DE69817989T2 - Schnelle Herstellung von komplex geformten Gegenständen unter Verwendung von verlorenen Wachsmodellen - Google Patents

Schnelle Herstellung von komplex geformten Gegenständen unter Verwendung von verlorenen Wachsmodellen Download PDF

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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

  • Diese Erfindung steht im Zusammenhang mit der schnellen Fertigung einer Folge funktionell haltbarer Teile, die ein hohles, komplexes Inneres besitzen, und spezieller damit derartige Teile unter Verwendung leicht formbarer und leicht entfernbarer, harzgebundener Sand- oder Salzkerne herzustellen.
  • Nicht haltbare Plastik-Prototypen komplexer Teile sind alltäglich geworden; Techniken wie Stereolithographie oder Gehäuse-Prototyping wurden verwendet wo ein nicht funktionelles Plastikteil gestaltet wird, aber darin limitiert ist was mit einem derartigen Plastikteil getan werden kann. Derartige Plastikteile können verwendet werden um ästhetische Aspekte oder die Passung und Montage der Konstruktion zu evaluieren, können aber keine Evaluierungsprüfungen ausgesetzt werden die rauhe Betriebsbedingungen oder hohe Temperaturen erfordern, wie etwa jene die gebraucht werden um einen Verbrennungsmotor-Kopf oder -Block zu evaluieren.
  • Es wurden Versuche unternommen vollständig funktionelle Gußteile komplexer innerer Gestalt schnell zu fertigen, indem das Modell in Abschnitten gebildet wird. Ein Beispiel ist die schichtförmige oder Laminierbearbeitung unterteilter Wachs- oder Schaumplatten, um ein flüchtiges Modell zu schaffen wenn die Platten zusammenmontiert werden. Obgleich dieser Ansatz zur Herstellung einer begrenzten Anzahl von Gußteilen hoch vorteilhaft ist, mangelt es ihm an der Geschwindigkeit und Unversehrtheit eines einheitlichen Modells und wird ökonomisch unvorteilhaft, wenn mehr als ungefähr vier Gußstücke der selben Konstruktion hergestellt werden müssen.
  • Das alte und wohlbekannte Wachsmodell-Ausschmelzverfahren vermeidet eine Teilung indem ein einheitliches Wachsmodell eingesetzt wird, um welches herum eine geschichtete Schalenform gebildet wird. Wachs wird aus der fertiggestellten Form abgelassen und die Form wird dann verwendet um ein Metall-Gußstück zu bilden. Es ist schwierig das Wachsmodell-Ausschmelzverfahren auf die Herstellung komplexer, hohler Gußstücke anzupassen die verborgene dünne Wände besitzen, und als Ergebnis ist es auf die Herstellung hohler Artikel relativ einfacher Konfiguration begrenzt, zum Beispiel Vasen, Flügelprofil-Gestalten (Turbinenschaufeln) oder Golfschläger-Köpfe. Für derartige Gestalten wurden – wegen der Notwendigkeit die Kernfestigkeit zu steigern, um so dem hydrostatischen Druck des eingespritzten Wachses zu wiederstehen – geschmolzene Keramikkerne als vorteilhaft gefunden. Keramikkerne sind wegen der Notwendigkeit von mehr Schritten langsamer herzustellen, und sind wegen der Notwendigkeit das Kernmaterial durch chemische Mittel aufzulösen -welche gewöhnlich etwas Kernrückstand zurücklassen, etwas das in Motorteilen nicht toleriert werden kann – außerdem langsamer zu entfernen.
  • Jedes von
    US-A-S 140 869, 916, und
    US-A-S 577 550, 112
    offenbart die Herstellung von Gußstücken durch Herstellung eines Kerns aus gebundenem Sand oder einem Aufbau derartiger Kerne; Herstellung eines Gesenksatzes, um diesen Aufbau von Kernen aufzunehmen und zu stützen; Einspritzen verflüssigten Wachses in den Hohlraum des Aufbaus aus Gesenk und Kernen hinein, um ein Modell des Gußstücks zu bilden;
    Entfernen des Modells aus dem Gesenksatz und Beschichten des Modells mit feuerfestem Material, um eine Schalenform zu bilden;
    Entleeren des Wachses aus der Schalenform, um die Formhöhlung zu bilden;
    Gießen von geschmolzenem Metall in die Formhöhle hinein, um das Gußstück zu bilden;
    Entfernen des Materials aus der Schalenform und der Kerne aus dem erhaltenen Gußstück.
