DE1258032B

DE1258032B - Production of molds using melt-out models

Info

Publication number: DE1258032B
Application number: DEH56816A
Authority: DE
Inventors: Charles Leo Benson
Original assignee: Howe Sound Co
Current assignee: Howe Sound Co
Priority date: 1964-08-13
Filing date: 1965-08-10
Publication date: 1968-01-04

Description

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.Manufacture of casting molds using melt-out models The invention relates to the removal of models from an easily meltable one Material from hollow molds made of a refractory material. and busy specifically with a process in which the model material is burned off a flammable liquid is melted out. with which the mold was previously soaked became.

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.For the production of precision castings, the to be produced Casting usually a wax model or a model from another, light fusible material is made, whereupon the hollow form from the high-melting point Material is generated in such a way that the model is repeatedly converted into a liquid suspension a fine-grain mold material is immersed, which hardens on the model. If in this way on the model a hollow mold made of a refractory material is formed, only the model has to be removed from it in order to have a precision mold for the item to be cast.

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.However, some care is required in removing the shape the model material is not damaged. One of the most common methods to remove the model consists in heating the mold in an oven, until the model material has melted. In this way of working, however, occurs often a deformation or breakage of the shape, since the model is before melting - expands considerably more than the material of the form. Will the heating rate the shape and the model it contains is increased, a sufficiently large one becomes Part of the model melted very quickly, so that due to its expansion Forces exerted on the form are reduced; based on this knowledge come up with some improved methods by which the mold and the inside Model in a liquid or in a medium consisting of solid particles is heated. The main subject of the invention is now a different, less complicated one Heating technique to create a mold and the model inside it quickly enough to be heated so that the mold is not damaged by the expanding model is to be feared. In addition, the inventive method should not only to remove the model, but also under certain conditions at the same time serve to solidify the shape.

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.The inventive method for removing a model from a easily melting material from a hollow mold made from a refractory material consists, results in principle from the following individual steps: The shape with the model inside is first soaked in a flammable liquid. Then the liquid that has drawn into the pores of the mold is set on fire and let it burn until the temperature inside the mold has reached the pour point of the model material has exceeded and until at least the main part of the model has melted. Then the molten model material is poured out of the mold.

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.For the practice of this procedure for removing the Model material from a freshly made hollow form made of refractory material no special equipment is required. Soaking the mold with the flammable Liquid can be made in a number of ways, e.g. B. by that the mold is immersed in a container filled with this liquid is, or that the liquid is sprayed onto the mold, etc. Then can the mold will be burned in a location that is adequately ventilated and against the Flame is secured. It has been found that at least the outer layer of the Model material inside the hollow form is heated very quickly when the combustible The liquid with which the outer layer of the mold is soaked burns off; - through however, this rapid heating becomes the model material on the inside of the mold adjacent, melted before the entire model is relatively stronger expand can be considered the shape, causing a breakage or a deformation the shape could lead.

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.Another important advantage of the new process is that that it is not only about removing the model material from the mold, but also can be used to reinforce this form. So is z. B. a shape that consists of a gelled silica-containing material, as it is z. B. thereby - Receives that the model is immersed in a slurry that acts as a binder contains hydrolyzed ethyl silicate or isopropyl silicate after it has hardened in air and has not yet been subjected to any heat treatment in an oven - i.e. in yours so-called "green state" - relatively soft. The shape is usually porous, so permeable to liquids, so that they according to the invention 'with a flammable liquid can be soaked, which also contains silica. When the liquid is burned off to melt the model material out of the mold, a silica residue will remain on the mold if. the liquid itself is consumed; and this silica contributes significantly to the strength of the Shape, especially in the green state.

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.The hollow form made of refractory material on which the present Procedure for removing the model can be applied after being general known processes. So z. B. a model from a fusible Material such as wax or a thermoplastic preparation into a slurry immersed that contain a silicic acid binder and certain other refractories Contains substances (not necessarily silicic acid) and those adhering to the model Layer the slurry with a relatively coarse refractory material sprinkled. The dipped layer of the slurry may e.g. B. hydrolyzed Contain ethyl silicate or isopropyl silicate as a binder and to three minutes in an ammonia atmosphere, it can be gelled also consist of a slurry of bound colloidal silica. the Slurry for the first dip applied layer is chosen so that it produces a relatively fine grain structure on the model, since it has the forming surface of the whole mold. Then another layer applied in a similar manner by dipping, and this is repeated for so long until a sufficiently thick coating has formed on the model. The slurry which is used to form all the layers following the first has one Composition which gives a relatively coarser grain structure, so that the outer layer of the complete form is relatively strong. All these Layers are somewhat permeable to liquids, such as flammable ones Liquids with which the invention is concerned (but not for the molten one Metal), the first layer being slightly less permeable than the one applied on top further layers. As soon as the production of the form has progressed that far, it must Melt-out model can be removed from the complete form.

