Verfahren zur Herstellunz einer Giessform Die vorlie;-ende Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung einer Giessform, nach dem sogenannten Wachs ausschmelzverfahren sowie auf die nach die sem Verfahren erhaltene Giessform. Diese Giessform. eignet sich insbesondere für das Giessen von Präzisionsgussstücken.
Beim Waehsausschmelzverfahren wird 1-e- @rölrnlich in der folgenden Weise gearbeitet: Nach Erzeugung eines Waehsmodelles des zu. giessenden Gegenstandes wird das Modell durch Spritzen oder Tauchen oder beides mit. einem Grundüberzug aus einer Suspension eines feinen feuerfesten Materials in einem flüssigen Bindemittel und dann mit einem Verputz aus feuerfestem Material, wie z. B. Siliciumdioxydsand oder gemahlenem, ge branntem Tonmaterial, versehen.
Aus diesem überzogenen Modell wird eine Form herge stellt, indem es auf eine metallische Unter lage gestellt, um die letztere :ein Kasten aus Stahl oder anderem. feuerfestem Material auf- rebaut und der Raum zwischen dem Modell und den Wänden des Kastens mit einem selbstbindenden Schlamm ausgefüllt wird, der Feststoffe, wie z. B. Siliciumdioxydsa.nd oder Silieiumdior;cdmehl, gemahlenes ge branntes Tonmaterial und Sillimanit, sowie ein Bindemittel, wie z. B. Ät.hylsilikat, Na triumsilikat, Zement und Wasser, gebrannten Gips und Wasser, enthält.
Nachdem die auf diese Weise hergestellte Giessform erhärtet ist, wird sie vorsichtig ausgetrocknet und dann auf eine Temperatur von 110 C er hitzt., um das Wachs auslaufen zu lassen. Die Giessform wird .dann gebrannt, indem deren Temperatur auf 1000 C gesteigert und auf dieser Stufe gehalten wird, bis der restliche Kohlenstoff vollständig entfernt ist. Die Form ist dann zur Aufnahme des geschmol zenen Giessmetalles bereit. Nachdem das 1@Te- tall in der Form gegossen worden ist, wird die letztere zerbrochen, um das Gussstück zu befreien.
Dieses Verfahren besitzt unter andern den Nachteil, dass Versuche durchgeführt werden müssen, um in jedem Fall herauszufinden, ob die Giessform genügend gebrannt worden ist und den erforderlichen Grad von Porosität aufweist, wobei zu berücksichtigen ist, da.ss die Porosität von verschiedenen Faktoren ab hängt, wie z. B. der Masse der Giessform, dem Ausmass der Entwachsung, der Beschaffen heit der Ofenatmosphäre und der Dauer, während welcher die Giessform im Ofen ver bleibt.
Ausserdem setzt .die begrenzte Aus wahl der zur Herstellung der Giessformen ver wendbaren Materialien der Regulierung der Erstarrungsgeschwindigkeit des gegossenen Metaller ziemlich enge Grenzen. Überdies besteht bei den herkömmlichen Entwachsungs- methoden unter Anwendung von Wärme die Gefahr der Bildung von Rissen in der Giess form.
Die vorliegende Erfindung bezieht .sieh nun auf ein Verfahren zur Herstellung einer Giessform, bei welchem auf ein Modell aus wachsartigem Material mehrere Überzüge aus feuerfestem Material wenigstens zum Teil durch Tauchen aufgebracht werden und welches dadurch gekennzeichnet.
ist, dass die Überzüge in solcher Zahl und in solcher Dicke auf das Modell aufgebracht werden, dass eine selbsttragende, für Dämpfe durchlässige Schale entsteht, und dass die Schale und das Modell der Einwirkung eines heissen Dampfes eines Lösungsmittels für das wachsartige Material des Modelles unterworfen werden, derart., dass der Dampf durch die Schale dringt und das wachsartige Material löst und von der Schale entfernt.
Die erhaltene Schale kann alsdann noch mit einer Trägermasse aus trockenem, feuer festem Material umgeben werden. Die Schale weist eine solche Dicke auf, dass zur Bildung der Giessform keine plastische Fülha,ng be nötigt wird. Die Dicke der Schale beträgt im allgemeinen 0,63-1,27 ein (je nach der Grösse und der Form des Modelles).
