EP0945200A1 - Casting mould and process for its production - Google Patents

Casting mould and process for its production Download PDF

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EP0945200A1
EP0945200A1 EP98123690A EP98123690A EP0945200A1 EP 0945200 A1 EP0945200 A1 EP 0945200A1 EP 98123690 A EP98123690 A EP 98123690A EP 98123690 A EP98123690 A EP 98123690A EP 0945200 A1 EP0945200 A1 EP 0945200A1
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EP
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binder
molding
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mold
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EP98123690A
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Herbert Dipl.-Ing. Grolla
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Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH
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Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH
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    • 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 method for producing Casting molds for metal casting by molding a model with a free-flowing using a water-based binder setable molding material and one according to the process manufactured mold.
  • the foundries are pourable in the metal foundries and mechanically solidifiable substances used, whereby before especially the easy and cheap to produce molding sand Scope used.
  • a binder e.g. B. sound, which Water is added.
  • Such a molding material is not only cheap, but also has little or no impact on the environment also simple and easy to prepare after use and reuse with it.
  • the invention has for its object a method of type described at the outset so that a Casting mold can be produced from a molding material, on the one hand is easy to shape and easy to reprocess and on the other hand has a high thermal conductivity, the one ensures rapid cooling of the casting.
  • This object is achieved in that as Molding material with a granulate made of a metallic material a grain size of 0.01 to 2 mm is used, the 1 to 20% by weight of the binder is added, the molding material then into a mold box containing a model plate filled and the filled molding material in the molding box is compressed.
  • the molding material according to the invention advantageously consists of Aluminum, which is not only high thermal conductivity, but also a relatively low specific one Has weight so that the mold as such is light remains manageable.
  • the metallic granulate becomes advantageous bound with a clay / water mixture, whereby here a clay / water mixture of 5 wt.% each as advantageous has highlighted.
  • a molded material prepared in this way remains free-flowing so that it is poured into the molding box can be. Then the molding material is in Compressed in the usual way so that a dimensionally stable shape which is advantageous for casting engine blocks or similar parts is suitable.
  • the thermal conductivity of the molding material can be caused by the choice of granules and on the other hand by adding Quartz, zircon etc. can be set in a wide range, so that the desired cooling rate in the casting is obtained.
  • Molding material can cool down by 20% to 40%, respectively reduced after setting and choosing the metallic granules become. This makes it possible to compare one to produce fine-grained cast structure to conventional sand molds.
  • Curve 1 shows a mold shape.
  • the Curves 2 and 3 a casting mold made of zircon sand or quartz sand and curve 4 a mold in which the granules made of aluminum with a grain size of approx. 0.3 mm. From the illustration it can be seen that with a cast in a mold the cooling of the melt due to the large Heat capacity of the mold runs very quickly, whereby the solidification process, which is completed at about 480 ° C is done within a minute. The cooling behavior in a conventional zircon or Quartz sand mold lasts considerably longer than with permanent mold casting and is over seven minutes. In an inventive Casting mold with a molding sand with a granulate Aluminum with a grain size of 0.3 mm becomes the same Degree of cooling reached in less than five minutes, so that there is a much more fine-grained structure here.
  • the invention ensures on the one hand that the so prepared Casting cast made cooled in a short time is, on the other hand, ensures that the manufacturing cost not bigger for such a mold is more essential than with conventional sand molds bring worse cooling behavior with it.
  • the compression of the molding material in the mold takes place on best that the molding material in the mold is pneumatic or mechanically, for example by means of one of one Press actuated stamp is compressed.
  • a special one good impression of the model can be achieved that the molding material pneumatically and mechanically is densified.
  • carbon can be buried.
  • Also can be used for control metallic oxides are added to the thermal conductivity be, for example iron oxide.
  • Casting mold depends on the molding material used Also suitable for higher melting casting compounds and after easy to recycle their use.

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Abstract

Metal casting mold production, from a mixture of metallic particles and a binder. A bonded foundry mold, for metal casting, is produced by mixing metallic particles of 0.01-2 mm size with 1-20 wt.% binder, pouring the mixture into a mold box containing a pattern plate and then compacting. An Independent claim is also included for a metal casting mold made from the mixture described above. Preferred Features: The metallic particles consist of copper, iron and/or especially aluminum (alloy) and the binder is a clay/water mixture or possibly starch powder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metallguß durch Abformen eines Modells mit einem rieselfähigen mittels eines wasserhaltigen Bindemittels abbindbaren Formstoffes sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Gießform.The invention relates to a method for producing Casting molds for metal casting by molding a model with a free-flowing using a water-based binder setable molding material and one according to the process manufactured mold.

