EP1520644A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gussteils - Google Patents

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Publication number
EP1520644A1
EP1520644A1 EP04023012A EP04023012A EP1520644A1 EP 1520644 A1 EP1520644 A1 EP 1520644A1 EP 04023012 A EP04023012 A EP 04023012A EP 04023012 A EP04023012 A EP 04023012A EP 1520644 A1 EP1520644 A1 EP 1520644A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
core
quenching
sand
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04023012A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Koppenhöfer
Robert Faust
Carmen Scherer
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1520644A1 publication Critical patent/EP1520644A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/002—Removing cores by leaching, washing or dissolving
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D30/00—Cooling castings, not restricted to casting processes covered by a single main group

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Casting according to the preamble of claim 1.
  • the usual process technology for the production of a casting, in particular an aluminum casting is to make a core, the core or more cores to one Core package and the core package with liquid Fill cast metal. After casting, the cast is poured Casting together with the core package in a cooling circulation process from about 8 hours to a temperature below 50 ° C in air cooled. After cooling the casting with the core package and the casting has the appropriate strength, For example, the core is mechanically removed by, for example, vibration. Subsequently, the casting of sprues and ridges free and the so plastered casting a heat treatment subjected.
  • a core sand points to a core package is an organic binder.
  • This organic Binder burns or gasifies during pouring the cast metal into the core package. From this result on the one hand environmental problems, on the other The outgassing of binder residues also prepares casting technology Problems.
  • Another disadvantage of the method exists in that the core sand after pouring does not come with water may come into contact, otherwise it would stick together. This in turn requires a long energy-intensive cooling process and for the subsequent heat treatment another, also energy-intensive heating process.
  • the object of the invention is to provide a method for Making a casting to provide a reduced Energy needs.
  • the inventive method according to claim 1 is based on a conventional method of casting components in particular light metal components.
  • a mold equipped with a core package A core package consists of one or more single cores according to the geometry are composed of the casting and if necessary integrated in a metallic mold.
  • the Core package possibly integrated in a mold, is called a mold.
  • the mold can also contain other ingredients such as feeders and encloses them a mold cavity of a casting to be cast.
  • the casting mold is poured out by the method according to the invention and the casting is demoulded, with the core sand of the Core package is returned to a core shooting process, so it is recycled.
  • the method according to the invention is characterized that the core package by an inorganic binder or a substantially inorganic binder is bound.
  • a cooling medium preferably in Water quenched.
  • quenching becomes the core package dissolved so that it decays to core sand and it will detached from the casting.
  • the casting will be after quenching led into a heat treatment furnace, the Oven heat of the heat treatment furnace to dry with water offset core sand is used.
  • An advantage of the invention is that by the leaching of the core package from the casting a lengthy Cooling process, which usually takes more than 8 hours be saved.
  • a lengthy Cooling process which usually takes more than 8 hours be saved.
  • energy-intensive Solution annealing process can be dispensed with.
  • After quenching in the cooling medium and the detachment of the core package The casting can go directly into a paging heat treatment be transferred.
  • the inventive Process thus significantly less and significantly shorter Temperature treatments on. Compared to the conventional method can thus be saved considerably energy.
  • the core sand stored in an insulated container after drying in which he knows the temperature that he has after drying essentially retains.
  • the so-kept core sand can thus be fed back directly to a core shooting process without the need for additional heating. This embodiment also contributes to energy savings at.
  • the casting is placed in a dip tank and with this quenched in the quench tank.
  • the diving tub is for the safe transport of the casting with the core package, suitable at the same time can be placed on a bottom of the dip tank Core sand of the extracted core package at least partially to be collected.
  • the extracted core sand of the core package can be used both in the quenching tank or be deposited in the dip tank and by special devices the heat treatment furnace be supplied.
  • the casting is preferred without application an upstream solution annealing process after quenching in a heat treatment furnace at a temperature between Outsourced to 180 ° C and 220 ° C.
  • the resulting Waste heat is used to heat the core sand at a temperature between 90 ° C and 150 ° C to heat and dry.
  • Figure 1 is a casting method according to the present invention shown schematically. This is from a casting vessel 8 casting metal 9 in a mold 4, which is a core package. 6 includes, poured out. After casting, at least that Core package 6 together with the poured casting 2 in one Immersion tub 20 given, and transported to a quenching tank 22.