Es können verschiedene wachsartige Stoffe verwendet werden. Es ist zweckmässig, einen wachsartigen Stoff zu verwenden, der praktisch rein ist und einen Aschengehalt von weniger als 0,051/o aufweist.. Eine bevor zugte Arbeitsweise besteht darin, die Schale und das Modell in einer Atmosphäre der heissen Dämpfe des Lösungsmittels, beispiels weise in heissen Trichlorä.thylendämpfen, auf zuhängen, so da.ss diese Dämpfe in die durch lässige Schale eindringen,
.den wachsartigen Stoff zum Schmelzen bringen und lösen und o die Innenseite der Schale frei von jeglichen Rückständen zurücklassen. Man kann auch wasserlösliche, wachsartige Stoffe, z. B. Poly- äthy lenglykol, verwenden und mit Wasser dampf herauslösen.
Das wachsartige Material s kann beispielsweise durch Destillation aus dem Lösungsmittel zurückgewonnen und er neut verwendet werden. Als ersten Überzog kann man, beispielsweise durch Spritzen oder Tauchen, ein feines, feuerfestes Material auf das Modell aufbringen, um beim Giessen Guss- s stücke mit der gewünschten Ob.erflä.chen- beschaffenheit zu erhalten.
Nach Entfernung des Modelles aus der Schale wird die letztere vorzugsweise gegen das Eindringen von Verunreinigungen durch Verschliessen geschützt, beispielsweise durch Verschliessen der öffnung der Schale mit einem Wachsdeckel. Hierauf kann die Schale in einen Foimkasten gestellt und in trockenen Sand oder ein anderes trockenes, feuerfestes , Material eingebettet werden. Das Ausfüllen des Raumes rund um die Schale kann durch Vibrieren des Formkastens erleichtert wer den. Das Vibrieren wird jedoch normaler weise nicht nötig sein.
Der Formkasten kann , dann in einen Ofen gebracht. und bei der erforderlichen Temperatur behandelt werden, um die Form zu konsolidieren.
Da die Giessform für Dämpfe dureh- lässig ist., dringen die Dämpfe des Lösungs mittels durch die Wand der Giessform und greifen das Modell gleichzeitig von allen Seiten, also auch von der offenen Seite der Giessform her, an. Auf diese Weise wird die Giessform rasch und vollständig vom waehs- a.rtigen Material befreit. Wäre die Giessform kompakt und für Dämpfe undurchlässig, so könnten die heissen Dämpfe des Lösungsmit tels nicht voll zur Einwirkung kommen, bis jeder Teil der Giessform eine verhältnismässig hohe Temperatur, z. B. 120 C, erreicht hätte, wozu im allgemeinen Zeiten bis zu ''1 Stunden erforderlich wären.
In diesem Fall würde die wachsartige Substanz durch Aus- sehmelzen unter dem Einfluss .der Wärme entfernt und nicht durch die lösende Wir kung der Dämpfe.
Die Entfernung des wachsartigen Materials aus der Giessform mittels Wärme ist mit der Gefahr verbunden, dass sich in der Giessform. Risse bilden. Durch das Herauslösen des Wachsmodelles wird vermieden, dass sieh der wachsartige Stoff vor dem Schmelzen ausdehnt, so dass die Gefahr der Rissbildung reduziert und die Möglichkeit des Einschlus ses von feuerfestem Material im Metallguss- stück verringert wird.
Als Folge der pra.k- tiseli vollständigen Entfernung des wachs artigen Stoffes reduziert sieh die Zeit, wäh rend welcher die Form zwecks Ausbrennens von restlichem Kohlenstoff gebrannt. werden muss.
Da die :Schale für heisse Lösungsmittel- dämpfe durchlässig ist, kann sie eine solche Wanddicke aufweisen, dass es nicht nötig ist, die Giessform mit einem festen Trägermate rial zu umgeben. Die Verwendung .einer sol- ehen Schale ohne festes Trägermaterial bringt verschiedene Vorteile mit sich.
Auf die dickwandige selbsttragende Schale. braucht kein feuchtes oder nasses Trägermaterial auf gebracht zu werden, so dass sich die Porosität der Giessform leichter und genauer regulieren lässt, indem entweder die Porosität der Schale selbst, oder die Porosität .eines<U>ge-</U> gebenenfalls verwendeten trockenen Träger materials genau reguliert wird. Von der Art. der Porosität der Giessform hängt es ab, in welchem Ausmass fehlerhafte Gussstüeke er halten werden.