  • Die Entfernung der Kerne geschieht entweder mittels eines Werkzeuges oder einer geschmolzenen Ätznatron-Lösung.
  • EP-A-92 690, Abbildung 1,
    legt die Verwendung einer Sandform offen, die einen Kern umfaßt welcher bogenförmig durch einen weiteren Kern zum Guß eines Zylinderblocks umschlossen ist.
  • Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert, wobei optionale Merkmale davon in den abhängigen Ansprüchen 2–6 dargelegt sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine schnelle Fertigung komplexer, hohler Metallgußstücke bereit, wie etwa Motorköpfe, -blöcke, Krümmer und Getriebegehäuse. Diese Erfindung besitzt einen Vorteil da sie ein Verfahren bereitstellt um schnell bis zu 100 000 Gußstücke eines komplexen, hohlen Teils unter Verwendung der gleichen Aluminum-Gesenksätze herzustellen, wobei die produzierten Teile vollständig haltbare und funktionelle Teile sind; und wobei das Verfahren die Fähigkeiten der schnellen Kernherstellung und -entfernung von harzgebundenen Sand- oder Salzkernen und die Fähigkeiten der schnelle Modellherstellung der Wachsmodell-Ausschmelztechnik kombiniert.
  • Dieses Verfahren läßt – ohne die Notwendigkeit zur Änderung der äußeren Gestalt eines derartigen Kopfes – eine extreme Leichtigkeit und Ökonomie zur Modifikation der inneren Strömungscharakteristika eines Zylinderkopfes zu, was zur beweglichen Produktion von Motorfamilien führt.
  • Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines in dem Prozeß verwendeten Aufbaus gebundener, korpuskularer Kerne ist;
  • 2 eine planartige Perspektivansicht eines Gesenksatzes ist, der den Kernaufbau von 1 enthält, wobei einige der Kerne zur besseren Veranschaulichung entfernt sind und wobei der Oberteil des Gesenks entfernt ist;
  • 3 eine explodierte Perspektivansicht des Gesenksatzes und Kernaufbaus von 2 ist;
  • 4 eine Aufsicht der Struktur von 2 im Schnitt ist, im Wesentlichen entlang Linie 4-4 davon aufgenommen;
  • 5 eine perspektivische Ansicht des fertiggestellten Wachsmodells jenes aus der Einspritzung von Wachs in den Gesenksatz von 4 hinein resultierenden Gußstücks ist; wobei das Wachsmodell in einer Position zur Beschichtung mit verschiedenen Schichten von Keramik darum herum gezeigt ist, um eine Modell-Ausschmelzform zu bilden;
  • 6 eine Schnittansicht des Wachsmodells ist, die zeigt wie die verschiedenen Schichten der Schale der Modell-Ausschmelzform aufgebaut sind; und wie das Wachs entleert und durch geschmolzenes Metall ersetzt wird;
  • 7 eine perspektivische Ansicht des Metall-Gußstückes ist, nachdem das Wachsmodell entleert und durch geschmolzenes Metall ersetzt wurde, die zeigt wie die korpuskularen Kerne entfernt werden; es sind verschiedene Öffnungen gezeigt durch welche hindurch die speziellen Sand- oder Salzkerne nach außen hin von dem Gußstück ausströmen können; nachdem es eine Wärmebehandlung empfangen hat die nicht nur das Metall des Gußstückes behandelt, sondern auch die Bindung zwischen den Partikeln der Kerne umkehrt;
  • 8 eine Planansicht des Gesenksatzes zur Herstellung des Wachsmodells ist, die einen Auslaßkern und einen Einlaßkern an ihren Plätzen zeigt; und
  • 913 Schnittansichten sind, die entlang ihrer entsprechenden, in 8 gezeigten Linien aufgenommen sind.
