EP2647451A1 - Verfahren zur Herstellung von Salzkernen - Google Patents

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Publication number
EP2647451A1
EP2647451A1 EP12163164.2A EP12163164A EP2647451A1 EP 2647451 A1 EP2647451 A1 EP 2647451A1 EP 12163164 A EP12163164 A EP 12163164A EP 2647451 A1 EP2647451 A1 EP 2647451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
salt core
salt
mold
nacl
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Withdrawn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
EP12163164.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dario Pierri
Hermann Jacob Roos
Sascha Padovan
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.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler 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 Buehler AG filed Critical Buehler AG
Priority to EP12163164.2A priority Critical patent/EP2647451A1/de
Publication of EP2647451A1 publication Critical patent/EP2647451A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of salt cores, which can be used in particular in die-casting.
  • a die casting machine comprises a casting mold, which consists of at least two mold halves (a fixed and a movable mold half), which together form a cavity corresponding to the component to be produced (also referred to as cavity or mold contour).
  • a melt of the material to be molded for example aluminum
  • the mold is opened by moving the movable mold half and ejected the finished cast component by means of ejectors.
  • a hot chamber die casting machine In a hot chamber die casting machine, the casting container is held in a crucible with molten metal. A casting piston moves into the casting container and presses the molten metal through a casting container, which is likewise at least partially arranged in the crucible, into the casting mold. Casting containers and casting pistons are permanently exposed to molten metal in this process.
  • the casting unit of a hot chamber die casting machine is basically designed differently than that of a cold chamber die casting machine.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a hot chamber die-casting machine and will be explained in more detail below.
  • the metal In a cold chamber die casting machine, the metal is melted in a separate device or kept warm in the molten state.
  • the amount of molten metal required for producing the desired component is introduced into a cold casting chamber via a filling opening and pressed into the casting mold with the aid of a casting piston movably arranged in the casting chamber.
  • lost cores are molded parts which are positioned in the mold at the corresponding point during the casting process and are removed from the casting without residue after the casting process. These cores are intended for single use only and then "lost".
  • salt cores have been increasingly used for this task. These are mixtures of various salts such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium chloride (NaCl), as known from the prior art (eg EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522 ; DE-100 4 785 T1 ) are known. Salt cores withstand the harsh conditions of die casting and - in contrast to, for example, sand cores - can be easily dissolved and removed after completion of the die casting process by treatment with, for example, hot water.
  • salt cores withstand the harsh conditions of die casting and - in contrast to, for example, sand cores - can be easily dissolved and removed after completion of the die casting process by treatment with, for example, hot water.
  • Such salt cores are prepared by mixing the appropriate salt components (in the case of several components) and melting them.
  • the melting is usually carried out in an open crucible in a melting furnace.
  • the melt optionally mixed with binders and other additives, placed in a permanent mold and formed without pressure to a salt core, or alternatively formed in a corresponding form under pressure to form a salt core.
  • Such a method is for example in the DE 100 84 785 T1 described.
  • this object is achieved by a method for producing a salt core, characterized in that the salt core is produced via a hot chamber die casting process.
  • salt cores can be produced with a hot-chamber die-casting machine without that the conditions required in this case (in particular the high temperature for melting the salt mixture and the salt mixture present in the system) lead to damage of the materials of the hot-chamber die-casting machine.
  • the casting container is in the molten salt.
  • the parts of the device coming into contact with the molten salt are at the temperature level of the molten salt. It does not come to a solidification of the molten salt of device parts.
  • the cast salt core in the mold for a long time, namely until the so-called casting residue is set in the runner between Giesshunt and casting mold.
  • the casting residue forms from an excess of melt, which can no longer be absorbed by the volume of the mold cavity and remains outside the mold in the runner.
  • the casting piston may apply pressure to the casting. As soon as the casting residue in the runner has solidified, the pressure of the casting piston becomes ineffective. Only then can the salt core be removed from the mold. Since the casting residue has a smaller surface to volume ratio than the salt core, the casting residue solidifies more slowly than the salt core.
  • Shrinkage is defined as the shrinkage or reduction in volume of a material that occurs when cooled from the liquid state from the onset of solidification up to room temperature. In the form of solidification and shrinkage is hindered.
