DE3841851A1 - Verfahren zur entfernung eines wachsaehnlichen modellwerkstoffes aus maskenformen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gieße­ rei und betrifft die Herstellung von Gießformen nach Aus­ schmelzmodellen, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Entfernung eines wachsähnlichen Modell­ werkstoffes aus Maskenformen.

Der Vorgang der Entfernung eines wachsähnlichen Modell­ werkstoffes aus Maskenformen durch dessen Ausschmelzung ist mit der Gefahr einer Rißbildung in den Masken verknüpft. Dies rührt davon her, daß der sich beim Erwärmen ausdehnende wachsähnliche Modellwerkstoff eine Krafteinwirkung auf die Maske, die mehrschichtig aus feuerfesten und bindenden Werk­ stoffen beispielsweise aus Quarz und einem Äthylsilikatbin­ der oder Quarz und flüssigem Wasserglas besteht, ausübt. Die Gefahr einer Rißbildung kann durch eine beschleunigte Er­ wärmung ausgeschlossen werden, weil der Schmelzzeitpunkt für den Modellwerkstoff früher eintritt, als sein Volumen sich um einen gefährlichen Wert vergrößert hat. Eine schnel­ le Erwärmung eines Modellblocks samt den auf ihn aufgebrach­ ten Maskenformschichten ist eine der Bedingungen für die richtige Prozeßführung beim Entfernen (Ausschmelzen) der Mo­ delle. Deswegen sind viele der bekannten Entwicklungen auf die Beschleunigung der Erwärmung des Modellwerkstoffes ge­ richtet.

Es sind Verfahren bekannt, die das Erwärmen und Halten von mit einer Maske bezogenen Modellblöcken in einem Dampf­ autoklav bei erhöhten Druckwerten umfassen. So werden nach einem bekannten Verfahren (DD-PS 1 36 220, Kl. B 22 c I/20, bekanntgemacht am 27. 06. 79) die mit einer Maske überzogenen Modellblöcke in einem Autoklav mit gesättigtem Dampf unter einem Druck von 3,5 kp/cm² 10 bis 15 Minuten lang behandelt, wonach im Autoklav wieder ein normaler Druck er­ zeugt wird. Ein anderes Verfahren (Werkstoff und Betrieb, 1976, 109, Nr. 10, Schneider J., Gebriel J. "Wachsausschmel­ zen im großräumigen Autoklav beim Feingießen", S. 587 bis 592) besteht darin, daß die mit einer Maske überzogenen Mo­ dellblöcke in einem Autoklav bei einer Temperatur von 160 bis 180°C und einem Wasserdampfdruck von 7 bar gehalten werden.

Dieses Verfahren gewährleisten eine hohe Geschwindigkeit der Erwärmung und Ausschmelzung der unmittelbar an der Maske anliegenden Schicht des Modellwerkstoffes. Dabei übt der restliche Modellwerkstoff bei seiner Ausdehnung dank dem beim Ausschmelzen entstandenen Spalt keinen oder nur einen geringen Druck auf die Maske, die keine Zerstörung der letz­ teren hervorruft, aus. Die Durchführung der erwähnten Ver­ fahren erfordert jedoch den Einsatz komplizierter Ausrüstun­ gen, die diskontinuierlich arbeiten, woraus sich Schwierig­ keiten bei der Massenfließfertigung ergeben. Darüber hinaus führt das Erwärmen und Halten von Maskenformen auf der Basis wasserlöslicher bindender Werkstoffe in einem Autoklav zu einem Verlust ihrer Festigkeit.

Es ist ein Verfahren bekannt, das darin besteht, daß man auf den mit einer Maske überzogenen Modellblock mit Heißluft einwirkt. (Ja. I. Schklennik und andere "Wachsausschmelzverfah­ ren", 1971, "Maschinostrojenie"-Verlag, Moskau, S. 240 bis 242). Das Verfahren kann mit Ausrüstungen einer einfacheren kon­ struktiven Ausführung durchgeführt werden und ermöglicht den Einsatz von Bandagen kontinuierlicher Wirkung, was bei der Massenfließfertigung von Bedeutung ist. Das Verfahren erlaubt, wasserlösliche Werkstoffe für die Maskenform zu verwenden. Je­ doch läuft die Erwärmung des Modellwerkstoffes aufgrund eines niedrigen Wärmeüberganges der Luft verlangsamt ab, so daß sich der Modellwerkstoff räumlich stark ausgedehnt, noch bevor seine Oberflächenschicht abschmilzt. Der Druck des sich aus­ dehnenden Modellwerkstoffes auf die Maske verursacht ihre Zerstörung.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, nach dem ein mit einer Maske überzogener Modellblock für 3 bis 5 Minuten in Wasser mit einer Temperatur von 90 bis 95°C getaucht wird, wonach auf ihn mit Heißluft eingewirkt wird. (SU-Urheberschein 3 49 468, Kl. B 22 C 9/04, bekanntgemacht am 04. 09. 1972).

