EP0019015A1 - Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken, sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken, sowie Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP0019015A1
EP0019015A1 EP79105250A EP79105250A EP0019015A1 EP 0019015 A1 EP0019015 A1 EP 0019015A1 EP 79105250 A EP79105250 A EP 79105250A EP 79105250 A EP79105250 A EP 79105250A EP 0019015 A1 EP0019015 A1 EP 0019015A1
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casting core
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casting
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Wolfram Dipl.-Ing. Wischnack
Alfred Dobner
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
Novelis Deutschland GmbH
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
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    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105Salt cores

Definitions

  • the invention relates to casting cores for producing cavities which are difficult to access in castings made of aluminum or one of its alloys, from a basic substance and a hardened organic binder, and to processes for producing such casting cores.
  • the synthetic F resin or synthetic resin of DE-OS 17 83 004 are those of the urea-formaldehyde type, phenol-formaldehyde type, melamine-formaldehyde type, urea furfuryl type, phenol furfuryl type or of the sugar or Glycose-based type or compatible compositions of such resins.
  • K resin-bound salt cores have the disadvantage that when used under the influence of the casting temperature, large amounts of gas can be released from the binder. To avoid porosity in the casting, these gases must be removed quickly and completely. Due to the mostly narrow cross sections, which are given by the geometry of the cast parts, blockages can easily occur in the outflow channels due to the condensation of resinous products. The result is an uncontrolled escape of the gases from the entire core surface with the known disadvantageous consequences for the casting.
  • the invention is therefore based on the object of creating casting cores and processes for their production, from which, under the action of the temperatures when casting light metal, in particular aluminum and its alloys, only Small amounts of gas, if any, are released, the type of reaction products should be such that gas can also be removed through thin channels without condensation products leading to blockages in these channels.
  • the core material should be easy to remove from the cavity from possibly very narrow openings, either by dissolving the base substance or by disintegrating the binder, in which the base substance becomes free-flowing again.
  • This object is achieved by creating a casting core of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the binder used to bind the base substance is sugar or a sugar derivative.
  • the disadvantages mentioned above can be avoided by using sugar or natural sugar derivatives as binders. It is particularly advantageous here that the casting cores according to the invention release only very small amounts of combustion gases from the binder at the casting temperatures, it not forming pasty condensates through which the outflow channels could be restricted or blocked.
  • the binder used according to the invention is particularly advantageously sugar color.
  • Sugar color which is also called caramel
  • caramel is usually a more or less dark-colored mass which is produced when cane sugar, beet sugar or glucose - to a certain extent with the addition of a little alkali - to higher temperatures heated.
  • the (monomolecular) starting sugar as add such the basic substance and in the course of creation of the core H caramel to produce or already from the beginning, the basic substance having already panoramicen- the caramel to be provided.
  • the selected base substance which is bound with sugar (couleur) or a natural sugar derivative, is in granular form.
  • sugar couleur
  • a natural sugar derivative is in granular form.
  • Such a configuration generally facilitates the dissolution or removal of the basic substance.
  • a water-soluble salt, sands, e.g. quartz sand, metal granules, alone or in a mixture, are used as the basic substance. Particularly favorable results are obtained for some applications when water-soluble salt is combined with sugar color.
  • the amount of binder used can vary widely depending on the type of basic substance to be bound. Usually, the proportion of the binder, based on the total weight of the casting core, about 0.3 1 5 wt.%.
  • metal tubes are inserted into the cores bound with sugar or a sugar derivative, in particular based on salt, during their manufacture, e.g. by pressing that they can later be used both for fastening the cores in the casting mold and for removing the reaction gases during the casting process.
  • the tubes used in this way can be flanged in the manner of hollow rivets, slotted on the side or perforated, on the one hand in order to ensure a firm fit in the core material and on the other hand in order to easily remove the gases.
  • tubes e.g. Made of metal, which are designed such that they offer the possibility of connection to a suction line outside the mold.
  • the casting cores are produced in accordance with a method according to the invention in such a way that the selected basic substance is mixed with sugar or a derivative thereof in aqueous, organic or mixed aqueous-organic solution, pressed into molds and baked at elevated temperature.
  • the proportion of the solvent used can vary within wide limits, particularly favorable results have been obtained with a weight ratio of solvent to organic binder of about 1: 1 to 1:10.
  • the base substance is kept at a slightly higher temperature than the room temperature when it is coated with the binder.
  • the basic substance in the coating with the binder can have a temperature between 20 and 180 ° C., the mixing process required for the coating then being continued until a dry, free-flowing mixture has formed.
  • the subsequent pressing process can also take place at elevated temperatures, which can be set depending on the type of sugar or sugar derivative selected. Press temperatures in the range between 50 and 200 ° C. are preferred.
  • the baking that usually follows the pressing is also carried out at an elevated temperature. Temperatures between 150 and 300 ° C have proven to be favorable.
  • the time required for the baking depends on the type of sugar selected and the baking temperature, and it can usually comprise periods of about 10 minutes to about 2 hours for the baking temperatures indicated above.
  • drying or removal of the solvent can be accelerated or promoted by increasing the temperature by introducing warm dry air.
  • the casting cores according to the invention are illustrated schematically in a preferred embodiment in the attached figure.
  • a cooling channel ring core 1 which is used to produce a cooling channel in the piston of an internal combustion engine, is shown in the casting core.
  • the molded tubes 2 are used for fastening in the core receptacles 3 of the casting mold and at the same time for gas discharge.
  • the casting cores according to the invention have particular advantages. This allows the cores to be washed out of the finished castings without any effort, for example by adding water.
  • a further advantage of the casting cores according to the invention, but also of the process for their production, is that neither in the production of the cores nor during the casting process or during subsequent washing out of the core residues from the casting do gases or vapors or waste materials arise or be released which are present in any one would be environmentally harmful. Apart from this, as already stated above, the amount of gas released is relatively small.
  • the binder based on sugar or a derivative thereof has excellent disintegration properties, since its binding power is largely destroyed when the casting is poured. Therefore, not only water-soluble base substance, e.g. Salts are used, but also other non-soluble base substance, such as sand, metal granules in granular or "mobile” form.
  • the basic substance which is largely in the form of a pour after the casting has cooled, can then be easily removed from the resulting cavity by simply shaking it out or by rinsing.