  • the salt core of the mold can be removed much faster than when manufactured via the cold chamber die casting process.
  • the salt core can thus freely disappear outside of the mold. This is done with the help of non-limiting Fig. 1 explained.
  • a hot chamber die casting machine usable according to the invention is shown.
  • the solid mold half 1b and the movable mold half 1a together form the mold cavity 1c, that is, the cavity for producing the salt core.
  • the mold halves 1a, 1b are arranged on platens 2a, 2b, of which one clamping plate 2b fixed and the other platen 2a is movable. By moving the movable platen 2a from the fixed platen 2b, the movable mold half 1b can be moved and the mold opened.
  • a melt of salts explained in more detail below, which is used for the preparation of the salt core.
  • the melt can enter through a filling hole 4 in the casting chamber 5, when the casting piston 7 moved back behind the filling hole 4 and the filling hole 4 is open.
  • the casting piston 7 is pressurized during the die-casting process with a conventional (preferably hydraulic) drive unit comprising drive cylinder 9 and casting piston rod 8 and moved downwards into the casting container 6.
  • a conventional (preferably hydraulic) drive unit comprising drive cylinder 9 and casting piston rod 8 and moved downwards into the casting container 6.
  • the im Casting tank 6 located molten salt is pressed through the mouthpiece 10 in the mold 1c.
  • the hot-chamber die-casting machine is characterized in that the casting container 6 is located in the crucible 3. Casting piston 5 and casting container 6 are constantly at the temperature level of the melt.
  • the mouthpiece 10 is heated to prevent solidification of the melt in this section.
  • the mouthpiece 10 is not arranged horizontally, but inclined downwards from the mold outlet. In this way, excess melt, which can not be absorbed by the mold cavity 1c during the die casting process and remains in the mouthpiece 10, after removal of the pressure flows back into the casting container 6.
  • hot chamber die casting thus no casting residue, whose solidification before the opening of the Form must be awaited.
  • the produced salt core can be removed much faster from the mold in the hot chamber die casting process than in the cold chamber die casting process.
  • salt cores produced by the hot-chamber die casting process show very good material properties. Without wishing to be bound by theory, it is believed that this is due to the faster removal of the salt cores from the mold as discussed above.
  • the composition for producing the salt cores may in particular contain inorganic salts such as fluorides, chlorides, sulfates, nitrates or carbonates of metals, in particular of alkali or alkaline earth metals such as lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium or barium. It is essential that the composition has the properties required for salt cores such as high water solubility, high strength of the produced core, chemical inertness under die casting conditions, low heat of solidification, low volume change during melting and solidification and low or ideally absent toxicity.
  • inorganic salts such as fluorides, chlorides, sulfates, nitrates or carbonates of metals, in particular of alkali or alkaline earth metals such as lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium or barium. It is essential that the composition has the properties required for salt cores such as high water solubility, high strength of the produced core, chemical inertness under die casting conditions, low heat of solidification, low volume change during melting
  • the composition preferably contains 30 to 80% by weight of NaCl and 20 to 70% by weight of Na 2 CO 3 , more preferably 30 to 70% by weight of NaCl and 30 to 70% by weight of Na 2 CO 3 and more preferably 30 to 60 wt .-%% NaCl and 40 to 70 wt .-%% Na 2 CO 3 .
  • An example is 2 CO 3, a mixture of 50 wt .-% and 50 wt .-% NaCl%% Na.
  • composition which can be used according to the invention preferably has a melting point of between 550.degree. C. and 1000.degree.
  • a melt is prepared from the corresponding salt components by mixing the salts with one another and subsequently heating them above the melting point of the mixture.
  • the production of the melt can take place in a separate crucible in an oven, wherein the melt produced is then transferred to the crucible of the hot-chamber die casting machine.
  • the melt is preferably produced in the crucible of the hot-chamber die-casting machine.
  • Hot chamber die casting machines typically include a furnace for heating the crucible.
  • the melt is held in the crucible of the hot chamber die casting machine in the molten state, ie above the liquidus temperature.
  • the temperature of the Melt be adjusted so that it corresponds at least during the casting process of the liquidus temperature of the composition used.
