EP0143954A2 - Process for manufacturing mould parts according to the cold-box method and moulding apparatus used - Google Patents

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EP0143954A2
EP0143954A2 EP84112344A EP84112344A EP0143954A2 EP 0143954 A2 EP0143954 A2 EP 0143954A2 EP 84112344 A EP84112344 A EP 84112344A EP 84112344 A EP84112344 A EP 84112344A EP 0143954 A2 EP0143954 A2 EP 0143954A2
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EP
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molding
molded part
mold
cold box
molding tool
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Dietmar Prof. Dr.-Ing. Boenisch
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Rheinische Maschinenfabrik & Eisengiesserei Anton
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Rheinische Maschinenfabrik & Eisengiesserei Anton Roper & Co GmbH KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B22C9/123—Gas-hardening

Definitions

  • Molded parts made of synthetic resin-bonded quartz sands including the casting molds, including those with cores in them, are an important basis for the mass production of high-quality castings.
  • the different manufacturing processes differ according to the type of synthetic resin used and its catalytic hardening.
  • the catalysis is carried out either by heating or at room temperature by adding a catalyst.
  • the thermosetting manufacturing processes are known under the names of hot box, warm box and thermal shock processes. However, they are increasingly being replaced by cold hardening processes, because saving energy and facilitating workplace conditions are important advantages. Molded parts can also be produced in plastic molds.
  • Coldbox binders contain about 30 to 40% of different solvents, which are necessary for the thin liquid, a high reactivity of the binder, good moldability of the molding material mixture and sufficient strength. These high amounts of solvent lead to considerable environmental pollution during processing and casting. However, less than the amounts mentioned impair the strength, in particular of the surfaces of the molded parts. The edge strength is impaired and the molded parts become huge and crumbly overall. As a result, the coldbox process loses its usefulness. With a sufficient solvent and binder content, polyurethane-bonded molded parts have good strength immediately after their manufacture. However, they are very sensitive to moisture and lose strength in a short time at higher air humidity. However, high humidity levels are unavoidable in foundries.
  • Coldbox cores are also often treated with water sizing and also placed in wet casting molds and are therefore subject to severe moisture damage. It is particularly detrimental to the quality of the molded part that this damage progresses from the outside inwards and thus affects the particularly important molded surface first and foremost. The result is a highly undesirable strength gradient with low external but high internal strength.
  • the present invention is based on the object of improving the strength properties and the core disintegration in molded parts by the cold box process with a reduced binder content.
  • the moisture In the measure according to the invention. to refine the molding surface with a thickness of a few millimeters, the moisture However, maintaining or even strengthening the sensitivity inside the core so that the strength in the course of core storage is reduced at these points means that strength and resistance to moisture in the surface layer are increased, but are reduced in the core inside, in order in this way at the same time Improve core decay. As a result of the surface refinement, the binder content can be reduced. This measure lowers costs, reduces environmental pollution and improves core decay.
  • the process according to the invention is based on the idea that the disadvantages of the coldbox process described are due to a weakness in the crosslinking of the polyurethane molecules due to the weft and the immediately subsequent very rapid cold curing. Then the weak bonds between the molecular chains can easily be destroyed by water and the strength of the molded parts can be irreparably weakened.
  • the method according to the invention therefore aims to convert the polyurethane in the molded part surface into a highly crosslinked state and thereby to increase the strength and in particular the moisture resistance in the surface layer, but to leave the underlying sand layers in a weakly crosslinked state.
  • the surface refinement either by a slight heat shock or by a superficial increase in the Solvent content or by both measures at the same time or in close succession. Both measures improve the surface quality of cold box molded parts to a surprising extent.
  • the process according to the invention can be carried out with the greatest effectiveness after the shot and shortly before the gas hardening because the molded part has already been designed at this point in time, but the molecular mobility in the still soft molding material is still great.
  • the method according to the invention thus intervenes in a manufacturing step of the cold box method which has so far been ignored without care and as quickly as possible. Finishing measures only after hardening on the finished molded part are far less effective owing to the largely fixed fixing of the binder structures and in particular cannot be achieved with the low temperatures which characterize the process according to the invention.
  • the method according to the invention works with heated molds. Relatively low temperatures below 100 C can be used. The uniformity of heating is also of minor importance. So the same mold, e.g. B. 50 ° in places and 80 ° elsewhere, without serious quality differences become clear.
  • Metallic molds can be heated in a known manner by electrical or gas heating. More options are given by the application of hot air or by the fact that the necessary shooting, gassing and flushing air are passed through preheaters beforehand.
  • the method according to the invention is not to be confused with the conventional hotbox and warmbox methods and differs fundamentally from these.
  • These conventional processes use the heat for curing and therefore require the entire cross-section of the molded part to be warmed through. They work at significantly higher temperatures between around 150 0 and 250 ° C and require high temperature uniformity with thermostatic control.
  • the heat of the method according to the invention does not lead to hardening even in the heated surface layer.
  • the molding material remains soft and would not allow handling.
  • the process according to the invention remains a cold process in which the molding hardening is achieved unchanged by a gaseous catalyst. The method serves only to greatly improve the effectiveness of gas hardening.
  • the method according to the invention requires a holding time of approximately 20 to 90 seconds between the shot and the gas hardening. As a result, there may be a need to extend the procedure somewhat. This waiting time can, however, be shortened considerably in a further embodiment of the invention if required, if, as mentioned above, the solvent content in the molded part surface is increased. In order to achieve this, it is proposed in a further embodiment according to the invention to provide the molding tool with a thin film of solvent shortly before the shot by spraying. The injected molding material takes over the solvent and the desired surface finishing can be achieved in a shorter time.
  • the resistant and moisture-resistant molded part surfaces that can be achieved by the methods and devices according to the invention enable the use of low-solvent binders, which can now be offered for coldbox production. They are particularly recommended for light metal casting. Low-solvent coldbox binders tend to soften during storage of the parts and are also particularly sensitive to moisture. For these reasons, they could not previously be used. According to the method according to the invention, these previous disadvantages are now limited to the interior of the molded part and have an advantageous effect there because the core disintegration and also the reusability of the used sand are thereby facilitated. These advantages and the considerable advantages already offered by the possibility of lowering the binder content are offset by a slightly longer cold box process and the need to heat the molding tools.
  • the comparatively low temperatures in the method according to the invention allow the use of plastic tools.
  • To the plant Tool tempering is suitable for hot water, which can greatly simplify the process.
  • 1 denotes the upper and 2 the lower tool half. 3 indicates the division. 4 denotes the bullet, 5 the mold cavity.
  • the sharply defined synthetic resin layer is designated by 6. With 7 pipes for hot water are designated. 8 indicates the water inlet and 9 the water outlet.
  • the flexible hose connection between the two tool halves is indicated by 10.
  • 11 means the aluminum grit, which is compacted in the sand bound by synthetic resin.
  • At 12 is a heat insulating outer jacket, for. B. made of quartz sand bonded with synthetic resin.
  • 13 means the tool frame. With the molding tool according to FIG. 1, the core 14 is created, which, according to the illustration in FIG. With 19 the gate is designated. There may also be a stone through which Jon the casting melt exits after the mold cavity 21 has been filled.
  • FIG. 2 shows that not only the surface 23 of the core 14 is finished with the molding tool according to FIG. 1. This refinement in a certain layer thickness is shown by hatching 24.
  • Figure 2 shows that the molded parts 17 and 18 of the lower box and upper box are each provided with a finish, which are shown by hatching 25 and 26. It should be noted that the finishing achieved according to the invention need only be present on the surfaces of the mold parts which delimit the mold cavity 21.