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Abstract

Ein Gießkern (1) zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gußstücken aus Aluminium oder aus einer seiner Legierungen aus einer Grundsubstanz, und einem gehärteten organischen Bindemittel, wobei das zur Bindung der Grundsubstanz eingesetzte Bindemittel Zucker oder ein Zuckerderivat ist, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Gießkerns. Hierbei wird die Grundsubstanz mit Zucker oder einem Derivat hiervon in wässriger oder organischer Lösung vermischt, in Formen verpreßt und bei erhöhter Temperatur ausgebacken.

Description

  • Die Erfindung betrifft Giesskerne zur Erzeugung schwer zugängliher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer seiner Legierungen, aus einer Grundsubstanz und einem ausgehärteten organischen Bindemittel, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Giesskerne.
  • Giesskerne für die Herstellung komplizierter oder schwer zugänglicher Hohlräume mit engen Querschnitten in methallgussteilen, die wasserlösliche Kerne darstellen, sind bereits bekannt. In der DE-PS 13 02 940 sind bereits gesinterte Salzkerne beschrieben worden. Nach einer Weiterentwicklung gemäss DE-PS 17 83 004 wird das wasserlösliche Kernmaterial mit einem synthetischen Harz bzw. Kunstharz gebunden. Als synthetisches F Harz bzw. Kunstharz der DE-OS 17 83 004 dienen solche vom Harnstoff-Formaldehyd-Typ, Phenol-Formaldehyd-Typ, MelaminFormaldehyd-Typ, Harnstoff-Furfuryl-Typ, Phenol-Furfuryl-Typ oder vom auf Zucker- oder Glykosebasis aufgebauten Typ bzw. verträgliche Zusammensetzungen solcher Harze.
  • Die vorbekannten Giesskerne vermögen jedoch in ihren Eigenschaften noch nicht vollständig zu befriedigen, da sowohl die gesinterteten Salzkerne wie auch solche mit Kunstharzbindung bei vielen Anwendungszwecken noch Nachteile aufweisen. So ist die Herstellung gesinterter Salzkerne relativ aufwendig und diese sind auch für einige Anwendungszwecke zu spröde. Weiterhin lassen sie sich nach dem Umgiessen mit dem Metall nur relativ schwierig aus dem Gussstück herauslösen.
  • Kunstharzgebundene Salzkerne haben dagegen den Nachteil, dass bei ihrer Anwendung unter Einwirkung der Giesstemperatur grosse Gasmengen aus dem Bindemittel freigesetzt werden können. Zur Vermeidung einer Porosität im Gussstück müssen diese Gase schnell und vollständig abgeführt werden. Aufgrund der zumeist engen Querschnitte, die durch die Geometrie der Gussteile gegeben sind, kann es aber in den Abströmkanälen leicht zu Verstopfungen durch Kondensation harzartiger Produkte kommen. Als Folge ergibt sich dann ein unkontrolliertes Austreten der Gase aus der gesamten Kernoberfläche mit den bekannten nachteiligen Folgen für das Gussstück.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Giesskerne und·Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, aus denen unter Einwirkung der Temperaturen beim Giessen von Leichtmetall, insbesondere Aluminium und dessen Legierungen, nur geringe Mengen an Gas, sofern überhaupt, freigesetzt werden, wobei die Art der Reaktionsprodukte so sein soll, dass auch die Gasabführung durch dünne Kanäle möglich ist, ohne dass Kondensationsprodukte in diesen Kanälen zu Verstopfungen führen. Insbesondere soll sich das Kernmaterial leicht aus eventuell sehr engen Öffnungen aus dem Hohlraum, sei es durch Auflösung der Grundsubstanz, sei es durch Zerfall des Bindemittels, bei dem die Grundsubstanz wieder rieselfähig wird, entfernen lassen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Schaffung eines Giesskernes der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das zur Bindung der Grundsubstanz eingesetzte Bindemittel Zucker oder ein Zuckerderivat ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist überraschenderweise gefunden worden, dass durch den Einsatz von Zucker oder natürlichen Zuckerderivaten als Bindemittel die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden werden können. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass die erfindungsgemässen Giesskerne bei den Giesstemperaturen nur sehr geringe Mengen an Verbrennungsgasen aus dem Bindemittel freisetzen, wobei es nicht zur Bildung pastöser Kondensate kommt, durch die die Abströmkanäle eingeengt bzw. verstopft werden könnten.