Die Porosität der Giessform ist ferner bestimmend für die Oberflächen beschaffenheit der Gussstücke und muss be sonders sorgfältig reguliert werden, wenn dünnwandige Gussstücke gegossen werden müssen. Die Porositä.t des Trägermaterials, sofern ein solches verwendet wird, kann er heblich grösser sein als diejenige der Schale. Die Porositä.t der Giessform als Ganzes ist dann, praktisch gesehen, gleich derjenigen der Schale. Die Porosität der Schale lä.sst sich nach dem vorliegenden Verfahren leicht.
durch entsprechende Variierung der durch 'fauchen aufgebrachten Überzüge hinsichtlich Zusammensetzung und Konsistenz regulieren. Ferner kann man unabhängig von der Poro- sität der Giessform das Trä-ermaterial im Hinblick auf den gewünschten Wä.riue- a bfluss wählen. Auf diese Weise ist es mög lich, die Erstarrung des Gussstückes langsam und derart stattfinden zu lassen, dass das (_Tussstück allmählich durch und durch er starrt, wie dies häufig erwünscht ist.
Dadurch, dass die Giessform wenigstens zum Teil durch Tauchen hergestellt wird, und es nicht nötig ist, ein feuchtes oder nasses Trägermaterial durch Vibrieren zu konsoli dieren, ist die Gefahr von Brüchen der Giess formen stark vermindert.
Bei den herkömmlichen Verfahren, bei welchen -für die Auskleidung der Form ein Schlamm verwendet wurde, traten dadurch Schwierigkeiten auf, dass das Auskleidungs- material das wachsartige Material des Mo delles angriff, indem es in den ersten Ober zug eindrang oder sich zwischen die Form oberfläche und das Modell infiltrierte. Als Folge dieser Vorgänge bildeten sich an der Oberfläche des Giessformhohlraumes uner wünschte Ablagerungen von feuerfesten Stof fen.
Diese Gefahren sind bei Verwendung einer gemäss dem vorliegenden Verfahren her gestellten dicken Schale nicht mehr zu be fürchten.
Die bei älteren Verfahren durchgeführte Vibrierung zwecks Konsolidierung der Giess form führte oft dazu, da.ss das Wachsmodell brach, bevor die Form konsolidiert war. Auch diese Gefahr kann mit dem vorliegen den Verfahren vermieden werden.
Da die erfindungsgemäss hergestellten Schalen eine hohe Wärmekapazität aufweisen können, gleichgültig ob .diese nun mit einem Trägermaterial ausgekleidet sind oder nicht, wobei die therrnisehe Kapazität dieses Tr ä gerinaterials in der Regel kleiner als die jenige der herkömmlich verwendeten, aus Schlämmen erhaltenen Trägermassen ist, ist die Gefahr, dass .das in die Form eingegos sene Metall die Enden des Formhohlraumes nicht erreicht, stark vermindert.
Das vorliegende Verfahren bietet auch in wirtschaftlicher Hinsicht bedeutende Vorteile. Durch Entfernung des Modelles in der oben beschriebenen Weise und infolge der Tat sache, dass kein nasses Auskleidungsmaterial verwendet zu werden braucht, das na,chträg- lieh getrocknet werden müsste, erübrigt sich die Verwendung eines Ofens für diese Zwecke, wodurch die Gefahr von Explosionen beseitigt ist -und die Aufwendungen für den Betrieb des Ofens wegfallen. Die Menge des zu verwendenden teuren Auskleidungsmate- ria.ls kann reduziert werden.
Das Träger material der einen Giessform ist überdies für eine andere Giessform sofort gebrauchsfertig. Daraus ergeben sich Einsparungen im Ein satz von Arbeitskräften und den daraus re sultierenden Kosten. Ein weiterer Vorteil der vereinfachten Auskleidung der Giessformen beruht darauf, dass das Gewicht der letzteren reduziert werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist ill- gemein für den Präzisionsguss von Stählen, Bronzen, Aluminium oder andern flüssigen Materialien anwendbar. <I>Beispiel</I> Ein Wachsmodell wird mit einem Grund überzug versehen, der aufgespritzt oder durch Eintauchen aufgebracht wird und ein Binde mittel der folgenden Zusammensetzung:
34,2 Vo19/o, Äthylsilika.t 58,2 Vol.o/o Alkohol (mit Methylalkohol denaturiert) 0,4 Vol.o/a Salzsäure (10 o/oig) 7,2 Vol.o/o Wasser und, für den Fall, da.ss der Überzug aufge spritzt wird, Zirkoniumsilikatpulver im Men genverhältnis von 198 g Pulver auf 100 ein- des Bindemittels, und für den Fall, dass der Überzug durch Eintauchen aufgebracht wird,
Silicium-dioxydmehl im Mengenverhält nis von 382 g auf 100 cm3 des Bindemittels enthält. Für die E.intauch- oder Spritzopera- tion können auch andere feine feuerfeste .11a- terialien, wie z. B. Sillimanit oder Aluminium oxyd, und andere Bindemittel, wie z. B. Na triumsilikat, Cement oder gebrannter Gips, verwendet werden.
