DE69000528T2 - Verfahren zur herstellung von giessereimaskenformen. - Google Patents
Verfahren zur herstellung von giessereimaskenformen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießereimaskenformen, insbesondere solchen, die für auf dem Gießereigebiet unter dem Namen "verlorene Form" (cire perdue) bekannten Verfahren bestimmt sind.
- Wie an sich wohlbekannt, umfassen die mit verlorener Form und keramischen Gießereimaskenformen durchgeführten Gießverfahren folgende Stufen:
- - Herstellen eines Modells, besonders aus Wachs, von dem herzustellenden Gußstück,
- - Auftragen eines keramischen Suspensionsüberzugs, ausgehend von einem eingedickten Tonschlamm auf das Modell,
- - Auftragen von keramischen Teilchen in Stuckarbeit,
- - Trocknen, z.B. im Trockenofen, mit einer Entfernung des Suspensions-Lösungsmittels und Verfestigung des Überzugs,
- - Auftragen eines neuen Überzugs aus der keramischen Suspension von dem dickflüssigen Tonschlamm,
- - erneutes Auftragen der keramischen Teilchen in Stuckarbeit,
- - Trocknen, wie zuvor,
- - und evtl. mehrmalige Wiederholung der Auftragungen gegebenenfalls unter Zusatz von zusätzlichen Komponenten zum Erhalt der gewünschten Charakteristiken in dem speziellen Einsatz, seien sie physikalischer, chemischer oder mechanischer Art,
- - thermische Behandlung der erhaltenen Anordnung unter festgelegten, an die Zusammensetzung und verwendeten Produkte angepaßten Bedingungen zur Entfernung des organischen Modells und zum "Brennen" der Form zur Verfestigung besonders durch ein evtl. reaktives Sintern,
- - Durchführung des Ausgießens vom Gußstück in der erhaltenen Form.
- Beispiele für die Zusammensetzung von Tonschlämmen sind insbesondere in der FR-A-2 599 649 angeführt.
- Bei der Anwendung des oben schematisch beschriebenen Verfahrens sind verschiedene Schwierigkeiten aufgetreten, die besondere Vorsichtsmaßnahmen bedingen. Insbesondere zeigt sich das Auftragen der ersten Schicht auf das Wachsmodell als anfällig. Es ist daher in der Tat notwendig, bei der Verwendung von einem eingedickten Tonschlamm zur Herstellung der ersten Überzugsschicht diese mit einem Auftrag von Teilchen zu versehen und die Trockenbedingungen zur Vermeidung einer Übertrocknung sorgfältig zu überwachen. Alle diese Bedingungen einzuhalten, ist tatsächlich notwendig, um die Ablösung der ersten Überzugsschicht zu begrenzen und das Phänomen der Spaltung zu vermeiden. Diese Schwierigkeiten sind besonders dadurch verschlimmert, daß das Modell weniger zugänglich, als "verschlossen" bezeichnete Zonen aufweist und Haftungsprobleme vom keramischen Überzug auf dem Wachsmodell zu Ablösungen der Überzugsschicht führen, besonders bei spitzen Winkeln oder feinen Abschnitten. Diese Gestaltungen sind besonders schwerwiegend bei solchen Anwendungen, die erfindungsgemäß ins Auge gefaßt sind, nämlich im Falle der Herstellung von Flugmotoren und insbesondere z.B. gekühlten Turbinenschaufeln.
- Gewisse Bemühungen für die Lösung erfolgten besonders in Bezug auf das Auffinden von angepaßten Tonzusammensetzungen. So wird z.B. im Falle einer bekannten Zusammensetzungsart mit einem kolloidalen Bindemittel ein oberflächenaktives Produkt zugesetzt, z.B. auf Nonylphenolbasis. Indessen tragen diese Zusätze das Risiko einer Destabilisierung der Zusammensetzung mit sich und haben gewöhnlich eine Schaumwirkung, die dann den weiteren Zusatz eines Antischaummittels bedingt.