Abstract

Verfahren zum Herstellen von polyurethangebundenen Formteilen für die Gießerei-lndustrie nach dem Cold-Box-Verfahren, wobei die Formteilehärtung schlagartig durch Hindurchleiten eines gasförmigen Katalysators erfolgt wird zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften vor und / oder während der Aushärtung innerhalb des Cold-Box-Formteils ein Eigenschaftsgradient in der Weise erzeugt, daß die Widerstandsfähigkeit in der Oberflächenschicht des Formteils gegenüber dem Innern des Formteils erhöht ist. Dazu kann das Formwerkzeug auf eine Temperatur von 30 bis 150° C, vorzugsweise 60 bis 80°C erwärmt werden und die Formstoffmischung auf das erwärmte Formwerkzeug aufgebracht oder das Formwerkzeug mit Lösungsmitteln eingesprüht und danach die Formstoffmischung in das Formwerkzeug eingebracht werden.Process for the production of polyurethane-bonded molded parts for the foundry industry according to the cold box process, the molded part being cured abruptly by passing a gaseous catalyst through it to improve the performance properties before and / or during curing within the cold box molded part produced in such a way that the resistance in the surface layer of the molded part to the interior of the molded part is increased. For this purpose, the molding tool can be heated to a temperature of 30 to 150 ° C., preferably 60 to 80 ° C., and the molding material mixture applied to the heated molding tool, or the molding tool sprayed with solvents, and then the molding material mixture is introduced into the molding tool.

Description

Verfahren zum Herstellen von Formteilen nach dem Coldbox-Verfahren sowie Formteil und Formwerkzeug.Process for producing molded parts according to the cold box process, molded part and molding tool.