Die Zusammensetzung des Grundüberzuges wird entsprechend der ge wünschten Oberflächenbeschaffenheit des Gussstückes und dem zu giessenden Metall gewählt.
Der Grundüberzug wird gründlich trock nen gelassen, worauf die Schale erzeugt wird, indem das Modell mehrmals in eine Suspen sion von feuerfestem Material eingetaucht, der Übersehuss der Suspension nach jedem Eintauchen abtropfen gelassen und nach jedem Eintauchen ein Verputz aus grob körnigem feuerfestem Material aufgebracht wird. Der Verputz kann beispielsweise aus gemahlenem feuerfestem Ofenziegelstein be stehen. Auf diese Weise wird ein Überzug der gewünschten Dicke aufgebaut. Die Dicke des Überzuges hängt von der Grösse und der Form des Wachsmodelles und der Belastung beim Giessen ab.
Nach jeder Eint.auehoperation wird der erhaltene Überzug gelieren gelassen, bevor der nächste Überzug aufgebracht wird. Die zum Gelieren der Überzüge .erforderliche Zeit kann vermindert werden, indem man einen Beschleuniger, wie z. B. Ammoniakdä.nrpfe, Magnesiumoxyd oder irgendein geeignetes Alkali, verwendet, oder vorzugsweise das Modell nach .der Bildung der einzelnen C ber- züge in einen Luftstrom von hoher Geschcvin-, digkeit, z.
B. in einen Windkanal, bringt, um die flüchtigen Bestandteile der Suspension ztt vertreiben und so die Bildung eines Gels zu bewirken.
Das zur Erzeugung der Überzüge verweh- , dete iHaterial kann ein trockenes Gemisch von 30 Getv % Silieiumdioxy dsand und 60 Gew.o/o Silicittmdioxydmehl. enthalten, das dem oben genannten Bindemittel im Mengen verhältnis von 347 g pro 100 eins Bindemit- - tel zugesetzt wird.
Die Korngrössen der ver schiedenen oben genannten Materialien sind wichtig.
In der folgenden Tabelle sind geeignete Korngrössen einerseits für Siliciumdioxvd- , sand und Silicitimdioxydmehl, die dazu be stimmt sind, im Gemisch mit dem Bindemit tel zur Herstellung von Tauchbädern für die Erzeugung der L?berzüge verwendet zu wer den, und anderseits für das Verputzmaterial f (z. B. gemahlenen Ofenziegelstein) angege ben.
Die in der linken Nebenkolonne der niit Lichte Maschenweite betitelten Kolonne an geführten Werte beziehen sich auf Siebe, durch welche das Siebgut hindurchgeht, 9 während die in der rechten Nebenkolonne an geführten Werte jene Siebe kennzeichnen, die das Siebgut. zurückhalten. So ist z. B. der ersten Zeile der Tabelle zu entnehmen, dass das Siebgut aus Partikeln mit solchen Korn grössen besteht, da.ss es durch ein Sieb mit der lichten Maschenweite von 0,317 mm hin durchgeht, während 301/o davon von einem Sieb mit der lichten Maschenweite von 0,21 mm zurückgehalten werden.
Die mit a) und b) bezeichneten Siebanalysen beziehen sich auf das gleiche Material. .
EMI0005.0007
<I>.Siebanalysen</I>
<tb> Lichte <SEP> Maschenweite <SEP> Gew. <SEP> %
<tb> Material <SEP> mm <SEP> zurückgehaltenes
<tb> Material
<tb> Siliciumdioxydsa.nd <SEP> 0,317 <SEP> 0.,21 <SEP> 30
<tb> 0,21 <SEP> 0,127 <SEP> 50
<tb> 0,127 <SEP> 0,084 <SEP> 15
<tb> Siliciumdioxydniehl <SEP> 0,127 <SEP> 0,084 <SEP> 15
<tb> 0,084 <SEP> 0,063 <SEP> 10
<tb> 0,063 <SEP> 75
<tb> Verputzmaterial <SEP> a) <SEP> 0,42 <SEP> 0,317 <SEP> 10
<tb> (z. <SEP> B. <SEP> gemahlener <SEP> 0,317 <SEP> 0,21 <SEP> 25
<tb> Ofenziegelstein) <SEP> 0,21 <SEP> 0,139 <SEP> 20
<tb> 0;
139 <SEP> 0,084 <SEP> 25
<tb> 0,084 <SEP> 20
<tb> b) <SEP> 1,27 <SEP> 0,635 <SEP> 40
<tb> 0,635 <SEP> 0,42 <SEP> 45
<tb> 0,42 <SEP> 0,21 <SEP> 15 Es ist wichtig, dass die feuerfesten Mate rialien vor dem Gebrauch trocken sind.