- Aus der US-A-2 908 952 kennt man auch die Aufbringung eines Haftfilms und Schutzes vom Modell zur Verwirklichung der Form. In diesem bekannten Fall wird der Film erhalten ausgehend von einer Lösung einer Alkylcellulose, einem Benetzungsmittel, Formaldehyd und Ammoniumhydroxid in Wasser.
- Die Probleme werden behoben dank der Erfindung entsprechend den Ansprüchen 1 und 4, ohne Eintreten der Nachteile der vorbekannten Lösungen und unter Erzielung zahlreicher Vorteile besonders in Bezug auf die bekannte Auswahl der für die Haftung verwendeten Produkte, und zwar durch ein Verfahren zur Herstellung von Gießereimaskenformen der dargelegten Art mit den nachfolgenden Stufen:
- (a) Auftragen eines Haftmittels auf das Modell,
- (b) Auftragen eines keramischen Suspensionsüberzugs ausgehend von einem flüssigen Tonschlamm,
- (c) Trocknen,
- (d) Auftragen eines weiteren Suspensionsüberzugs aus dem auch in Stufe (b) verwendeten flüssigen Tonschlamm,
- (e) Auftragen von keramischen Teilchen in Stuckarbeit und
- (f) Trocknen
- dadurch gekennzeichnet, daß das in der Stufe (a) aufgetragene Haftmittel aus einer 3-prozentigen Lösung eines Produkts vom Aminosilantyp in einem Lösungsmittel besteht, das durch Mischen von Ethanol und Ethylacetat, in einem Anteil von jeweils zwischen 25 und 75% vom Lösungsmittel, erhalten wurde.
- Andere Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden verdeutlicht durch das Studium der Beschreibung und des die Erfindung erläuternden, aber nicht beschränkenden Beispiels.
- Man stellt ein Lösungsmittelprodukt her durch Mischen von Ethanol und Ethylacetat. Die vorgenommenen Versuche mit verschiedenen Anteilen der Komponenten haben zu dem Ergebnis geführt, daß annehmbare Mengen von jeder der Komponenten zwischen 25% und 75% liegen. Insbesondere wurde festgestellt, daß der Alkohol allein eine Reaktion mit dem verwendeten Haftmittel nach sich zog und dieses mindestens 24 Stunden unwirksam machte. Auf der anderen Seite führte Ethylacetat allein zu einer Zerstörung des Oberflächenzustands vom Wachsmodell aufgrund einer Auflösung. Im Gegensatz dazu begrenzt die Mischung der beiden Produkte in den angeführten Mengen die unerwünschten Reaktionen.
- Die erwünschte Lösung wird hergestellt durch Zugabe von 3% eines Haftmittels vom Aminosilantyp zu dem Lösungsmittel.
- Verschiedene Handelsprodukte, z.B. vertrieben von der Fa. Dynamit Nobel unter der Handelsbezeichnung Dynasilan 1505 oder Ammo, wurden mit Erfolg untersucht. Die erhaltene Lösung wies eine gute Stabilität auf und hatte in verschlossenem Zustand eine Haltbarkeit von mehreren Wochen.
- Die Stufe (a) des Verfahrens zur Herstellung von Gießereimaskenformen, die für die Erfindung kennzeichnend ist und in dem Auftragen eines Haftmittels auf das Modell besteht, kann auch durchgeführt werden entsprechend den nachstehenden Arbeitsgängen:
- (a1) Eintauchen des Modells in die Lösung während mindestens 3 bis 4 Minuten,
- (a2) Eliminieren des Lösungsmittels durch Umgebungsverdunstung,
- (a3) eventuelles Spülen mit Wasser zum Entfernen von überflüssigem oder überschüssigem Haftmittel und
- (a4) Umgebungstrocknen.
- Die Wirkung des so erhaltenen Auftrags vom Haftmittel auf das Modell bleibt während 24 Stunden erhalten; eine Reaktivierung ist möglich durch einfache Wiederholung der vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge (a1) bis (a4).
- Nach diesem Auftrag ist in der Stufe (b) das Auftragen einer Schicht aus einer keramischen Suspension durch Eintauchen des Modells in einen flüssigen Tonschlamm, gefolgt von der Trocknungsstufe (c) vorgesehen.
