DE1215874B

DE1215874B - Verfahren zum Herstellen eines in der Form zerstoerbaren Giessereimodells

Info

Publication number: DE1215874B
Application number: DES90070A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Hans Schneider
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1964-03-12
Filing date: 1964-03-18
Publication date: 1966-05-05
Also published as: US3395206A; GB1023919A; NL6404495A; CH414070A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

J®fe§

Deutsche KL: 31c-8/07^

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldefag:
Auslegetag:

1215 874 Jy₁I₁,
S90070VI a/31c
18. März 1964
5. Mai 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines in der Form zerstörbaren Gießereimodells aus einem kristallinen, wasserlöslichen Stoff in Pulverform. In der Form zerstörbare Modelle werden hauptsächlich zur Herstellung von präzisionsgegossenen Gußstücken benutzt. Das dabei angewendete Präzisionsgießverfahren zeichnet sich in der Regel dadurch aus, daß ein Modell des herzustellenden Gußstückes sowie gegebenenfalls der Eingießkanäle ζ. Β. aus Wachs oder einem thermoplastischen Kunststoff ge- ίο formt und hierauf zur Bildung der Gießform mit einer feuerfesten Masse umkleidet wird. Solche Formen werden dann beispielsweise in einem Ofen getrocknet und gebrannt, wobei das Modell durch Ausschmelzen und/oder Verbrennen zerstört wird. In den so erhaltenen Gießhohlraum der Gießform wird dann das flüssige Metall eingegossen.

Neben dem Vorteil leichter Bildsamkeit in erwärmtem Zustand besitzen Wachse und Kunststoffe als Modellwerkstoffe ganz bestimmte Nachteile. In warmen Jahreszeiten sind Modelle aus solchen Materialien wenig standfest und beeinträchtigen die Maßhaltigkeit durch Kriechen ihres Modellwerkstoffes, zum Teil bereits während der Abkühlung in der zur Modellbildung dienenden Form sowie während des Erkaltens nach dem Herausnehmen aus der Form. Diese Erscheinungen lassen sich auf die amorphe Struktur der Wachse und Kunststoffe zurückführen. Hinzu kommt, daß innere Spannungen in einem aus Wachs oder aus einem Kunststoff bestehenden Modell beim Erwärmen der Gießform zum Herausschmelzen oder zum Verbrennen des Modells Deformationen desselben verursachen, welche zu Rissen in der das Modell umkleidenden Gießform führen. Sollen Wachsmodelle oder Modelle aus Kunststoff durch Herauslösen aus der Form zerstört werden, sind verhältnismäßig teure Lösungsmittel nötig.

Auf Grund dieser Überlegungen ist bereits Harnstoff als Modellwerkstoff vorgeschlagen worden. Harnstoff besitzt im festen Zustand eine kristalline Struktur und zeichnet sich deshalb durch sehr gute Standfestigkeit auch bei erhöhten Raumtemperaturen aus. Harnstoff ist ferner wasserlöslich, womit Modelle aus diesem Material auf besonders vorteilhafte Weise durch Herauslösen aus der Gießform entfernt werden können, wobei Wasser ein denkbar billiges Lösungsmittel darstellt im Vergleich zu den für Wachsmodelle bereits vorgeschlagenen organischen Lösungsmitteln wie Trichloräthylen. Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Harnstoffmodellen ist ferner auch bereits schon vorgeschlagen worden, dem Harnstoff als Plastifizierungsmittel Polyvinylalkohol in ge-Verf ahren zum Herstellen eines in der Form
zerstörbaren Gießereimodells

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Düsseldorf 1, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Hans Schneider,
Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 12. März 1964 (3190)

eigneter Menge beizugeben^ ζ. B. in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent.

Modelle aus Harnstoff sind ferner auch als Kerne für die Bildung von Hohlräumen in Wachsmodellen benutzt worden. Der Harnstoffkern wird dabei in eine Kokille eingelegt, und der verbleibende Formhohlraum der Kokille wird dann mit Wachs oder einem anderen thermoplastischen Material ausgefüllt. Das erhaltene Modell wird dann in Wasser gelegt und so der Harnstoffkern herausgelöst.

