DE2322106C3 - Werkstoff für Modelle zur Herstellung von Präzisionsgußformen - Google Patents

Description

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J diü3 immer noch em Bedarf für eine zufriedenstellende and Espartowachs, Gummiharz und Damargummi,

gfeülltc Zusammenseizung fur WachsmodeUe besteht, dasdnednfadie.a^Ostmdienkcinmendepflanzfiche

die afie erwünschten physikalischen Eigenschaften Aasschwitznng ist

fär die NiodeBheßteÖBBg aufweist, jedoch die üblichen Die nächste Hanptgruppe von Wachsen and die

l-Jachteüe anderer derzeit im Gebrauch befindlicher s modifizierten und synthetischen Wachse. Modifizierte

Füllstoffe nicht besitzt Die vorliegende Erfindung er- Wachse werden aus natürlichen Wachsen erzeugt, wel·

füllt diesen Bedarf. ehe durch Oxydation oder Behandhing mit einigen

Die Erfindung schafft einen verbesserten Werkstoff Reaktionsmitteln zu härteren, verseifbareren oder

für Modtlle auf Wachsbasis zur Herstellung von besser emulgierbaren Wachsen modifiziert wurden.

Präzisionsgußfonnen, der aus einer Mischung von 10 Synthetische Wachse umfassen Stoffe, z. B. hydrierte

ens einem Wachs mit S bis SO Gewichtsprozent Fette, wachsartige Ester und Ketone und langkettige

eines mehrwertigen Alkohols, bezogen auf die gesamte Polymerisate von Äthylen oder Äthylenoxyd. Weitere

Mischung, wobei der Schmelzpunkt dieses mehrwerti- Beispiele für synthetische Wachse sind die amidartigen

gen Alkohols über dem Schmelzpunkt des Wachses Wachse und die Esteramidwachse, die durch Reaktion

liegt und vorzugsweise S bis IS Gewichtsprozent einer 15 von Fettsäuren mit 12 oder mehr Kohlenstoffatomen

Fettsäure mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen, vor- mit Polyaminen oder Hydroxyverbindungen erhalten

zugsweise 12 bis 22 Kohlenstoffatomen pro Molekül, werden.

besteht. Vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol Andere Arten von synthetischen Wachsen umfassen

Pentaerythrit. Stoffe wie Harzderivate von natürlichen Harzen, z. B. Der Alkohol behält seine feinteilige Beschaffenheit ao die hydrierten, polymerisierten oder veresterten Deri-

während der, Einspritzens des Modellstoffs in die vate. Durch Reaktion von Kolophonium mit Glyzerin

Matrizen bei. Das Wachs besteht in der Regel aus und Äthylenglykol erhaltene Ester besitzen eine gute

einer Mischung verschiedener Wachsarten und stellt Adhäsionskraft, eine niedrige Oberflächenspannung,

mindestens 40 Gewichtsprozent und vorzugsweise SO gute Oxydationsbeständigkeit und eine geringe Aus-

bis 95 Gewichtsprozent der fertigen Zusammensetzung as dehnung. Von Koniferen erhaltene Terpenhaize bilden

dar. eine weitere brauchbare Gruppe von Harzen.

