DE1053742B - Verfahren zum Entfernen von verlorenen Modellen aus Praezisionsgiessformen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zur Herstellung komplizierter und genauer Gußstücke erweist sich das Präzisionsgießverfahren als besonders geeignet. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß ein Modell des herzustellenden Gußstückes gebildet, dann mit Hilfe des Modells die Gußform hergestellt und hierauf das Modell durch Ausschmelzen, Verbrennen oder Herauslösen aus der Gießform entfernt wird, worauf nach einer allfälligen Trocknungsoder Brennbehandlung die Gießform zum Gießen bereit ist. In der Regel werden die Modelle aus Wachs gebildet und durch Wärmeeinwirkung aus der gebildeten Gießform ausgeschmolzen. Allfällige Rückstände werden bei einer nachfolgenden Brennbehandlung verflüchtigt und/oder verbrannt. An Stelle von Wachs ist auch bereits gefrorenes Quecksilber vorgeschlagen worden.

Bei einem durch Wärmeeinwirkung aus dem Formkörper zu entfernenden Modell läßt sich nicht vermeiden, daß der Modellwerksftoff sich ausdehnt. Dies kann zu einer Beschädigung der das Modell umschließenden Formschicht führen, da letztere einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als der Modellwerkstoff besitzt. Ganz besonders tritt diese Gefahr bei Wachsen auf, die sich durch eine Unstetigkeit in der Wärmeausdehnungskurve auszeichnen. Es ist jedoch bereits vorgeschlagen worden, zur Ausschaltung dieser Nachteile das Wachsmodell ohne Wärmeeinwirkung mit Hilfe eines Lösungsmittels aus dem Formkörper herauszulösen, z. B. mittels Trichloräthylendampf.

Vielfach zeigt sich, daß das Herauslösen löslicher Modelle sehr lange Zeit beansprucht oder in gewissen Fällen überhaupt nicht vollständig durchgeführt werden kann. An der mit dem Lösungsmittel in Berührung kommenden Oberfläche des Modells setzt wohl ein Auflösen ein. Hingegen bildet sich eine schmierige Deckschicht, die den Zutritt des Lösungsmittels zu tiefer gelegenen Modellpartien verhindert, so daß der Lösungsprozeß sehr langsam oder sogar unvollständig abläuft.

Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile bei der Verwendung von durch Herauslösen aus dem Formkörper zu entfernender Modelle weitgehend auszuschalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Modell unter Einwirkung von Schallschwingungen herausgelöst wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Einwirkung von Schallschwingungen das Entstehen einer den Zutritt von Lösungsmittel erschwerenden Deckschicht verhindert, womit der Zutritt von frischem Lösungsmittel zu tiefer gelegenen Modellteilen ermöglicht wird.

Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von Harnstoff als Modellwerkstoff. Die bisher in der Regel üblichen Wachse

zum Entfernen von verlorenen Modellen aus Präzisionsgießformen

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft_r
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 15. August 1957

besitzen neben dem Vorteil leichter Bildsamkeit doch ganz bestimmte Nachteile.

So weisen Wachse ein amorphes Gefüge auf und sind selbst bei Raumtemperatur wenig standfest. Insbesondere in den warmen Jahreszeiten erfolgt eine Deformation durch Kriechen des Modellwerkstoffes, ferner auch während der Abkühlung des Wachses in der zur Modellbildung dienenden Form sowie während des Erkaltens nach dem Herausnehmen aus dieser Form. Hinzu kommt, daß innere Spannungen im Wachs bei Erwärmen der Gießform zum Herausschmelzen des Wachses ebenfalls Modellformationen verursachen, welche zu Rissen in der das Modell umschließenden Formschicht führen. Eine solche Rißbildung wird vielfach auch verursacht durch die verhältnismäßig große Ausdehnung der Modellmasse beim Erhitzen der Gießform. Ein wesentlicher Nachteil ist ferner der hohe Preis der in Frage kommenden Wachse, die im Hinblick auf eine möglichst kleine Wärmeausdehnungszahl in der Regel aus einer Mischung einer größeren Zahl verschiedener geeigneter Wachssorten bestehen.