In allen diesen Fällen ist der Harnstoff in geschmolzenem Zustand durch Gießen zum Modell verarbeitet worden. Harnstoff schmilzt bei etwa 132° C, was die Bildung der Modelle in üblichen Spritzmaschinen unter Verwendung niedriger Arbeitsdrücke ermöglicht. Ferner sind auch schon Salze als Werkstoffe für die genannten Kerne von Wachsmodellen vorgeschlagen worden, die z. B. durch Auskristallisieren aus übersättigten heißen Lösungen hergestellt werden.

Den genannten Vorteilen, die aus der Verwendung kristalliner Modellwerkstoffe hervorgehen, stehen allerdings bei der geschilderten Verarbeitung wesentliche Nachteile gegenüber. Geschmolzener, in einem Formhohlraum erstarrter Harnstoff bildet verhältnismäßig große Einzelkristalle, welche die Festigkeit des erhaltenen Modellkörpers sehr unangenehm vermin-

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dem. Insbesondere zeigt sich eine starke Sprödigkeit, so daß die Handhabung der Modelle sehr große Vorsicht erfordert, um scharfe Kanten und dünne Teile gegen Beschädigungen zu schützen. Wohl kann diesem Nachteil durch die genannte Beigabe eines Plastifizieruflgsmittels zu begegnen versucht werden; die von der Schmelztemperatur des Harnstoffs ■ abweichende Erweichungstemperatur des Plastifizierungsmittels läßt keine homogene Mischung erreichen, so daß die Festigkeitsverbesserung nicht in allen Modellteilen erzielt werden kann.

Ferner bildet sich bei den oberhalb der Schmelztemperatur liegenden Verarbeitungstemperaturen aus Harnstoff die Verbindung Biuret unter Abspaltung von Ammoniak, das verantwortlich ist für eine vielfach anzutreffende unsaubere Modelloberfläche. Biuret ist ferner in Wasser erheblich schwerer löslich als Harnstoff. -"■ .... ■

Ein schwerwiegender Nachteil bei der Verarbeitung kristalliner Modellwerkstoffe in flüssiger Form besteht weiter darin, daß beim Abkühlen in der zur Formgebung dienenden Spritzform die Modeihnasse schwindet. Besonders bei komplizierten Modellen mit Hinterschneidungen und Formgebung durch herausziehbare Kerne kann die Modeihnasse soweit schrumpfen, daß das Herausnehmen des erstarrten Modelles aus der Preßform sehr schwierig wird und in vielen Fällen nicht ohne Beschädigung des Modellkörpers vor sich geht...

Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile weitgehend auszuschalten. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Modell aus einer Mischung des kristallinen Stoffes mit einem thermoplastischen Bindemittel unter Druck bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des kristallinen Stoffes ge-, formt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Modelle zeichnen sich durch eine genau vorbestimmte Korngröße des kristallinen Stoffes aus;' diese Korngröße kann durch Wahl der Feinheit der Pulverbestandteile so gewählt werden, daß eine gefährliche Sprödigkeit von vornherein ausgeschlossen ist. Eine Entmischung zwischen dem kristallinen Stoff und dem zugegebenen Bindemittel kann beim Verarbeiten des Pulvergemisches unterhalb der Schmelztemperatur des kristallinen Stoffes nicht auftreten, so daß die Bindewirkung sich gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des erhaltenen Modellkörpers verteilt.

Von großer Bedeutung ist weiter, daß beim Verarbeiten der Modellmasse unterhalb der Schmelztemperatur des kristallinen Stoffes auch kein nachteiliges Schwinden bzw. Schrumpfen auftreten kann. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Modelle lassen sich infolge großer Genauigkeit ihrer äußeren Maße und Ausbildung mühelos aus der zum Bilden des Formkörpers dienenden Preßform entfernen.

Als kristalliner Stoff empfiehlt sich insbesondere Harnstoff; andere geeignete Stoffe sind Adipinsäure oder Lactame wie Caprolactam. Als geeignet erweisen sich auch Salze, z. B. Ammoniumformiat. Als Bindemittel eignen sich beispielsweise höhere mehrwertige Alkohole sowie deren Ester und Äther, z. B. Polyvinylalkohol, Polyglycol, Polyalkylenoxyde oder Glycerinoxyalkyläther. Eine weitere geeignete Stoffgruppe bilden Ester von ein- und mehrwertigen Carbonsäuren wie. z. B. Phthalsäure-Glycolsäure-Ester.

