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Herstellung von Gießformen unter Verwendung von ausschrnelzbaren Modellen
Die Erfindung betrifft die Entfernung von Modellen aus einem leicht schmelzbaren
Material aus Hohlformen, die aus einem feuerfesten Material bestehen. und beschäftigt
sich speziell mit einem Verfahren, bei welchem das Modellmaterial durch Abbrennen
einer brennbaren Flüssigkeit ausgeschmolzen wird. mit welcher die Form zuvor getränkt
wurde.
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Zur Herstellung von Präzisionsgußstücken wird von dem herzustellenden
Gußteil für gewöhnlich ein Wachsmodell oder ein Modell aus einem anderen, leicht
schmelzbaren Material hergestellt, worauf dann die Hohlform aus dem hochschmelzenden
Material in der Weise erzeugt wird, daß das Modell mehrfach in eine flüssige Suspension
eines feinkörnigen Formenmaterials eingetaucht wird, die auf dem Modell erhärtet.
Wenn in dieser Weise auf dem Modell eine Hohlform aus einem feuerfesten Material
gebildet ist, muß lediglich das Modell aus ihr entfernt werden, damit man eine Präzisionsgußform
für den Gegenstand erhält, der gegossen werden soll.
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Es ist jedoch einige Sorgfalt erforderlich, daß die Form beim Entfernen
des Modellmaterials nicht beschädigt wird. Eines der gebräuchlichsten Verfahren
zur Entfernung des Modells besteht darin, daß die Form in einem Ofen erhitzt wird,
bis das Modellmaterial ausgeschmolzen ist. Bei dieser Arbeitsweise tritt jedoch
oft eine Verformung oder ein Bruch der Form ein, da sich das Modell vor dem Schmelzen
-beträchtlich stärker ausdehnt als das Material der Form. Wird die Erhitzungsgeschwindigkeit
der Form und des darin befindlichen Modells erhöht, so wird ein genügend großer
Anteil des Modells sehr rasch zum Schmelzen gebracht, so daß die durch dessen Expansion
auf die Form ausgeübten Kräfte herabgesetzt werden; auf diese Erkenntnis gründen
sich einige verbesserte Verfahren, nach welchen die Form mit dem darin befindlichen
Modell in einer Flüssigkeit oder in einem aus festen Teilchen bestehenden Medium
erhitzt wird. Der Hauptgegenstand der Erfindung ist nun eine andere, weniger komplizierte
Erhitzungstechnik, um eine Form und das darin befindliche Modell genügend rasch
zu erhitzen, damit keine Beschädigung der Form durch das sich ausdehnende Modell
zu befürchten ist. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur
zur Entfernung des Modells, sondern unter bestimmten Voraussetzungen zugleich auch
zu einer Verfestigung der Form dienen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen eines Modells aus einem
leicht schmelzenden Material aus einer Hohlform, die aus einem feuerfesten Material
besteht, ergibt sich im Prinzip aus den folgenden Einzelschritten: Die Form mit
dem darin befindlichen Modell wird zuerst mit einer brennbaren Flüssigkeit getränkt.
Dann wird die Flüssigkeit, die in die Poren der Form eingezogen ist, in Brand gesetzt
und so lange brennen gelassen, bis die Temperatur im Innern der Form den Fließpunkt
des Modellmaterials überschritten hat und bis mindestens der Hauptteil des Modells
aufgeschmolzen ist. Dann wird das schmelzflüssige Modellmaterial aus der Form ausgegossen.
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Für die praktische Durchführung dieses Verfahrens zur Entfernung des
Modellmaterials aus einer frisch hergestellten Hohlform aus feuerfestem Material
ist kaum eine spezielle Ausrüstung erforderlich. Das Tränken der Form mit der brennbaren
Flüssigkeit kann auf verschiedenerlei Art und Weise vorgenommen werden, z. B. dadurch,
daß die Form in einen Behälter, der mit dieser Flüssigkeit gefüllt ist, eingetaucht
wird, oder daß die Flüssigkeit auf die Form aufgesprüht wird usw. Anschließend kann
die Form an einem Ort abgebrannt werden, der ausreichend belüftet und gegen die
Flammen gesichert ist. Es wurde gefunden, daß mindestens die äußere Schicht des
Modellmaterials innerhalb der Hohlform sehr rasch erhitzt wird, wenn man die brennbare
Flüssigkeit abbrennt, mit welcher die äußere Schicht der Form getränkt ist;- durch
dieses rasche Erhitzen wird aber das Modellmaterial, das an der Innenseite der Form
angrenzt, aufgeschmolzen, bevor sich das gesamte Modell verhältnismäßig stärker
ausdehnen
kann als die Form, was zu einem Bruch oder eine Verformung
der Form führen könnte.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin,
daß es sich nicht nur zum Entfernen des Modellmaterials aus der Form, sondern auch
zu einer Verstärkung dieser Form verwenden läßt. So ist z. B. eine Form, die aus
einem gelierte Kieselsäure enthaltenden Material besteht, wie man sie z. B. dadurch
-erhält, daß das Modell in eine Aufschlämmung getaucht wird, die als Bindemittel
hydrolysiertes Äthylsilikat oder Isopropylsilikat enthält, nachdem sie an Luft erhärtet
ist und noch keiner Wärmebehandlung in einem Ofen ausgesetzt war - also in ihrem
sogenannten »grünen Zustand« -verhältnismäßig weich. Die Form ist normalerweise
porös, also für Flüssigkeiten durchlässig, so daß sie erfindungsgemäß' mit einer
brennbaren Flüssigkeit getränkt werden kann, die ebenfalls Kieselsäure enthält.