Als Formstoffe werden in den Metallgießereien schüttbare und mechanisch verfestigbare Stoffe verwendet, wobei vor allem die leicht und billig herstellbaren Formsande in weitem Umfang zum Einsatz gelangen. Hierzu werden in der Regel reine oder verschnittene Quarzsände oder -mehle verwendet, die mit einem Bindemittel versetzt werden, z. B. Ton, welchem Wasser zugesetzt ist. Ein solcher Formstoff ist nicht nur billig, sondern belastet auch die Umwelt kaum und ist auch außerdem nach seinem Gebrauch einfach und leicht aufzubereiten und damit wiederzuverwenden.The foundries are pourable in the metal foundries and mechanically solidifiable substances used, whereby before especially the easy and cheap to produce molding sand Scope used. This usually happens used pure or blended quartz sands or flours, which are mixed with a binder, e.g. B. sound, which Water is added. Such a molding material is not only cheap, but also has little or no impact on the environment also simple and easy to prepare after use and reuse with it.

Die Problematik bei derartigen Formstoffen besteht darin, daß die Abkühlgeschwindigkeit des Gußstückes aufgrund der doch relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit des Formsandes nicht allzu schnell verläuft, so daß kein ausreichend feinkörniges Gefüge erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn großvolumige Gußstücke abgegossen werden. Für die Erzielung einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit wurden bisher immer Dauerformen verwendet, welche jedoch aufwendig in der Herstellung sind.The problem with such molded materials is that that the cooling rate of the casting due to the but relatively poor thermal conductivity of the molding sand does not run too quickly, so that it is not sufficiently fine-grained Microstructure can be achieved. This is especially true when large-volume castings are poured. For achieving a faster cooling rate So far, permanent forms have always been used, but these are complex are in the making.

Es ist deshalb bereits versucht worden, für solche Gußstücke einen Formsand zu verwenden, der aus einem mit einem Zirkonsand verschnittenen Quarzsand oder -mehl hergestellt ist oder auch aus einem Zirkonsand allein besteht und mit einem zugesetzten, geeigneten chemischen Bindemittel abgebunden wird. Die Wärmeleitfähigkeit wird hierdurch zwar etwas verbessert und auch die Warmfestigkeit wird erhöht, so daß hier auch höher schmelzende Metalle problemloser abgegossen werden können. Der Nachteil dieser chemisch gebundenen Sände besteht darin, daß die Aufbereitung teuer ist, zumal hier komplizierte und teure Regenerierungsanlagen und -verfahren benutzt werden müssen.It has therefore already been attempted for such castings to use molding sand made from one with one Zircon sand blended quartz sand or flour is or also consists of a zircon sand alone and with an added, suitable chemical binder becomes. This does make the thermal conductivity somewhat improved and the heat resistance is increased, too that even higher melting metals are poured off more easily can be. The disadvantage of this chemically bound Sands is that the preparation is expensive, especially here complicated and expensive regeneration plants and procedures must be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art so auszugestalten, daß eine Gießform aus einem Formstoff herstellbar ist, der einerseits gut formbar und leicht wiederaufbereitbar ist und andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, die eine schnelle Abkühlung des Gußstückes gewährleistet.The invention has for its object a method of type described at the outset so that a Casting mold can be produced from a molding material, on the one hand is easy to shape and easy to reprocess and on the other hand has a high thermal conductivity, the one ensures rapid cooling of the casting.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Formstoff ein Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm verwendet wird, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist, der Formstoff anschließend in einen eine Modellplatte enthaltenden Formkasten eingefüllt und der verfüllte Formstoff in dem Formkasten verdichtet wird.This object is achieved in that as Molding material with a granulate made of a metallic material a grain size of 0.01 to 2 mm is used, the 1 to 20% by weight of the binder is added, the molding material then into a mold box containing a model plate filled and the filled molding material in the molding box is compressed.

