Verfahren zur Herstellung von Formen für Giessereizwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Formen für Giessereizwecke mit Hilfe von Modellen, die, z. B. durch Ausschmelzen, Verbren nen oder Herauslösen, aus der Form entfernt werden. In der Regel werden solche Modelle aus Wachs oder einem thermoplastischen Kunststoff gebildet und mit tels Wärmeeinwirkung aus der gebildeten Giessform durch Ausschmelzen beziehungsweise Verbrennen ent fernt.
Neben dem Vorteil leichter Bildsamkeit besitzen Wachse und Kunststoffe als Modellwerkstoff doch ganz bestimmte Nachtedle. In warmen Jahreszeiten sind insbesondere Wachsmodelle wenig standfest und beeinträchtigen die Masshaltigkeit durch Kriechen des Modellwerkstoffes, ferner auch während der Abküh lung in der zur Modellbildung dienenden Form sowie während des Erkaltens nach dem Herausnehmen aus der Form.
Diese Erscheinungen lassen sich auf die amorphe Struktur der Wachse und Kunststoffe zu- rückführen: Hinzu kommt, dass innere Spannungen in einem aus Wachs oder aus :
einem Kunststoff beste henden Modell bei Erwärmen der Giessform zum Her- ausschmelzen beziehungsweise Verbrennen des Mo dells ebenfalls Modelldeformationen verursachen, welche zu Rissen in der das Modell umschliessenden Formschicht führen. Letztere besitzt zudem meist einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als die ge nannten Modellwerkstoffe.
Es ist deshalb bereits vor geschlagen worden, verlorene Modelle durch Heraus lösen mit Hilfe eines Lösungsmittels aus der Giessform zu entfernen, z. B. Wachsmodelle mit Hilfe von Tri- chloräthylen. Ein weiterer Nachteil ist ferner der hohe Preis der in Frage kommenden Wachse und Kunst stoffe.
Gegenüber Wachsen und Kunststoffen zeichnet sich Harnstoff als Modellwerkstoff durch eine Reihe von Vorteilen aus. Einerseits beträgt sein Preis nur etwa den sechsten Teil desjenigen von Modellwachs. Anderseits besitzt Harnstoff in festem Zustand eine kristalline Struktur und zeichnet sich deshalb durch sehr gute Standfestigkeit auch bei höheren Tempe raturen aus.
Harnstoff schmilzt ferner bei 132 , was die Bildung der Modelle in üblichen Spritzmaschinen unter Verwendung niedriger Arbeitsdrücke ermög licht. Zu diesen Eigenschaften kommt hinzu, dass Harnstoff wasserlöslich ist.
Mithin erscheint es mög lich, die Modelle aus Harnstoff mit Hilfe eines Lö sungsmittels aus der Giessform zu entfernen, wobei Wasser ein denkbar billiges Lösungsmittel darstellt im Vergleich zu dem für Wachsmodelle bereits vor geschlagenen Herauslösen mittels Trichloräthylen.
Den genannten vorteilhaften Eigenschaften von Harnstoff als Modellwerkstoff steht als Nachteil ge genüber, dass Modelle aus Harnstoff verhältnismässig spröde sind. Insbesondere neigen scharfe Kanten zum Abbröckeln. Ferner bedingt die geringe Schlagfestig keit eine sorgfältige Handhabung der Modelle. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht, diese Nach- teile weitgehend auszuschalten;
es ist dadurch gekenn- zeichnet, dass ein aus einer Mischung von geschmol- zenem Harnstoff und einem Polyvinylalkohol gebil detes Modell verwendet wird, Nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellte Modelle zeichnen sich durch eine gute Schlag festigkeit aus und selbst scharfe Kanten und Spitzen neigen nicht zum Abbröckeln. Diese Wirkung kann so erklärt werden,
dass der in der geschmolzenen Harnstoffmasse enthaltene Polyvinylalkohol weiter polymerisiert, und zwar unter teilweiser Kondensation von Polyvinylalkohol mit Harnstoff zu netzartigen Molekülen wie auch Kettenmolekülen, welche die Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Modelle auf die geschilderte Weise verbessern.
Vorteilhaft kann mit Hilfe des aus einer Mischung von Harnstoff und einem Polyvinylalkohol gebildeten Modells eine Form aus wasserresistentem Material hergestellt und hierauf das Modell durch Herauslösen mit Hilfe eines wässrigen Lösungsmittels aus der Form entfernt werden.
Die zur Modellherstellung verwen dete Mischung enthält den Polyvinylalkohol am besten in einer Menge von nicht mehr als 10 Gewichtspro zenten, vorzugsweise in einer Menge zwischen 2 bis @5 Gewichtsprozenten. Der mit dem Harnstoff zu mi schende Polyvinylalkohol weist zweckmässig einen Polymerisationsgrad von 200 bis 300 auf.