  • the liquidus temperature is the temperature at which the phase transition of the composition from liquid to solid begins. At the liquidus temperature, the solid and liquid phases of the composition coexist.
  • the viscosity of the composition increases, and the composition can advantageously be molded into a salt core under die casting conditions without excessive leakage of the melt from the die.
  • the setting of the temperature of the melt can be achieved by conventional tempering measures (eg adjustment of the temperature in the crucible of the hot-chamber die-casting machine, or cooling with a ventilation system).
  • the molten salt is metered by a controlled movement of the casting piston in the casting chamber, as stated above, the casting piston is moved back for a defined period behind the filling hole and releases them.
  • the so-called shot is triggered, i. the casting piston is moved down at high speed and presses the melt contained in the casting chamber through the casting container and the mouthpiece into the mold cavity.
  • the hot chamber die casting process and the control of the dosage and the casting process are well known to those skilled in the art and need not be explained in detail here.
  • the salt core according to the invention is produced using a conventional hot chamber die casting machine and a conventional hot chamber die casting process. In principle, the same conditions can be used as have been described in the prior art for the production of salt cores via a cold chamber die casting process. It will in this regard, for example, the EP-0 613 742 A1 Reference is made to the relevant content.
  • a die casting mold is used whose cavity has the desired shape of the salt core to be produced.
  • the mold has units for controlling the temperature of the mold cavity. These may be channels provided in the mold halves for circulation of a tempering fluid such as hot oil or water vapor.
  • a tempering fluid such as hot oil or water vapor.
  • a corresponding shape is known from the prior art. Exemplary is on the EP-0 613 742 A1 Reference is made to the relevant content.
  • the solidification process of the melt in the mold cavity can be controlled.
  • the cast salt core is removed as quickly as possible from the mold, so that the shrinkage on cooling of the salt core outside the mold can proceed undisturbed.
  • a quick removal of the fitting and a related faster completion of the casting process dwell inherent in the hot-chamber die casting process as described above, since it does not have to wait for the prolonged solidification of a casting residue.
  • the salt core is removed immediately after reaching a sufficient strength of the mold for removal. The exact time of removal depends on the salt mixture used and can be easily determined by the expert by routine measures.
  • the salt cores produced according to the invention have very good material properties.
  • the salt cores produced according to the invention have a very high strength and load capacity because they have a low number of malformations (voids, cracks).
  • the salt cores produced according to the invention are outstandingly suitable for die casting applications.
  • die casting a melt of, for example, aluminum, magnesium or zinc alloys is filled into a casting chamber of a die casting machine and pressed from there with a piston under high pressure (about 150 to 1200 bar) into the interior of a die casting mold.
  • the die casting mold is two or three parts and comprises a fixed and a movable mold half (and optionally a middle plate). The two mold halves together define an interior with the shape of the casting to be produced.
  • Die casting machines and die casting methods are known in the art and need not be explained in detail here.
  • the CARAT series die casting machines of the applicant can be used according to the invention.
  • the salt cores produced according to the invention are positioned in the interior of the die-casting mold before the die-casting process in order to be able to demould non-realizable cavities, undercuts or free-form surfaces.
  • the salt core can be easily removed from the casting by the casting is immersed in a release bath of, for example, acidic media and / or hot water. In these media, the salt core dissolves completely.
  • the dissolution process can also be performed or supplemented by spraying the casting with hot water or steam.
  • a hydrochloric acid-containing medium the dissolution process is supported by the formation of carbonic acid.
  • the salt cores produced according to the invention can also be used in plastic injection molding or in chill casting. These methods are well known to those skilled in the art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern über ein Warmkammer-Druckgussverfahren hergestellt wird, einen entsprechend hergestellten Salzkern sowie die Verwendung eines derartigen Salzkerns in einem Giessverfahren wie einem Druckgussverfahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Salzkernen, welches insbesondere in Druckgussverfahren eingesetzt werden können.