  • Das erfindungsgemäss eingesetzte Bindemittel stellt mit besonderem Vorteil Zuckercouleur dar. Zuckercouleur, das auch Karamel genannt wird, ist üblicherweise eine mehr oder weniger dunkel gefärbte Masse, die entsteht, wenn man Rohrzucker, Rübenzucker oder Traubenzucker - gegebenenfalls unter Zusatz von etwas Alkali - auf höhere Temperaturen erhitzt. Je nach Anwendungszweck kann es daher möglich sein, den gewählten (monomolekularen) Ausgangszucker als solchen der Grundsubstanz zuzufügen und im Verlauf der Herstellung des Giesskerns Zuckercouleur zu erzeugen oder bereits von Anfang an die Grundsubstanz mit bereits vorliegen- dem Zuckercouleur zu versehen.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung liegt die gewählte Grundsubstanz, die mit Zucker (couleur) oder einem natürlichen Zuckerderivat gebunden wird, in körniger Form vor. Durch eine derartige Konfiguration wird die Auflösung bzw. Entfernung der Grundsubstanz im Regelfall erleichtert. Als Grundsubstanz werden ein wasserlösliches Salz, Sande, z.B.Quarzsand, Metallgranulat allein oder im jeweiligen Gemisch eingesetzt. Für manche Anwendungszwecke besonders günstige Ergebnisse werden bei der Kombination wasserlöslichen Salzes mit Zuckercouleur erhalten.
  • Der Mengenanteil des eingesetzten Bindemittels kann, je nach Art der zu bindenden Grundsubstanz, in weiten Mengen variieren. Üblicherweise beträgt der Mengenanteil des Bindemittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskernes, etwa 0,3-15 Gew.%.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in die mit Zucker oder einem Zuckerderivat gebundenen Kerne, insbesondere auf Basis von Salz, bei deren Herstellung Metallröhrchen derart mit eingeführt, z.B. durch Verpressen, dass sie später sowohl zur Befestigung der Kerne in der Giessform als auch zur Abführung der Reaktionsgase während des Giessvorganges dienen können. Die derart eingesetzten Röhr- , chen können, einerseits um einen festen Sitz im Kernmaterial und andererseits um eine leichte Abführung der Gase zu erreichen, in der Art von Hohlnieten umgebördelt, seitlich geschlitzt oder perforiert sein.
  • Zur Befestigung der Kerne in der-Giessform können ebenfalls Röhrchen, z.B. aus-Metall, vorgesehen sein, die derart ausgebildet sind, dass sie ausserhalb der Giessform die Möglichkeit des Anschlusses an eine Saugleitung bieten.
  • Die Giesskerne werden nach einem Verfahren gemäss der Erfindung derart hergestellt, dass die gewählte Grundsubstanz mit Zucker oder einem Derivat hiervon in wässriger, organischer oder gemischt wässrig-organischer Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken wird. Wenngleich der Anteil des eingesetzten Lösungsmittels in weiten Grenzen schwanken kann, wurden doch besonders günstige Ergebnisse bei einem Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu organischem Bindemittel von etwa 1:1 bis 1:10 erhalten.
  • Für die Herstellung von Giesskernen für bestimmte Anwendungszwecke kann es günstig sein, wenn die Grundsubstanz bei der Umhüllung mit dem Bindemittel auf einer gegenüber der Raumtemperatur etwas erhöhten Temperatur gehalten wird. So kann die Grundsubstanz bei der Umhüllung mit dem Bindemittel beispielsweise eine Temperatur zwischen 20 und 180°C aufweisen, wobei der für die Umhüllung erforderliche Mischvorgang dann solange fortgesetzt wird, bis ein trockenes rieselfähiges Gemisch entstanden ist.
  • Der nachfolgende Verpressungsvorgang kann ebenfalls bei erhöhten Temperaturen erfolgen, die je nach Art des gewählten Zuckers oder Zuckerderivates eingestellt werden können. Hierbei sind Presstemperaturen im Bereich zwischen 50 und 200°C bevorzugt.
