EP0043912B1 - Vakuumgiessverfahren - Google Patents

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EP0043912B1
EP0043912B1 EP81104352A EP81104352A EP0043912B1 EP 0043912 B1 EP0043912 B1 EP 0043912B1 EP 81104352 A EP81104352 A EP 81104352A EP 81104352 A EP81104352 A EP 81104352A EP 0043912 B1 EP0043912 B1 EP 0043912B1
Authority
EP
European Patent Office
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sand
casting
moulding sand
molding
molding sand
Prior art date
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EP81104352A
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English (en)
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EP0043912A1 (de
Inventor
Herbert Grolla
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/03—Sand moulds or like moulds for shaped castings formed by vacuum-sealed moulding
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a vacuum casting method according to the preamble of claim 1.
  • a problem with such vacuum-bonded molds is that of obtaining a clean and smooth surface on the casting to be made.
  • sand as fine-grained as possible is used in the prior art, so that penetration of the melt into it is thereby already prevented.
  • the sand cannot be chosen to be fine-grained, since it must be possible to maintain a negative pressure in it.
  • suction pipes are inserted into the molding sand, which penetrate them as evenly as possible.
  • the surface area of the castings achieved in this way is not yet satisfactory.
  • the molding sand gas-forming substances for. B. carbon, which forms a gas film between the mold wall and metal, which prevents penetration of the liquid metal into the molding sand, cannot be used in vacuum-bound casting molds.
  • the reason for this is that the gas film is sucked off immediately by the negative pressure prevailing in the molding sand and therefore cannot take effect.
  • the gasifying substances form cavities through which the liquid metal is increasingly sucked into the molding sand.
  • DD-B-106 789 describes a molding sand for the production of casting molds, in particular for the casting of metals.
  • This molding sand contains the slag produced in the production of ferroalloys after comminution to the grain sizes customary for molding materials and subsequent electromagnetic separation of ferroalloy inclusions.
  • This molding material should no longer have the disadvantages of quartz sand, which consist in the fact that it has unfavorable chemical-physical properties, uneven thermal expansion, the tendency to mineralize and low resistance to penetration and the formation of flakes.
  • the proposed molding material is characterized in that it does not undergo any thermal or chemical reaction with the material to be cast.
  • a size is applied to the plastic film in order to produce a high surface quality, which is essentially formed from a quartz, olivine or zircon dust.
  • the size is applied in the liquid state on the plastic film and then dried. This forms a fine-pored wall after drying, which prevents the liquid metal from penetrating into the molding sand. In this way, a clean and smooth surface of the casting is achieved.
  • applying the size and then drying it means an additional time-consuming operation.
  • a fine-grained quartz sand is also required when using size, which, in addition to its costs, poses a risk of silicosis due to the inevitable development of dust.
  • the invention has for its object to propose a vacuum casting process with or with which castings are obtained with a clean and smooth surface without the need to apply size to the plastic film and in which a substantially coarse-grained molding sand can still be used.
  • molding sands also has the advantage that they are far more permeable to air and thus the vacuum in the casting mold is spread much more uniformly. This also means that suction surfaces are sufficient, which are only arranged on the inner walls of the molding boxes, so that the suction pipes laid in the molding sand can be dispensed with.
  • the cost savings achieved in this way in the production of the molding boxes are considerable, and they are also suitable for any shape of the castings settable, since there are no suction lines in the molding sand, which are annoying for some casting molds.
  • slag sand is used for the molding sand, which is obtained as a waste product in the furnace systems of the foundries.
  • Such slag is advantageously processed into slag sand, which is obtained when the metal to be cast is melted. This measure precludes any possible chemical contamination from the molding sand.
  • the molding box 1 is shown in side and top views.
  • the molding box 1 consists of the same upper and lower box 3, 4, has a peripheral frame 2 and is open at its top and bottom.
  • the molding box 1 is provided with a circumferential channel 5, which has 6 connecting pieces on its one end face for the connection of vacuum lines, which are connected to a vacuum shaft (not shown).
  • a suction pipe 9 is connected to the channel 5 and has a multiplicity of bores through which the interior of the molding box can be evacuated.