Gegenüber Wachs zeichnet sich Harnstoff als Modellwerkstoff durch eine Reihe von Vorteilen aus.

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Einerseits beträgt der Preis für Harnstoff nur etwa den sechsten Teil desjenigen von Modellwachs. Andererseits besitzt Harnstoff in festem Zustand eine kristalline Struktur und zeichnet sich deshalb durch sehr gute Standfestigkeit auch bei höheren Temperaturen aus. Harnstoff schmilzt ferner bei 132° C, was die Bildung der Modelle in üblichen Spritzmaschinen unter Verwendung niedriger Arbeitsdrücke ermöglicht. Zu diesen Eigenschaften kommt hinzu, daß Harnstoff wasserlöslich ist. Mithin erscheint es möglich, die Modelle anstatt durch Wärmeeinwirkung ebenfalls mit Hilfe eines Lösungsmittels aus der Gießform zu entfernen, wobei Wasser im Vergleich zu dem bei Wachsen üblichen Trichloräthylen ein denkbar billiges Lösungsmittel darstellt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Bildung von Hohlräumen in Wachsmodellen für das Präzisionsgießverfahren Harnstoffkerne zu, verwenden. Zu diesem Zweck wird ein Harnstoffkern in die zur Bildung des Wachsmodells dienende Form eingelegt und der Hohlraum zwischen Kern und Forminnenwänden auf bekannte Weise mit Wachs ausgefüllt. Der Harnstoff wird hierauf mit Wasser aus dem Wachsmodell herausgelöst und hierauf auf übliche Weise die Gießform gebildet und das Wachsmodell ausgeschmolzen.

Gerade Modelle aus Harnstoff lassen sich aber mit Hilfe von Wasser praktisch nur schwer aus dem Formkörper entfernen, während bei Herauslösen eines Harnstoffmodells unter Einwirkung von Schallschwingungen mit einer Frequenz von z. B. 20 OOO Hertz ein vollständiges und rasches Herauslösen stattfindet. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht deshalb darin, ein im wesentlichen aus Harnstoff bestehendes Modell herzustellen, anschließend mit Hilfe dieses Modells einen Formkörper mit wasserresistenter Bindung zu bilden und hierauf das Modell unter der geschilderten Einwirkung von Schallschwingungen mit Hilfe eines wäßrigen Lösungsmittels herauszulösen. Zweckmäßig kann hierbei durch Eintauchen des Modells in eine breiartige Formmasse ein schalenartiger Formkörper gebildet werden, der vor dem Herauslösen des Modells einer Trocknungsbehandlung unterworfen wird.

In gewissen Fällen macht sich die Sprödigkeit von Harnstoffmodellen nachteilig bemerkbar. Diese Erscheinung kann durch an und für sich bekanntes Beimischen von Polyvinylalkohol in einer Menge bis zu 10% Harnstoff vor dessen Formung zum Modell ausgeschaltet werden. Auch kann zum gleichen Zweck vorteilhaft dem Harnstoff vor seiner Formung zum Modell brennbares Fasermaterial zugegeben werden, das nach Herauslösen des Harnstoffes aus dem Formkörper bei einer anschließenden Brennbehandlung des Formkörpers verbrennt.

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Verwendung von Harnstoff als Modellwerkstoff vorteilhaft anwenden. So ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Herauslösens von Modellen, die aus anderen Werkstoffen bestehen, z. B. aus löslichen Wachsen oder aus Kochsalz.

Das erfindungsgemäße A^erfahren richtet sich ausschließlich auf das Herauslösen von Modellen aus Formkörpern für Gießereizwecke; es ist z. B. bekannt, durch die Einwirkung von Ultraschall das Herauslösen von Schmutzteilchen aus Wäschestücken zu unterstützen.