Im Zusammenhang damit, daß Wasser im Vergleich mit Luft einen höheren Koeffizienten der Konvektionswärmeübertragung hat, wird die Erwärmung der Oberflächenschicht des Modell­ werkstoffes und deren Abschmelzung beschleunigt. Dadurch ent­ steht zwischen der Maske und dem restlichen Teil des Modells ein Spalt, der es zuläßt, daß sich der Modellwerkstoff bei der nachfolgenden Heißluftbehandlung frei ausdehnt. Jedoch be­ einträchtigt das Halten von Maskenformen im Heißwasser de­ ren Festigkeit, und falls wasserlösliche Bindemittel, bei­ spielsweise Wasserglas, zum Einsatz kommen, führt zu deren Entfestigung.

Somit ermöglicht es keines der bekannten Verfahren zur Entfernung von Modellen, die Festigkeit der Maske bei­ zubehalten und gleichzeitig wasserlösliche bindende Werk­ stoffe zu deren Herstellung zu verwenden.

Ziel der Erfindung ist es, solch ein Verfahren zur Ent­ fernung des Modellwerkstoffes aus Maskenformen zu entwickeln, das es gewährleistet, die Festigkeit der Maskenformen beizu­ behalten und es ermöglicht wasserlösliche Werkstoffe zur Maskenfertigung zu verwenden.

Dieses Ziel wurde durch ein Verfahren zur Entfernung eines wachsähnlichen Modellwerkstoffes aus Maskenformen er­ reicht, welches eine kurzzeitige Behandlung des mit einer Maske überzogenen Modellblocks mit einem Wärmeträger mit erhöhtem Wärmeübergang und nachfolgende Einwirkung auf den erwähnten Block mit Heißluft umfaßt und bei dem erfindungs­ gemäß Wasserdampf mit einer Temperatur von 110 bis 140°C als Wärmeträger mit erhöhtem Wärmeübergang zum Einsatz kommt und die Behandlung 5 bis 90 Sekunden dauert.

Die Wasserdampfbehandlung des mit einer Maske überzogenen Modellblocks, die auf der Basis eines wasserlöslichen binden­ den Werkstoffes hergestellt worden ist, dauert 5 bis 45 Se­ kunden.

Die Wasserdampfbehandlung des mit einer Maske überzoge­ nen Modellblocks, die auf der Basis eines wasserbeständigen bindenden Werkstoffes hergestellt worden ist, dauert 5 bis 90 Sekunden.

Die vorangehende Wasserdampfbehandlung des Modellblocks führt dazu, daß die an der Maske anliegende Schicht des wachs­ ähnlichen Werkstoffes bedeutend schneller erwärmt wird und abschmilzt. Bei der Verwendung des Wasserdampfes erhöht sich der Wärmeübergang auf ein 5 bis 7faches im Vergleich zum be­ kannten Verfahren, bei dem Heißwasser als Wärmeträger zur Vor­ behandlung verwendet wird. Dieser Vorteil der Erfindung läßt die Verluste an Maskenformen im Arbeitsgang "Modellentfer­ nung" wesentlich herabsetzen und somit den spezifischen Ver­ brauch der Formwerkstoffe bei der Herstellung von Gußstücken im Wachsausschmelzverfahren vermindern. Zum anderen schafft das Verfahren die Möglichkeit einer Verwendung wasserlösli­ cher bindender Werkstoffe, beispielsweise Wasserglas, wäh­ rend das bekannte Verfahren die Verwendung wasserlöslicher bindender Werkstoffe nicht zuläßt.

Das Verfahren erfordert keine Sonderausrüstungen und kann ohne weiteres auf bekannten Anlagen zur Entfernung des Mo­ dellwerkstoffes aus Maskenformen durchgeführt werden.

Nachstehend wird eine ausführliche Beschreibung des Ver­ fahrens angeführt.

Der Prozeß wird auf einer Bandanlage geführt, die am Eingang in die Heißluftkammer einer Vorrichtung für die Dampf­ behandlung der mit einer feuerfesten Maske überzogenen Modell­ blöcke hat.

Die auf der Bandanlage befindlichen, mit einer Maske überzogenen Modellblöcke werden mit Dampfstrahlen bei einer Temperatur von 110 bis 140°C behandelt.