  • the casting mold 11 is enclosed by a plastic film 12, the pouring funnel 13 being formed in one piece with the casting mold.
  • the side of the molding box 1 which is open upwards and downwards is covered by a further film 15, so that when the molding sand 16 is evacuated, the film 12 and the film 15 are pressed against the molding sand by the external overpressure. This makes it possible to use loose, binder-free molding sand.
  • the molding sand 16 consists of a material whose melting point is equal to or lower than the casting temperature of the material to be poured into the casting mold 11. This measure ensures that the molding sand sinters or melts at a shallow depth of about 0.5 mm at the contact surface with the liquid material, thus forming a solid or viscous, plastic and non-porous film, which is the cause of is a smooth and clean surface of the casting.
  • the application of size is not necessary.
  • the melting temperature of the molding sand should be approx. 50 to 100 ° C below the casting temperature of the metal to be cast.
  • the molding sand melts in the contact area with the liquid metal and forms a dense, plastic, tough and non-porous film or a sintered layer, the molding sand can be chosen to be coarse-grained overall, since there is no risk of the melt penetrating into the molding sand.
  • Slag sand is preferably chosen as the molding sand, which is obtained when the relevant metal to be cast is melted. To set the desired melting point of the molding sand, this flux and / or a sintered material can be added.
  • the filter surfaces for introducing the vacuum into the molding sand can be arranged at a much greater distance from the casting.
  • the previously required filter tubes in the vicinity of the casting have been shown to be unnecessary, which leads to a substantial reduction in the costs of the molding boxes.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Vakuumgießverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Es ist bekannt, hohle Gießformen aus binderfreiem, losem Sand und eine die formgebende Oberfläche der Gießform abdeckende und ihre Konturen wiedergebende Folie dadurch herzustellen, daß zunächst mit Hilfe des Vakuum-Ziehverfahrens eine Kunststoffolie einem Dauermodell angepaßt wird. Anschließend wird ein binderfreier, loser Formsand in den auf die Modellplatte und die Folie aufgesetzten Formkasten eingefüllt, worauf die obere freie Fläche des Formkastens verschlossen und in diesem ein Unterdruck erzeugt wird. Anschließend wird die Gießform von dem Modell abgehoben. Auf die entsprechend dem abzubildenden Modell verformte Kunststoffolie wirkt dann der äußere Luftdruck, der eine Verfestigung des Formsandes bewirkt.
  • Ein Problem bei derartigen vakuumgebundenen Gießformen besteht darin, eine saubere und glatte Oberfläche an dem herzustellenden Gußstück zu erhalten. Um dies zu erreichen, wird beim Stand der Technik ein möglichst feinkörniger Sand verwendet, damit ein Eindringen der Schmelze in diesen bereits hierdurch verhindert wird. Jedoch kann der Sand nicht beliebig feinkörnig gewählt werden, denn in diesem muß ein Unterdruck aufrechterhalten werden können. Hierzu werden in den Formsand Saugrohre eingelegt, die diesen möglichst gleichmäßig durchsetzen. Die hierdurch erzielte Oberfläche der Gußstücke ist jedoch noch nicht zufriedenstellend.
  • Die von anderen Formverfahren her bekannte Maßnahme, dem Formsand gasbildende Stoffe, z. B. Kohlenstoff, zuzusetzen, der zwischen Formwand und Metall einen Gasfilm bildet, der ein Eindringen des flüssigen Metalls in den Formsand verhindert, ist bei vakuumgebundenen Gießformen nicht einsetzbar. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Gasfilm durch den im Formsand herrschenden Unterdruck sofort abgesaugt wird und somit nicht zur Wirkung gelangen kann. Zusätzlich werden durch die vergasenden Stoffe Hohlräume gebildet, durch die das flüssige Metall verstärkt in den Formsand eingesogen wird.