Formteile aus kunstharzgebundenen Quarzsanden, darunter werden die Gießformen, auch solche mit darin eingelegten Kernen verstanden, sind eine wichtige Grundlage der Massenproduktion hochwertiger Gußstücke. Die verschiedenen Herstellungsverfahren unterscheiden sich nach der Art des verwendeten Kunstharzes und seiner katalytischen Härtung. Die Katalyse erfolgt entweder durch Wärme oder auch bei Raumtemperatur durch Zuführen eines Katalysators. Die warmhärtenden Fertigungsverfahren sind unter den Namen Hotbox-, warmbox- und Thermoschockverfahren bekannt. Sie werden jedoch zunehmend durch kalthärtende Verfahren verdrängt, weil dabei Energieeinsparnung und erleichterte Arbeitsplatzbedingungen wichtige Vorteile sind. Die Formteilfertigung kann zudem in Formwerkzeugen aus Kunststoff erfolgen.Molded parts made of synthetic resin-bonded quartz sands, including the casting molds, including those with cores in them, are an important basis for the mass production of high-quality castings. The different manufacturing processes differ according to the type of synthetic resin used and its catalytic hardening. The catalysis is carried out either by heating or at room temperature by adding a catalyst. The thermosetting manufacturing processes are known under the names of hot box, warm box and thermal shock processes. However, they are increasingly being replaced by cold hardening processes, because saving energy and facilitating workplace conditions are important advantages. Molded parts can also be produced in plastic molds.

Es ist bekannt, die nach verschiedenartigen Verfahren, so auch nach dem Coldbox-Verfahren hergestellten Formteile nach der Formgebung an ihren den Formraum bildenden Seiten mit einer Schlichte zu versehen. Das Aufbringen und Trocknen einer Schlichte erfordert zusätzlich Arbeitsgänge und auch eine Wartezeit bis zum Abguß der Gießform, damit ausreichend Zeit zur Trocknung der Schlichte vorhanden ist.It is known to use various methods, as well to provide shaped parts produced by the cold box process after the shaping on their sides forming the molding space with a size. The application and drying of a size requires additional work steps and also a waiting time until the casting mold is cast, so that there is sufficient time for the size to dry.

Auf dem Gebiet der Kalthärtung hat das sogenannte Coldbox-Verfahren weltweit größte Bedeutung erreicht. Auf automatischen Fertigungsanlagen werden sehr hohe Produktionsleistungen erzielt. Dieses Verfahren verwendet Polyurethan als Bindemittel. Die heute gebräuchlichsten Ausgangskomponenten sind Isoyanat und ein Phenolharz, jedoch sind auch andere Binderkombinationen möglich. Sie werden mit Quarzsand zusammen in Gehalten von etwa 1 bis 2 Gewichtsteilen vermischt. Der so entstandene Formstoff wird bei maschineller Herstellung der Gießform mit Preßluft in das Formwerkzeug geschossen und sofort anschließend durch Hindurchleiten eines Katalysatorgases, zumeist Dimethylethylamin, im kalten Werkzeug schlagartig ausgehärtet.In the field of cold hardening, the so-called coldbox process has become extremely important worldwide. Very high production rates are achieved on automatic production lines. This process uses polyurethane as a binder. The most common starting components today are isoyanate and a phenolic resin, but other binder combinations are also possible. They are mixed together with quartz sand in amounts of about 1 to 2 parts by weight. The resulting molding material is shot into the mold with compressed air during the mechanical production of the casting mold and is then immediately cured in a cold tool by passing a catalyst gas, usually dimethylethylamine, through it.

Aus technischen und wirtschaftlichen und insbesondere auch aus Gründen einer verminderten Umweltbelastung werden in der Gießereipraxis möglichst geringe Bindergehalte angestrebt, wodurch jedoch empfindliche Schwächen des Coldbox-Verfahrens hervortreten.For technical and economic reasons, and in particular also for reasons of reduced environmental pollution, the lowest possible binder contents are sought in foundry practice, which, however, gives rise to sensitive weaknesses in the cold box process.

Coldbox-Binder enthalten etwa 30 bis 40% verschiedener Lösungsmittel, die für die Dünnflüssigkeit,eine hohe Reaktivität des Binders, eine gute Verschießbarkeit der Formstoffmischung und ausreichende Festigkeit notwendig sind. Diese hohen Lösungsmittelmengen führen während der Verarbeitung und beim Abguß zu erheblichen Umweltbelastungen. Geringere als die genannten Mengen verschlechtern jedoch die Festigkeit insbesondere der Formteiloberflächen. Die Kantenfestigkeit wird beeinträchtigt und die Formteile werden insgesamt rieselig und mürbe. Damit verliert das Coldbox-Verfahren seine Brauchbarkeit. Polyurethangebundene Formteile haben bei ausreichendem Lösungsmittel- und Bindergehalt sofort nach ihrer Herstellung gute Festigkeit. Sie sind jedoch stark feuchtigkeitsempfindlich und verlieren bei höherer Luftfeuchtigkeit in kurzer Zeit an Festigkeit. Hohe Luftfeuchten aber sind in Gießereien unvermeidlich. Coldbox-Kerne werden zudem häufig mit Wasserschlichten behandelt und auch in Naßgußformen eingelegt und unterliegen dadurch einer starken Feuchtigkeitsschädigung. Dabei ist es der Formteilqualität besonders abträglich, daß diese Schädigung von außen nach innen fortschreitet und damit die besonders wichtige Formteiloberfläche zuallererst beeinträchtigt. Es ergibt sich somit ein höchst unerwünschter Festigkeitsgradient mit geringer Außen-, jedoch hoher Innenfestigkeit.Coldbox binders contain about 30 to 40% of different solvents, which are necessary for the thin liquid, a high reactivity of the binder, good moldability of the molding material mixture and sufficient strength. These high amounts of solvent lead to considerable environmental pollution during processing and casting. However, less than the amounts mentioned impair the strength, in particular of the surfaces of the molded parts. The edge strength is impaired and the molded parts become huge and crumbly overall. As a result, the coldbox process loses its usefulness. With a sufficient solvent and binder content, polyurethane-bonded molded parts have good strength immediately after their manufacture. However, they are very sensitive to moisture and lose strength in a short time at higher air humidity. However, high humidity levels are unavoidable in foundries. Coldbox cores are also often treated with water sizing and also placed in wet casting molds and are therefore subject to severe moisture damage. It is particularly detrimental to the quality of the molded part that this damage progresses from the outside inwards and thus affects the particularly important molded surface first and foremost. The result is a highly undesirable strength gradient with low external but high internal strength.