Schätzungsweise existieren Hunderte von Stoffen, Die Wahl bestimmter Wachsmischungen wird in der aus denen zur Verwendung als Wachsmodelle geeignete Regel durch die gewünschte Eimpritztemperatur und Mischungen hergestellt werden können. Eine der am die in dem Wachsmodell gesuchten physikalischen häufigsten für diesen Zweck verwendeten Wachsgrup- 30 Eigenschaften bestimmt. Infolgedessen können die pen besteht aus Erdölwachsen, z. B. Paraffinwachs. Schmelzpunkte der Mischungen stark variieren, da Diese sind kristallin, mittelweich, scharf schmelzend, die Schmelzpunkte natürlicher Wachse von etwa 50 bis nichtklebrig und besitzen eine niedrige Viskosität. 95⁰C gehen, während die synthetischen Wachse Diese Wachse sind in verschiedenen Reinheitsgraden Schmelzpunkte von etwa 35 bis 20O⁰C besitzen, erhältlich, deren Schmelzpunkte sich um wenige Grad 35 Obwohl Fettsäuren als solche als Wachse angesehen unterscheiden. werden können, enthalten die erfindungsgemäßen Zu-Eine andere, aus Erdöl stammende, verwendbare sammensetzungen solche Fettsäuren nicht nur wegen Wachssorte ist ein mikrokristtallines Wachs. Diese ihrer physikalischen Eigenschaften, sondern auch weil Wachssorte ist mit verschiedenen Schmelzpunkten sie als Suspensionsmittel für den mehrwertigen Alko- und Erstarrungstemperaturbereichen erhältlich. Auch 40 hol wit ken. Die Verwendung des mehrwertigen Aikomodifizierte mikrokristalline Wachse, die zur Ände- hols ermöglicht die Erzielung einer ionischen Suspenrung ihrer Eigenschaften partiell oxydiert wurden, sind sion an Stelle einer mit feinteiligem Stoff gefüllten erhältlich. Andere mikrokristalline Wachse umfassen Schmelze; im letzteren Falle hängt die Suspension voll-Mischungen aus nichtmodifizierten mikrokristallinen ständig von einer dauernden Durchrührung ab. Offen- und polymerisierten mikrokristallinen Wachsen. 45 sichtlich besteht eine elektronegative Anziehung zwi-Eine weitere wichtige Gruppe von Wachsen ist die sehen den Karboxylgruppen der Fettsäure und den der Mineralwachse, von denen wahrscheinlich Mon- Hydroxylgruppen des Alkohols. Die mit dem mehrwertanwachs das wichtigste ist. Es ist dies ein hartes, ein tigen Alkohol gefüllte Schmelze verbleibt somit in Harz enthaltendes, ziemlich sprödes Material. Diese Form einer homogenen Suspension. Wachsart ist billiger als pflanzliche Wachse und ist 50 Außer den Fettsäuren können noch zusätzlich andiesen doch in vieler Hinsicht ähnlich, mit der Aus- dere organische Säuren, z. B. Buttersäure, Kapronnahme, daß es eine höhere Viskosität besitzt. Torf- säure oder Valeriansäure, in der Schmelze als die wachs, das durch Extraktion von Torf mit einem orga- Suspension fördernde Mittel verwendet werden, vornischen Lösungsmittel gewonnen wird, ist ein anderes ausgesetzt, daß sie sonst mit den Wachsstoffen verBeispiel für ein mineralisches Wachs, das zur Herstel- 55 träglich sind und in so kleinen Mengen zugesetzt werlung von Wachsmodellen verwendet werden kann. den, daß sie die Theologischen Eigenschaften der Ozokerit, ein harzartiges, aus Kiefer extrahiertes Schmelze nicht ungünstig beeinflussen. Wachs, ist ein weiterer Typ für ein verwendbares mine- Die mit den erfindungsgemäßen Werkstoffen erralibciit» Wachs. ziehen verbesserten Resultate sind auf die Anwesen-Unter den natürlichen Wachsen und Harzen seien 60 heit des mehrwertigen Alkohols zurückzuführen. Bienenwachs und zahlreiche pflanzliche Wachse ge- Eine große Vielzahl mehrwertiger Alkohole ist yernannt, worunter die bekanntesten Karnaubawachs und wendbar, je nach dem Schmelzpunkt der übrigen Kandellillawachs sind. Karnaubawachs ist ein sehr Zusammensetzung. Der Schmelzpunkt des mehrwertihartes Wachs mit einem geringen Schlacke- und Feuch- gen Alkohols soll wesentlich über dem Schmelzpunkt tigkeitsgehalt. Kandellillawachs enthält eine Spur 65 der Wachsstoffe liegen, so daß die feinteiligen Partikeleines Harzes, ist jedoch nicht so hart und besitzt keinen chen des mehrwertigen Alkohols in der Schmelze bei so hohen Schmelzpunkt wie Karnaubawachs. Weitere der zur Bildung des Modells jeweils angewendeten pflanzliche Wachse, die verwendet werden können, Einspritztemperatur suspendiert bleiben.

Nachstehend sind einige der hochschmelzenden organischen mehrwertigen Alkohole angegeben, die für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendbar sind:

Pentaerythrit,

Dipentaerythrit,

1,10-DecandioL

1,14-TeteadecandioL

1,15-PentadecandioL

1,16-Hexadecandiol,

1,18-Octadecandiol,

3,19-Nonadecandiol,

1,20-EicosandioI.