  • Die DD-B-106 789 beschreibt einen Formsand zur Herstellung von Gießformen, insbesondere zum Vergießen von Metallen. Dieser Formsand enthält die bei der Herstellung von Ferrolegierungen anfallende Schlacke nach Zerkleinerung auf die für Formstoffe üblichen Korngrößen und anschließender elektromagnetischer Separation von Ferrolegierungseinschlüssen. Dieser Formstoff soll die Nachteile des Quarzsandes nicht mehr aufweisen, die darin bestehen, daß dieser ungünstige chemisch-physikalische Eigenschaften, eine ungleichmäßige Wärmedehnung, die Neigung zum Vererzen und eine geringe Beständigkeit gegen Penetration und das Entstehen von Schülpen aufwiese. Der vorgeschlagene Formstoff zeichnet sich dadurch aus, daß dieser keinerlei Reaktion in thermischer wie auch in chemischer Hinsicht mit dem zu vergießenden Material eingeht.
  • Bei vakuumgebundenen Gießformen wird zur Erzeugung einer hohen Oberflächengüte eine Schlichte auf die Kunststoffolie aufgetragen, die im wesentlichen aus einem Quarz-, Olivin- oder Zirkonstaub gebildet wird. Die Schlichte wird im flüssigen Zustand auf der Kunststoffolie aufgetragen und anschließend getrocknet. Hierdurch wird nach der Trocknung eine feinporige Wand gebildet, die verhindert, daß das flüssige Metall in den Formsand eindringen kann. Man erreicht hierdurch eine saubere und glatte Oberfläche des Gußstückes. Jedoch bedeutet das Aufbringen der Schlichte und deren anschließende Trocknung einen zusätzlichen zeitintensiven Arbeitsgang. Auch bei Verwendung von Schlichte ist ein feinkörniger Quarzsand erforderlich, der zusätzlich zu seinen Kosten eine Silikosegefahr durch die nicht zu vermeidende Staubentwicklung darstellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgießverfahren vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der Gußstücke mit sauberer und glatter Oberfläche erhalten werden, ohne daß ein Auftragen von Schlichte auf die Kunststoffolie erforderlich ist und bei dem dennoch ein wesentlich grobkörniger Formsand verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Durch die Abstimmung der Schmelztemperatur des Formsandes auf die Gießtemperatur des Metalles wird erreicht, daß der Formsand, der mit dem flüssigen Metall unmittelbar in Berührung steht, um einen geringen Betrag aufgeschmolzen wird, so daß sich bis zu einer geringen Tiefe ein dickflüssiger, plastischer, porenfreier Film oder eine Sinterschicht bildet. Ein derartiger plastischer Film bzw. eine derartig gesinterte Schicht von ca. 0,5 mm ist bereits ausreichend, um Gußstücke mit glatter sauberer Oberfläche zu erzeugen. Der zusätzliche Auftrag von Schlichte ist entbehrlich, des weiteren kann ein Formsand mit einer vergleichsweise wesentlich größeren Korngröße Verwendung finden. Versuche haben gezeigt, daß Gußstücke mit sauberer und glatter Oberfläche erhalten werden können bei Verwendung von Formsanden mit Korngrößen von über 0,1 mm.
  • Durch die Verwendung derartiger Formsande wird des weiteren der Vorteil erreicht, daß diese weitaus besser luftdurchlässig sind und somit das Vakuum in der Gießform wesentlich gleichmäßiger ausgebreitet ist. Dies bedeutet weiter, daß Absaugflächen ausreichend sind, die lediglich an den Innenwänden der Formkästen angeordnet sind, daß somit die im Formsand verlegten Absaugrohre entfallen können. Die hierdurch erreichte Kostenersparung bei der Herstellung der Formkästen ist erheblich, zudem sind diese für beliebige Form der Gußstücke einsetzbar, da die für manche Gußstückformen störenden Absaugleitungen im Formsand entfallen.
  • Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird für den Formsand Schlackensand verwendet, der als Abfallprodukt in den Ofenanlagen der Gießereien anfällt. Vorteilhaft wird solche Schlacke zu Schlackerisand verarbeitet, die bei dem Schmelzen des zu vergießenden Metalles anfällt. Durch diese Maßnahme wird eine mögliche chemische Verunreinigung durch den Formsand von vornherein ausgeschlossen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit Beschreibung und Zeichnung hervor.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt einen Längsschnitt durch eine Gießform.