Dieser Festigkeitsgradient ist aus einem weiteren Grund von Nachteil, weil er den Kernzerfall nach dem Abguß erschwert. Der schlechte Kernzerfall von Coldbox-Formteilen ist insbesondere beim Leichtmetallguß gefürchtet. Kernreste sind aus dem erkalteten Gußstück häufig nur sehr schwierig zu entfernen und erfordern einen hohen Putzaufwand und extreme Arbeitsplatzbelastungen in der Putzerei.This strength gradient is disadvantageous for another reason, because it complicates core decay after casting. The bad core disintegration of cold box molded parts is particularly feared when casting light alloys. Core residues are often very difficult to remove from the cooled casting and require a high level Cleaning effort and extreme workload in the blow room.

Die Gießereipraxis versucht, den durch zu geringe Oberflächenfestigkeit bedingten Schwierigkeiten durch erhöhte Bindergehalte und den Einsatz von Oberzugsstoffen zu begegnen. Höhere Bindergehalte aber verschlechtern den Kernzerfall zusätzlich, weil die Festigkeit im Kerninnern hierdurch besonders stark erhöht wird. Eine Feuchtigkeitsschädigung erfolgt im Kerninnern zudem weniger durchgreifend als in den Oberflächenschichten. Coldbox-Formteile haben damit den schwerwiegenden Nachteil einer unerwünschten Festigkeitsverteilung. Auch nimmt ihre Festigkeit innerhalb von 24 Std. nach der Formgebung zu.Foundry practice tries to counter the difficulties caused by insufficient surface strength through increased binder contents and the use of outer materials. However, higher binder contents worsen the core disintegration because the strength inside the core is increased particularly strongly. Moisture damage is also less severe inside the core than in the surface layers. Coldbox molded parts therefore have the serious disadvantage of an undesirable distribution of strength. Their strength also increases within 24 hours after shaping.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, in Formteilen nach dem Coldbox-Verfahren bei verminderten Bindergehalt die Festigkeitseigenschaften und den Kernzerfall zu verbessern.The present invention is based on the object of improving the strength properties and the core disintegration in molded parts by the cold box process with a reduced binder content.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen von polyurethangebundenen Formteilen für die Gießereiindustrie nach dem Coldbox-Verfahren, wobei die Formteilhärtung schlagartig durch Hindurchleiten eines gasförmigen Katalysators erfolgt, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften vor und / oder während der Aushärtung innerhalb des Coldbox-Formteils ein Eigenschaftsgradient in der Weise erzeugt wird, daß die Widerstandsfähigkeit in der Oberflächenschicht des Formteils gegenüber dem Inneren des Formteils erhöht ist.To solve this problem is proposed according to the invention in a method for producing polyurethane-bonded molded parts for the foundry industry by the cold box process, the molded part being cured suddenly by passing a gaseous catalyst through it, in order to improve the performance before and / or during curing within the coldbox - molding a property gradient is generated in such a manner that the resistance is increased in the surface layer of the molded part from the interior of the molding.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme. die Formteiloberfläche in einer Stärke von wenigen Millimetern zu veredeln, die Feuchtigkeitsempfindlichkeit im Kerninnern aber zu erhalten oder sogar zu verstärken, damit die Festigkeit im Verlaufe der Kernlagerung an diesen Stellen geringer wird, wird erreicht, daß Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit in der Oberflächenschicht verstärkt, im Kerninnern jedoch vermindert werden, um auf diese Weise zugleich den Kernzerfall zu verbessern. Als Folge der Oberflächenveredelung ist ein Absenken des Bindergehaltes möglich. Diese Maßnahme senkt die Kosten, vermindert die Umweltbelastung und verbessert den Kernzerfall.By the measure according to the invention. to refine the molding surface with a thickness of a few millimeters, the moisture However, maintaining or even strengthening the sensitivity inside the core so that the strength in the course of core storage is reduced at these points means that strength and resistance to moisture in the surface layer are increased, but are reduced in the core inside, in order in this way at the same time Improve core decay. As a result of the surface refinement, the binder content can be reduced. This measure lowers costs, reduces environmental pollution and improves core decay.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, daß die beschriebenen Nachteile des Coldbox-Verfahrens durch eine Vernetzungsschwäche der Polyurethanmoleküle durch den Schuß und die sofort anschließende sehr schnelle Kalthärtung begründet ist. Dann können die nur schwachen Bindungen zwischen den Molekülketten durch Wasser leicht zerstört und die Formteilfestigkeiten irreparabel geschwächt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt deshalb darauf ab, das Polyurethan in der Formteiloberfläche in einen hochvernetzten Zustand zu überführen und dadurch die Festigkeit und insbesondere die Feuchtigkeitsresistenz in der Oberflächenschicht zu verstärken, die tieferliegenden Sandschichten jedoch in einem schwachvernetzten Zustand zu belassen.The process according to the invention is based on the idea that the disadvantages of the coldbox process described are due to a weakness in the crosslinking of the polyurethane molecules due to the weft and the immediately subsequent very rapid cold curing. Then the weak bonds between the molecular chains can easily be destroyed by water and the strength of the molded parts can be irreparably weakened. The method according to the invention therefore aims to convert the polyurethane in the molded part surface into a highly crosslinked state and thereby to increase the strength and in particular the moisture resistance in the surface layer, but to leave the underlying sand layers in a weakly crosslinked state.