  • Der Prozeß dieser Erfindung erfordert keine teure, wiederholte maschinelle Bearbeitung mehrerer Platten oder Laminierungen jedesmal dann wenn ein einzelnes Modell herzustellen ist, wie in der schichtförmigen Prototypfertigung (kostenmäßig bestens geeignet um drei oder weniger Prototypen herzustellen), und erfordert es nicht acht oder mehr Sätze von Stahlgesenken maschinell zu bearbeiten, um Formen für jede äußere oder innere Sandkern-Charakteristik zu schaffen (bestens geeignet um Hunderttausende von Gußstücken herzustellen, um die Kosten zu rechtfertigen). Der hierin beschriebene Prozeß läßt die schnellere und einfachere ökonomische Fertigung von 4–40000 (selbst bis zu 100000) Gußstücken zu; indem er die maschinelle Bearbeitung von weniger Gesenksätzen aus Aluminiummetall oder gleichwertigem Material erfordert; die Gesenksätze sind auf vier beschränkt: drei zur Herstellung nicht geschmolzener, harzgebundener Kernelemente, und einer zur Herstellung des Wachsmodells. Dieser Prozeß kombiniert die schnelleren Kernfertigungs-Fähigkeiten von korpuskularen, gebundenen Kernen und die wiederholt schneller Modellherstellung der Wachsmodell-Ausschmelztechnik.
  • Wie in 1 gezeigt wird ein Aufbau oder eine Familie 10 von korpuskularen, gebundenen Kernen gebildet um Durchgänge innerhalb eines Verbrennungsmotor-Kopfes zu definieren; hier besteht der Aufbau aus drei Einlaßkernen 11, drei Auslaßkernen 12 und einem ringförmigen Wassermantel-Kern 13. Der Aufbau ist einzigartig, weil er keine geschmolzenen Keramikkerne umfaßt, die normalerweise erforderlich sind um den hydrostatischen Kräften flüssigen Wachses zu wiederstehen; sondern vielmehr gebundene, korpuskulare Salz- oder Sandkerne, die in der Lage sind dem gesteuert eingespritzten Wachs dieser Erfindung ebenso zu wiederstehen wie geschmolzenem Metall. Der Einlaßkanal-Kern 11 ist als ein vergrößertes, gemeinsames Einlaßende 14 und ein gegabeltes Ende 15 aufweisend gezeigt, um zwei Einlaßöffnungen zu definieren; ein derartiger Kern wird – ebenso wie die Auslaßkerne – gebildet indem man mit Harzbinder gemischte Partikel in einen zweiteiligen zwei-Wege-Gesenksatz einbläst, der die Kerngestalt definiert. Die geformten Kerne werden, wenn gehärtet, eine Bruchgrenze von 7,24–22,1 MPa (2500–3200 psi), eine Rohdichte von ungefähr 1,92 g/cm3 und eine Porosität von ungefähr 26% besitzen.
  • Als ein zweiter Schritt des Prozesses wird ein Gesenksatz 18 hergestellt, um ein Modell oder eine Gußhöhlung 34 um den Kernaufbau 10 herum zu definieren (siehe 2-4 und 8-13). Gesenksatz 18 ist – ebenso wie die Gesenksätze für die Kerne – aus Aluminium oder einem anderen Material gefertigt das sich leicht maschinell bearbeiten läßt. Der Auslaßkanal-Kern 12 ist ein gekrümmter Einzelkörper der ein Auslaßende 16 besitzt, das konstruiert ist um in das Gesenk-Seitenteil 20 von Gesenksatz 18 hineingekeilt zu werden, um ein derartiges Ende zu stützen; und besitzt ein anderes Kernende 17, das konstruiert ist um auf dem Sockel-Gesenkteil 19 auf einer Wand 25 gestützt zu werden, welche die Gestalt der Verbrennungskammer definiert. 2 veranschaulicht wie einer der Einlaßkerne 11 auf dem Gesenksatz 18 gestützt wird (wobei der Gesenksatz 18, wie in 3 gezeigt, aus einem Sockelteil 19, einem linken Seitenteil 20, einem Oberteil 21a, einem anderen Oberteil 21b, und Endstücken 22, 23 besteht). Das andere Ende 14 eines derartigen Kerns ist bei 28 in einer innerhalb sowohl von Seiten- und Sockel-Gesenkteilen gebildeten Nut eingekeilt.