Pentaerythrit in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogenaufdiegesamteZusammensetzung, ist besonders bevorzugt. Dieser Stoff ist verhältnismäßig billig und für die !keramischen Formen nicht korrodierend. Er kann leicht in der heißen Schmelze bei Temperaturen bis zu 135°C oder höher suspendiert werden, ohne durch die Schmelze solvatisiert zu werden. Dadurch wird mit dem Füllstoff etwa eingeführte Feuchtigkeit während des Abkühlungszyklus der Schmelze abgeführt. Infolgedessen ist eine Vorbereitung des Füllstoffs durch Entwässerung desselben nicht mehr nötig. Auch wird dadurch eine Entlüftung bei erhöhten Temperaturen möglich. Da der Pentaerythrit in wachsartigen Schmelzen nicht leicht solvatisiert, kann er auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, ohne daß er verharzt,, wie dies organische Säuren tun würden. Die physikalischen Eigenschaften des Pentaerythrit enthaltenden geformten Modells sind in jeder Beziehung mit denen eines Adipinsäure enthaltenden Modells vergleichbar. Außerdem besitzen Pentaerythrit enthaltende Modelle eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit.

Es wurden Tests zum Vergleich der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mit Adipinsäure enthaltenden Zusammensetzungen für die Modellherstellung durchgeführt. Die Zusammensetzung des Adipinsäure enthaltenden Materials war die folgende:

Gewichtsprozent

beta-Terpenharz 31,25

Paraffinwachs 12,50

Mikrokristallines Wachs. 12,40

Kandtllillawachs 6,25

Fettsäuren, 80% Stearinsäure 12,50

Adipinsäure 25,00

Die gleiche Zusammensetzung wurde unter Verwendung von Pentaerythrit an Stelle von Adipinsäure in der gleichen Menge hergestellt.

Der Ansatz wurde so hergestellt, daß man zuerst die Fettsäure und das mikrokristalline Wachs schmolz. Wenn die Temperatur 121°C eneicht hatte, wurde langsam das Harz unter dauerndem Rühren zugesetzt. Beim Erreichen einer Temperatur von 177⁰C war das gesamte Harz in Lösung. Die Temperatur wurde erniedrigt, und das Paraffinwachs wurde zugegeben. Wenn die Temperatur der Schmelze etwa 99°C erreicht hatte, wurde das Kandellillawachs zugegeben. Der Füllstoff, entweder Adipinsäure oder Pentaerythrit, wurde bei einer Temperatur der Schmelze von etwa 93°C zugesetzt, und das Material wurde zwischen 71 und 82° C zähklebrig.

Das Modellmaterial wurde durch eine übliche

Spritzgußmaschine zur Herstellung von Modellen

eingespritzt, und die erhaltenen Modelle worden dann

mit den folgenden Ergebnissen auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet:

Test	Αμιγή nsffff fy als Füllstoff	Pentaerythrit als Füllston*
Krümmung unter Last .. - Durchbiegung ohne Last, mm IS Schlagtiefe, Fallhöhe, mm Bruchbelastung, kg	0,38 0,50 76 6,35	0,30 0,38 89 6,26

Die Oberflächenbeschaffenheit der das Pentaery-

ao thrit als Füllstoff enthaltenden Modelle erwies sich als besser als bei den Adipinsäure als Füllstoff enthaltenden Modellen.

Gemäß der Erfindung hergestellte Modelle können in dem üblichen Verfahren zur Herstellung von Formen für den Präzisionsguß unter Erzielung von Formen mit einer porösen keramischen Hinterfüllung verwendet werden. Eine solche Methode zur Herstellung von Gußformen besteht darin, daß man das Modell durch Eintauchen in eine wäßrige keramische Aufschlämmung mit etwa der gleichen Temperatur wie das Modell unter Bildung einer hochschmelzenden, nur einige zehntel mm dicken Schicht aberzieht. Eine typische Aufschlämmung kann ein keramisches Material, z. B. Zirkonoxyd, einen Binder, z. B. kolloidale Kieselsäure, und ein Verdickungsmittel sowie ein bei niedriger Temperatur wirksames Bindemittel wie Methylcellulose enthalten. Die erste Schicht wird noch feucht mit kleinen Teilchen eines hochschmelzenden Glases, z. B. eines feinteiligen Glases mit hohem SiIiciumgehalt, das etwa 98 % Kieselsäure und eine kleine Menge Borsäure zusammen mit Spuren von Aluminium, Natrium, Eisen und Arsen enthält, bestäubt. Das Modell mit der aufgestäubten nassen hochschmelzenden Schicht darauf wird dann in eine Fördervorrichtung gehängt und in einen Trockenofen mit geregelter Feuchtigkeit und Temperatur gefördert, so daß das überzogene Modell adiabatisch trocknet

Das Tauchen, Bestäuben und adiabatische Trocknen wird dann wiederholt, wobei man Luft mit fortschreitend geringerer Feuchtigkeit für aufeinanderfolgende Überzüge verwendet. Beispielsweise können die beiden ersten Überzüge mit Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 45 bis 55 % getrocknet werden. Der dritte und vierte Überzug kann bei einer relativen Feuchtigkeit

von 35 bis 45%, der fünfte und sechste Überzug bei einer relativen Feuchtigkeit von 25 bis 30% und der

letzte Überzug bei einer relativen Feuchtigkeit von 15 bis 25 % getrocknet werden.