  • the core package 6 with the casting 2 is in the dip tank 20 stored on a grid 26, so it does not with a bottom of the dip pan 20 comes into contact.
  • the diving tub 20 with the core package 6 and the casting 2 is in a Quenching tank 22 immersed, wherein the core package 6 within of a few seconds dissolves and to core sand 10 decays.
  • the casting 2 is doing within a short time cooled to temperatures below 100 ° C.
  • the casting 2 with the dip tank 20 is brought out of the quench tank, wherein a quenching medium drains off.
  • the quenching medium is usually made of water, if necessary Contains additives. Oil as quenching medium is also appropriate.
  • the casting is now preferably at a temperature below 100 ° C in a heat treatment furnace, in this example in given a paging furnace 16.
  • the detached during quenching Core Sand 10 is either in the plunge pool 22 and is there in a separator 30 from the quenching water 14 separated and via a conveyor system 32 transported to the paging furnace 16.
  • the leached core sand 10 whole or partially collected in the quench bath 20 substantially together with the quenching trough 20 and the casting 2 is guided into the aging furnace 16 and there by a Opening the quenching tank 20 is emptied.
  • the inventive method can be designed in the manner be that both sand deposition simultaneously or be applied separately.
  • Figure 1 is in the drawing the paging furnace 16 indicated that in this case both Method, namely the deposition of the sand in the quenching basin 22 through the separator 30 and by the deposition the core sand 10 provided in the quenching tank 20 is.
  • the aging furnace 16 according to FIG. 1 thus has zones with two temperatures T1 and T2 on.
  • the temperature T1 is the corresponding aging temperature about 220 ° C.
  • the aging furnace 16 is designed in this form, that in a second chamber the temperature T2 prevails, in This chamber is the drying of the core sand 10 is provided.
  • the drying temperature of the core sand is about 110 ° C.
  • the drying of the core sand 10 can also be done in a separate Plant done, the waste heat of the paging furnace 16 otherwise, for example, fed through pipelines becomes.
  • the core sand 10 is returned from the paging furnace 16 via a Transport system 34 to a heated and insulated core sand container 18 led.
  • the heating of the core sand tank 18 is necessary if the core sand for a long time in this container 18 must be stored.
  • the core sand 10 in the core sand container 18 may optionally to be dispensed with a heating.
  • the heating of the core sand container 18 can also over the waste heat of the paging furnace done.
  • the hot core sand 10 is now from a core sand container 18th converted to a core shooting process 12. This can be at Need a sand separation in different sand qualities respectively.
  • core shooting process 12 is used Typically, core shooting ranges a core respectively a core package 6 made for the next casting process.
  • the core package 6 is optionally in a core storage 35, here again if appropriate under suitable climatic Conditions, stored before returning to the Casting process is supplied.
  • the core sand with an organic binder is added. That's what everyone is inorganic binders, especially layered minerals which are capable of water of crystallization, especially in Form of OH groups in their intermediate layers to bind or to give up again.
  • An advantageous binder is based on of magnesium sulfate. The binder then encloses each single sand grain of the core sand 10 and place at the core shooting a firm connection between the individual grains of sand represents.
  • a core produced in this way is sufficiently stable to become core packages produce and pour castings.
  • the binder in this case, magnesium sulfate, the Water it up, store it between its layers, what the sudden dissolution of the bond between the individual Grains of sand leads.
  • With the resolution of the connection between The grains of sand also break down very quickly.
  • minerals for use as binders suitable in the manner described water or OH groups can record and release them again,
  • a binder in this form are layered minerals suitable having these properties.
  • FIG. 2 shows a typical immersion trough 20 which for quenching a casting 2 is suitable.
  • This Shape is the casting 2 on a grid 26 in the dip tank 20 stored.
  • the casting 2 is through the grid 26 from the bottom of the tub 38 separately.
  • the quenching medium in this case the Water 14 get to an upper part of the casting 2, This already cool, while further water 14 delayed first from the bottom of the casting.
  • different, exactly defined partial areas of the casting 2 be delayed deterring from other castings.