Die Erfindung ist an Hand nachstehender Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung ver-

anschaulicht eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Beispiel 1

Auf einer Spritzgußmaschine üblicher Ausführung wird über seinen Schmelzpunkt erhitzter Harnstoff mit Hilfe einer Metallkokille zu einem Modell des herzustellenden Gußstückes — z. B. eine Turbinenschaufel — geformt. Nach der Verfestigung des Harnstoffes wird das so erhaltene Modell aus der Kokille herausgenommen. Zur Bildung des Formkörpers wird eine durch Mischen einer Lösung aus 1,5 1 Äthylsilikat, 2,5 1 Alkohol, 0,25 1 Wasser und 5 cm³ Salzsäure mit 18 kg Zirkonsand hergestellte Formmasse benutzt. Das Harnstoffmodell wird mehrere Male in diese Formmasse eingetaucht, wobei sich um das Modell schließlich ein wasserfester schalkörperartiger Überzug von beispielsweise 3 bis 4 mm Dicke bildet. Hierbei wird dafür Sorge getragen, daß der zur Bildung des Eingusses dienende Modellteil nach außen frei liegt. Der so erhaltene Formkörper wird im Trockenschrank während 8 Stunden bei einer Temperatur von etwa 120° C getrocknet und anschließend zusammen mit dem den Formhohlraum ausfüllenden Modell in ein Lösungsmittelbad verbracht. Das Lösungsmittel ist Wasser. Zum Herauslösen des Modells wird die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung benutzt. Diese weist einen Behälter 1 auf, der mit Wasser gefüllt ist. Der Formkörper 2 oder mehrere Formkörper zusammen werden in einen Drahtkorb 3 gelegt, dessen Boden sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 4 befindet. Am Boden des Gefäßes ist eine Schallschwingungen emittierende, schematisch dargestellte Vorrichtung 5 angeordnet. Diese kann beispielsweise Nickelkerne aufweisen, die von Hochfrequenzspulen umschlossen sind, welche ihrerseits an den Schwingungserzeuger 6 angeschlossen sind. Nickel besitzt magnetostriktive Eigenschaften, Unter dem Einfluß des mit Hilfe der Spulen erzeugten Magnetfeldes verändert sich das Volumen der Nickelkerne synchron. Durch Einstellung der Schwingungszahl auf z. B. 20 000 Schwingungen pro Sekunde emittiert die Vorrichtung 5 Schallwellen in das Lösungsbad. Diese Frequenz liegt etwa an der Hörgrenze, d. h. am Anfang des Ultraschallbereiches. Das Herauslösen der Harnstoffmodelle erfolgt rasch und vollständig. Nach dem Herausnehmen der Formkörper 2 aus dem Lösungsmittelbad werden sie getrocknet und anschließend einer Brennbehandlung bei einer Temperatur von beispielsweise 500° C unterworfen.

Das Herauslösen des etwa 200 g schweren Modells war in 2V2 Stunden vollständig abgeschlossen. Ein Vergleichsversuch ohne Einwirkung von Ultraschall ergab eine Zeitdauer von 15 Stunden für das vollständige Herauslösen des Wachsmodells. Eine Beeinträchtigung der Struktur und der Festigkeit des schalenförmigen Formkörpers konnte nicht festgestellt werden.