  • Wie in den 13 und 1113 gezeigt besitzt der ringförmige Wassermantel-Kern 13 eine primäre, sich in Längsrichtung erstreckende Wand 26, welche sich zwischen den Reihen von Einlaß- und Auslaßkernen erstreckt; ringförmige Stege oder Wände 27, 28, erstrecken sich von Wand 26 her und umgreifen derartige entsprechende Kerne, während sie mit Abstand davon angeordnet sind. Die Kernwände 27 sind viel dicker als die Wände 28, weil sie an die Auslaßöffnungen angrenzende Wasserkanäle definieren, was eine größere Wärmeabfuhr fordert. Die Enden von Wassermantel-Wand 26 besitzt Kernfortsätze 29, 30, um Durchgänge zu definieren welche den Wassermantel mit einem Flüssigkeits-Umwälzsystem verbinden. Kern 13 stellt folglich ringförmige – aber mit Abstand voneinander angeordnete – Wände um jeden Einlaß- und Auslaßkern herum bereit. Der Abstand dazwischen kann ziemlich dünn sein – so gering wie 3–4 mm. Man bemerke wie die Kerne 11 und 12 ein Ende innerhalb und gekrümmt durch die ringförmigen Stege 27 und 28 umschlossenen aufweisen, und ein anderes Ende aufweisen das im Bogen um derartige Stegwände herum und zu ihrer Außenseite hin ragt. Dies schafft eine mit Abstand angeordnete Beziehung die verborgenen Raum oder Lücken 31 und 32 dazwischen definiert. Derartige dünne Räume fördern einen gesteigerten Wärmeübertrag zu dem Wassermantel, wenn sie in dem abschließenden Gußstück durch Metall – wie etwa Aluminium – ersetzt werden. Derartige dünne Räume haben bisher ein schwieriges Problem dargestellt um sie mit Modellmaterial genau zu bilden.
  • Einlässe 33 zum Einspritzen von heißem, flüssigem Wachs in Gußhöhlung 34 hinein (wobei die Höhlung 34 zwischen den Wänden des wärmeleitenden Gesenkaufbaus 18 und dem Kernaufbau 10 definiert ist) sind in 4 als Schritt drei des Prozesses gezeigt. Der Hohlraum 34 schließt außerdem Räume 39 gegenüber den Einlässen ein, um eine vollständige Füllung durch das Wachs zuzulassen. Der innere Hohlraum braucht darin eingeschlossen keinerlei Hinterschleifwinkel oder Reliefverjüngungen aufzuweisen. Heißes Wachs wird unter einem gesteuerten Einspritzdruck zwischen 2,07–3,45 MPa (300–500 psi) eingespritzt, mit dem Wachs bei einer Temperatur im Bereich von 54,5–60°C (130–140°F). Das Wachs ist bevorzugt ein mineralbasiertes Modellwachs oder irgendein Modell-Ausschmelzwachs. Ein Einspritzapparat 35 wird verwendet um das Wachs in den Einguß 36 hinein und durch die Mehrzahl von Einlässen 33 hindurch zu zwängen, welche in ihrer Größe zu einem Durchmesser von ungefähr 12,7 mm (einem halben Zoll) gewählt sind. Die Einspritzung heißen Wachses wird für eine Zeitdauer von ungefähr 120–140 Sekunden bei einem derartigen Druck gehalten, bis das gesamte Wachs die Hohlräume in der Höhlung 34 ohne Einschluß irgendwelcher Gase füllt. Das Wachs wird, wegen der durch den Aluminium-Gesenkaufbau bereitgestellten Wärmesenke, typischerweise in einer Zeitdauer von 120–130 Sekunden erstarren. Nach angemessener Bildung einer Haut auf dem Wachsmodell 37 wird der Einspritzapparat 35 entfernt und der Einguß 36 wird getrennt. Nachdem das Wachsmodell 37 in einen ausreichenden Zustand ausgehärtet ist, werden die Teile 19-23 des Gesenksatzes 18 von dem Wachsmodell 37. getrennt; das Wachsmodell 37 behält weiterhin die gebundenen, korpuskularen Kerne 11, 12 und 13 bei, welche an der Modelloberfläche gesehen werden können, wo die Kerne das Äußere des Wachsmodells schneiden.