Falls die Dampftemperatur unter 110°C sinkt, ist ein Nie­ derschlagen des Kondensats und dessen Vermischung mit dem Dampf in den Rohrleitungen möglich. Bei der Behandlung der Blöcke mit einem solchen Gemisch wird die Wirksamkeit des Verfahrens beeinträchtigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch bei Tem­ peraturen des Wasserdampfes über 140°C durchführen, dies aber erschwert die Ausrüstung wesentlich und erhöht den Energie­ aufwand. Darum ist es nicht zweckmäßig, bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren den Wasserdampf mit einer Temperatur von über 140°C einzusetzen.

Die Dauer der Dampfbehandlung der Blöcke hängt von den bei der Herstellung der Maskenformen verwendeten Werkstoffen und der Anzahl der Schichten ab. Wenn die Maskenformen unter Verwendung wasserlöslicher bindender Werkstoffe wie Wasserglas hergestellt werden, so beträgt die Behandlungsdauer 5 bis 45 Sekunden.

5 Sekunden sind die Mindestzeit, die für das Durch­ wärmen bis zum Abschmelzen der Oberflächenschicht des Mo­ dellwerkstoffes bei einer vierschichtigen Maske, die in Großgießereien für den Feinguß weit zur Anwendung kommt, erforderlich ist.

45 Sekunden sind die Zeit, die für das Durchwärmen bis zum Abschmelzen der Oberflächenschicht des Modellwerkstoffes bei einer 12-schichtigen Maske notwendig ist. Die Behandlung, die länger als 45 Sekunden dauert, ist bei Verwendung was­ serlöslicher Werkstoffe der Maske unerwünscht, weil in die­ sem Fall die Gefahr einer Entfestigung für die Maske ent­ steht.

Für den Fall der Verwendung wasserbeständiger Werkstof­ fe der Maske liegt der obere Grenzwert für die Dauer der Dampfbehandlung bei 90 Sekunden. Das ist die Zeit, die für das Durchwärmen bis zum Abschmelzen der Oberflächenschicht des Modellwerkstoffes bei einer beliebigen, in der Praxis vor­ kommenden Anzahl der Maskenschichten ausreicht. Überschrei­ tung dieses Grenzwertes von 90 Sekunden ist wegen Anwach­ sens des Energieaufwandes nicht sinnvoll.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Durchführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren angeführt.

Beispiel 1

Man stellt Modellblöcke auf Paraffin­ basis, die mit einer Maske überzogen sind, welche unter Ver­ wendung von staubförmigem Quarz, Quarzsand sowie Äthylsilikat (für die ersten zweiten Schichten) und Wasserglas (für die drit­ te und vierte Schicht) hergestellt worden ist, auf das För­ derband einer Durchgangsanlage auf, die die erwähnten Blöc­ ke in eine Heißluftkammer befördert. Am Eingang in die Kam­ mer werden die Blöcke mit Wasserdampfstrahlen mit einer Temperatur von 140°C im Laufe von 5 Sekunden im Abblasever­ fahren behandelt. Dabei schmilzt die Oberflächenschicht des Modellwerkstoffes rasch ab und zwischen dem Modell und der Maske bildet sich ein Spalt. Dann bewegt das Förderband die Blöcke 25 Minuten lang innerhalb der Kammer, der gleichzei­ tig auf 200°C erhitzte Luft zugeführt wird. Während der Bewegung in der Kammer schmilzt der Modellwerkstoff vollstän­ dig und wird aus den Masken entfernt.

Die vom Modellwerkstoff befreiten Masken behalten ihre Gestalt und Festigkeit bei. Die statische Biegefestig­ keit der Masken beträgt 5,7 bis 5,9 MPa.

Beispiel 2

Man stellt Modellblöcke auf Paraffin­ basis, die mit einer 8-schichtigen Maske überzogen sind, wel­ che unter Verwendung von staubförmigem Quarz, Quarzsand so­ wie Äthylsilikat (für die ersten fünf Schichten) und Wasser­ glas (für die nächsten drei Schichten) hergestellt worden ist, auf das Förderband einer Durchgangsanlage auf, die die erwähnten Blöcke in eine Heißluftkammer befördert. Am Ein­ gang in die Kammer werden die Blöcke mit Wasserdampfstrahlen mit einer Temperatur von 125°C 45 Sekunden lang im Abblase­ verfahren behandelt. Dabei schmilzt die Oberflächenschicht des Modellwerkstoffes rasch ab und zwischen dem Modell und der Maske bildet sich ein Spalt. Dann bewegt das Förderband die Blöcke 25 Minuten lang innerhalb der Kammer, der gleich­ zeitig auf 200°C erhitzte Luft zugeführt wird. Während der Bewegung in der Kammer schmilzt der Modellwerkstoff voll­ ständig und wird aus den Masken entfernt.