<I>Beispiel 1</I> Pulverförmiger Harnstoff wird mit 3 Gewichts prozenten Polyvinylalkohol in Pulverform gemischt und die erhaltene Mischung in einer Spritzguss- maschine so weit erhitzt, dass der Harnstoff sich in ge schmolzenem Zustand befindet.
Die Mischnug aus ge schmolzenem Harnstoff und Polyvinylalkohol wird mit Hilfe einer Metallkokille zu einem Modell des herzustellenden Gussstückes - z. B. eine Turbinen schaufel - geformt. Nach der Verfestigung des Mo dells wird dieses aus der Kokille herausgenommen.
Zur Bildung der Form wird eine durch Mischen einer Lösung aus 0,5 1 Äthylsilikat (Markenprodukt), 2,5 1 Alkohol, 0,251 Wasser und 5 em3 Salzsäure mit 18 kg Zirkonsand hergastellte Formmasse benützt.
Das Modell wird mehrere Male in diese Formmasse eingetaucht, und -so um das Modell schliesslich ein wasserfester schalenartiger Überzug von beispielsweise 3 bis 4 mm Dicke gebildet. Hierbei wird dafür Sorge getragen, dass der zur Bildung des Eingusses dienende Modellteil nach aussen freiliegt. Der so erhaltene Formkörper wird mehrere Stunden an der Luft trock- nengelassen und hierauf zusammen mit dem den Formhohlraum ausfüllenden Harnstoffmodell in ein Lösungsmittelbad verbracht.
Das Lösungsmittel ist Wasser, dem 5 Gewichtsprozente salpetrige Säure zu gegeben wurden. Das Lösungsmittel reagiert mit dem Harnstoff :in der Weise, dass Kohlensäure, Stickstoff und Wasser entsteht. Diese Gasentwicklung unter stützt den Lösungsprozess, indem sie Benn Aufsprengen der mit dem Lösungsmittel in Berührung kommenden Oberfläche bewirkt,
so dass in Lösung begriffene Harnstoffteilchen stetig weggedrängt werden und so den Zutritt von Lösungsmitteln zu tiefergelegenen Modellteilen ermöglichen. Nach abgeschlossenem Herauslösen werden die Formen aus dem Lösungs- mittelbad herausgenommen und einige Stunden an der Luft trocknengelassen, um hierauf in einem Ofen z.
B. während sechs Stunden :bei einer Tempe ratur von 500 C gebrannt zu weiden. Nach dem Herausnehmen eus dem Brennofen wird flüssiges Me tall in die erhaltene Giessform eingegossen. Die Guss- stücke zeichnen sich durch sehr gute Masshaltigkeit und Oberflächengüte aus.
So gelingt es, eine Mass- genauigkeit von 2 %0 zu erhalten. <I>Beispiel 2</I> Ein auf gleiche Weise wie nach Beispiel 1 erhal tenes Modell wird durch Eintauchen in eine aus Quarzmehl und einem Bindemittel bestehende Form masse mit einem dünnen Überzug versehen und nach Verfestigung es Überzugs in einen zylinderförmigen Formkasten gebracht und in diesem mit einer zweiten Formmasse hinterfüllt.
Der zur Bildung des Einguss- kanals dienende Modellteil kann aus dem gleichen Material wie das Modell bestehen oder aber für sich aus einem billigen Wachshergestellt sein. Der Form kasten wird hierauf in einen Trocknungs- und einen Brennofen verbracht und hierbei das Modell aus geschmolzen. Allfällige Modellrückstände verbrennen während der Brennbehandlung. Nach dem Heraus nehmen des Formkastens aus dem Brennofen wird Metall in die Giessform gegossen.
Beim geschilderten Herauslösen des Modells ist zu beachten, d@ass der neben dem Harnstoff zur Bil dung des Modells dienende Pölyvinylalkohol eben falls wasserlöslich ist, dass jedoch seine Löslichkeit vom Polymerisationsgrad abhängt.
Bei hohem Poly- merisationsgrad des Polyvinylalkohols im gebildeten Modell ist es allenfalls nötig, durch Aufrühren des Lösungsmittels ein Herausschwemrnen des nicht voll ständig gelösten, jedoch aufgequollenen Polyvinyl- alkohols herbeizuführen. Zweckmässig kann das Her auslösen auch unter Einwirkung von Ultraschall er folgen.
Zu diesem Zweck wird ein beispielsweise mit 20 000 Hertz schwingender Ultraschallstrahler im Lö- sungsmittelbad angeordnet.
Zur Bildung des Formkörpers können auch an dere als die angegebene Formmasse verwendet wer den. Ferner wäre es auch möglich, beim Herauslösen der Modelle Lias Lösungsmittel in Dampfform zur Einwirkung zu bringen.