  • the core package 6 decomposes in the manner described the core sand 10, which settles on the bottom 38 of the tub 20. It may be provided means that in the figure 2 are not shown, through which collected at the bottom 38 Core sand 10 can be drained. Such means can for example be designed in the form of a sliding door be through which the core sand 10 in the aging furnace 16 in be drained, outlined in Figure 1 way.
  • FIG. 3 shows a typical temperature profile of the casting 2, which illustrates in relation to the prior art is.
  • FIG. 3 includes a coordinate system the time is plotted on the X-axis and on the Y-axis the temperature is applied.
  • the upper part of the X-axis is a typical temperature profile of a casting represented according to the prior art. It concerns with two temperature curves to purely schematic representations. The pictures both on the time and on the Temperature axis are not true to scale.
  • the Casting 2 has also in this case a casting temperature of about 690-740 ° C.
  • the process of the invention is the casting 2 after casting together with the core package in Water quenched. This eliminates a tedious energy-intensive Cooling phase, cooling or quenching only takes a few seconds.
  • the casting 2 off the quenching tank 22 is removed, it usually has a temperature of ⁇ 100 ° C on. Quenching from the Casting temperature out usually replaces the solution annealing process, because this quenching has the same effect the crystallographic properties of the casting 2 like a Quenching, which usually takes place from the solution annealing process.
  • the inorganic binder used which is the individual grains of core sand 10 wraps around, reused can be.
  • the core sand 10 does not have to be after each pouring pass newly provided with binder. This saves costs for binders.
  • the inorganic Binders have the advantage of being used during casting respectively when recycling the core sand 10 not burned out becomes. This has environmental benefits, since no elaborate equipment for detoxification of outgassing provided Need to become.
  • this inorganic binder offers another advantage, which is that the Kerngeometrie for the designers of the casting 2 clearly can be made simpler. It can for example often provided gas outlet channels are dispensed with. These Gas outlet ducts, which often used in the prior art must ensure an unhindered exit of the burned binder from the casting. For a component, For example, a cylinder head express these gas outlet in the form of holes in the finished component consuming to be closed by a capsule.
  • the inventive method is particularly suitable for Light metal castings, in particular for aluminum castings.
  • Particularly suitable components are here in particular the cylinder head or the cylinder crankcase called.
  • the inventive method can be also extend to other sand casting procedures. It is for example expedient that the inventive method Cast gray or stable cast iron apply.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteiles (2) wobei eine Gießform (4) mit einem Kernpaket (6) ausgestattet ist, die Gießform (4) mit einem Gießmetall (9) ausgegossen wird und das Gussteil (2) entformt wird. Der Kernsand (10) des Kernpaketes (6) wird in einem Kernschießprozess (12) wieder recycelt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kernsand (10) durch ein anorganisches Bindemittel gebunden wird. Das Gussteil (2) wird unmittelbar nach dem Gießen mit dem Kernpaket (6) in einem Abschreckmedium abgeschreckt, wobei während des Abschreckens das Kernpaket (6) aus dem Gussteil (2) herausgelöst wird. Anschließend wird das Gussteil (2) in einen Wärmebehandlungsofen (16) geführt, wobei die Ofenwärme des Wärmebehandlungsofen (16) zum Trocknen des Kernsandes (10) verwendet wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils nach dem Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die übliche Verfahrenstechnik zur Herstellung eines Gussteils, insbesondere eines Aluminiumgussteils besteht darin, einen Kern herzustellen, den Kern oder mehrere Kerne zu einem Kernpaket zusammenzusetzen und das Kernpaket mit flüssigem Gießmetall zu befüllen. Nach dem Gießen wird das gegossene Gussteil zusammen mit dem Kernpaket bei einem Kühlumlaufprozess von ca. 8 Stunden auf eine Temperatur unter 50°C an Luft abgekühlt. Nach dem das Gussteil mit dem Kernpaket abgekühlt ist und das