DE3702642A1 - Entlueftete giessformen und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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.

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.

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.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels 1. Form

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.

2. Verfahren

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.

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.

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.