Zur weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, die Oberflächenveredelung entweder durch einen leichten Wärmestoß oder durch eine oberflächliche Erhöhung des Lösungsmittelgehaltes oder durch beide Maßnahmen zugleich oder in enger Aufeinanderfolge vorzunehmen. Beide Maßnahmen verbessern die Oberflächenqualität von Coldbox-Formteilen in einem überraschenden Ausmaß.To further carry out the method according to the invention, it is proposed that the surface refinement either by a slight heat shock or by a superficial increase in the Solvent content or by both measures at the same time or in close succession. Both measures improve the surface quality of cold box molded parts to a surprising extent.

Es hat sich erwiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit höchster Wirksamkeit nach dem Schuß und kurz vor der Gashärtung durchgeführt werden kann, weil das Formteil zu diesem Zeitpunkt bereits gestaltet, die Molekülbeweglichkeit im noch weichen Formstoff aber immer noch groß ist. Das erfindungsgemäße Verfahren greift also in einen Fertigungsschritt des Coldbox-Verfahrens ein, der bisher achtlos und möglichst schnell übergangen worden ist. Veredelungsmaßnahmen erst nach der Härtung am fertigen Formteil sind wegen der weitgehend erfolgten Fixierung der Binderstrukturen weit weniger wirksam und insbesondere nicht mit den niedrigen Temperaturen zu erreichen, die das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnen.It has been found that the process according to the invention can be carried out with the greatest effectiveness after the shot and shortly before the gas hardening because the molded part has already been designed at this point in time, but the molecular mobility in the still soft molding material is still great. The method according to the invention thus intervenes in a manufacturing step of the cold box method which has so far been ignored without care and as quickly as possible. Finishing measures only after hardening on the finished molded part are far less effective owing to the largely fixed fixing of the binder structures and in particular cannot be achieved with the low temperatures which characterize the process according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit erwärmten Formwerkzeugen. Dabei können verhältnismäßig niedrige Temperaturen unterhalb 100 C angewendet werden. Auch ist die Gleichmäßigkeit der Erwärmung von untergeordneter Bedeutung. So kann das gleiche Formwerkzeug, z. B. stellenweise 50° und an anderer Stelle 80° warm sein, ohne daß gravierende Qualitätsunterschiede deutlich werden.The method according to the invention works with heated molds. Relatively low temperatures below 100 C can be used. The uniformity of heating is also of minor importance. So the same mold, e.g. B. 50 ° in places and 80 ° elsewhere, without serious quality differences become clear.

Die Erwärmung metallischer Formwerkzeuge kann auf bekannte Art durch elektrische oder Gasbeheizung erfolgen. Weitere Möglichkeiten sind durch Beaufschlagung mit Heißluft gegeben oder dadurch, daß die notwendige Schieß-, Begasungs- und auch Spülluft zuvor durch Vorerhitzer geführt werden.Metallic molds can be heated in a known manner by electrical or gas heating. More options are given by the application of hot air or by the fact that the necessary shooting, gassing and flushing air are passed through preheaters beforehand.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit den konventionellen Hotbox- und Warmboxverfahren nicht zu verwechseln und unterscheidet sich von diesen grundlegend. Diese konventionellen Verfahren benutzen die Wärme zur Aushärtung und erfordern deshalb auch die Durchwärmung des gesamten Formteilquerschnitts. Sie arbeiten mit bedeutend höheren Temperaturen zwischen etwa 1500 und 250° C und benötigen hohe Temperaturgleichmäßigkeit mit thermostatischer Steuerung.The method according to the invention is not to be confused with the conventional hotbox and warmbox methods and differs fundamentally from these. These conventional processes use the heat for curing and therefore require the entire cross-section of the molded part to be warmed through. They work at significantly higher temperatures between around 150 0 and 250 ° C and require high temperature uniformity with thermostatic control.