Der Formstoff gemäß der Erfindung besteht vorteilhaft aus Aluminium, was nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern darüber hinaus auch noch ein relativ geringes spezifisches Gewicht hat, so daß die Gießform als solche leicht handhabbar bleibt. Das metallische Granulat wird vorteilhaft mit einem Ton-/Wassergemisch gebunden, wobei sich hier ein Ton-/Wassergemisch von jeweils 5 Gew.% als vorteilhaft herausgestellt hat. Ein derart aufbereiteter Formstoff bleibt rieselfähig, so daß dieser in den Formkasten geschüttet werden kann. Anschließend wird der Formstoff in üblicher Weise verdichtet, so daß eine formstabile Form erhalten wird, welche vorteilhaft für das Abgießen von Motorblöcken oder ähnlichen Teilen geeignet ist.The molding material according to the invention advantageously consists of Aluminum, which is not only high thermal conductivity, but also a relatively low specific one Has weight so that the mold as such is light remains manageable. The metallic granulate becomes advantageous bound with a clay / water mixture, whereby here a clay / water mixture of 5 wt.% each as advantageous has highlighted. A molded material prepared in this way remains free-flowing so that it is poured into the molding box can be. Then the molding material is in Compressed in the usual way so that a dimensionally stable shape which is advantageous for casting engine blocks or similar parts is suitable.

Die Wärmeleitfähigkeit des Formstoffes kann zum einen durch die Wahl des Granulates und zum anderen durch Zugabe von Quarz, Zirkon etc. in einem weiten Rahmen eingestellt werden, so daß die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit im Gußstück erhalten wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Formstoffes kann die Abkühlzeit um 20 % bis 40 %, je nach Einstellung und Wahl des metallischen Granulates verringert werden. Hierdurch ist es möglich, ein im Vergleich zu herkömmlichen Sandformen feinkörniges Gußgefüge zu erzeugen.The thermal conductivity of the molding material can be caused by the choice of granules and on the other hand by adding Quartz, zircon etc. can be set in a wide range, so that the desired cooling rate in the casting is obtained. By using the invention Molding material can cool down by 20% to 40%, respectively reduced after setting and choosing the metallic granules become. This makes it possible to compare one to produce fine-grained cast structure to conventional sand molds.

In der beigefügten graphischen Darstellung ist die Temperatur des Gußstückes nach dem Eingießen in Abhängigkeit der Zeit dargestellt. Die Kurve 1 zeigt eine Kokillenform. Die Kurve 2 und 3 eine Gießform aus Zirkonsand bzw. aus Quarzsand und die Kurve 4 eine Gießform, bei der das Granulat aus Aluminium mit einer Korngröße von ca. 0,3 mm besteht. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß bei einem Abguß in einer Kokille die Abkühlung der Schmelze aufgrund der großen Wärmekapazität der Kokille sehr rasch verläuft, wobei der Erstarrungsvorgang, der bei ca. 480°C abgeschlossen ist, bereits innerhalb einer Minute erfolgt ist. Das Abkühlungsverhalten in einer herkömmlichen Zirkon- oder Quarzsandform dauert erheblich länger als beim Kokillenguß und beträgt über sieben Minuten. Bei einer erfindungsgemäßen Gießform mit einem Formsand mit einem Granulat aus Aluminium mit einer Korngröße von 0,3 mm wird der gleiche Abkühlungsgrad in weniger als fünf Minuten erreicht, so daß sich hier ein wesentlich feinkörnigeres Gefüge einstellt.In the attached graph, the temperature is of the casting after pouring depending on the Time shown. Curve 1 shows a mold shape. The Curves 2 and 3 a casting mold made of zircon sand or quartz sand and curve 4 a mold in which the granules made of aluminum with a grain size of approx. 0.3 mm. From the illustration it can be seen that with a cast in a mold the cooling of the melt due to the large Heat capacity of the mold runs very quickly, whereby the solidification process, which is completed at about 480 ° C is done within a minute. The cooling behavior in a conventional zircon or Quartz sand mold lasts considerably longer than with permanent mold casting and is over seven minutes. In an inventive Casting mold with a molding sand with a granulate Aluminum with a grain size of 0.3 mm becomes the same Degree of cooling reached in less than five minutes, so that there is a much more fine-grained structure here.

Die Erfindung sichert einerseits, daß der in einer so vorbereiteten Gießform vorgenommene Abguß in kurzer Zeit abgekühlt ist, gewährleistet andererseits jedoch, daß der Herstellungsaufwand für eine derartige Gießform nicht größer ist als bei herkömmlichen Sandgußformen, die ein wesentlich schlechteres Abkühlverhalten mit sich bringen.The invention ensures on the one hand that the so prepared Casting cast made cooled in a short time is, on the other hand, ensures that the manufacturing cost not bigger for such a mold is more essential than with conventional sand molds bring worse cooling behavior with it.