Gussteil die entsprechende Festigkeit aufweist, wird der Kern mechanisch beispielsweise durch Vibration entfernt. Anschließend wird das Gussteil von Angüssen und Graten befreit und das so geputzte Gussteil einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dieses herkömmliche Verfahren weist mehrere Nachteile auf. Zum Einen weist ein Kernsand, der zu einem Kernpaket zusammengepresst wird, ein organisches Bindemittel auf. Dieses organische Bindemittel verbrennt beziehungsweise vergast während des Eingießens des Gießmetalls in das Kernpaket. Hieraus resultieren zum Einen umwelttechnische Probleme, zum Anderen bereitet das Ausgasen von Bindemittelrückständen auch gießtechnische Probleme. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass der Kernsand nach dem Gießen nicht mit Wasser in Verbindung kommen darf, da es sonst verkleben würde. Dies wiederum fordert einen langen energieintensiven Abkühlprozess und für das anschließende Wärmebehandeln einen weiteren, ebenfalls energieintensiven Aufheizprozess.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils bereit zu stellen, das einen verringerten Energiebedarf hat.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 1 beruht auf einem herkömmlichen Verfahren zum Gießen von Bauteilen insbesondere Leichtmetallbauteilen. Hierbei ist eine Gießform mit einem Kernpaket ausgestattet. Ein Kernpaket besteht aus einem oder mehreren Einzelkernen, die entsprechend der Geometrie des Gussteils zusammengesetzt sind und die gegebenenfalls in einer metallischen Kokille integriert sind. Das Kernpaket, das gegebenenfalls in eine Kokille integriert ist, wird als Gießform bezeichnet. Die Gießform kann ebenfalls weitere Bestandteile wie Speiser enthalten und sie umschließt einen Formhohlraum eines zu gießenden Gussteils.
Die Gießform wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgegossen und das Gussteil wird entformt, wobei der Kernsand des Kernpaketes wieder einem Kernschießprozess zugeführt wird, also recycelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Kernpaket durch einen anorganischen Binder beziehungsweise einem im Wesentlichen anorganischen Bindemittel gebunden wird. Zu dem wird das Gussteil mit dem Kernpaket unmittelbar nach dem Gießen in einem Abkühlmedium, bevorzugt in Wasser abgeschreckt. Während des Abschreckens wird das Kernpaket aufgelöst, so dass es zu Kernsand zerfällt und es wird aus dem Gussteil herausgelöst. Das Gussteil wird nach dem Abschrecken in einen Wärmebehandlungsofen geführt, wobei die Ofenwärme des Wärmebehandlungsofens zum Trocknen des mit Wasser versetzten Kernsandes verwendet wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Herauslösen des Kernpaketes aus dem Gussteil ein langwieriger Abkühlungsprozess, der in der Regel mehr als 8 Stunden dauert eingespart werden. Zudem kann auf einen weiteren, energieintensiven Lösungsglühprozess verzichtet werden. Nach dem Abschrecken im Abkühlmedium und dem Herauslösen des Kernpaketes kann das Gussteil direkt in eine Auslagerungswärmebehandlung übergeführt werden. Gleichzeitig kann die Abwärme des Wärmebehandlungsofens zum Trockenen des Kernsandes verwendet werden. Gegenüber dem Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Verfahren somit deutlich weniger und deutlich kürzere Temperaturbehandlungen auf. Gegenüber der herkömmlichen Verfahren kann somit erheblich Energie eingespart werden kann.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Kernsand nach dem Trocknen in einem isolierten Behälter zwischengelagert, in dem er die Temperatur, die er nach dem Trocknen aufweist, im Wesentlichen behält. Der so warmgehaltene Kernsand kann somit direkt einen Kernschießprozess wieder zugeführt werden, ohne dass eine zusätzliche Aufheizung von Nöten ist. Auch diese Ausgestaltungsform trägt zur Energieeinsparung bei.
Zum Vorkühlen des Gussteils vor dem Abschrecken kann das Gussteil in einer Ausgestaltungsform der Erfindung in eine Überdruckkammer gebracht werden und dort vorgekühlt werden. Dort können auch schon Teile des Kernsandes entfernt werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung wird das Gussteil in einer Tauchwanne gegeben und mit dieser im Abschreckbecken abgeschreckt. Die Tauchwanne ist für den sicheren Transport des Gussstückes mit dem Kernpaket, geeignet gleichzeitig kann auf einem Boden der Tauchwanne der Kernsand des herausgelösten Kernpaketes zumindest teilweise gesammelt werden.