- Die Nichtverwendung des bei den älteren Verfahren bekannten eingedickten Tonschlamms bei der Gewinnung des ersten Überzugs bringt folgende Vorteile:
- - aufgrund seiner Dichte erfordert dieser eingedickte Tonschlamm einen besonderen Mischer für seine Herstellung;
- - seine Stabilität ist weniger gesichert und man stößt auf Schwierigkeiten beim Kontrollieren und Aufrechterhalten der Gleichmäßigkeit dieses eingedickten Tonschlamms aufgrund des sensiblen Zeitverlaufs der rheologischen Charakteristiken und des pH-Werts;
- - Beschichten durch Eintauchen unter Verwendung eines Roboters, das damit nur schwer durchführbar ist, kann dagegen mit dem erfindungsgemäß verwendeten flüssigen Tonschlamm erfolgen.
- Man wiederholt daraufhin so oft als für den Erhalt der gewünschten Dicken und angestrebten Formcharakteristiken die nachfolgenden Stufen entsprechend der Erfindung:
- (d) Auftragen eines neuen keramischen Suspensionsüberzugs aus dem in Stufe (b) verwendeten flüssigen Tonschlamm,
- (e) Auftragen von keramischen Teilchen in Stuckarbeit,
- (f) Trocknen.
- Die Verwendung eines flüssigen Tonschlamms bereits beim ersten Beschichten des Modells (Stufe (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens) erlaubt es, das Modell im Zuge der Auftragsarbeiten in den eingeschlossenen oder wenig zugänglichen Zonen besser zu beschichten und die durch Abtropfenlassen erhaltene Stärke besser zu beherrschen. Die Anbringung der Teilchen in Stuckarbeit wird durchgeführt im Anschluß an eine zweite Auftragung des flüssigen Tonschlamms auf die getrocknete erste Schicht, so daß der Stuck am Durchtreten in die erste Schicht und Inberührungkommen mit dem Wachs des Modells und Zerstören des Zustands von der Oberfläche gehindert wird. Gleich von welcher Art der verwendete Stuck ist, fein oder grob, wurde eine Verbesserung in der Größenordnung von 30% im Zustand der Oberfläche der erhaltenen Maske beobachtet.
- Ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel wird auf die beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Auftragen eines Überzugs auf ein Modell unter Verwendung eines Haftmittels erreichbaren, zum Teil schon offensichtlich gewordenen Vorteile verwiesen, besonders:
- - nicht nötwendige Zugabe von oberflächenaktiven Stoffen zu den Tonschlämmen und Vermeidung der durch einen solchen Einsatz bedingten Nachteile,
- - Erzielung einer Bindung zwischen der Oberfläche des Modells und der Maske mit Erhöhung der mechanischen Festigkeit,
- - sehr hohe Toleranz in Bezug auf die Trockenbedingungen, wobei Variationen bei der Durchführung möglich bleiben.
- Die Wirksamkeit des Haftmittels wurde auf verschiedenen Wachsen und einem Modellmaterial vom Typ "Rhodoid" (einem Celluloseacetatprodukt) geprüft.
- Die obigen Versuche wurden durchgeführt unter Verwendung von wässrigen Suspensions-Tonschlämmen mit einem Bindemittel auf Basis von kolloidalem Siliciumdioxid. Indessen können die Auftragungen auch erfolgen mittels alkoholischen Suspensionen, insbesondere im Falle der Verwendung von Schlämmen mit Ethylsilikat.
- Eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen der Haftmittellösung ist außer dem schon beschriebenen Tauchen z.B. das Besprengen.
- Außerdem können über die schon angeführten Handelsprodukte hinaus auch andere Produkte vom Aminosilantyp als Haftmittel verwendet werden.
- Schließlich ist noch als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens anzumerken, daß dieses große Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, die es z.B. erlauben, durch Herbeiführung eines selektiven Auftrags des Haftmittels auf bestimmten, ausgewählten Zonen des Modells das Auftragen einer keramischen Schicht nur auf diesen interessierenden Teilen des Modells zu erreichen.