An Stelle der oben genannten Materialien können andere feuerfeste Materialien, wie z. B. Zirkoniumsilika.t, Sillima.nit, Alumi- niumoxyd, verwendet werden, die gegebenen falls andere Korngrössen aufweisen und in andern Mengenverhältnissen verwendet: wer den können als die oben genannten Materia lien. Die jeweils zu verwendenden Materialien werden entsprechend. der Form des Guss.- stüekes, dem zu giessenden Metall und der ge wünschten Oberflächenbeschaffenheit des Gussstückes gewählt.
Entsprechend kann man auch andere Bindemittel, wie z. B. Na.trium- silikat, Zement, gebrannten Gips und der gleichen, verwenden.
Nachdem die Schale .auf die gewünschte Dicke, beispielsweise auf 0;63-1,27 cm, 7e- braclit worden ist, muss das Wachsmodell ohne Beschädigung der Schale entfernt wer den. Zu diesem Zweck wird das in die Schale eingekleidete Modell in solcher Lage in einer Atmosphäre von Trichloräthylendämpfen auf gehängt, dass das geschmolzene Wachs aus allen Teilen der Schale auslaufen kann. Eine mit Trichloräthylen bei 120 C arbeitende Entfettungsanlage von gewöhnlicher Bauart eignet sich gut für die Durchführung dieses Teils des Verfahrens.
Die Trichloräthylen- dämpfe dringen in die durchlässige .Schale ein, lösen die Modellmasse und spülen die Schale aus, so dass an der Schale keine Spar von Wachs zurückbleibt und somit für jede gegebene Art von eine maxi male Porosität ,erhalten wird. Die Erfindung ermöglicht somit eine rasche Entwachsung der Schale.
Das auf den Boden der Ent fettungsanlage fallende Gemisch von Wachs und Trichloräthylen kann getrennt werden, worauf die beiden Bestandteile erneut ver wendet werden können.
Diese Trennung kann in einer Anlage, die derart arbeitet, da.ss der grösste Teil des Trichloräthylens bei 120 C abdestilliert und die im Wachs 7urüek'hleiben- den Spuren von Trichloräth5len durch Hin durchblasen von Luft durch das Gemisch ent fernt werden, leicht durchgeführt werden..
Die Schale wird dann in einen Form kasten aus hitzebeständigem Stahl gestellt und ringsum mit einem Mantel aus trockenem, feuerfestem Material umgeben. Dieses Mate rial kann aus Sand oder gemahlenem, ge branntem Ofenziegelstein oder aus irgend einem andern Material., das .die Schale genii- gend stützt und der Temperatur, auf welche die Giessform erhitzt wird, widersteht, und Glas sieh ausserdem nicht .dermassen ausdehnt, dass auf die Schale ein zum Eindrücken der selben genügender Druck ausgeübt wird, be stehen.
Ein Gemisch von Sand und von auf eine Grösse von 0,32 ein zerkleinertem, ge branntem Ofenziegelstein gestattet die Erzie lung ausgezeichneter Resultate und entspricht nicht nur den oben angeführten B:eding2ln- gen, sondern besitzt ausserdem den Vorteil, dass bei Erhitzung der Giessform auf erhöhte Temperatur das Gemisch eine leicht frit- tende Wirkung ausübt, wodurch der Schale ein besserer Halt verliehen wird und somit das Giessen unter Druck durchgeführt wer den kann.
Gegebenenfalls kann man dem Ge- rnisch zur Erzielung einer festeren Verbin dung frittende Mittel zusetzen. Die Korn grösse des Gemisches kann von Giessform zii Giessform verändert werden, um die rich tige Abkühlungsgeschwindigkeit für das .:u giessende Produkt zu, erzielen. Die Korngrösse kann auch innerhalb ein und derselben Form variiert werden., um ein progressives Erstarren zu erzielen.
Die Schale samt .deren. Verkleidung wird hierauf auf eine erhöhte Temperatur ge bracht und stabilisiert, worauf das Metall gegossen wird.
-Nach Abkühlung der Giessform kann das (russstüek leicht daraus entfernt werden, indem man das Füllmaterial ausgiesst, das dann zur @V iederverwendung bereit steht, und die Schale durch Hämmern oder Vibrie- ren vom Gussstüek loslöst. Die vom Gussstück entfernten Bruchstücke der Schale können zerkleinert und entweder als Verputzma.terial iür eine neue Schale oder als Füllmaterial für die Einbettung der Giessform verwendet werden.