  • Mit Hilfe des Druckgussverfahrens werden heutzutage sehr viele Bauteile grosstechnisch hergestellt. Eine Druckgussmaschine umfasst eine Giessform, welche zumindest aus zwei Formhälften (einer festen und einer beweglichen Formhälfte) besteht, die zusammen einen dem herzustellenden Bauteil entsprechenden Hohlraum (auch als Kavität oder Formkontur bezeichnet) bilden. In diesen Hohlraum wird eine Schmelze des zu formenden Materials, beispielsweise Aluminium, mit Hilfe eines Giesskolbens unter hoher Geschwindigkeit und hohem Druck gepresst. Nach Erstarren der Metallschmelze im Hohlraum wird die Form durch Bewegung der beweglichen Formhälfte geöffnet und das fertige gegossene Bauteil mit Hilfe von Auswerfern ausgeworfen.
  • Man unterscheidet zwischen einer Kaltkammer- und einer Warmkammer-Druckgussmaschine. Bei einer Warmkammer-Druckgussmaschine wird der Giessbehälter in einem Tiegel mit geschmolzenem Metall gehalten. Ein Giesskolben bewegt sich in den Giessbehälter hinein und presst die Metallschmelze durch eine ebenfalls zumindest teilweise in dem Tiegel angeordneten Giessbehälter in die Giessform. Giessbehälter und Giesskolben sind bei diesem Verfahren dauerhaft der Metallschmelze ausgesetzt. Das Giessaggregat einer Warmkammer-Druckgussmaschine ist grundsätzlich anders konstruiert als das einer Kaltkammer-Druckgussmaschine. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Warmkammer-Druckgussmaschine und wird nachstehend näher erläutert.
  • Bei einer Kaltkammer-Druckgussmaschine wird das Metall in einer separaten Vorrichtung geschmolzen beziehungsweise in geschmolzenem Zustand warm gehalten. Die zur Herstellung des gewünschten Bauteils erforderliche Menge an Metallschmelze wird über eine Einfüllöffnung in eine kalte Giesskammer eingefüllt und mit Hilfe eines in der Giesskammer beweglich angeordneten Giesskolbens in die Giessform gepresst.
  • Kaltkammer- und Warmkammer-Druckgussmaschinen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
  • Für die Herstellung von Gussteilen mit komplexerer Form (beispielsweise hohlen Strukturen und/oder nicht entformbaren Hinterschnitten) ist es erforderlich, in der Form so genannte verlorene Kerne bereitzustellen. Es handelt sich hierbei um Formteile, die während des Giessvorgangs in der Form an der entsprechenden Stelle positioniert sind und nach dem Giessvorgang rückstandsfrei vom/aus dem Gussteil entfernt werden. Diese Kerne sind nur für den Einmalgebrauch vorgesehen und gehen danach "verloren".
  • In letzter Zeit wurden zunehmend Salzkerne für diese Aufgabe herangezogen. Es handelt sich hierbei um Gemische verschiedener Salze wie Natriumcarbonat (Na2CO3) und Natriumchlorid (NaCl), wie sie aus dem Stand der Technik (z.B. EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522; DE-100 4 785 T1 ) bekannt sind. Salzkerne halten den harschen Druckgussbedingungen stand und können - im Gegensatz zu beispielsweise Sandkernen - nach beendetem Druckgussvorgang leicht durch Behandlung mit beispielsweise heissem Wasser aufgelöst und entfernt werden.
  • Derartige Salzkerne werden hergestellt, indem die entsprechenden Salzkomponenten gemischt (im Fall mehrerer Komponenten) und geschmolzen werden. Das Schmelzen wird in der Regel in einem offenen Tiegel in einem Schmelzofen durchgeführt. Anschliessend wird die Schmelze, gegebenenfalls vermischt mit Bindemitteln und weiteren Additiven, in eine Dauerform gebracht und drucklos zu einem Salzkern geformt, oder alternativ in einer entsprechenden Form unter Druck zu einem Salzkern geformt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 84 785 T1 beschrieben.
  • In der EP-0 613 742 A1 und der US-2009/0205801 A1 sind Verfahren zur Herstellung von Salzkernen beschrieben, bei denen in einem Tiegel eine Salzschmelze hergestellt und anschliessend in halbfester Form in eine Giesskammer einer Kaltkammer-Druckgussmaschine eingeführt wird. In der Kaltkammer-Druckgussmaschine wird aus der Salzschmelze der gewünschte Salzkern hergestellt.
