EP0019015B1 - 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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EP0019015B1 EP79105250A EP79105250A EP0019015B1 EP 0019015 B1 EP0019015 B1 EP 0019015B1 EP 79105250 A EP79105250 A EP 79105250A EP 79105250 A EP79105250 A EP 79105250A EP 0019015 B1 EP0019015 B1 EP 0019015B1
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cores
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hollow cavities
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Alfred Dobner
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/26—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of carbohydrates; of distillation residues therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores

Definitions

  • the invention relates to a casting core for producing cavities in castings made of aluminum or one of its alloys from a granular base substance and a sugar derivative which are mixed in solution, pressed into molds and baked at elevated temperature (DE-ANr. 1783004), as well as a process for producing such casting cores.
  • the synthetic resin or synthetic resin of DE-A No. 1783004 are those of the urea formaldehyde type, phenol formaldehyde type, melamine formaldehyde type, urea furfuryl type, phenol furfuryl type or of the type based on sugar or glycose or compatible compositions of such resins.
  • DE-A No. 2746122 discloses a core material for casting cores which, in addition to a water-soluble salt, contains a granulate of a metal and a synthetic resin which are mixed in solution in a manner known per se, pressed into molds and baked out at elevated temperature. This document also describes the use of core holders using tubes.
  • sintered salt cores are relatively complex and they are too brittle for some applications. Furthermore, it is relatively difficult to remove them from the casting after the metal has been cast around them.
  • Resin-bonded salt cores have the disadvantage that large amounts of gas can be released from the binder when used under the influence of the casting temperature. 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 occurrence of the gases from the entire core surface with the known disadvantageous consequences for the casting.
  • the invention is therefore based on the object to provide casting cores and processes for their production, from which, under the action of the temperatures during the casting of aluminum and its alloys, only small gases, if any, are released, the nature of the reaction products being such that gas can also be removed through thin channels without condensation products in these channels leading to blockages.
  • 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 water-soluble salt represents sugar color in a concentration of 0.3 to 15% by weight, based on the total weight of the casting core .
  • the disadvantages mentioned above can be avoided by using sugar color as a binder. 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.
  • Sugar color which is also called caramel, is usually a more or less dark-colored mass that arises when sugar cane, beet sugar or dextrose - if necessary with the addition of some alkali - is heated to higher temperatures.
  • the water-soluble salt which is bound with sugar color is in granular form. Such a configuration generally facilitates the dissolution or removal of the same.
  • metal tubes e.g. by pressing, introduced in such a way 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 achieve easy removal of 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 casting mold.
  • the casting cores are produced by a process according to the invention in such a way that the water-soluble salt with 0.3 to 15% by weight of sugar color in aqueous, organic or mixed aqueous-organic solution is mixed in a known manner, pressed into molds and baked at elevated temperature .
  • the proportion of the solvent used can vary within wide limits, since particularly favorable results were 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 may 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 advantageously also takes place at elevated temperatures. Press temperatures in the range between 50 and 200 ° C. are preferred.
  • the baking which 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 color chosen 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 toroidal 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 attachment 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. In this way, the cores can 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 during the production of the cores nor during the casting process or during subsequent washing out of the core residues, gases, vapors or waste materials are produced or released from the casting, which are released 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 color has excellent disintegration properties, since its binding power is largely destroyed when the casting is poured.
  • 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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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer seiner Legierungen aus einer körnigen Grundsubstanz und einem Zuckerderivat, die in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken sind (DE-ANr. 1783004), sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Giesskerne.
  • Giesskerne für die Herstellung komplizierter oder schwer zugänglicher Hohlräume mit engen Querschnitten in Metallgussteilen, die wasserlösliche Kerne darstellen, sind bereits bekannt. In der DE-C Nr. 1302940 werden gesinterte Salzkerne beschrieben. Nach einer Weiterentwicklung gemäss DE-A Nr. 1783004 wird das wasserlösliche Kernmaterial mit einem synthetischen Harz bzw. Kunstharz gebunden. Als synthetisches Harz bzw. Kunstharz der DE-A Nr. 1783004 dienen solche vom Harnstofformaldehydtyp, Phenolformaldehydtyp, Melaminformaldehydtyp, Harnstofffurfuryltyp, Phenolfurfuryltyp oder vom auf Zucker-oder Glykosebasis aufgebauten Typ bzw. verträgliche Zusammensetzungen solcher Harze.
  • DE-A Nr. 2746122 offenbart ein Kernmaterial für Giesskerne, welches neben einem wasserlöslichen Salz ein Granulat eines Metalls sowie ein Kunstharz enthält, die in an sich bekannter Weise in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken werden. Diese Druckschrift beschreibt ausserdem den Einsatz von Kernhalterungen mittels Röhrchen.
  • Die vorbekannten Giesskerne vermögen jedoch in ihren Eigenschaften noch nicht vollständig zu befriedigen, da sowohl die gesinterten 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 Auftreten 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 Aluminium und dessen Legierungen, nur geringe Gase 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 Giesskerns der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das zur Bindung des wasserlöslichen Salzes eingesetzte Bindemittel Zuckercouleur in einer Konzentration von 0,3 bis 15 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskerns, darstellt.
  • Im Rahmen der Erfindung ist überraschenderweise gefunden worden, dass durch den Einsatz von Zuckercouleur 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.
  • Zuckercouleur, das auch Karamel genannt wird, ist üblicherweise eine mehr oder weniger dunkel gefärbte Masse, die entsteht, wenn man Rohrzukker, Rübenzucker oder Traubenzucker - gegebenenfalls unter Zusatz von etwas Alkali - auf höhere Temperaturen erhitzt.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung liegt das wasserlösliche Salz, welches mit Zuckercouleur gebunden wird, in körniger Form vor. Durch eine derartige Konfiguration wird die Auflösung bzw. Entfernung desselben im Regelfall erleichtert.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in die mitZuckercouleurgebundenen Kerne bei deren Herstellung Metallröhrchen, z.B. durch Verpressen, derart mit eingeführt, 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 Röhrchen 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 das wasserlösliche Salz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zuckercouleur in wässeriger, organischer oder gemischt wässerig-organischer Lösung in bekannter Weise vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken wird. Wenngleich der Anteil des eingesetzten Lösungsmittels in weite 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 so lange fortgesetzt wird, bis ein trockenes rieselfähiges Gemisch entstanden ist.
  • Der nachfolgende Verpressungsvorgang erfolgt vorteilhafterweise ebenfalls bei erhöhten Temperaturen. 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 der gewählten Zuckercouleur und der Ausbacktemperatur, wobei sie für die vorstehend angegebenen Ausbacktemperaturen üblicherweise Zeiträume von etwa 10 min bis etwa 2 h umfassen kann.
  • Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Giesskerns 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 Gussstück Gase, Dämpfe oder Abfallstoffe entstehen bzw. freigesetzt 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 Zuckercouleur ausgezeichnete Zerfallseigenschaften aufweist, da seine Bindekraft beim Giessen des Gussstückes weitgehend zerstört wird. 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 Giesskernswird 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 NaCI 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 das 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 min bei 220° C ausgebakken.

Claims (3)

1. Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung aus einer körnigen Grundsubstanz und einem Zuckerderivat, die in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundsubstanz wasserlösliches Salz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zuckercouleur, bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskerns, vermischt ist.
2. Giesskern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern mindestens ein eingepresstes Röhrchen enthalten ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Giesskerns gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundsubstanz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zukkercouleur in wässeriger oder organischer Lösung vermischt 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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