Eine gute Bindemittelwirkung fiir den kristallinen Stoff hat ferner auch Epoxy-Stearinsäure-Äthylester. Die meisten der genannten Stoffe wirken zudem als Plastifizierungsmittel und erleichtern so die _Ver-

arbeitung auf der Kunststoffpresse. _;

Für Harnstoff als kristallinen Stoff enthaltende Modellmassen empfehlen sich Verarbeitungstemperaturen zwischen 40 und 120° C, wobei einer niedrigen Verarbeitungstemperatur naturgemäß ein erhöh-

ter Verarbeitungsdruck zugeordnet wird; so empfiehlt sich bei einer Verarbeitungstemperatur von 40° C beispielsweise ein Verarbeitungsdruck von 250 kg/cm², während man bei einer Verarbeitungstemperatur von 120° C mit einem Verarbeitungsdruck von etwa 50 kg/cm² auskommt. Modellmassen mit Adipinsäure als kristallinen Stoff werden vorteilhaft bei Temperaturen unterhalb 150° C verarbeitet, Lactame unterhalb 200° C und Ammoniumformiat unterhalb 100° C. Das erfindungsgemäße Verfahren ist an Hand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

B ei s ρ i e 1 1

92 Gewichtsteile fein gemahlener Harnstoff mit einer Korngröße unterhalb 0,5 mm werden mit 8 Gewichtsteilen pulverförmigem Polyvinylalkohol gemischt; der Polyvinylalkohol besitzt ebenfalls eine maximale Teilchengröße unter 0,5 mm.

Das Pulvergemisch wird in den Zylinder einer Kunststoffpresse gefüllt und hier auf 95° C erhitzt. Diese Temperatur liegt unter dem Schmelzpunkt des Harnstoffesj bewirkt jedoch bereits ein gewisses Erweichen des Polyvinylalkoholes. Unter einem Druck von 150 kg/cm² wird das Harnstoff-Polyvinylalkohol-Gemisch in eine übliche Form zum Bilden des Modells gepreßt. Letzteres läßt sich nach Abheben des Formoberteils leicht aus der Form herausnehmen. Das Modell weist eine außerordentlich gute Oberflächengüte auf; scharfe Kanten und Hinterschneidungen sind genau nachgebildet. Das erhaltene Modell ist derart standfest, daß es auch nach Stehenlassen bei erhöhten Raumtemperaturen jederzeit wieder spielfrei in die zu seiner Bildung dienende Form gelegt werden kann.

Beispiel 2

94 Gewichtsteile Adipinsäure in Pulverform mit einer Korngröße unterhalb von 0,3 mm werden mit 6 Gewichtsteilen Epoxy-Stearinsäure-Äthylester gemischt und auf einer Kunststoffpresse bei einer Temperatur von 130° C und einem Druck von 75 kg/cm² zu den jeweils gewünschten Modellen verarbeitet. Die erhaltenen Modelle weisen sehr gute Oberflächengute und ausreichende Festigkeit auf; feine Modellpartien sind völlig maßgetreu nachgebildet. Die Modelle zeichnen sich durch sehr gute Standfestigkeit aus und sind praktisch schwingungsfrei.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Beispiele beschränkt; vielmehr könnten beliebige Kombinationen der genannten kristallinen Stoffe und der als Bindemittel erwähnten Stoffe gewählt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines in der Form zerstörbaren Gießereimodells aus einem kristallinen, wasserlöslichen Stoff in Pulverform, da-

durch gekennzeichnet, daß das Modell aus einer Mischung des kristallinen Stoffes mit einem thermoplastischen Bindemittel unter Druck bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des kristallinen Stoffes geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalliner Stoff Harnstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalliner Stoff Adipinsäure verwendet wird.

4. Verfahren nach' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalliner Stoff ein Lactam verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Caprolactam verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalliner Stoff ein Salz verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß Ammoniumformiat verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Bindemittel ein höherer mehrwertiger Alkohol bzw. dessen Ester oder Äther verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastischer Stoff einer der Stoffe Polyvinylalkohol, Polyglykol, Polyalkylenoxyd oder Glycerinoxyalkyläther bzw. Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Bindemittel ein Ester von ein- oder mehrwertigen Carbonsäuren verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Phthalsäure-Glycolsäure-Ester verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Bindemittel Epoxy-Stearinsäure-Äthylester verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung des kristallinen Stoffes und des thermoplastischen Bindemittels der Mengenanteil des kristallinen Stoffes 80 bis 97 Gewichtsprozent ausmacht.