  • Bei der Herstellung von Salzkernen in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine kommt es unter anderem zu einer unerwünschten Anhaftung der eingesetzten Salzschmelze an den Dosiereinrichtungskomponenten, zum Beispiel dem Schöpflöffel oder der Giessrinne.
  • Es besteht daher Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung von Salzkernen, bei welchem diese Nebeneffekte nicht auftreten.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern über ein Warmkammer-Druckgussverfahren hergestellt wird.
  • Es hat sich erfindungsgemäss gezeigt, dass Salzkerne mit einer Warmkammer-Druckgussmaschine hergestellt werden können, ohne dass die hierbei erforderlichen Bedingungen (insbesondere die hohe Temperatur zum Schmelzen der Salzmischung und die im System vorhandene Salzmischung) zu einer Beschädigung der Materialien der Warmkammer-Druckgussmaschine führen. Beim erfindungsgemässen Warmkammer-Druckgussverfahren befindet sich der Giessbehälter in der Salzschmelze. Die mit der Salzschmelze in Berührung kommenden Teile der Vorrichtung befinden sich auf dem Temperaturniveau der Salzschmelze. Es kommt somit nicht zu einer Erstarrung der Salzschmelze an Vorrichtungsteilen.
  • Aus verfahrenstechnischen Gründen verbleibt im Kaltkammer-Druckgussverfahren der gegossene Salzkern für eine längere Zeit in der Form, nämlich bis der sogenannte Giessrest im Angusskanal zwischen Giesskammer und Giessform erstarrt ist. Der Giessrest bildet sich aus einem Überschuss an Schmelze, welcher vom Volumen der Formkavität nicht mehr aufgenommen werden kann und im Angusskanal ausserhalb der Form verbleibt. Während der Erstarrung des Salzkerns innerhalb der Form kann der Giesskolben Druck auf das Gussteil speisen. Sobald der Giessrest im Angusskanal erstarrt ist, wird der Nachdruck des Giesskolbens wirkungslos. Erst dann kann der Salzkern der Form entnommen werden. Da der Giessrest ein kleineres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweist als der Salzkern, erstarrt der Giessrest langsamer als der Salzkern.
  • Als Folge findet ein Grossteil der Schwindung des Salzkerns in der Form selbst statt. Unter Schwindung versteht man die Schrumpfung beziehungsweise Volumenverringerung eines Werkstoffes, welche bei Abkühlung vom flüssigen Zustand ab Erstarrungsbeginn bis auf Raumtemperatur auftritt. In der Form ist die Erstarrung und die Schwindung behindert.
  • Bei der Herstellung eines Salzkerns mit Hilfe eines Warmkammer-Druckgussverfahrens kann der Salzkern der Form deutlich schneller entnommen werden als bei einer Herstellung über das Kaltkammer-Druckgussverfahren. Der Salzkern kann somit ausserhalb der Form frei schwinden. Dies wird mit Hilfe der nicht einschränkenden Fig. 1 erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Warmkammer-Druckgussmaschine zur erfindungsgemässen Herstellung eines Salzkerns.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäss verwendbare Warmkammer-Druckgussmaschine gezeigt. Die feste Formhälfte 1b und die bewegliche Formhälfte 1a bilden zusammen die Formkavität 1c, d.h. den Hohlraum zur Herstellung des Salzkerns. Die Formhälften 1a, 1b sind auf Aufspannplatten 2a, 2b angeordnet, von denen eine Aufspannplatte 2b fest und die andere Aufspannplatte 2a beweglich ist. Durch Fortbewegung der beweglichen Aufspannplatte 2a von der festen Aufspannplatte 2b kann die bewegliche Formhälfte 1b bewegt und die Form geöffnet werden.
  • In einem Tiegel 3 befindet sich eine Schmelze aus nachstehend näher erläuterten Salzen, welche zur Herstellung des Salzkerns verwendet wird. Die Schmelze kann durch eine Füllbohrung 4 in die Giesskammer 5 eintreten, wenn der Giesskolben 7 hinter die Füllbohrung 4 zurückgefahren und die Füllbohrung 4 offen ist.