Beispiel 2

Dem zur Herstellung des Modells dienenden Harnstoff werden Zellulosefasern mit einer Faserlänge von etwa 2 bis 3 mm in einer Menge von etwa 0,5 Gewichtsprozent beigegeben und aus diesem Gemisch das Modell geformt. Im übrigen entspricht die Bildung des Formkörpers und das Herauslösen des Modells dem für Beispiel 1 angegebenen X⁷Orgehen. Beim Brennen des Formkörpers verbrennen die im Formhohlraum nach dem Herauslösen des Modells zurück-

Claims (9)

gebliebenen Fasern. Die Faserzugabe erfolgt zu dem Zweck, ein Abbrechen scharfer Kanten mit Hilfe der als Armierung wirkenden Fasern zu verhindern. Beispiel3 ^ Dem zur Bildung des Modells dienenden Harnstoff wird vor der Modellherstellung Polyvinylalkohol in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent beigemischt, vorzugsweise in einer Menge zwischen 2 und 5 Gewichtsprozent. Das weitere Vorgehen zur Bildung des Formkörpers entspricht dem im Beispiel 1 angegebenen Verfahren. Der in der Modellmasse enthaltene Polyvinylalkohol setzt die Modellsprödigkeit herab und verhindert ebenfalls das Abbröckeln scharfer Kanten. Beispiel 4 Kochsalz wird durch Erhitzen auf seinen Schmelzpunkt verflüssigt und in Formen gegossen, deren Formhohlraum der Gestalt des gewünschten Modells entspricht. Das weitere Vorgehen zur Bildung des Formkörpers entspricht dem im Beispiel 1 angegebenen Verfahren. Beispiels Wachs wird mit Hilfe geeigneter Formen auf einer Wachsspritzmaschine zu Modellen geformt und diese in eine Formmasse zur Bildung des Formkörpers eingebettet. Der Formkörper wird zusammen mit dem den Formkörperhohlraum ausfüllenden Modell in ein Lösungsmittelbad verbracht, das aus Trichloräthylen besteht. Hierbei wird unter Einwirkung von Ultraschall das Wachs aus dem Formkörper entfernt. Beispiele OJ Polyäthylenglykol wird mit Hilfe einer geeigneten Form zu einem Modell geformt und mit dessen Hilfe ein Formkörper mit wasserresistenter Bindung hergestellt. Das Ganze wird in ein wäßriges Lösungsmittel gebracht und das Modell unter Einwirkung von Ultraschall aus dem Formkörper herausgelöst. Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr könnten auch andere Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschall benutzt werden, z. B. piezoelektrisch wirkende Schallstrahler. Auch kann zur Bildung des Formkörpers eine andere als die angegebene Formmasse benutzt werden. Als geeignete Frequenzen der Schallschwingungen erweisen sich solche zwischen 10 000 und 30 000 Hertz. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von mit Hilfe eines Lösungsmittels auslösbaren Modellen aus Präzisionsgießformen, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell unter Einwirkung von Schallschwingungen herausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallschwingungen eine Frequenz zwischen 12 000 und 30 000 Schwingungen pro Sekunde aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Eintauchen des Modells in eine breiartige Formmasse ein schalenartiger, gegenüber dem Lösungsmittel für die Modellmasse resistenter Formkörper gebildet wird, der vor dem Herauslösen des Modells einer Trocknungsbehandlung unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen aus Harnstoff bestehendes Modell mit Hilfe eines wäßrigen Lösungsmittels herausgelöst wird.

5. Modellmasse für die Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Harnstoff vor seiner Formung zum Modell Polyvinylalkohol in einer Menge bis zu 10% beigemischt wird.

6. Modellmasse für die Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Harnstoff vor seiner Formung zum Modell brennbares Fasermaterial zugegeben wird und daß nach Herauslösen des Modells der Formkörper einer Brennbehandlung unterworfen wird.

7. Modellmasse für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff Kochsalz verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff ein Wachs und als Lösungsmittel Trichloräthylen verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellmasse wasserlösliche Wachse auf der Basis von Polyäthylenglykol und ein wäßriges Lösungsmittel verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 829 939;
französische Patentschrift Nr. 930 762;
»Gießerei« vom 3. 3. 1955, S. 110;
Bergmann: »Der Ultraschall und seine Anwenmg in Wissenschaft und Technik«, 1954, S. 788/798.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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