  • Als Schritt vier in dem Prozeß wird eine Schalenform 40 um jenes den Kernaufbau 10 enthaltende Wachsmodell 37 herum gebildet. Die Form 40 wird durch mehrfaches Eintauchen des Modells in einen Keramikschlicker 38 hinein, Ablaufen des überschüssigen Schlickers, Aufbringen eines feuerfesten Stucks, und Trocknung oder Gelieren der Beschichtung geschaffen. Dies wird wiederholt bis eine Schale von ungefähr 7,65 mm (0,3 Zoll) oder mehr erreicht ist. Der Schlicker besteht vorzugsweise aus einem Keramikpulver in kolloidalem Siliziumdioxid, welches eine Schicht 41 bildet, die dann mit einem feinem Sand bestreut wird. Nach Trocknung wird die stuckverkleidete Siliziumdioxid/Keramik-Schichtform dann in einen anderen Keramikschlicker eingetaucht, und dann in ein granulierten Malachit enthaltendes Wirbelbett; um dadurch die Oberfläche erneut mit Stuck zu verkleiden, um andere Schichten 42 zu bilden. Der Schlicker kann aus feuerfesten Bindern und feuerfesten Füllern oder Feststoffen zusammengesetzt sein. Die feuerfesten Binder können Siliziumdioxid-Sole, Ethylsilikat, Natrium- und Kaliumsilikat und gipsartige Putze sein. Gewöhnliche feuerfeste Füller, die in dem Prozeß verwendet werden können, sind Siliziumdioxid, Quarzglas, Zirkon und Aluminiumsilikat. Der Stuck ist in vielen Fällen der gleiche Typ an Feuerfestmaterial wie die Tauchbeschichtung, aber er besitzt eine größere Korngröße. Der Stuck wird auf die nasse Oberfläche des Schlickers aufgebracht um einen mechanischen Haftgrund für die nächste Beschichtung bereitzustellen und um die Trocknungsbelastungen in der Schlickerbeschichtung zu minimieren, was folglich ein Reißen der Beschichtung vermeidet. Die Schlicker werden durch Verwendung einer fortwährend drehenden Trommel mit Paddelmischer-Anordnung oder durch Verwendung pneumatischer Propellermischer in Suspension gehalten. Die Primärbeschichtung ist am wichtigsten um sicherzustellen daß gutes Oberflächenfinish und Details erhalten werden; nachfolgende Beschichtungen werden benutzt um die Schalenstärke und -festigkeit aufzubauen, um den Drücken des Entwachsens und des Metalls zu wiederstehen. Der Stuck wird entweder durch Aufregnen oder durch Verwendung eines Wirbelbetts aufgebracht. Beim Regenprozeß wird Stuckpartikel erlaubt unter Verwendung eines Diffusors in einem Regentropfen-Muster zu fallen. Wirbelbetten verwenden eine vertikale Trommel mit einem porösen Ziegelboden; Luft tritt bei niedrigem Druck und mit hohem Volumen durch den Ziegel und nach oben hin durch das Bett aus Stuckmaterial hindurch. Der Effekt dieses Luftstroms ist es dem Stuckbett Fluidcharakteristika zu vermitteln, was es dem Modellaufbau erlaubt in das Stuckmaterial eingetaucht zu werden als sei es eine Flüssigkeit. Feiner Stuck wird für die erste und zweite Beschichtung verwendet, während für Sicherheitsbeschichtungen gröbere Stuckmaterialien verwendet werden.
  • Trocknung der Schale 40 ist wichtig; sie beginnt mit Anwendung bei konstanter Geschwindigkeit, Temperatur und Feuchtigkeit, um die Oberflächen-Binderflüssigkeit zu entfernen (eine Trocknung mit konstanter Geschwindigkeit). Dies wird von einer Trocknungsperiode mit fallender Geschwindigkeit gefolgt, welche in einem Kapillartransport von Binderflüssigkeit von innerhalb der Schale zur Oberfläche resultiert. Regelung von Feuchtigkeit und Temperatur ist wichtig. Temperatursteuerung beeinflußt Modellausdehnung und -kontraktion; welche die Schale dazu bringen kann zu reißen. Die Feuchtigkeit wird bevorzugt auf 50% geregelt, und die Luftgeschwindigkeit wird auf 18,3–365 m/min (60-1200 ft/min) geregelt).