Der herausgelöste Kernsand des Kernpaketes kann sowohl im Abschreckbecken oder auch in der Tauchwanne abgeschieden werden und durch spezielle Vorrichtungen dem Wärmebehandlungsofen zugeführt werden. Das Gussteil wird bevorzugt ohne Anwendung einen vorgeschalteten Lösungsglühprozesses nach dem Abschrecken in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur zwischen 180°C und 220°C ausgelagert. Die hierbei entstandene Abwärme wird dazu genutzt, den Kernsand bei einer Temperatur zwischen 90°C und 150°C aufzuheizen und zu trocknen.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden in folgenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung des Gießprozesses mit dem Recycling des Kernsandes,
Fig. 2
eine Tauchwanne mit einem Gussstück und
Fig. 3
eine Wärmebehandlungskurve eines Gussteils entspre- chend dem Stand der Technik und entsprechend der Erfindung.
In Figur 1 ist ein Gießverfahren nach der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei wird aus einem Gießgefäß 8 Gießmetall 9 in eine Gießform 4, die ein Kernpaket 6 umfasst, ausgegossen. Nach dem Gießen wird zumindest das Kernpaket 6 zusammen mit dem ausgegossenen Gussteil 2 in eine Tauchwanne 20 gegeben, und zu einem Abschreckbecken 22 befördert. Das Kernpaket 6 mit dem Gussstück 2 ist in der Tauchwanne 20 auf einem Gitter 26 gelagert, so das es nicht mit einem Boden der Tauchwanne 20 in Berührung kommt. Die Tauchwanne 20 mit dem Kernpaket 6 und dem Gussteil 2 wird in ein Abschreckbecken 22 eingetaucht, wobei das Kernpaket 6 innerhalb von wenigen Sekunden sich auflöst und zu Kernsand 10 zerfällt. Das Gussteil 2 wird dabei innerhalb von kurzer Zeit auf Temperaturen unter 100°C abgekühlt. Das Gussteil 2 mit der Tauchwanne 20 wird aus dem Abschreckbecken hervorgeholt, wobei ein Abschreckmedium abfließt.
Das Abschreckmedium besteht in der Regel aus Wasser das gegebenenfalls Additive enthält. Öl als Abschreckmedium ist ebenfalls zweckmäßig.
Das Gussstück wird nun bevorzugt mit einer Temperatur unter 100°C in einen Wärmebehandlungsofen, in diesem Beispiel in einen Auslagerungsofen 16 gegeben. Der beim Abschrecken herausgelöste Kernsand 10 befindet sich entweder ins Tauchbecken 22 und wird dort in einer Abscheidevorrichtung 30 vom Abschreckwasser 14 getrennt und über ein Beförderungssystem 32 zum Auslagerungsofen 16 transportiert. Gleichzeitig kann es zweckmäßig sein, dass der herausgelöste Kernsand 10 ganz oder teilweise in der Abschreckwanne 20 gesammelt wird, im Wesentlichen zusammen mit der Abschreckwanne 20 und dem Gussteil 2 in den Auslagerungsofen 16 geführt wird und dort durch eine Öffnung der Abschreckwanne 20 entleert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Art ausgestaltet sein, dass beide Sandabscheidungsverfahren gleichzeitig oder getrennt angewendet werden. In Figur 1 ist in der Zeichnung des Auslagerungsofen 16 angedeutet, dass in diesem Fall beide Verfahren, nämlich das Abscheiden des Sandes im Abschreckbecken 22 durch die Abscheidevorrichtung 30 und durch das Abscheiden des Kernsandes 10 in der Abschreckwanne 20 vorgesehen ist.
Der Auslagerungsofen 16 nach der Figur 1 weist somit Zonen mit zwei Temperaturen T1 und T2 auf. Die Temperatur T1 beträgt der entsprechenden Auslagerungstemperatur etwa 220°C. Der Auslagerungsofen 16 ist in dieser Form so ausgestaltet, dass in einer zweiten Kammer die Temperatur T2 herrscht, in dieser Kammer ist die Trocknung des Kernsandes 10 vorgesehen. Die Trocknungstemperatur des Kernsandes beträgt etwa 110°C.