Wenn die Flüssigkeit abgebrannt wird, um das Modellmaterial aus der Form auszuschmelzen,
so verbleibt auf der Form ein Kieselsäurerückstand, wenn. die Flüssigkeit selbst
verbraucht ist; und diese Kieselsäure trägt in erheblichem Maß zur Festigkeit der
Form, speziell im grünen Zustand, bei.
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Die Hohlform aus schwer schmelzendem Material, auf welche das vorliegende
Verfahren zur Entfernung des Modells angewandt werden kann, wird nach allgemein
bekannten Verfahren hergestellt. So wird z. B. ein Modell aus einem schmelzbaren
Material, wie etwa Wachs oder ein thermoplastisches Präparat, in eine Aufschlämmung
eingetaucht, die ein kieselsäurehaltiges Bindemittel und gewisse andere feuerfeste
Stoffe (nicht notwendigerweise Kieselsäure) enthält, und die an dem Modell haftende
Schicht der Aufschlämmung mit einem verhältnismäßig groben feuerfesten Material
bestreut. Die durch Tauchen aufgebrachte Schicht der Aufschlämmung kann z. B. hydrolysiertes
Äthylsilikat oder Isopropylsilikat als Bindemittel enthalten und durch einen zwei-
bis dreiminutigen Aufenthalt in einer Ammoniakatmosphäre geliert werden, sie kann
auch aus einer Aufschlämmung von gebundener kolloidaler Kieselsäure bestehen. Die
Aufschlämmung für die erste durch Tauchen aufgebrachte Schicht wird so gewählt,
daß sie eine verhältnismäßig feine Kornstruktur auf dem Modell erzeugt, da sie die
formende Oberfläche der vollständigen Form bildet. Dann wird eine andere Schicht
in ähnlicher Weise durch Tauchen aufgebracht, und dies wird so lange wiederholt,
bis sich auf dem Modell ein ausreichend dicker überzug gebildet hat. Die Aufschlämmung,
die zur Bildung aller auf die erste folgenden Schichten verwendet wird, hat eine
Zusammensetzung, welche eine verhältnismäßig gröbere Kornstruktur ergibt, so daß
die äußere Schicht der vollständigen Form verhältnismäßig kräftig ist. Alle diese
Schichten sind für Flüssigkeiten etwas durchlässig, wie etwa für die brennbaren
Flüssigkeiten, mit welchen sich die Erfindung befaßt (aber nicht für das schmelzflüssige
Metall), wobei die erste Schicht etwas weniger durchlässig ist als die darauf aufgebrachten
weiteren Schichten. Sobald die Herstellung der Form so weit gediehen ist, muß das
ausschmelzbareModell aus der vollständigen Form entfernt werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Hohlform mit dem darin befindlichen Modell
(durch Tauchen, Aufsprühen oder in anderer geeigneter Weise)- mit einer brennbaren
Flüssigkeit getränkt, wie z. B. Benzin, Hexan, Aceton, Alkohol oder mit einem anderer
flüssigen Brennstoff. Wenn die Form vollständig getränkt ist, wird die brennbare
Flüssigkeit entzündet; worauf man sie vollständig abbrennen läßt. Dabe: wird das
in der Form befindliche schmelzbare Material des Modells sehr rasch über seinen
Schmelzpunkt erhitzt und zwar mindestens in dem äußeren, an die Innenseite der Form
unmittelbar angrenzenden Bereich des Modells. Es konnte festgestellt werden, daß
die Wärme so rasch auf das Modell übertragen wird, daß dessen äußere Schichten schmelzen
und ablaufen, bevor die gesamte Masse des Modells eine kritische thermische Ausdehnung
zeigt; auf diese Weise wird die Gefahr einer Beschädigung oder eines Bruches der
Form vermieden. Beim weiteren Fortschreiten des Erhitzens wird das restliche Modellmaterial
aufgeschmolzen und zum Ausfließen gebracht, so daß die Form nun zum Vorerhitzen
vor dem Gießen fertig ist.