Die erste Schicht wird vorzugsweise in einer Dicke von 0,13 bis 0,51 mm aufgebracht, und die feinen hochschmelzenden Teilchen werden auf die feuchte Schicht mit einer solchen Kraft aufgestäubt, daß sich die Teilchen in diese Schicht einbetten. Bevorzugt wird ein Bestäubungsverfahren angewendet, das eine dichte gleichförmige Wolke aus feinen Teilchen ergibt, die den feuchten Überzug mit kräftigem Aufschlag treffen. Die Aufschlagkraft soll jedoch nicht so groß sein, daß die feuchte Grundierung des Modells wegbricht. Dieses

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Verfahren wird wiederholt, bis man mehrere ineinan- wirkung entfernt werden, worauf die grüne Form ge-

der übergehende Schichten erhalten hat, die jeweils brannt werden kann. In der Regel werden Brenntem-

etwa 0,13 bis 0,51 mm dick sind. peraturen von etwa 816 bis 1038⁰C angewendet. Die

Nachdem die Form auf dem Modellmaterial auf- erhaltenen Formen sind hart, glatt und verhältnismäßig

gebaut wurde, kann das Modell durch Wärmeein- 5 durchlässig und etwa 3 bis 6 mm dick.

Claims (3)

ν ^ Λ Vi M ' Μ* hängen; gleichzeitig darf das Wachs jedoch nicht Patentansprüche: spröde srin. > FJme andere fik ein yfecbsmodeU äußerst wünschens-

1. Werkstoff für Modelle zur Herstellung von werte Eigenschaft ist eine ausreichende Festigkeit, Präasioosgufiforaen, bestehend ans einer Mi- S um während der Formung gehandhabt werden za sehung von mindestens, einem Wachs mit 5 bis können; diese Festigkeit sau mit einer gewissen Blasti· SO Gewichtsprozent eines mehrwertigen Alkohols, zität gekoppelt sein, insbesondere an dot Zulaufstellen, bezogen auf die gesamte Mischung, wobei der die das Gewicht des Modelte tragen müssen, wählend Schmelzpunkt dieses mehrwertigen Alkohols über die Modelle in das die hitzebeständigen Teilchen ent» dem Schmelzpunkt des Wachses liegt, und 1 bis io haltende Bad getaucht werden. Wachsmodelle müssen 25 Gewichtsprozent einer Fettsäure mit mindestens auch bei Raumtemperatur ausreichend hart sein, so 12 Kohlenstoffatomen, bezogen auf die gesamte daß sie während der Montage gehandhabt werden Mischung. können. Sie sollen ferner starke Verschweißungen er-

2. Werkstoff für Modelle nach Anspruch 1, da- geben können, so daß die Modelle lacht zn Trauben durch gekennzeichnet, daß der mehrwertige Aiko- 15 zusammengesetzt werden können.

hol Pentaerythrit ist Die Oberflächenbeschaffenheit des Wachsmodells

3. Werkstoff für Modelle nach Anspruch 1, da- muß gut sein, wenn eine getreue Wiedergabe in der durch gekennzeichnet, daß die Fettsäure 12 bis Präzisionsgußform erzielt werden solL Wenn für das 22 Kohlenstoffatome pro Molekül enthält Wachsmodell ein Stoffgemisch verwendet wird, müs-

*> sen die Stoffe miteinander verträglich sein, d. Il, sie müssen sich bis zu einem Punkt gegenseitig lösen, an

welchem keine Trennung mehr auftritt, wenn die Mischung innerhalb eines gegebenen Temperaturbereiches gehalten wird. Die Wänneeigenschaften des as Wachses sind ebenfalls wichtig, insbesondere seine

Die Erfindung betrifft Werkstoffe zur Herstellung Viskosität bei der optimalen Spritztemperatur und von Modellen für das Wachsausschmelzverfahren, die Ausdehnungs-Kontraktionseigenschaften. Eine gewobei diese Werkstoffe auf natürlichen oder synthe- ringe Schrumpfung ist insbesondere dann von Bedeutischen Wachsen oder Kombinationen der beiden tung, wenn von dem Modell ein genauer Formhohlraum basieren. 30 erhalten werden soll.