Die Trocknung des Kernsandes 10 kann auch in einer separaten Anlage erfolgen, wobei die Abwärme des Auslagerungsofens 16 anderweitig, beispielsweise durch Rohrleitungen zugeführt wird.
Der Kernsand 10 wird vom Auslagerungsofen 16 wieder über ein Transportsystem 34 zu einem beheizten und isolierten Kernsandbehälter 18 geführt. Die Beheizung des Kernsandbehälters 18 ist dann notwendig, wenn der Kernsand für längere Zeit in diesem Behälter 18 gelagert werden muss. Bei kurzem Aufenthalt des Kernsandes 10 im Kernsandbehälter 18 kann gegebenenfalls auf einer Beheizung verzichtet werden.
Die Beheizung des Kernsandbehälters 18 kann ebenfalls über die Abwärme des Auslagerungsofens erfolgen.
Der heiße Kernsand 10 wird nun von einem Kernsandbehälter 18 zu einem Kernschießprozess 12 übergeführt. Hierbei kann bei Bedarf eine Sandtrennung in unterschiedlichen Sandqualitäten erfolgen. Während des Kernschießprozesses 12 wird unter Verwendung üblicherweise Kernschießanlagen ein Kern beziehungsweise ein Kernpaket 6 für den nächsten Gießprozess hergestellt. Das Kernpaket 6 wird gegebenenfalls in einem Kernlager 35, hier wiederum gegebenenfalls unter geeigneten klimatischen Bedingungen, zwischengelagert, bevor es wieder dem Gießprozess zugeführt wird.
Zur Ausführung des beschriebenen erfindungsgemäßen Gießverfahrens ist es erfindungswesentlich, dass der Kernsand mit einem organischen Bindemittel versetzt ist. Dafür sind alle anorganische Bindemittel, insbesondere Schichtmineralien, geeignet die in der Lage sind Kristallwasser, insbesondere in Form von OH-Gruppen in deren Zwischenschichten zu binden beziehungsweise wieder abzugeben.
Bei der Herstellung des Kernes wird das Kristallwasser aus dem Bindemittel herausgetreten, weshalb es auch notwendig ist, den Kernsand mit dem Bindemittel zu trocknen und zu beheizen. Ein vorteilhaftes Bindemittel besteht auf der Basis von Magnesiumsulfat. Das Bindemittel umschließt dann jedes einzelne Sandkorn des Kernsandes 10 und stellt beim Kernschießen eine feste Verbindung zwischen den einzelnen Sandkörnern dar.
Ein so erzeugter Kern ist ausreichend stabil, um daraus Kernpakete herzustellen und Gussteile abzugießen. Sobald der Kern mit dem Bindemittel jedoch in Verbindung mit Wasser kommt, nimmt das Bindemittel, in diesem Fall Magnesiumsulfat, das Wasser auf, lagert es zwischen seinen Schichten ein, was zur plötzlichen Auflösung der Bindung zwischen den einzelnen Sandkörnern führt. Mit der Auflösung der Verbindung zwischen den Sandkörner zerfällt auch der Kern sehr schnell. Grundsätzlich sind zur Verwendung als Bindemittel alle Mineralien geeignet, die in der beschriebenen Weise Wasser oder OH-Gruppen aufnehmen können und diese wieder abgeben können, insbesondere sind als Bindemittel in dieser Form Schichtmineralien geeignet die diese Eigenschaften aufweisen.
In Figur 2 ist eine typische Tauchwanne 20 dargestellt, die zum Abschrecken eines Gussteils 2 geeignet ist. In dieser Form ist das Gussteil 2 auf einem Gitter 26 in der Tauchwanne 20 gelagert. Das Gussteil 2 ist durch das Gitter 26 vom Wannenboden 38 getrennt. Beim Eintauchen der Tauchwanne 20 in das Abschreckbecken 22 strömt das Wasser 14 über den Rand 40 der Tauchwanne 20, und wird in Kanal 42 am oberen Rand der Wanne 20 zwischengelagert, bevor es auf dem Boden 38 der Wanne 20 strömt.