  • Das Ausbacken, das üblicherweise auf die Verpressung folgt, wird ebenfalls bei erhöhter Temperatur vorgenommen. Hierbei haben sich Temperaturen zwischen 150 und 300°C als günstig erwiesen. Die für das Ausbacken erforderliche Zeit richtet sich nach der Art des gewählten Zuckers und der Ausbacktemperatur, wobei sie für die vorstehend angegebenen Ausbacktemperaturen üblicherweise Zeiträume von etwa 10 Minuten bis etwa 2 Stunden umfassen kann.
  • Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Giesskernes kann die Trocknung bzw. die Entfernung des Lösungsmittels durch Temperaturerhöhung durch Einleiten warmer trockener Luft beschleunigt bzw. begünstigt werden.
  • Die erfindungsgemässen Giesskerne sind in der beigefügten Figur in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. In der Figur ist bei dem Giesskern ein Kühlkanal-Ringkern 1, der zur Herstellung eines Kühlkanals im Kolben einer Brennkraftmaschine dient, gezeigt. Die eingeformten Röhrchen 2 dienen zur Befestigung in den Kernaufnahmen 3 der Giessform und zugleich zur Gasableitung.
  • Die erfindungsgemässen Giesskerne weisen besondere Vorteile auf. So lassen sich die Kerne aus den fertigen Gussteilen ohne jegliche Mühe,beispielsweise durch Wasserzufuhr, auswaschen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Giesskerne aber auch des Verfahrens zu deren Herstellung besteht darin, dass weder bei der Herstellung der Kerne noch während des Giessvorganges oder beim späteren Auswaschen der Kernreste aus dem Gusstück Gase, Dämpfe oder Abfallstoffe entstehen bzw. frcigesetzt werden, die in irgendeiner Weise umweltschädlich wären. Abgesehen davon ist, wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, die Menge an freigesetztem Gas relativ gering.
  • Schliesslich ist zu erwähnen, dass das Bindemittel auf der Basis von Zucker bzw. eines Derivates hiervon ausgezeichnete Zerfallseigenschaften aufweist, da seine Bindekraft beim Giessen des Gussstückes weitgehend zerstört wird. Es kann daher für entsprechend geeignete Anwendungsfälle nicht nur wasserlösliche Grundsubstanz, z.B. Salze, eingesetzt werden, sondern auch andere nicht lösliche Grundsubstanz, wie Sand, Metallgranulat in körniger bzw. "beweglicher" Form. Die Grundsubstanz, die nach dem Erkalten des Gussstückes in weitgehend rieselförmiger Form vorliegt, lässt sich dann durch einfaches Ausrütteln oder aber durch Spülen aus dem entstandenen Hohlraum leicht entfernen.
  • Die Herstellung des erfindungsgemässen Giesskernes wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel erläutert, das nicht als Einschränkung aufzufassen ist.
  • Beispiel
  • Zur Herstellung von 100 kg Kernmaterial wurden 2,7 kg Zuckercouleur mit 0,3 kg Alkohol verdünnt und in dieser Form einer Menge von 97 kg NaCl bei einer Temperatur von 120°C zugegeben und einem schonend arbeitenden Mischer zugeführt. Bereits nach kurzer Zeit waren die Salzkörner vom Bindematerial umhüllt und konnten durch Einleiten warmer Luft getrocknet werden. Sobald die Mischung wieder rieselfähig war, wurde sie in ein Pressgesenk der gewünschten Form gebracht und dort verdichtet, wobei des Verdichtungsverhältnis 1,4:1 betrug. Das Pressgesenk selbst wurde dabei auf einer Temperatur von 140°C gehalten. Es enthielt in einer entsprechenden Halterung die seitlich geschlitzten und in Form einer Hohlniete ausgebildeten Röhrchen. Der so hergestellte Kern wurde dem Pressgesenk mit hilfe einer entsprechenden Vorrichtung entnommen und anschliessend auf einer, der Kernform angepassten Unterlage während 60 Minuten bei 220°C ausgebacken.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines anderen Zuckers oder Zuckerderivates oder die Verwendung von Wasser zur Einstellung der geeigneten Viskosität des Binders in gleicher Weise möglich ist.