Die Wärme des erfindungsgemäßen Verfahrens hingegen führt selbst in der erwärmten Oberflächenschicht zu keiner Härtung. Der Formstoff bleibt weich und würde keine Handhabung erlauben. Das erfindungsgemäße Verfahren bleibt ein Kaltverfahren, bei dem die Formteilhärtung unverändert durch einen gasförmigen Katalysator erreicht wird. Das Verfahren dient allein dazu, die Wirksamkeit der Gashärtung außerordentlich zu verbessern.In contrast, the heat of the method according to the invention does not lead to hardening even in the heated surface layer. The molding material remains soft and would not allow handling. The process according to the invention remains a cold process in which the molding hardening is achieved unchanged by a gaseous catalyst. The method serves only to greatly improve the effectiveness of gas hardening.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert zwischen Schuß und Gashärtung eine Haltezeit von etwa 20 bis 90 Sekunden. Dadurch kann die Notwendigkeit bestehen, den Verfahrensablauf etwas zu verlängern. Diese Wartzeit kann im Bedarfsfall in weiterer Ausgestaltung der Erfindung jedoch erheblich verkürzt werden, wenn, wie vorerwähnt, der Lösungsmittelgehalt in der Formteiloberfläche erhöht wird. Um dies zu erreichen, wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, das Formwerkzeug kurz vor dem Schuß durch Einsprühen mit einem dünnen Film aus Lösungsmittel zu versehen. Der eingeschossene Formstoff übernimmt das Lösungsmittel und die angestrebte Oberflächenveredelung ist in kürzerer Zeit zu erreichen.The method according to the invention requires a holding time of approximately 20 to 90 seconds between the shot and the gas hardening. As a result, there may be a need to extend the procedure somewhat. This waiting time can, however, be shortened considerably in a further embodiment of the invention if required, if, as mentioned above, the solvent content in the molded part surface is increased. In order to achieve this, it is proposed in a further embodiment according to the invention to provide the molding tool with a thin film of solvent shortly before the shot by spraying. The injected molding material takes over the solvent and the desired surface finishing can be achieved in a shorter time.

Die durch die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen erreichbaren widerstandsfähigen und feuchtigkeitsresistenten Formteiloberflächen ermöglichen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Anwendung lösungsmittelarmer Binder, die nunmehr für die Coldbox-Fertigung angeboten werden können. Sie sind insbesondere für den Leichtmetallguß zu empfehlen. Lösungsmittelarme Coldbox-Binder neigen während der Fonnteillagerung zur Entfestigung und sind zudem besonders feuchtigkeitsempfindlich. Sie konnten aus diesen Gründen bisher nicht eingesetzt werden. Diese bisherigen Nachteile bleiben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr auf das Formteilinnere beschränkt und wirken sich dort aber vorteilhaft aus, weil der Kernzerfall und auch die Wiederverwendbarkeit des Altsandes hierdurch erleichtert werden. Diesen Vorteilen und den erheblichen Vorteilen, die bereits durch die Möglichkeit zum Absenken des Bindergehaltes geboten sind, steht ein geringfügig verlängerter Coldbox-Prozess und die Notwendigkeit zum Erwärmen der Formwerkzeuge gegenüber.In a further embodiment of the invention, the resistant and moisture-resistant molded part surfaces that can be achieved by the methods and devices according to the invention enable the use of low-solvent binders, which can now be offered for coldbox production. They are particularly recommended for light metal casting. Low-solvent coldbox binders tend to soften during storage of the parts and are also particularly sensitive to moisture. For these reasons, they could not previously be used. According to the method according to the invention, these previous disadvantages are now limited to the interior of the molded part and have an advantageous effect there because the core disintegration and also the reusability of the used sand are thereby facilitated. These advantages and the considerable advantages already offered by the possibility of lowering the binder content are offset by a slightly longer cold box process and the need to heat the molding tools.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise niedrigen Temperaturen erlauben den Einsatz von Kunststoffwerkzeugen. Zur Werkzeugtempererierung ist Heißwasser geeignet, wodurch das Verfahren außerordentlich vereinfacht werden kann.The comparatively low temperatures in the method according to the invention allow the use of plastic tools. To the plant Tool tempering is suitable for hot water, which can greatly simplify the process.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, bereits bei der Werkzeugherstellung entsprechende Wasserleitungsrohre in einer den Modellkonturen angepaßten Form in dam Kunstharz anzuordnan, die während der späteren Produktion fortwährend von Heißwasser durchflossen sind. Desweiteren wird vorgeschlagen, die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Heißwasserleitung und der Werkzeugoberfläche dadurch zu verbessern, daß gut wärmeleitende Füllmittel aus Metallpulver oder Metallgranulat vorhanden sind.In a further embodiment of the invention, it is proposed to arrange appropriate water supply pipes in a form adapted to the model contours in the synthetic resin already during tool manufacture, which are continuously flowed through by hot water during the later production. Furthermore, it is proposed to improve the thermal conductivity between the hot water pipe and the tool surface by the fact that fillers made of metal powder or metal granules with good heat conductivity are present.