Gleichzeitig kann das Abschreckmedium, in diesem Fall das Wasser 14 an einen oberen Teil des Gussstücks 2 gelangen, dieser bereits abkühlen, während weiteres Wasser 14 erst verzögert von unten an das Gussstück gelangt. Somit können verschiedene, genau festgelegte Teilbereiche des Gussteils 2 verzögert von anderen Gussteilen abschreckt werden.
Sobald das Gussteil 2, dass vor dem Abschrecken noch mit dem Kernpaket 6 umgeben ist, mit dem Wasser 14 in Berührung kommt, zerfällt das Kernpaket 6 in der beschriebenen Weise zu dem Kernsand 10, der sich auf dem Boden 38 der Wanne 20 absetzt. Es können dabei Mittel vorgesehen sein, die in der Figur 2 nicht dargestellt sind, durch die der am Boden 38 gesammelte Kernsand 10 abgelassen werden kann. Derartige Mittel können beispielsweise in Form einer Schiebetür ausgestaltet sein, durch die der Kernsand 10 im Auslagerungsofen 16 in der, in Figur 1 skizzierten Weise abgelassen werden.
In Figur 3 ist ein typischer Temperaturverlauf des Gussteils 2 angegeben, der im Verhältnis zum Stand der Technik veranschaulicht ist. Die Figur 3 umfasst ein Koordinatensystem bei dem auf der X-Achse die Zeit aufgetragen ist und auf der Y-Achse die Temperatur aufgetragen ist. Im oberen Teil der X-Achse ist ein typischer Temperaturverlauf eines Gussteils nach dem Stand der Technik dargestellt. Es handelt sich bei beiden Temperaturverläufen um rein schematische Darstellungen. Die Abbildungen sowohl auf der Zeit als auch auf der Temperaturachse sind nicht maßstabgetreu wiedergeben.
In der oberen Kurve nach dem Stand der Technik wird ein Gussteil bei etwa 690-740 °C abgegossen und anschließend in einer längeren Periode, die in der Größenordnung von etwa 8 Stunden liegt auf eine Temperatur unter 50°C abgekühlt. Nach dem Abkühlen auf diese Temperatur bevorzugt unter 50°C wird das Gussteil vom Kern entformt und geputzt, das heißt von Angussteilen und Graten befreit. Es folgt anschließend eine weitere Wärmebehandlung, das sogenannte Lösungsglühen, wobei es notwendig ist, dass Gussteil auf eine Temperatur von etwa 530°C zu erwärmen. Bei diesem üblichen Lösungsglühen wird wiederum das Gussteil mehrere Stunden gehalten, bevor es wieder auf annähernder Raumtemperatur abgekühlt (abgeschreckt) wird und anschließend einen mehrstündigen Auslagerungsprozess bei etwa 180-220°C zugeführt wird. Auch der Auslagerungsprozess dauert mehrere Stunden. Es ist nach Figur 3 ersichtlich, dass die Temperaturbehandlung nach dem Stand der Technik langwierig und energieintensiv ist, da das Gussteil von der Gießtemperatur langsam abgekühlt werden muss und anschließend wieder auf annährend Gusstemperatur erhitzt wird.
Im Unteren Bereich der Figur 3 ist eine Temperaturbehandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Das Gussteil 2 weist auch in diesem Fall einer Gießtemperatur von etwa 690-740°C auf. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gussteil 2 nach dem Gießen zusammen mit dem Kernpaket in Wasser abgeschreckt. Somit entfällt eine langwierige energieintensive Abkühlphase, das Abkühlen beziehungsweise das Abschrecken dauert nur wenige Sekunden. Wenn das Gussteil 2 aus dem Abschreckbecken 22 entnommen wird, weist es üblicherweise eine Temperatur von < 100°C auf. Das Abschrecken aus der Gießtemperatur heraus ersetzt in der Regel den Lösungsglühprozess, denn dieses Abschrecken hat die selbe Auswirkung auf die kristallografischen Eigenschaften des Gussteils 2 wie ein Abschrecken, das üblicherweise aus dem Lösungsglühprozess erfolgt. Das Gussteil 2, das nach dem Abschrecken etwa noch 100°C aufweist, kann wiederum gleich, beziehungsweise zeitnah auf einer Temperatur von 220°C erhitzt werden, was üblicherweise im Auslagerungsofen 16 geschieht.