Das mit sogenannten »verlorenen Modellen« arbei- Als Ergebnis all dieser verschiedenen Anforderun

tende Wachsausschmelzverfahren zur Herstellung von gen, die an ein Modell gestellt werden, ist man dazu Gußformen ist Hunderte und vielleicht sogar Tausende übergegangen, Kombinationen verschiedener Wachsvon Jahren alt. In seinen wesentlichen Grundzügen arten, für gewöhnlich kombiniert mit Harzen, z. B. besteht das Verfahren darin, daß man ein Modell aus 35 Holzharz oder synthetischen Harzen, zu verwenden. Bienenwachs oder einem anderen geeigneten Wachs- Versuche wurden in der Richtung unternommen, der

material bildet, rund um das Modell eine Form her- Wachszusammensetzung zur Verringerung der Konstellt und dann das Wachs herausschmilzt, wobei eine traktion einen brennbaren Füllstoff zuzusetzen. Ob-Form zurückbleibt, deren Hohlraum ein exaktes wohl diese Methode einen gewissen Erfolg hatte, hat Duplikat des ursprünglichen Modells ist. 40 sie doch andererseits neue Probleme geschaffen. So

In der »Pattern Materials and their use in Investment eignet sich beispielsweise Ruß nicht besonders als Casting« (Modellmaterialien und ihre Verwendung Füllstoff, und zwar wegen der Schwierigkeit, feine beim Investment- oder Präzisionsguß) betitelten Ver- Teilchen zu handhaben. Polystyrolkügelchen können öffentlichung des B. I. C. T. A.-ModeUherstellungs- verwendet werden, sie neigen jedoch dazu, in dem gekommitees findet sich eine Zusammenstellung der 45 schmolzenen Wachs bei hohen Schmelztemperaturen physikalischen Eigenschaften von Modellmaterialien, zusammenzufließen. Die Verwendung von Harnstoff die heutzutage bei Anwendung des Wachsausschmelz- war bis zu einem gewissen Grad erfolgreich; dieser Verfahrens erforderlich sind. Einmal muß das Wachs Stoff absorbiert jedoch Wasser und zersetzt sich bei als Feststoff sicher zu handhaben sein, und es darf beim erhöhten Temperaturen. Kohlehydrate, z. B. Sucrose, Schmelzen oder beim Herausbrennen keine schädlichen 50 sind in ihrer Verwendbarkeit beschränkt, da sie von Dämpfe bilden. Außerdem soll das Wachs einen niedri- Feuchtigkeit angegriffen werden. Organische Säuren, gen Aschegehalt in der Größenordnung von etwa 0,05% z.B. Adipinsäure, sind manchmal geeignet, jedoch besitzen. Eine gute Oxydationsbeständigkeit ist erfor- werden keramische Formen infolge der Acidität dieser derlich, da das geschmolzene Wachsmodell dazu neigt, Säuren angegriffen; auch neigen sie dazu, bei hohen langsam an der Luft zu oxydieren. Da derzeitige Prä- 55 Temperaturen in dem geschmolzenen Wachs zu verzisionsgußformen auf dem Wachsmodell mittels auf- harzen.

einanderfolgender Tauchvorgänge in hitzebeständige Mit Füllstoffen versetzte Modellschmelzen sollen die

Teilchen enthaltende Suspensionen aufgebaut werden, einem Wachsmodell eigene Neigung zur Hohlraummuß das Wachs auch gegenüber allen organischen bildung beseitigen und somit eine größere Abmessungs-Lösungsmitteln oder Alkali, die in den Tauchbädern 60 Stabilität ergeben, wodurch die Einspritzzeiten bis zu enthalten sein können, beständig sein. Eine andere Be- 50% verkürzt werden und eine Abkühlung nicht mehr dingung, insbesondere wenn die Modelle durch Spritz- nötig ist. Es sei jedoch betont, daß mit Füllstoffen verguß erzeugt werden, besteht darin, daß die Zusammen- sehene Modellzusammensetzungen ein Problem in setzüng rasch aushärten muß. Außerdem muß die bezug auf die Wiedergewinnbarkeit bieten, da bei den Plastizität oder Duktilität von zur Herstellung von 65 üblichen Wachsausschmelzmethoden das Füllstoff-Modellen verwendeten Wachsen bei Umgebungstem- material zusammensintert und so eine Wiedergewinperatur gering sein, so daß Modell und Zubehör unter nung unwirtschaftlich macht, hrem eigenen Gewicht nicht durchbiegen oder durch- Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich,