltenden Tiegel zurückströmte und
die Gußstücke, wie gezeigt, zurückblieben. Ein
kleiner Außenflansch 78 an der Wand des Angusses 70 nahe
seines Bodens bildet eine Fläche zur Dichtung der Form
gegen die Vakuumkammerwand.
Normalerweise werden die Entlüftungskanäle 50 vom
Gießmaterial, wie in Fig. 7 gezeigt ist, nicht durch
drungen, doch wenn es der Fall ist, ergibt sich dies nur,
nachdem der Gießhohlraum vollständig gefüllt ist, und
das Eindringen endet im Kanalzwischenteil 54. Der Rest
irgendwelchen eingedrungenen Gießmaterials wird beim
Endbearbeitungsvorgang ohne weiteres entfernt, was
auch für den Rest 10 des Eingußteils gilt.
Es können auch mehr als ein Entlüftungskanal 50
je Gießform vorgesehen werden, jedoch war im dargestellten
Ausführungsbeispiel einer ausreichend. Es steigert die
Durchlässigkeit der Form mehrfach, so daß die Gußstück
ausfüllung verbessert wird, und ermöglicht eine bessere
Oberflächengüte. Mehrere Entlüftungskanäle können insbesondere
bei größeren Formen erwünscht sein. Auch wenn es erwünscht
ist, Formbildungsmaterial geringerer Durchlässigkeit
zu verwenden, können mehr als ein Entlüftungskanal be
nötigt werden.
Ein Vorteil des Entlüftungskanalaufbaus der Erfindung
ist, daß er ohne weiteres in Verbindung mit dem sog.
verlorenen Wachsverfahren der Bildung der Form um ein
Wachsmodell seines geformten Gießhohlraums, das an
schließend geschmolzen, abgezogen und herausgedampft
wird, gebildet werden kann und vorzugsweise gebildet
wird. Die folgenden Beschreibungseinzelheiten und Fig. 8-12
veranschaulichen, wie dieses vorteilhafte und in weitem
Umfang verwendete Verfahren der Herstellung einzelner
Gießformen, wie der Form 30 und Mehrfacheinheiten davon
mit einem Anguß, zweckmäßig modifiziert werden kann, um
die Entlüftungskanäle 50 gemäß der Erfindung vorzusehen.
Fig. 8 zeigt ein Wachsmodell für den Gießhohlraum einer
nach dem verlorenen Wachsverfahren zu bildenden Form 30
mit einem entlüftungsbildenden Modell am Vorderende, das
nicht aus Wachs ist. Da das Wachsmodell ein Duplikat
des Gußstücks nach den Fig. 1 und 2 (und daher das feste Kom
plementäre des Gießhohlraums der Formen 30) ist, haben
seine verschiedenen Teile um 100 gegenüber den Bezugs
ziffern der Fig. 1 und 2 erhöhte Bezugsziffern. Das
Wachsmodell nach Fig. 8 wird mittels Präzisionsmetallform
teilen gebildet. Die Form für das Modelläußere ist
längs geteilt, d. h. in der Ebene der Schnittdarstellung
der Fig. 8, welche Teile während des Füllens mit ge
schmolzenem Wachs, aus dem das Modell gebildet wird,
durch den Eingußabschnitt entsprechend dem Eingußrest 110
zusammengeschlossen werden. Die zwei Teile werden zur
Entfernung des erstarrten Wachsmodells getrennt. Die Form
für das Innere des Wachsmodells wird aus mehreren
Teilen gebildet, die zusammengesetzt werden und von einer
Abmessung sind, daß sie durch die Bodenöffnung 124 des
erstarrten Modells auseinandergenommen und entfernt werden
können. Sie werden durch diese Öffnung an einem Träger
angebracht, der die inneren Formteile relativ zu den
unabhängig gehaltenen äußeren Formteilen korrekt positio
niert.
Das Wachsmodell für den Anguß 70 der Fig. 6 und 7 wird
unter Verwendung einer längsgeteilten Form getrennt ge
formt. Die nach vorstehender Beschreibung einzeln ge
formten Wachsgießmodelle der Fig. 8 werden dann mit dem
geformten Angußmodell durch Wachsverschweißung ihrer
Eingußteile 110 mit dem Äußeren des Angußmodells ver
bunden. Die so zusammengesetzte Einheit von Modellen
der Gießhohlräume und des Angußhohlraums wird dann ab
wechselnd einem flüssigen keramischen Material und einem
fluidisierten trockenen keramischen Material in gut
bekannter Weise ausgesetzt, um die Körper der Gießformen 30
und des damit einstückigen Angusses 70 in gewünschter
Dicke um die Modelle zu bilden.
Das Modell zur Bildung des Entlüftungskanals, das
allgemein mit 150 bezeichnet ist, ist mit einer Ausnahme
dem geformten Einlaßteil 52 und dem Zwischenteil 54 des
Entlüftungskanals 50 der endgültigen Gießform 30, wie
in den Fig. 3-7 gezeigt, komplementär und hat entsprechende,
um 100 höhere Bezugsziffern. Die Ausnahme ist, daß der
Einlaßteil 152 an seinem Einlaßende einen etwas kürzeren
Vorsprung 152 a als die Maximalabmessung dieses Endes
aufweist, der sich weniger als die Minimalabmessung des
Formhohlraumteils der Form 30 erstreckt, mit dem er
zu verbinden ist. Dieser vorsprung wird zur festen Ver
ankerung des entlüftungsbildenden Modells im Wachskörper
des Modells verwendet, wie in Fig. 8-10 und 12 gezeigt
ist. Dies wird vorzugsweise vorgenommen, indem man den
angrenzenden Teil des Wachsmodells um den Vorsprung bildet,
zu welchem Zweck die äußeren Formteile für das Wachs
modell, wie oben beschrieben, modifiziert werden, um, wenn
geschlossen, einen Raum zum Halten des entlüftungsbildenden
Modells in seiner beschriebenen Lage relativ zum Vorder
teil 120 des Wachsmodells zu schaffen, und so erstreckt
sich der Vorsprung 152 a in das Wachs des Vorderteils des
Modells beim Formen, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt
ist. Das aus seiner Form entfernte erhärtete Wachs
modell weist das daran angebrachte entlüftungsbildende
Modell, wie in Fig. 8 gezeigt, auf, und der keramische
Körper der Form 30 wird darum sowie um das Wachsgieß
modell gebildet, wenn die zusammengesetzten Wachsguß
und -angußteile abwechselnd flüssiger und trockener
Keramik ausgesetzt werden, wie vorstehend beschrieben
wurde.
Nachdem der keramische Überzug um die zusammengesetzten
Wachs- und Entlüftungsbildungsmodelle gebildet ist,
wird die zusammengesetzte Einheit wie üblich in einem
Autoklav derart angeordnet, daß das offene Einlaßende
des Angusses unten ist. Im Autoklav wird die zusammen
gesetzte Einheit über den Schmelzpunkt der Wachsmodelle
für etwa 15 Minuten erhitzt. Der Schmelzpunkt des ver
wendeten Wachses ist relativ niedrig, wie z. B.
71,1°C. während die Autoklavtemperatur höher, allgemein
etwa 171,1°C ist. Nahe dem Ende der Autoklavbehandlung
ist das Wachs völlig geschmolzen, bevor es sich aus
reichend ausdehnt, um den Gießhohlraum zu verformen oder
die Form zu beschädigen. Der größte Teil des geschmolzenen
Wachses fließt durch Schwerkraft aus der zusammengesetzten,
teilweise erhärteten Form nach unten.
Jedoch sind, wie schon beschrieben, die entlüftungs
bildenden Modelle aus Material höheren Schmelzpunkts als
das Wachs, wie z. B. aus Nylon oder Polystyrol. Sie
dehnen sich weiterhin, nachdem das Wachs schmilzt, bis
zu einer Formtemperatur von wenigstens 107,2°C aus,
bevor sie erweichen oder schmelzen. Die Ausdehnung der
entlüftungsbildenden Modelle verursacht eine Spaltung der
Gießformen 30, so daß der Spalt 56 gebildet wird, der
sich durch den Formkörper von einer nach außen gerichteten
Längskante des Zwischenteils 154 des entlüftungsbildenden
Modells ausbreitet. Fig. 12 ist eine der Fig. 4 ähnliche
Darstellung und veranschaulicht den gespaltenen Teil der
Form, wenn sie aus dem Autoklaven kommt, wobei das
entlüftungsbildende Modell noch in der Außenwand 32 der
nun darum gebildeten Form 30, jedoch noch nicht im end
gültig erhärteten Zustand ist. Nach der Autoklavbehandlung
wird die zusammengesetzte Einheit der Gießformen 30 und
des Angusses 70 in einem auf wesentlich höhere Temperatur,
bei den beschriebenen Formen etwa 1093°C, gehaltenen Öfen für zwei
Stunden oder mehr zur endgültigen Aushärtung und zum
Ausdampfen der entlüftungsbildenden Modelle 150 angeordnet,
wobei die Dämpfe durch Spalte 56 entweichen. In gleicher
Weise wird der verbleibende Rest des Wachsmodells verdampft
und entweicht.
Bei der Auslegung des entlüftungsbildenden Modells
sind einige Faktoren zur Erzeugung einer gesteuerten
Spaltbildung der Form bemerkenswert. Einer davon ist
natürlich das Material, aus dem das Modell hergestellt wird.
Nylon und Polyamid, die bei Temperaturen unter 107,2°C
nicht merklich erweichen, wurden als etwa gleich geeignet
befunden. Andere Kunststoffe oder Materialien mit gleichen
Erweichungs- und Ausdehnungseigenschaften könnten
unter der Bedingung verwendet werden, daß sie auch eine
ausreichend gleichwertige Zugfestigkeit haben, um ihre
Gestalt und Lage unter den dort einwirkenden Belastungen
während der Bildung der Formschale um sie beizubehalten.
Andere Faktoren sind Abmessungen und Gestalt. Es ist
erwünscht, daß der minimale seitliche Querschnitt
des Einlaßteils 152 etwa 5,1 mm ist; weniger würde
von fraglicher Zugfestigkeit und geringerer Durch
lässigkeit sein, mehr würde dazu neigen, ein zu
starkes Durchsickern zu ermöglichen. Die andere seitliche
Querschnittabmessung ist zweckmäßig für sowohl Durch
lässigkeit als auch Festigkeit größer. Die Gestalt und
die Abmessung des erweiterten Zwischenteils 154 wurden
teilweise zur Spaltbildungs-Steuerungsfunktion gewählt.
Der in den Fig. 9 und 11 gezeigte V-förmige oder drei
eckige Teil 154 a neigt dazu, die Ausdehnungskraft von
hier zu den gegenüberliegenden langen Kanten 154 b und
154 c wegzulenken und die Ausdehnungskraft dorthin längs
des Einlaßteils 152 mehr als gegen den Formkörper zu
richten. Die Kante 154 c ist jedoch abgerundet, so daß
die Querausdehnungskraft am meisten längs der scharfen
Kante 154 b konzentriert wird, längs der der Spalt auf
treten soll, und eine Spaltbildung längs der Kante
154 c wird unterdrückt. Die Bildung von zwei allgemein
allgemein parallelen Spalten ist wegen des möglichen Aus
brechens des Teils zwischen ihnen unerwünscht. Die
längste Abmessung des entlüftungsbildenden Modells, das
die Kanten 154 b und 154 c enthält, steuert die Länge des
Spalts und auch das Ausmaß der Längsausdehnungskraft.
Eine Länge von 19,1 mm für diese längste Abmessung erwies
sich für die hier dargestellten Formen und andere
als genügend. Eine übermäßige Länge dieser Abmessung könnte
eine übermäßige Längsausdehnungskraft erzeugen, wodurch
verursacht würde, daß entweder der Spalt 56 an der ge
wünschten Stelle zu groß ist oder daß eine zusätzliche
unerwünschte Spaltbildung auftritt. Der seitliche Quer
schnitt der Fig. 9 abzüglich des Teils 154 a ist im
wesentlichen quadratisch mit 5,1 mm langen Seiten. Zusammen
mit dem Querschnittsteil 154 a steuern diese Quadrat
seitenabmessungen das Ausmaß der Querschnittsausdehnung
und sollten in diesem Ausführungsbeispiel weniger als
7,6 mm, vorzugsweise, wie angegeben, sein.