  • Der Giesskolben 7 wird während des Druckgussvorgangs mit einer herkömmlichen (vorzugsweise hydraulischen) Antriebseinheit aus Antriebszylinder 9 und Giesskolbenstange 8 mit Druck beaufschlagt und nach unten in den Giessbehälter 6 bewegt. Die im Giessbehälter 6 befindliche Salzschmelze wird durch das Mundstück 10 in die Form 1c gepresst.
  • Wie vorstehend ausgeführt zeichnet sich die Warmkammer-Druckgussmaschine dadurch aus, dass sich der Giessbehälter 6 im Tiegel 3 befindet. Giesskolben 5 und Giessbehälter 6 befinden sich ständig auf dem Temperaturniveau der Schmelze.
  • Zudem ist das Mundstück 10 beheizt, um ein Erstarren der Schmelze in diesem Abschnitt zu verhindern. Das Mundstück 10 ist nicht horizontal angeordnet, sondern vom Formausgang abwärts geneigt. Auf diese Weise fliesst überschüssige Schmelze, die während des Druckgussvorgangs von der Formkavität 1c nicht aufgenommen werden kann und im Mundstück 10 verbleibt, nach Wegnahme des Drucks zurück in den Giessbehälter 6. Beim Warmkammer-Druckgussverfahren entsteht somit kein Giessrest, dessen Erstarrung vor der Öffnung der Form abgewartet werden muss. Der hergestellte Salzkern kann beim Warmkammer-Druckgussverfahren erheblich schneller aus der Form entnommen werden als beim Kaltkammer-Druckgussverfahren.
  • Es hat sich gezeigt, dass über das Warmkammer-Druckgussverfahren hergestellte Salzkerne sehr gute Materialeigenschaften zeigen. Ohne auf eine Theorie festgelegt sein zu wollen, wird vermutet, dass dies mit der schnelleren Entnahme der Salzkerne aus der Form zusammenhängt, wie vorstehend diskutiert.
  • Erfindungsgemäss kann die Zusammensetzung zur Herstellung der Salzkerne insbesondere anorganische Salze wie Fluoride, Chloride, Sulfate, Nitrate oder Carbonate von Metallen, insbesondere von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium enthalten. Wesentlich ist, dass die Zusammensetzung die für Salzkerne erforderlichen Eigenschaften wie hohe Wasserlöslichkeit, hohe Festigkeit des hergestellten Kerns, chemische Inertheit unter Druckgussbedingungen, geringe Erstarrungswärme, geringe Volumenänderung beim Schmelzen und Erstarren sowie geringe oder idealerweise fehlende Toxizität aufweist.
  • Erfindungsgemäss bevorzugt sind Mischungen aus Natriumcarbonat (Na2CO3) und Natriumchlorid (NaCl), wie sie aus dem Stand der Technik (z.B. EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522) bekannt sind. Erfindungsgemäss bevorzugt enthält die Zusammensetzung 30 bis 80 Gew.-% % NaCl und 20 bis 70 Gew.-% % Na2CO3, bevorzugter 30 bis 70 Gew.-% % NaCl und 30 bis 70 Gew.-% % Na2CO3 und insbesondere bevorzugt 30 bis 60 Gew.-% % NaCl und 40 bis 70 Gew.-% % Na2CO3. Beispielhaft sei eine Mischung aus 50 Gew.-% % NaCl und 50 Gew.-% % Na2CO3 genannt.
  • Die erfindungsgemäss einsetzbare Zusammensetzung weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 550°C bis 1000°C auf.
  • Im erfindungsgemässen Verfahren wird aus den entsprechenden Salzkomponenten eine Schmelze hergestellt, indem die Salze miteinander vermischt und anschliessend über den Schmelzpunkt der Mischung erhitzt werden. Die Herstellung der Schmelze kann in einem separaten Tiegel in einem Ofen erfolgen, wobei die hergestellte Schmelze anschliessend in den Tiegel der Warmkammer-Druckgussmaschine umgefüllt wird. Erfindungsgemäss bevorzugt wird die Schmelze jedoch im Tiegel der Warmkammer-Druckgussmaschine erzeugt. Warmkammer-Druckgussmaschinen umfassen typischerweise einen Ofen zur Beheizung des Tiegels.
  • Die Schmelze wird im Tiegel der Warmkammer-Druckgussmaschine im geschmolzenen Zustand gehalten, d.h. oberhalb der Liquidustemperatur. Erfindungsgemäss bevorzugt kann die Temperatur der Schmelze so eingestellt werden, dass sie zumindest während des Giessprozesses der Liquidustemperatur der verwendeten Zusammensetzung entspricht. Die Liquidustemperatur ist die Temperatur, an welcher der Phasenübergang der Zusammensetzung von flüssig zu fest einsetzt. Bei der Liquidustemperatur koexistieren die feste und flüssige Phase der Zusammensetzung. Die Viskosität der Zusammensetzung steigt an, und die Zusammensetzung kann vorteilhaft unter Druckgussbedingungen zu einem Salzkern geformt werden, ohne dass es zu einem übermässigen Austritt der Schmelze aus der Druckgussform kommt. Die Einstellung der Temperatur der Schmelze kann durch übliche Temperiermassnahmen (z.B. Einstellung der Temperatur im Tiegel der Warmkammer-Druckgussmaschine, oder Abkühlung mit einer Belüftungssanlage) erreicht werden.
  • Die Salzschmelze wird durch eine gesteuerte Bewegung des Giesskolbens in die Giesskammer dosiert, indem wie vorstehend ausgeführt der Giesskolben für einen definierten Zeitraum hinter die Füllbohrung zurückgefahren wird und diese freigibt. Nach erfolgter Zudosierung der Schmelze in die Giesskammer wird der sogenannte Schuss ausgelöst, d.h. der Giesskolben wird mit hoher Geschwindigkeit nach unten bewegt und presst die in der Giesskammer befindliche Schmelze durch den Giessbehälter und das Mundstück in die Formkavität.
  • Das Warmkammer-Druckgussverfahren sowie die Steuerung der Dosierung und des Giessprozesses sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Der erfindungsgemässe Salzkern wird unter Verwendung einer herkömmlichen Warmkammer-Druckgussmaschine und eines herkömmlichen Warmkammer-Druckgussverfahrens hergestellt. Es können grundsätzlich die gleichen Bedingungen herangezogen werden, wie sie im Stand der Technik für die Herstellung von Salzkernen über ein Kaltkammer-Druckgussverfahren beschrieben worden sind. Es wird diesbezüglich beispielsweise auf die EP-0 613 742 A1 verwiesen, auf deren entsprechenden Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Es wird erfindungsgemäss eine Druckgussform verwendet, deren Formkavität die gewünschte Form des herzustellenden Salzkerns aufweist. Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Form Einheiten zur Temperierung der Formkavität auf. Es kann sich hierbei um in den Formhälften bereitgestellte Kanäle zur Zirkulation eines Temperierfluids wie beispielsweise heisses Öl oder Wasserdampf handeln. Eine entsprechende Form ist aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielhaft wird auf die EP-0 613 742 A1 verwiesen, auf deren entsprechenden Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird. Mit Hilfe einer Temperierung der Formhälften kann der Erstarrungsvorgang der Schmelze in der Formkavität gesteuert werden.
    Gemäss der vorliegenden Erfindung wird der gegossene Salzkern so schnell wie möglich aus der Form entnommen, damit die bei Abkühlung des Salzkerns einsetzende Schwindung ausserhalb der Form unbeeinträchtigt ablaufen kann. Eine schnelle Entnahme des Formstücks und eine damit verbundene raschere Beendigung des Giessvorgangs wohnen dem Warmkammer-Druckgussverfahren wie vorstehend beschrieben inhärent inne, da nicht auf die länger dauernde Erstarrung eines Giessrest gewartet werden muss. Es ist jedoch erfindungsgemäss bevorzugt, dass der Salzkern unmittelbar nach Erreichen einer zur Entnahme ausreichenden Festigkeit der Form entnommen wird. Der genaue Entnahmezeitpunkt ist von der verwendeten Salzmischung abhängig und kann vom Fachmann durch Routinemassnahmen problemlos bestimmt werden.