Claims (12)

1. Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer seiner Legierungen, aus einer Grundsubstanz und einem gehärteten organischen Bindemittel, dadurch gekennzeichnet , dass das zur Bindung der Grundsubstanz eingesetzte Bindemittel Zucker oder ein Zuckerderivat ist.
2. Giesskern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass als Bindemittel Zuckercoleur verwendet wird.
3. Giesskern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Grundsubstanz in körniger Form vorliegt.
4. Giesskern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Grundsubstanz ein wasserlösliches Salz, Quarzsand, ein Metallgranulat allein oder im jeweiligen Gemisch darstellt.
5. Giesskern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass der Mengenanteil des Bindemittels,bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskernes, 0,3 bis 15 Gew.% beträgt.
6. Giesskern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass im Kern mindestens ein eingepresstes Röhrchen enthalten ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Giesskernes nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Grundsubstanz mit Zucker oder einem Derivat hiervon in wässriger oder organischer Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Anteil des Wassers und/ oder des organischen Lösungsmittels etwa das 0,1- bis 1-fache des Gewichtes des organischen Bindemittels beträgt.
9. Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Grundsubstanz bei der Umhüllung mit dem Bindemittel eine Temperatur zwischen 20 und 180°C aufweist und der für die Umhüllung erforderliche Mischvorgang so lange fortgesetzt wird, bis ein trockenes, rieselfähiges Gemisch entstanden ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Pressen bei Temperaturen zwischen 50 und 200°C stattfindet.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass das Ausbacken bei Temperaturen zwischen 150 und 3000C über einen Zeitraum von 10-120 Minuten durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Trocknen durch Einleiten warmer, trockener Luft beschleunigt wird.
EP79105250A 1979-04-27 1979-12-18 Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken, sowie Verfahren zu dessen Herstellung Expired EP0019015B1 (de)

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