  • In der Figur ist der Formkasten 1 in Seiten- und Draufsicht dargestellt. Der Formkasten 1 besteht aus einem gleichen Ober- und Unterkasten 3, 4, hat einen umlaufenden Rahmen 2 und ist an seiner Unter- und Oberseite offen. Der Formkasten 1 ist mit einem umlaufenden Kanal 5 versehen, der an seiner einen Stirnseite 6 Anschlußstücke für den Anschluß von Unterdruckleitungen aufweist, die mit einer Unterdruckwelle (nicht gezeigt) verbunden sind. Am Kanal 5 ist ein Absaugrohr 9 angeschlossen, das eine Vielzahl von Bohrungen aufweist, über die der Formkasteninnenraum evakuierbar ist. Die Gießform 11 wird von einer Kunststoffolie 12 umschlossen, wobei der Eingießtrichter 13 einstückig mit der Gießform ausgebildet ist. Die nach oben und unten offene Seite des Formkastens 1 ist durch eine weitere Folie 15 abgedeckt, so daß bei Evakuierung des Formsandes 16 die Folie 12 wie auch die Folie 15 durch den äußeren Überdruck gegen den Formsand gepreßt werden. Hierdurch ist es möglich, losen, binderfreien Formsand zu verwenden.
  • Gemäß der Erfindung besteht der Formsand 16 aus einem Material, dessen Schmelzpunkt gleich oder niedriger als die Gießtemperatur des in die Gießform 11 zu gießenden Materials ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Formsand an der Berührungsfläche mit dem flüssigen Material in einer geringen Tiefe von ca. 0,5 mm sintert oder aufschmilzt und so ein fester bzw. ein dickflüssiger, plastischer und porenfreier Film gebildet wird, der die Ursache für eine glatte und saubere Oberfläche des Gußstückes ist. Das Auftragen von Schlichte ist dabei entbehrlich. Die Schmelztemperatur des Formsandes sollte ca. 50 bis 100° C unter der Gießtemperatur des zu vergießenden Metalles liegen.
  • Da der Formsand in der Berührungsfläche mit dem flüssigen Metall aufschmilzt und einen dichten, plastischen, zähen und porenfreien Film oder eine gesinterte Schicht bildet, kann der Formsand insgesamt grobkörnig gewählt werden, da keine Gefahr des Eindringens der Schmelze in den Formsand besteht. Versuche mit Formsänden, bei denen 60% der Korngröße im Bereich von ca. 0,125 mm gelegen hat, haben zu Gußstücken mit äußerst glatter und sauberer Oberfläche geführt.
  • Als Formsand wird vorzugsweise Schlackensand gewählt, der beim Schmelzen des betreffenden zu vergießenden Metalles erhalten wird. Zur Einstellung des gewünschten Schmelzpunktes des Formsandes kann diesem Flußmittel und/ oder ein Sintermaterial beigegeben werden.
  • Durch die Grobkörnigkeit des Formsandes können die Filterflächen zur Einleitung des Vakuums in den Formsand in einem wesentlich größerem Abstand zum Gußstück angeordnet werden. Die bisher benötigten Filterrohre in der Nähe des Gußstückes haben sich als entbehrlich gezeigt, was zu einer wesentlichen Reduzierung der Kosten der Formkästen führt.

Claims (8)

1. Vakuumgießverfahren unter Verwendung von Gießformen, bestehend aus einem durch Unterdruck verfestigten Formsand und einer den Formhohlraum bildenden, durch den Unterdruck gegen den Formsand gepreßt gehaltenen Folie, dadurch gekennzeichnet, daß als Formsand ein Material mit einer Schmelztemperatur gewählt wird, die unter der Gießtemperatur des zu gießenden Materials liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formsand ein Schlakkensand zugesetzt wird, der durch Zerkleinerung der beim Schmelzprozeß erhaltenen Schlacke gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt für den Schlackensand die Schlacke des zu vergießenden Materials verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formsand ein Flußmittel zugesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formsand ein Sintermaterial zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Formsandes bis zu 100°C unter der Gießtemperatur des zu vergießenden Materials liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Formsandes vergleichsweise gegenüber bisher verwandten Formsänden beim Vakuumverfahren groß ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße größer als 0,1 mm ist.
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EP0043912A1 EP0043912A1 (de) 1982-01-20
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EP0043912A1 (de) 1982-01-20
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