  • Die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne weisen sehr gute Materialeigenschaften auf. Insbesondere weisen die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne eine sehr hohe Festigkeit und Belastbarkeit auf, da sie eine geringe Anzahl an Fehlbildungen (Lunker, Risse) aufweisen.
  • Die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne eignen sich hervorragend für Druckgussanwendungen. Beim Druckguss wird eine Schmelze aus beispielsweise Aluminium-, Magnesium- oder Zinklegierungen in eine Giesskammer einer Druckgussmaschine gefüllt und von dort mit einem Kolben unter hohem Druck (etwa 150 bis 1200 bar) in den Innenraum einer Druckgussform gepresst. Die Druckgussform ist zwei oder dreiteilig und umfasst eine feste und eine bewegliche Formhälfte (und gegebenenfalls eine mittlere Platte). Die beiden Formhälften definieren zusammen einen Innenraum mit der Form des herzustellenden Gussteils. Druckgussmaschinen und Druckgussverfahren sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden. Erfindungsgemäss beispielhaft können die Druckgussmaschinen der CARAT-Serie der Anmelderin verwendet werden.
  • In den Innenraum der Druckgussform werden die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne vor dem Druckgussvorgang positioniert, um ansonsten nicht realisierbare Hohlräume, Hinterschneidungen oder Freiformflächen entformbar zu machen.
  • Nach beendetem Druckgussvorgang kann der Salzkern auf einfache Weise vom Gussteil entfernt werden, indem das Gussteil in ein Lösebad aus beispielsweise sauren Medien und/oder heissem Wasser getaucht wird. In diesen Medien löst sich der Salzkern vollständig auf. Der Auflösevorgang kann auch durch Besprühen des Gussteils mit heissem Wasser oder Wasserdampf durchgeführt oder ergänzt werden. Bei der Verwendung eines salzsäurehaltigen Mediums ist wird der Auflösevorgang durch das Entstehen von Kohlensäure unterstützt. Bei Salzkernen, welche Natriumcarbonat enthalten, ist darauf zu achten, dass ein wässriges Lösebad während des Auflösens des Salzkerns alkalisch wird, was für manche Gussteile Korrosionsprobleme hervorrufen kann. In diesem Fall sollte dem Lösebad zur Einstellung des pH-Wertes auf einen Neutralwert (pH 7) etwas Salzsäure zugesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne können auch in Plastik-Spritzgussverfahren oder in Kokillengussverfahren eingesetzt werden. Diese Verfahren sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern über ein Warmkammer-Druckgussverfahren hergestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern aus einer Zusammensetzung hergestellt wird, welche anorganische Salze wie Fluoride, Chloride, Sulfate, Nitrate oder Carbonate von Metallen, insbesondere von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zusammensetzung um eine Mischung aus Natriumcarbonat (Na2CO3) und Natriumchlorid (NaCl) handelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zusammensetzung um eine Mischung aus 30 bis 80 Gew.-% NaCl und 20 bis 70 Gew.-% Na2CO3, bevorzugter 30 bis 70 Gew.-% NaCl und 30 bis 70 Gew.-% Na2CO3 und insbesondere bevorzugt 30 bis 60 Gew.-% NaCl und 40 bis 70 Gew.-% Na2CO3 handelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zusammensetzung um eine Mischung aus 50 Gew.-% NaCl und 50 Gew.-% Na2CO3 handelt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Zusammensetzung während des Giessprozesses ihrer Liquidustemperatur entspricht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern unmittelbar nach Erreichen einer zur Entnahme ausreichenden Festigkeit der Form entnommen wird.
  8. Salzkern, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verwendung einer Warmkammer-Druckgussmaschine zur Herstellung eines Salzkerns gemäss Anspruch 8.
  10. Verwendung eines Salzkerns gemäss Anspruch 9 in einem Giessverfahren zur Erzeugung von Formkörpern mit komplexer Form, beispielsweise hohlen Strukturen und/oder nicht entformbaren Hinterschnitten.
  11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessverfahren ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Druckgussverfahren, Plastik-Spritzgussverfahren und Kokillengussverfahren.
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