Die Erfindung ergibt sich aus nachfolgender Tabelle.

Figure imgb0001
The invention follows from the table below.
Figure imgb0001

Ein Formwerkzeug und Formteile sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt.A mold and molded parts are shown as examples in the drawings.

Es zeigen:

  • Figur 1 ein Formwerkzeug in vertikalem Schnitt,
  • Figur 2 eine Gießform in vertikalem Schnitt.
Show it:
  • FIG. 1 shows a mold in vertical section,
  • Figure 2 shows a casting mold in vertical section.

Nach Figur 1 ist mit 1 die obere, mit 2 die untere Werkzeughälfte bezeichnet. 3 gibt die Teilung an. 4 bezeichnet den Einschuß, 5 den Formhohlraum. Mit 6 ist die konturenscharfe Kunstharzschicht bezeichnet. Mit 7 sind Rohre für Heißwasser bezeichnet. 8 gibt den Wassereintritt und 9 den Wasseraustritt an. Mit 10 ist die flexible Schlauchverbindung zwischen den beiden Werkzeughälften angegeben. 11 bedeutet den Aluminiumgries, der verdichtet in dem durch Kunstharz gebundenen Sand vorhanden ist. Mit 12 ist ein wärmeisolierender Außenmantel, z. B. aus mit Kunstharz gebundenem Quarzsand bezeichnet. 13 bedeutet den Werkzeugrahmen. Mit dem Formwerkzeug nach Figur 1 wird der Kern 14 geschaffen, der nach der Darstellung in Figur 2 im Oberkasten 15 und Unterkasten 16 in dem dort vorhandenen Formsand 17 und 18 gelagert ist. Mit 19 ist der Anschnitt bezeichnet. Es kann auch ein Steiner vorhanden sein, durch Jon die GieCschmelze nach der befüllunn des Formhohlraumes 21 nach oben austritt.According to Figure 1, 1 denotes the upper and 2 the lower tool half. 3 indicates the division. 4 denotes the bullet, 5 the mold cavity. The sharply defined synthetic resin layer is designated by 6. With 7 pipes for hot water are designated. 8 indicates the water inlet and 9 the water outlet. The flexible hose connection between the two tool halves is indicated by 10. 11 means the aluminum grit, which is compacted in the sand bound by synthetic resin. At 12 is a heat insulating outer jacket, for. B. made of quartz sand bonded with synthetic resin. 13 means the tool frame. With the molding tool according to FIG. 1, the core 14 is created, which, according to the illustration in FIG. With 19 the gate is designated. There may also be a stone through which Jon the casting melt exits after the mold cavity 21 has been filled.