Man wird verstehen, daß während sich das be
sondere veranschaulichte und beschriebene entlüftungs
bildende Modell als zur Durchführung der Erfindung mit
den dargestellten Schalenformen wirksam und verläßlich
erwiesen hat, angenommen wird, daß auch Modelle anderer
Gestalten und Abmessungen verwendet werden können, was
insbesondere gilt, wo Abänderungen im Material der Form
oder des Entlüftungsmodells gegenüber den angegebenen
vorliegen.
Claims (12)
1. Entlüftete Gießform mit einem Körper aus hartem,
zusammenhängendem, feuerfestem Material, der einen
Hohlraum zum Gießen einer gewünschten Gestalt und
wenigstens einen Entlüftungskanal enthält, der sich
zum Entlüften von Gas aus dem Inneren eines Teils des
Hohlraums durch das Äußere des Formkörpers eignet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Entlüftungskanal (50) aufweist:
einen Teil (52) vorbestimmter regelmäßiger Gestalt, der sich nur eine Teilstrecke durch die Hohlraumwand (32) erstreckt und an einem Ende eine Einlaßteil-Öffnung (58) in einen Teil (46) des Hohlraums bildet, welcher Einlaßteil (52) eine seiner an die Öffnung (58) an grenzenden seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, so daß der Einlaßteil (52) einen wesent lich größeren Widerstand als der Hohlraumteil (46) gegenüber einem Eindringen von Gießmaterial darin hat, und
einen durch einen unregelmäßigen Spalt (56) im Formkörper gebildeten Auslaßteil, der sich von einem inneren, zum Einlaßteil (52) offenen Ende durch die äußere Oberfläche des Formkörpers erstreckt, welcher Spalt (56) eine seiner seitlichen Querschnitt abmessungen ausreichend kurz auf weist, um ein Durchsickern von Gießmaterial zu verhindern, das etwa in den Einlaßteil (52) eindringt.
einen Teil (52) vorbestimmter regelmäßiger Gestalt, der sich nur eine Teilstrecke durch die Hohlraumwand (32) erstreckt und an einem Ende eine Einlaßteil-Öffnung (58) in einen Teil (46) des Hohlraums bildet, welcher Einlaßteil (52) eine seiner an die Öffnung (58) an grenzenden seitlichen Querschnittabmessungen ausreichend kurz aufweist, so daß der Einlaßteil (52) einen wesent lich größeren Widerstand als der Hohlraumteil (46) gegenüber einem Eindringen von Gießmaterial darin hat, und
einen durch einen unregelmäßigen Spalt (56) im Formkörper gebildeten Auslaßteil, der sich von einem inneren, zum Einlaßteil (52) offenen Ende durch die äußere Oberfläche des Formkörpers erstreckt, welcher Spalt (56) eine seiner seitlichen Querschnitt abmessungen ausreichend kurz auf weist, um ein Durchsickern von Gießmaterial zu verhindern, das etwa in den Einlaßteil (52) eindringt.
2. Gießform nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine der seitlichen Querschnittabmessungen des
Spalts (56) kürzer als die eine der seitlichen Quer
schnittabmessungen des Einlaßteils (52) ist.
3. Gießform nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine der seitlichen Querschnittabmessungen
des Einlaßteils (52) etwa 0,51 mm ist.
4. Gießform nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine der seitlichen Querschnittabmessungen des
Spalts (56) kürzer als 0,38 mm ist.
5. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die seitliche Querschnittabmessung des Spalts
(56) länger als die und im wesentlichen parallel zu der
andere(n) seitliche(n) Querschnittabmessung des
Einlaßteils (52) ist.
6. Gießform nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das vom Formhohlraum entfernte Ende des Kanal-Einlaß
teils (52) vorbestimmter regelmäßiger Gestalt vergrößerte
seitliche Querschnittabmessungen (Zwischenteil 54)
als der Einlaßteil (52) aufweist.