  • Das Wachsmodell 37 wird aus der geschichteten Schalenform 40 durch Schockbrennen, Dampfautoklavieren oder andere Heiztechniken entfernt, was das Wachs durch geeignete Ablaßöffnungen 50 in der Schale ablaufen läßt. Ist das Wachs einmal entfernt, was den Teil- Hohlraum 34 frei zurückläßt, so wird als Teil von Schritt vier geschmolzenes Metall – wie etwa Aluminium – durch einen Einguß 51 hindurch in den Hohlraum 34 eingegossen, um das benötigte Gußobjekt – wie etwa den in 7 gezeigten, fertiggestellten Zylinderkopf 43 – zu produzieren.
  • Die Entfernung (Schmelzen) des Modells 37 geschieht während des Formen-Brennzyklus. Die Festigkeit der festen Form muß angemessen sein um der Ausdehnungsbelastung des Wachsmodells zu wiederstehen. Wenn die Form während des Brennzyklus erhitzt wird schmilzt das Modell und läuft heraus. Das Wachs-Modellmaterial brennt dann in dem Brennofen ab. Das Brennen wird in einer oxidierenden Umgebung ausgeführt, so daß kein Kohlenstoff auf der Formenoberfläche zurückbleibt, und kann durch mehrere Techniken einschließlich Autoklavieren, Blitzbrennen und Mikrowellen-Entwachsung erreicht werden. Der Schalenbrand wird dann ausgeführt nachdem die Formen entwachst sind um die Formfestigkeit zu steigern, zusammen mit dem Erhitzen und Entfernen von restlichem Modellmaterial vor dem abschließenden Vorgang des Metallgießens. Die Formen werden, abhängig von spezifischen Gußteil-Anforderungen, in einem oxidierenden Atmosphärenzustand auf eine Temperatur von 873–1098°C (1600–2000°F) erhitzt. Brand- und Vorheiztemperaturen hängen von dem Schalenmaterial und der Art des zu gießenden Materials ab. Aluminium-Gußteile werden typischerweise bei einer geheizten Schalentemperatur von 221–316°C (400–600°F) gegossen, und Stahl bei 873–1098°C (1600–2000°F). Das Metall wird langsam in die heiße Schale hinein gegossen, ohne Turbulenzen zu verursachen. Während die Schale, wie zuvor beschrieben, auf eine Temperatur von 221°C (400°F) aufgeheizt ist, wird Metall (632°C ( 1200°F) für Aluminium 356) durch das Angußsystem hindurch gegossen, um die Hohlräume und die Steiger aufzufüllen. Das Metall wird dann zum Abkühlen in Atmosphärenbedingungen belassen. Im Falle eines Zylinderkopfes kann eine Abschreckung genutzt werden um Wärme aus den relativ großen Abschnitten des Zylinderkopfes abzuziehen.
  • Das abschließende Gußstück 43 behält weiterhin die korpuskularen, gebundenen Kerne darin bei, welche nun leicht als Schritt fünf entfernt werden können, indem man das Gußstück einem Wärmebehandlungs-Zyklus aussetzt; das Harz oder ein anderes Bindemittel, das die Partikel zusammenhält, wird umgekehrt, so daß der Sand oder das Salz frei fließend wird und durch die Schwerkraft (wie in 7 gezeigt) leicht aus den Öffnungen – wie etwa 4649 des Gußstücks – herausrinnt. Eine derartige Wärmebehandlung kann außerdem verwendet werden um gleichzeitig das Aluminiummetall zu behandeln, um seine metallurgischen Charakteristika zu verbessern. Es ist wichtig daran zu denken daß die Reinigung des Gußstücks von Kernmaterial nicht durch Verwendung von Hämmern oder Salzbädern ausgeführt wird, sondern vielmehr durch einfache Verwendung von ruhigem Wasser bei 17°C (62°F), das die gebundenen Kerne in weniger als 12 Minuten vollständig dissoziiert. Heißeres oder druckbeaufschlagtes Wasser wird die Auflösezeit weiter vermindern.
  • Es ist nicht länger notwendig zu Versuchen und den keramischen Ausschmelz-Schlicker in die Kernräume hinein einzuspritzen, wie es manchmal durch die bisherige Technik ausgeführt wird, noch ist es notwendig geschmolzene Keramikkerne zu verwenden die aus einem kompliziert gestalteten Inneren schwierig vollständig zu entfernen sind; ein gewisser Rückstand von dem Keramikkern wird gewöhnlich darin zurückgelassen, wobei selbiger Rückstand mit Motor-Gußstücken, etwa Verbrennungsmotor-Köpfen, nicht toleriert werden kann, welche kritisch davon abhängen daß die inneren Hohlräume sauber sind und sich in einem vollständig funktionsfähigen Zustand befinden. Harzgebundener Sand oder durch organische Harze gebundene Salz-Sand-Mischungen können ohne jeglichen Rückstand vollständig aus derartigen Hohlräumen beseitigt werden.
  • Der beschriebene Prozeß fördert außerdem ökonomisch bewegliche Fertigung einer Familie von Zylinderköpfen oder Motorblöcken. Es müssen nur neue Sätze von Kernen hergestellt werden um die Strömungscharakteristika des Kopfes oder Blockes zu ändern, wobei die durch den Modell-Gesenksatz 18 definierte Außenkonfiguration die selbe bleiben und fortgesetzt verwendet werden kann, um bis hin zu mindestens 100000 Wachsmodelle für verschiedene Mitglieder einer Motorfamilie herzustellen. Dies ist ein wesentlicher ökonomischer Durchbruch.

Claims (6)

  1. Ein Verfahren zur schnellen Fertigung eines Gußstücks mit einer oder mehreren komplexen Innengestalten, die darin verborgene Räume aufweisen, das die Schritte umfaßt: (a) Herstellen eines Aufbaus (10) aus mit einem organischen Harz gebundenen, kopuskularen Sand- oder Salzkernen (11, 12, 13), von welchen einer ringförmige Teile besitzt, die mindestens ein Ende jedes der anderen Kerne umschließen; wobei das andere Ende dieser anderen Kerne sich über den ringförmigen Teil erstreckt, um einen verborgenen Raum (31, 32) dazwischen zu definieren; (b) Herstellen eines wärmeleitenden Gesenksatzes (18), um diesen Aufbau (10) von Kernen in einer mit Abstand angeordneten Beziehung zur Definition einer Gußhöhlung (34) um und zwischen diesen Kernen (11, 12, 13) aufzunehmen und zu stützen, einschließlich dieses verborgenen Raumes (31, 32); (c) Einspritzen erhitzten Wachses in diese Höhlung (34) unter einem gesteuerten, gehaltenen Druck, um ein Wachsmodell des Gußstücks zu bilden; (d) Bilden einer Schalenform (40) auf diesem Kerne enthaltenden Modell; (e) Entfernen dieses Wachses, um eine leere Gußhöhlung innerhalb dieser Schalenform (40) zu produzieren; (f) Eingießen von geschmolzenem Aluminiummetall in diese leere Höhlung, um ein Metall-Gußstück (43) zu bilden; und (g) Entfernen der Schalenform (40) und Entfernen jedes der korpuskularen Kerne aus dem Metall-Gußstück (43); dadurch gekennzeichnet daß die korpuskularen Kerne durch Kontaktieren der Kerne mit ruhigem, heißen Wasser entfernt werden, welches die Bindung zwischen den Partikeln dissoziiert; um eine fließfähige Sand- oder Salzansammlung zu bilden, die unter Einfluß der Schwerkraft durch Öffnungen (48, 49) in dem Gußstück (43) aus dem Gußstück herausfällt.
  2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem unterschiedlich gestaltete Kernaufbauten mit dem gleich gestalteten Gesenksatz (18) benutzt werden, um eine Familie von Gußstücken herzustellen die die selbe Außenkonfiguration besitzen, abhängig von dem eingesetzten Kernaufbau aber eine unterschiedliche Innenkonfiguration.
  3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, in welchem dieses Gußstück ein Verbrennungsmotor-Zylinderkopf ist, und das Metall-Gußstück (43) aus einem aluminiumbasierten Material besteht.
  4. Ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem dieses Wachs ein mineralbasiertes Modellwachs ist.
  5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4, in welchem das Wachs in Schritt (c) unter einem Druck von 2,07–3,45 MPa (300–500 psi) für eine Zeitdauer von ungefähr 120–140 Sekunden eingespritzt wird.
  6. Ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem der verborgene Raum (31, 32) eine Abmessung im Bereich von 3–10 mm besitzt, und die innere Gußteil-Höhlung ohne Hinterschleifwinkel oder Neigungen definiert ist.
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