- Im Falle der betrieblichen Gebundenheit an das klassische Verfahren unter Verwendung eines eingedickten Tonschlamms kann man dieses beibehalten und in einer Vorstufe das Haftmittel gemäß der Erfindung auftragen und auch so die Vorteile einer Verbesserung der Haftung an der Oberfläche Wachs/Keramik erzielen und spätere Ablösungen, besonders im Fall einer Übertrocknung, vermeiden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Gießereimaskenformen unter Verwendung eines
Modells von dem zu verwirklichenden Gußstück, insbesondere aus Wachs,
umfassend die nachstehenden, aufeinanderfolgenden Stufen:
(a) Auftragen eines Haftmittels auf das Modell,
(b) Auftragen eines keramischen Suspensionsüberzugs ausgehend von einem
flüssigen Tonschlamm,
(c) Trocknen,
(d) Auftragen eines weiteren Suspensionsüberzugs aus dem auch in Stufe (b)
verwendeten flüssigen Tonschlamm,
(e) Auftragen von keramischen Teilchen in Stuckarbeit und
(f) Trocknen,
wobei die Stufen (d) bis (f) in an sich bekannter Weise so oft als notwendig zur
Gewinnung der gesuchten Dicken und Charakteristiken der Formen wiederholt
werden und diesen eine thermische Brandbehandlung und Verfestigung der
Formen durch Sintern mit Eliminierung des organischen Modells nachfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß das in der Stufe (a) aufgetragene Haftmittel aus
einer 3-prozentigen Lösung eines Produkts vom Aminosilantyp in einem
Lösungsmittel besteht, das durch Mischen von Ethanol und Ethylacetat, in einem
Anteil von jeweils zwischen 25 und 75% vom Lösungsmittel, erhalten wurde.
2. Verfahren zur Herstellung von Maskenformen gemäß Anspruch 1, wobei die
Stufe (a) des Verfahrens in der folgenden Weise durchgeführt wird:
(a1) Eintauchen des Modells in die Lösung während mindestens 3 bis
4 Minuten,
(a2) Eliminieren des Lösungsmittels durch Umgebungsverdunstung,
(a3) eventuelles Spülen mit Wasser zum Entfernen von überflüssigem oder
überschüssigem Haftmittel und
(a4) Umgebungstrocknen.
3. Verfahren zur Herstellung von Maskenformen gemäß Anspruch 1, wobei die
Stufe (a) des Verfahrens durch Besprengen des Modells mit der Lösung
durchgeführt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Gießereimaskenformen unter Verwendung eines
Modells von dem zu verwirklichenden Gußstück, insbesondere aus Wachs,
gekennzeichnet durch die nachstehenden, aufeinanderfolgenden Stufen:
(a) Auftragen eines Haftmittels, das aus einer 3-prozentigen Lösung eines
Produkts vom Aminosilantyp in einem Lösungsmittel besteht, welches
durch Mischen von Ethanol und Ethylacetat, in einem Anteil von
jeweils 25 - 75% vom Lösungsmittel, erhalten wurde, auf das Modell,
(b) Auftragen eines keramischen Suspensionsüberzugs ausgehend von einem
eingedickten Tonschlamm,
(c) Auftragen von keramischen Teilchen in Stuckarbeit,
(d) Trocknen,
(e) erneutes Aufbringen von einer oder mehreren Überzügen entsprechend
den Stufen (b), (c) und (d) mittels mindestens einem Schlamm von
geeigneter Fließfähigkeit.
5. Verfahren zur Herstellung von Maskenformen gemäß Anspruch 4,
wobei die Stufe (a) des Verfahrens in der folgenden Weise durchgeführt wird:
(a1) Eintauchen des Modells in die Lösung während mindestens 3 bis
4 Minuten,
(a2) Eliminieren des Lösungsmittels durch Umgebungsverdunstung,
(a3) eventuelles Spülen mit Wasser zum Entfernen von überflüssigem oder
überschüssigem Haftmittel und
(a4) Umgebungstrocknen.
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