7. Gießform nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das feuerfeste Material des Formkörpers aus einer
verfestigten Mischung von flüssigem und trockenem kera
mischem Material gebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer entlüfteten Gießform
nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aus einem teilweise
verbundenen, feuerfesten Material, das zu einem harten,
zusammenhängenden Zustand hitzehärtbar ist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden des Formkörpers aus dem Material in dem teilweise verbundenen Zustand mit einem Gießhohlraum und Anbringen wenigstens eines Entlüftungsmodells einer Gestalt und an einer Stelle in einer Wand des Hohlraums, um im Form körper einen Entlüftungskanalteil vorbestimmter regel mäßiger Gestalt zu formen, der sich nur eine Teilstrecke durch die Wand erstreckt und ein Einlaßende mit einer Öffnung in den Hohlraum aufweist,
Erhitzen des Formkörpers auf eine Temperatur unter der Schmelzpunkttemperatur des Modells für eine ausreichende Zeit, daß die Wärmedehnung des Modells eine Spaltbildung des Formkörpers verursacht, wodurch zur Vervoll ständigung des Entlüftungskanals ein vom Entlüftungskanal teil durch das Äußere des Formkörpers reichender Spalt gebildet wird, der eine seiner seitlichen Querschnitt abmessungen zu kurz aufweist, als daß in den Hohlraum gegossenes Material durchsickern könnte, und
weiteres Erhitzen der Form bei einer ausreichend höheren Temperatur und für eine ausreichende Zeit zum Hervorrufen einer Verflüchtigung und eines Entweichens des Modells aus dem Formkörper und zum vollständigen Härten des Form körpers.
Bilden des Formkörpers aus dem Material in dem teilweise verbundenen Zustand mit einem Gießhohlraum und Anbringen wenigstens eines Entlüftungsmodells einer Gestalt und an einer Stelle in einer Wand des Hohlraums, um im Form körper einen Entlüftungskanalteil vorbestimmter regel mäßiger Gestalt zu formen, der sich nur eine Teilstrecke durch die Wand erstreckt und ein Einlaßende mit einer Öffnung in den Hohlraum aufweist,
Erhitzen des Formkörpers auf eine Temperatur unter der Schmelzpunkttemperatur des Modells für eine ausreichende Zeit, daß die Wärmedehnung des Modells eine Spaltbildung des Formkörpers verursacht, wodurch zur Vervoll ständigung des Entlüftungskanals ein vom Entlüftungskanal teil durch das Äußere des Formkörpers reichender Spalt gebildet wird, der eine seiner seitlichen Querschnitt abmessungen zu kurz aufweist, als daß in den Hohlraum gegossenes Material durchsickern könnte, und
weiteres Erhitzen der Form bei einer ausreichend höheren Temperatur und für eine ausreichende Zeit zum Hervorrufen einer Verflüchtigung und eines Entweichens des Modells aus dem Formkörper und zum vollständigen Härten des Form körpers.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießhohlraum durch ein darin enthaltendes Guß
modell gebildet wird, das Entlüftungsmodell an dem Guß
modell befestigt wird und das Gußmodell eine derart
niedrigere Schmelzpunkttemperatur als das Entlüftungs
modell hat, daß das Gußmodell zu einem entfernbaren
geschmolzenen Zustand schmilzt, während der Formkörper
unterhalb der Schmelzpunkttemperatur des Entlüftungs
modells erhitzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das das Entlüftungsmodell bildende Material eine
gegenüber dem das Gußmodell bildenden Material wesentlich
höhere und der von Nylon wenigstens im wesentlichen
gleiche Zugfestigkeit hat.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Entlüftungsmodell gestaltet wird, um die Kräfte
seiner Ausdehnung höchstgradig zu dessen einem Kantenteil
hin zu konzentrieren, längs dessen der Spalt angenähert
auftritt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kantenteil in einem Teil des Entlüftungsmodells
vorgesehen wird, der relativ zu dem das Einlaßende des
Modells bildenden Teil erweitert ist.
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