Figur 2 zeigt, daß nicht lediglich die Oberfläche 23 des Kerns 14 mit dem Formwerkzeug nach Figur 1 veredelt ist. Diese Veredelung in einer gewissen Schichtdicke ist durch eine Schraffur 24 dargestellt. Figur 2 zeigt, daß auch die Formteile 17 und 18 des Unterkastens und Oberkastens mit jeweils einer Veredelung versehen sind, die durch Schraffuren 25 und 26 dargestellt sind. Es sei bemerkt, daß die nach der Erfindung erreichte Veredelung nur an den Oberflächen der Formteile vorhanden zu sein braucht, die den Formhohlraum 21 begrenzen.FIG. 2 shows that not only the surface 23 of the core 14 is finished with the molding tool according to FIG. 1. This refinement in a certain layer thickness is shown by hatching 24. Figure 2 shows that the molded parts 17 and 18 of the lower box and upper box are each provided with a finish, which are shown by hatching 25 and 26. It should be noted that the finishing achieved according to the invention need only be present on the surfaces of the mold parts which delimit the mold cavity 21.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von polyurethangebundenen Formteilen für die Gießerei-Industrie nach dem Coldbox-Verfahren, wobei die Formteilehärtung schlagartig durch Hindurchleiten eines gasförmigen Katalysators erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften vor und/oder während der Aushärtung innerhalb des Coldbox-Formteils ein Eigenschaftsgradient in der Weise erzeugt wird, daß die Widerstandsfähigkeit in der Oberflächenschicht des Formteils gegenüber dem Innern des Formteils erhöht ist.1. A process for the production of polyurethane-bonded molded parts for the foundry industry by the cold box process, the molded parts curing suddenly by passing a gaseous catalyst, characterized in that to improve the properties before and / or during curing within the cold box molded part a property gradient is generated in such a way that the resistance in the surface layer of the molded part to the interior of the molded part is increased. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Formwerkzeug auf eine Temperatur von 30 bis 150° C, vorzugsweise 60 bis 800 C erwärmt und die Formstoffmischung auf das erwärmte Formwerkzeug eingebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the mold is heated to a temperature of 30 to 150 ° C, preferably 60 to 80 0 C and the molding material mixture is introduced onto the heated mold. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der eingeschossene Formstoff vor dem Einleiten des Katalysatorgases einige Zeit, vorzugsweise 20 bis 90 Sekunden im erwärmten Formwerkzeug belassen wird.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the injected molding material is left in the heated mold for some time, preferably 20 to 90 seconds, before the catalyst gas is introduced. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit Lösungsmitteln eingesprüht und danach die Formstoffmischung in das Formwerkzeug eingebracht wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the mold is sprayed with solvents and then the molding material mixture is introduced into the mold. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittel auf das erwärmte Formwerkzeug aufgesprüht werden.5. Process according to claims 2 and 4, characterized in that the solvents are sprayed onto the heated mold. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Formstoff in ein erwärmtes und mit Lösungsmitteln eingesprühtes Formwerkzeug eingeschossen und bis zum Einleiten des Katalysatorgases einige Zeit, vorzugsweise 15 bis 30 Sekunden, gewartet wird.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the molding material is shot into a heated and solvent-sprayed mold and waited for a time, preferably 15 to 30 seconds, until the catalyst gas is introduced. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieß-, Begasungs- und auch Spülluft vor ihrer Anwendung durch einen Vorerhitzer geführt wird.7. The method according to claim 1 and one or more of claims 2 to 6, characterized in that the shooting, gassing and also rinsing air is passed through a preheater before use. 8. Formteil nach dem Coldbox-Verfahren, hergestellt nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeich- net durch eine solche Abstimmung zwischen Coldbox-Binder und Lösungsmittel bzw. Lösungsmitteln, daß während der Lagerzeit im Innern des Formteils kein Festigkeitsanstieg, vorteilhaft sogar ein Festigkeitsverlust auftritt.8. molded part according to the cold box process, produced according to claim 1 and one or more of claims 2 to 7, marked by such a coordination between cold box binder and solvents or solvents that no increase in strength inside the molded part during storage , advantageously even a loss of strength occurs. 9. Formteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Coldbox-Binder weniger Lösungsmittel als bisher gebräuchlich erhält und die Zugabemenge des Lösungsmittels bzw. der Lösungsmittel so bemessen ist, daß während der Lagerzeit im Innern des Formteils kein Festigkeitsanstieg, insbesondere aber ein Festigkeitsverlust auftritt.
Figure imgb0002
nach den Anspruchen 8 und 9, d adurch gekennzeichnet, daß bei gleichbleibendem Coldboxbindergehalt die Feuchtigkeitsempfindlichkeit in der Oberflächenscr ht gegenüber der Feuchtigkeitsempfindlichkeit im Formteilnneren verringert ist.9. Molding according to claim 8, characterized in that the cold box binder used receives less solvent than previously customary and the amount of solvent or solvent added is such that during the storage period inside the molded part no increase in strength, but in particular a loss of strength occurs.
Figure imgb0002
according to claims 8 and 9, characterized in that, with the cold box binder content remaining the same, the sensitivity to moisture in the surface is reduced compared to the sensitivity to moisture in the interior of the molded part. 11. Formteil nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernzerfall im Formteilinneren gegenüber dem der Oberflächenschicht verbessert ist.11. Molding according to claims 8 to 10, characterized in that the core disintegration in the interior of the molding is improved compared to that of the surface layer. 12. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit wasserführenden Kanälen (7) versehen ist.12. Molding tool for performing the method according to claim 1, characterized in that the molding tool is provided with water-carrying channels (7). 13. Formwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Kunstharz besteht und die wasserführenden Kanäle aus eingeformten Wasserleitungskanälen bestehen.13. Molding tool according to claim 12, characterized in that it consists of synthetic resin and the water-carrying channels consist of molded water line channels. 14. Formwerkzeug nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitungskanäle während der Formteilfertigung an einen Thermostaten angeschlossen und von Heißwasser durchflossen sind.14. Molding tool according to claims 12 and 13, characterized in that the water conduit channels are connected to a thermostat during the molded part production and are flowed through by hot water. 15. Formwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Formwerkzeug aus Kunststoff in seinem zwischen den Wasserleitungskanälen (7) und der dem Formteil zugewandten Werkzeugoberfläche (6) befindlichen Teil zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit mit einem Metallpulver oder Metallgranulat (11) durchsetzt ist.15. The molding tool according to claim 13, characterized in that the plastic molding tool is interspersed with a metal powder or metal granulate (11) in its part between the water conduit channels (7) and the mold surface (6) facing the molding to improve the thermal conductivity .
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