In der Summe wird durch das beschriebene Verfahren zum Einen ein langwieriges, kostenintensives, kontrolliertes Abkühlungsverfahren des Gussteils überflüssig gemacht, zum Anderen kann durch das beschriebene Verfahren in der Regel auf einen weiteren Kostenintensiven Temperaturbehandlungsschritt bei etwa 530°C verzichtet werden. Zusätzlich kann das Wärmebehandlungsverfahren des Gussteiles 2 durch das vorgeschlagene Verfahren deutlich abgekürzt werden.
Es kann gegebenenfalls dennoch eine Lösungsglühung oder eine anderweitige Temperaturbehandlung des Gussteils 2 notwendig oder zweckmäßig sein. Trotzdem ist der durch das erfindungsgemäße Verfahren eingesparte Energiebedarf erheblich.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass das verwendete anorganische Bindemittel, das die einzelnen Körner des Kernsandes 10 umschließt, wiederverwendet werden kann. Zum Einen muss hierbei der Kernsand 10 nicht nach jedem Gießdurchgang neu mit Bindemittel versehen werden. Dies spart Kosten an Bindemittel. Zum Anderen weist das anorganische Bindemittel den Vorteil auf, dass es beim Gießen beziehungsweise beim Recyceln des Kernsandes 10 nicht ausgebrannt wird. Dies hat umwelttechnische Vorteile, da keine aufwendigen Anlagen zur Entgiftung der Ausgasungen bereit gestellt werden müssen.
Andererseits bietet die Verwendung dieses anorganischen Bindemittels einen weiteren Vorteil, der darin besteht, dass die Kerngeometrie für die Konstrukteure des Gussteils 2 deutlich einfacher gestaltet werden kann. Es kann beispielsweise auf oftmals vorgesehene Gasauslasskanäle verzichtet werden. Diese Gasauslasskanäle, die im Stand der Technik häufig verwendet werden müssen, gewährleisten einen ungehinderten Austritt des verbrannten Bindemittels aus dem Gussteil. Bei einem Bauteil, beispielsweise einen Zylinderkopf äußern sich diese Gasauslasskanäle in Form von Bohrungen, die im fertigen Bauteil aufwendig durch eine Kapsel verschlossen werden müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für Leichtmetallgussteile, insbesondere für Aluminiumgussteile. Als besonders geeignete Bauteile seien hierbei insbesondere der Zylinderkopf oder das Zylinderkurbelgehäuse genannt. Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch auf andere Sandgussverfahren ausdehnen. Es ist beispielsweise zweckmäßig, dass erfindungsgemäße Verfahren auf Grauguss oder Stallguss anzuwenden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Gussteils (2),
    wobei eine Gießform (4) mit einem Kernpaket (6) ausgestattet ist, die Gießform (4) ausgegossen wird, das Gussteil (2) entformt wird und Kernsand (10)des Kernpaketes (16) einem Kernschießprozess (12) wieder zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kernsand (16) durch ein anorganisches Bindemittel zum Kernpaket (6) gebunden wird,
    das Gussteil mit dem Kernpaket (6) nach dem Gießen in einem Abschreckmedium abgeschreckt wird,
    während des Abschreckens das Kernpaket (6) aus dem Gussteil (2) herausgelöst wird,
    das Gussteil vom Abschrecken in einen Wärmebehandlungsofen (16) geführt wird und
    die Ofenwärme des Wärmebehandlungsofens (16) zum Trocknen des Kernsandes (10) verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kernsand (10) nach dem Trocknen in einem beheizten oder isolierten Behälter (18)) zwischengelagert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (2) vor dem Abschrecken in eine Überdruckkammer gebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gusssteil (2) in einer Tauchwanne (20) gelagert in einem Abschreckbecken (22) abgeschreckt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kernsand (10) im Abschreckbecken (22) oder in der Tauchwanne (20) abgeschieden wird und dem Wärmebehandlungsofen (16) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (2) im Wärmebehandlungsofen (16) bei einer Temperatur zwischen 180° C und 220° C ausgelagert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kernsand (10) im Wärmebehandlungsofen (16) auf eine Temperatur zwischen 90° C und 150° C aufgeheizt und getrocknet wird.
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