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Wird eine Aufschlämmung verwendet, die hydrolysiertes Äthyl- oder
Isopropylsilikat als Bindemittel enthält, so ist die Hohlform auf dem Modell nach
dem Gelieren im grünen Zustand noch sehr wenig stabil; sie kann aber erheblich verstärkt
werden, wenn zur Entfernung des Modells eine Kieselsäure enthaltende, brennbare
Flüssigkeit benutzt wird. Für diesen Zweck lassen sich sehr viele verschiedene Flüssigkeiten
verwenden, da sie als wesentliche Komponenten nur ein kieselsäurehaltiges und ein
brennbares Material enthalten müssen. Das erstere kann kolloidale Kieselsäure oder
Kieselsäure aus der Hydrolyse eines Kieselsäureesters in einem hydrolysierenden
Medium, und das letztere kann Aceton, Methyl-äthylketon, Äthanol oder Isopropanol
sein, um nur einige wenige -Beispiele zu nennen. Typische, Kieselsäure enthaltende
brennbare Flüssigkeiten sind z. B. hydrolysiertes Athylsilikat in Aceton, kolloidale
Kieselsäure in Isopropanol, hydrolysiertes Äthylsihkat in Athanol sowie hydrolysiertes
Isopropylsilikat in Äthanol. Nach dem Abbrennen, bei welchem das Modell entfernt
wird, bleibt der nicht brennbare Kieselsäureanteil in den Poren der Form zurück,
möglicherweise nur in deren äußerer Zone, zuweilen aber auch in der ganzen Dicke
der Wandung der Form bis zur inneren Zone, die unmittelbar auf das Modell aufgebracht
wurde. Dieser Kieselsäurerückstand füllt viele der Hohlräume in der gelierten Form
aus und trägt somit in einem erheblichen Umfang zu ihrer Festigkeit bei. Die Verstärkung,
welche die Form auf diese Weise erhält, ist für die nachfolgende Anwendung der Form
zum Gießen von erheblichem Vorteil, insbesondere, wenn sie dabei mechanisch stark
beansprucht wird.
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Wird als Bindemittel für das feuerfeste Material der Form kolloidale
Kieselsäure verwendet, so besteht für gewöhnlich keine Notwendigkeit, ihre Festigkeit
dadurch zu verstärken, daß für das erfindungsgemäße Entfernen des Modells aus der
Form eine Kieselsäure enthaltende, brennbare Flüssigkeit verwendet wird. Derartige
Hohlformen können mit Hexan, Aceton, Alkohol, Benzin und anderen, diesen ähnlichen
Brennstoffen getränkt werden, die keinen Kieselsäurerückstand hinterlassen. Die
Anwendung von Alkohol ist aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft, insbesondere
ist er mit Wasser mischbar, so daß er das Wasser in den Poren der -mit einem Kieselsäuresol.
gebundenen-Wandung der Hohlform besonders leicht verdrängt. Wird eine zusätzliche
Verstärkung
der Form gewünscht, wie sie etwa bei sehr großen Gußstücken notwendig ist, so können
die durch kolloidale Kieselsäure gebundenen Hohlformen mit besonderem Vorteil auch
durch Anwendung von Kieselsäure enthaltenden, brennbaren Flüssigkeiten verstärkt
werden.
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Bei einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Modell
aus einem Wachs, dessen Schmelzpunkt zwischen ungefähr 46 und ungefähr 66°C lag,
neunmal in eine Aufschlämmung von hydrolysiertem Äthylsilikat und einem feinteiligen,
feuerfesten Material eingetaucht. Nach jedem Tauchen wurde die anhaftende Schicht
der Aufschlämmung mit einem groben, feuerfesten Material bestreut und dann für 2
bis 3 Minuten in einer Ammoniakatmosphäre geliert. Die fertige gelierte Form, deren
Wandung eine Dicke von ungefähr 9,5 mm aufwies, wurde ungefähr 10 Minuten lang in
eine Aufschlämmung von kolloidaler Kieselsäure in Isopropanol eingetaucht, so daß
die Flüssigkeit die Wandung der noch im grünen Zustand befindlichen Hohlform durchtränkt.
Die Form wurde dann mit Hilfe von Klötzen so über eine Wanne gelegt, daß die Öffnung
nach unten zeigte; die ganze Anordnung befand sich unter einem Rauchabzug. Mit Hilfe
einer Gasflamme wurde dann die brennbare Flüssigkeit, mit der die Hohlform getränkt
worden war, entzündet, worauf dann die Flüssigkeit im Verlauf von einigen Minuten
abbrannte. Bei diesem Abbrennen schmolz das Wachs des Modells und floß durch die
Öffnung in die darunter befindliche Wanne. Auf diese Weise wurde die gesamte Wachsmenge
zum Schmelzen und Ausfließen gebracht, wobei die modellfreie Hohlform keinerlei
Verformung oder Bruch erlitt. Ihre Festigkeit im grünen Zustand war nach dem Entfernen
des Wachsmodells deutlich größer als zuvor.
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Bei einem anderen Beispiel nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
wurde ebenso wie bei dem ersten Beispiel verfahren; da aber kolloidale Kieselsäure
als Bindemittel für die Form verwendet wurde, war ein Gelieren nicht erforderlich;
außerdem wurde als brennbare Flüssigkeit Alkohol ohne jeden Zusatz verwendet. Auch
in diesem Fall wurde das Modell vollständig aus der Form entfernt, ohne daß diese
dabei verformt oder durch Bruch beschädigt wurde.