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.According to the invention, the hollow form with the model located therein (by dipping, spraying or other suitable means) - with a flammable Soaked in liquid, such as B. gasoline, hexane, acetone, alcohol or with another liquid fuel. When the mold is completely soaked, it becomes flammable Liquid ignites; whereupon they are allowed to burn down completely. Dabe: it will fusible material of the model in the mold very quickly over its Melting point heated, at least in the outside, on the inside of the mold immediately adjacent area of the model. It was found that the heat is transferred to the model so quickly that its outer layers melt and expire before the total mass of the model has a critical thermal expansion shows; This way there is a risk of damage or breakage of the Avoided form. As the heating proceeds, the remaining model material becomes melted and made to flow out so that the mold is now ready to preheat before watering is done.

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.If a slurry is used that contains hydrolyzed ethyl or Contains isopropyl silicate as a binder, the hollow shape is based on the model very unstable to gelling in the green state; but it can be significantly amplified if, to remove the model, a flammable silica containing silica Liquid is used. Many different liquids can be used for this purpose use, as they only contain a silicic acid and one as essential components must contain combustible material. The former can be colloidal silica or Silicic acid from the hydrolysis of a silicic acid ester in a hydrolyzing one Medium, and the latter can be acetone, methyl ethyl ketone, ethanol or isopropanol to name just a few examples. Typical silica containing flammable liquids are e.g. B. hydrolyzed ethyl silicate in acetone, colloidal Silicic acid in isopropanol, hydrolysed Ethylsihkat in ethanol as well as hydrolysed Isopropyl silicate in ethanol. After burning down, during which the model is removed the non-flammable silica remains in the pores of the mold, possibly only in their outer zone, but sometimes also in the entire thickness the wall of the mold up to the inner zone, which is applied directly to the model became. This silica residue fills many of the voids in the gelled form and thus contributes to a considerable extent to their strength. The reinforcement, which receives the shape in this way is for the subsequent application of the shape of considerable advantage for casting, especially if they are mechanically strong is claimed.

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.Used as a binder for the refractory material of the form colloidal If silica is used, there is usually no need to increase its strength to reinforce that for the inventive removal of the model from the Form a flammable liquid containing silica is used. Such Hollow forms can be made with hexane, acetone, alcohol, gasoline and others similar to these Fuels are soaked that leave no silica residue. the Use of alcohol is particularly beneficial for several reasons, in particular it is miscible with water, so that it has the water in the pores of the -with a silica sol. bound wall of the hollow form particularly easily displaced. Will be an additional Reinforcement the shape desired, as it is necessary for example with very large castings, so can The hollow forms bound by colloidal silica are particularly advantageous too reinforced by the use of flammable liquids containing silica will.

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.In an example according to the present invention, a model was used from a wax with a melting point between approximately 46 and approximately 66 ° C, nine times in a slurry of hydrolyzed ethyl silicate and a finely divided, refractory material immersed. After each dip, the adherent layer became the slurry sprinkled with a coarse, refractory material and then for 2 gelled up to 3 minutes in an ammonia atmosphere. The finished gelled form whose Wall was approximately 9.5 mm thick, was in. For approximately 10 minutes a slurry of colloidal silica immersed in isopropanol so that the liquid soaks the wall of the hollow shape, which is still in the green state. The mold was then placed over a tub with the help of blocks so that the opening pointing down; the whole arrangement was under a smoke vent. With help A gas flame then became the flammable liquid with which the hollow form was soaked was inflamed, whereupon the liquid over the course of a few minutes burned down. As this burned off, the wax of the model melted and flowed through the Opening into the tub below. In this way the entire amount of wax became brought to melt and flow out, with the model-free hollow form no Suffered deformation or breakage. Their strength in the green state was after removal of the wax model is significantly larger than before.

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.In another example according to the procedure according to the invention the procedure was the same as in the first example; but there is colloidal silica was used as a binder for the mold, gelling was not required; in addition, alcohol without any additive was used as the flammable liquid. Even in this case the model was completely removed from the mold without this deformed or damaged by breakage.

Claims

Claims: 1. Method for removing a model from fusible Material such as B. wax, from a permeable hollow mold made of refractory material by heating the mold with the model inside until it is complete melted and flowed out of the mold, characterized in that the The mold is heated in such a way that it can be immersed with a flammable liquid is soaked, which is then burned off.

2. Medium for performing the method according to claim 1, characterized in that the flammable liquid is a flammable mixture containing silica.

3. Medium according to claim 2, characterized in that the mixture containing silica a dispersion of colloidal silica in a flammable medium, such as e.g. B. Isopropanol, is.

4. Means according to claim 2, characterized in that the silica mixture containing an organic silicate, such as. B. ethyl silicate, preferably dissolved in a flammable solvent, such as. B. acetone or ethanol.

5. Application of the method and the agent according to claims 1 and 2 to manufacture a hollow shape made of refractory particles supported by a silica containing Binder is bound.