Die vom Modellwerkstoff befreiten Maskenformen be­ halten ihre Ganzheit und Festigkeit bei. Die statische Biege­ festigkeit der Masken beträgt 5,1 bis 5,4 MPa.

Beispiel 3

Man stellt Modellblöcke auf Paraffin­ basis, die mit einer 12-schichtigen Maske überzogen sind, welche unter Verwendung von staubförmigem Quarz, Quarzsand und Äthylsilikat für alle Schichten hergestellt worden ist, auf das Förderband einer Durchgangsanlage auf, die die er­ wähnten Blöcke in eine Heißluftkammer befördert. Am Eingang in die Kammer werden die Blöcke mit Wasserdampfstrahlen mit einer Temperatur von 110°C 90 Sekunden lang im Abblaseverfah­ ren behandelt. Dabei schmilzt die Oberflächenschicht des Mo­ dellwerkstoffes rasch ab und zwischen dem Modell und der Mas­ ke bildet sich ein Spalt. Dann bewegt das Förderband die Blöcke 25 Minuten lang innerhalb der Kammer, der gleichzeitig auf 200°C erhitzte Luft zugeführt wird. Während der Be­ wegung in der Kammer schmilzt der Modellwerkstoff vollstän­ dig und wird aus den Masken entfernt.

Die vom Modellwerkstoff befreiten Maskenformen behalten ihre Ganzheit und Festigkeit bei. Die statische Biegefestigkeit der Masken beträgt 5,5 bis 5,7 MPa.

Beispiel 4

Dieses Beispiel veranschaulicht das bekannte Verfahren, bei dem Heißwasser als Wärmeträger für die Vor­ behandlung verwendet wird.

Man taucht Modellblöcke auf Paraffinbasis, die mit einer 4-schichtigen Maske überzogen sind, welche unter Ver­ wendung von staubförmigem Quarz, Quarzsand sowie Äthylsi­ likat (für die ersten zwei Schichten) und Wasserglas (für die dritte und vierte Schicht) hergestellt worden ist, in auf 95°C erhitztes Wasser und hält sie darin 4 Minuten lang. Dabei erfolgt eine Abschmelzung der Oberflächenschicht des Modellwerkstoffes unter Bildung eines Spaltes zwischen dem Modell und der Maske. Daneben tritt jedoch ein Einweichen der dritten und vierten Schicht und ein Auflösen des Glases im Heißwasser ein, was zu Festigkeitsverlusten bei diesen Schichten führt. Dann bewegt das Förderband die Blöcke 25 Minuten lang innerhalb der Kammer, der gleichzeitig auf 200°C erhitzten Luft zugeführt wird. Während der Bewegung in der Kammer schmilzt der Modellwerkstoff vollständig und wird aus den Masken entfernt. Als Ergebnis eines steilen Abfalls in der Festigkeit der Maskenschichten, die unter Verwendung von Wasserglas hergestellt worden sind, weisen al­ le Formen Zerstörungszeichen auf. Die statische Biegefestig­ keit der Proben beträgt 1,7 bis 1,9 MPa.

Das Beispiel 4 betätigt die Unmöglichkeit einer Verwen­ dung eines wasserlöslichen bindenden Werkstoffes beim be­ kannten Verfahren.

Die Beispiele 1 bis 3 bestätigen Vorteile des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum bekannten. Das er­ findungsgemäße Verfahren gestattet es, die Ganzheit und Festigkeit der Maskenform beizubehalten und gleichzeitig bei der Herstellung der Masken wasserlösliche bindende Werkstof­ fe einzusetzen. Um das erfindungsgemäße Verfahren durchfüh­ ren zu können, braucht man keine komplizierten und teuren Aus­ rüstungen beispielsweise Autoklaven. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in einem kontinuierlichen Betrieb durch­ führen, was für die Massenfließfertigung von Bedeutung ist.

Claims (2)

1. Verfahren zur Entfernung eines wachsähnlichen Mo­ dellwerkstoffes aus Maskenformen, umfassend eine kurz­ zeitige Behandlung eines mit einer Maske überzogenen Modell­ blocks mit einem Wärmeträger mit erhöhtem Wärmeübergang und nachfolgende Einwirkung auf den erwähnten Block mit Heiß­ luft, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf mit einer Tem­ peratur von 110 bis 140°C als Wärmeträger eingesetzt wird und die Behandlung des mit einer Maske überzogenen Modell­ blocks 5 bis 90 Sekunden dauert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des mit einer Maske auf der Basis eines wasserlöslichen bindenden Werkstoffes überzogenen Modell­ blocks mit Wasserdampf 5 bis 45 Sekunden dauert.