Die Verdichtung des Formstoffes in der Gießform erfolgt am besten dadurch, daß der Formstoff in der Gießform pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines von einer Presse betätigten Stempels verdichtet wird. Eine besonders gute Abformung des Modells kann dadurch erreicht werden, daß der Formstoff pneumatisch vor- und mechanisch nachverdichtet wird. Zur Verbesserung der Oberflächengüte kann Kohlenstoff beigesetzt werden. Auch können zur Steuerung der Wärmeleitfähigkeit metallische Oxyde beigegeben werden, beispielsweise Eisenoxyd.The compression of the molding material in the mold takes place on best that the molding material in the mold is pneumatic or mechanically, for example by means of one of one Press actuated stamp is compressed. A special one good impression of the model can be achieved that the molding material pneumatically and mechanically is densified. To improve the surface quality carbon can be buried. Also can be used for control metallic oxides are added to the thermal conductivity be, for example iron oxide.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gießform ist in Abhängigkeit des eingesetzten Formstoffes auch für höher schmelzende Gießmassen gut geeignet und nach ihrem Gebrauch einfach wieder aufzubereiten.A manufactured by the method according to the invention Casting mold depends on the molding material used Also suitable for higher melting casting compounds and after easy to recycle their use.

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metallguß durch Abformen eines Modells mit einem rieselfähigen mittels eines wasserhaltigen Bindemittels abbindbaren Formstoffes,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Formstoff ein Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm verwendet wird, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist, der Formstoff anschließend in einen eine Modellplatte enthaltenden Formkasten eingefüllt und der verfüllte Formstoff in dem Formkasten verdichtet wird.Process for the production of casting molds for metal casting by molding a model with a free-flowing molding material that can be set using a water-containing binder,
characterized in that
a granulate made of a metallic material with a grain size of 0.01 to 2 mm is used as the molding material, to which 1 to 20% by weight of the binder is mixed, the molding material is then poured into a molding box containing a model plate and the filled molding material in the molding box is compressed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formstoff als Granulat Kupfer, Aluminium, Eisen oder ein Gemisch aus diesen Stoffen zugesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that the molding material as granules copper, aluminum, iron or a mixture of these substances is added. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 70 % des Formstoffes durch mineralisches Material ersetzt wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that that up to 70% of the molding material through mineral Material is replaced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus Aluminium oder einer seiner Legierungen besteht.A method according to claim 1, characterized in that the granulate made of aluminum or one of its alloys consists. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus bis zu 10 Gew.% Ton, dem bis zu 10 Gew.% Wasser zugemischt sind, vorteilhaft aus 5 Gew.% Ton und 5 Gew.% Wasser besteht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the binder consists of up to 10% by weight of clay, to which up to 10% by weight of water are mixed, advantageously 5% by weight of clay and 5% by weight of water. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Stärkemehl zugesetzt ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that starch is added as a binder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff in der Gießform pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines von einer Presse betätigten Stempels, verdichtet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the molding material in the mold is pneumatic or mechanically, for example by means of one of one Press operated stamp, is compressed. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff pneumatisch vor- und mechanisch nachverdichtet wird.A method according to claim 7, characterized in that the molding material is pre-compressed pneumatically and mechanically becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formgemisch Kohlenstoff und/oder Eisenoxid zugesetzt ist.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the molding mixture carbon and / or iron oxide is clogged. Gießform für den Metallguß mit einem durch wasserhaltige Bindemittel verfestigten Formstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff aus einem Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm besteht, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist.Casting mold for metal casting with a water-based Binder solidified molding material, characterized, that the molding material from a granulate from a metallic material with a grain size of 0.01 to 2 mm exists, to which 1 to 20% by weight of the binder is added is. Gießform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus Aluminium, Kupfer oder Eisen oder aus einem Gemisch aus diesen besteht. Casting mold according to claim 10, characterized in that the granulate from aluminum, copper or iron or from one Mixture of these consists. Gießform nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat bis zu 70 Gew.% mineralisches Material enthält.Casting mold according to one of claims 8 or 9, characterized in that that the granules up to 70% by weight mineral Contains material.
EP98123690A 1998-03-27 1998-12-12 Casting mould and process for its production Withdrawn EP0945200A1 (en)

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