DE2342371A1 - Verfahren zur herstellung von giessformen- und -kernen und verwendung der mittels dieses verfahrens hergestellten giessformen und -kerne zum giessen von metallen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von giessformen- und -kernen und verwendung der mittels dieses verfahrens hergestellten giessformen und -kerne zum giessen von metallenInfo
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Description
DIPL.-CHEM. DR. ELISABETH J1JNG
DIPL.-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 40, CLEMENSSTRASSE 3Θ TELEFON 34 50 67 TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MDNCHEN
TELEX 5-29 686
K 5116 C (J/WS/He)
22. August 1973
SHELL INTEKMAfIOMIE RlSMECH MAATSCHPPIJ B.V*
Den Haag, Niederlande
Verfahren zur Herstellung von Giessformen" und -kernen und
Verwendung der mittels diesen Verfahrens hergestellten Giessformen
und -keine sun Giassen von Metallen
Priorität: 24. August 1972, Niederlande, Kr. 7211534
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Gießformen und --kernen. Ausscrdem betrifft die Erfindung die
Verwendung der mittels dieses Verfahrens hergestellten G-iessformen
oder -kerne aum Giessen von Metallen.
Beim Giesson von Metall, insbesondere von Eisen und Stahl,
werden oft zur Herstellung von Gusstücken der erwünschten Form und des erwünschten Modells hauptsächlich aus Sand bestehende
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Giessformen oder -kerne verwendet.
Zur Herstellung von Giessformen und -kernen mit ausreichender Festigkeit wird üblicherweise ein Bindemittel und insbesondere
ein organisches Harz zum Sand zugesetzt und das Bindemittel mittels Wärme und/oder mittels eines Katalysators ausgehärtet.
Ein(e) auf diese Weise hergestelltegr) Glessform oder Gtesstem kam deshalb nicht
allgemein verwendet werden, weil das flüssige Metall (z. B. Eisen) während des Giessens in den Sand eindringen und Grate
bilden kann uhd weil der Sand ausserdem zu Silikaten reagieren
kann, dies an den Graten und dementsprechend am G-us stück anhaften
(angeschmolzener Sand), so dass man kein Gusstück der erwünschten ϊΌγπϊ erhält. Die Gratbildung und das Anschmölzen von
Sand f innen insbesondere an stark gebogenen GIo er flächen, wie ar
Ecken, statt.
Die Grate und der angeschmolzene Sand müssen in den meisten Fällen auf mechanische Weiee, z. B. durch Schleifen.oder
Schneiden, entfernt werden, was als zeitraubende Fiassnahrne
aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft ist.
Die Oberfläche der erhaltenen Giessformen und -kerne ist üblicherweise
nicht glatt, sondern weist die Struktur der Sandkörner auf. Um Gusstücke mit glatter Oberfläche herzustellen,
werden die Giessformen und/oder -kerne üblicherweise mit einem Überzug be ·
schichtet. Dieser Überzug besteht meistens aus Materialien, wie Zirkoniumoxidpulver, keramischen Materialien, Kohlestaub,
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zermahlenem Koks und gemahlenem Graphit und aus Gemischen dieser
Materialien. Der Überzug wird im allgemeinen aufgebracht, indem man die Gießform oder den -kern, die (der) nach dem
Aushärten des organischen Bindemittels erhalten worden ist, mit
einer ZoB» wässrigen oder alkoholischen (z.Bo Isopropanol) Suspension
oder Lösung des Beschichtungsmaterjals behandelt und anschliessend
die flüchtigen Komponenten (wie V/asser und Isopropanol) durch Verdampfen oder Verbrennen von der Oberfläche entfernt.
Obwohl die Aufbringung einer Beschichtung einen gewissen Schutz gegen die Gratbildung und gegen das Anschmelzen von. Sand bietet,
kann das flüssige Metall bei hoher thermischer Belastung der Gießform während des Gießens , wenn nämlich die Wärme wegen der
Form oder der Größe der Gießform oder des -kerns beim Gießen nur
unter Schwierigkeiten oder nicht in ausreichendem Maße abgeleitet werden kann, die Beschichtung doch durchdringen (und es kann
eine Gratbildung stattfinden)„ Dies tritt insbesondere bei dicken
Metallschiehteii und/oder bei verhältnismäßig kleinen Gießkernen
mit kleinem Volumen aber großer Oberfläche auf» Zur Zeit ist
kein Verfahren bekannt, mit dem die Gratbildung und das Anschmelzen
von Sand bei hoher V/ärmebelästung der Gießformen und/oder -kerne verhindert werden kann.
Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen und - kernen zur Verfügung, die auch bei hoher thermischer
Belastung die Herstellung von Giißstücken ohne Gratbildung
und ohne Anschmelzen von Sand ermöglichen,,
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung
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von Giessformen und -kernen, das dadurch, gekennzeichnet ist,
dass ein geformtes, Sand, ein organisches Bindemittel und Bitumenpulver enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.
Nachstehend, scnliesst die Bezeichnung "Giessfora" auch Giesskerne
ein.
Unter der Bezeichnung "geformtes Gemisch" wird in der vorliegenden
Beschreibung ein so geformtes Gemisch verstanden, dass man nach dem Aushärten eine Giessform mit den erwünechten Dimensionen
und der erwünschten i'ora eziiält. Dafür ist das
Aushärten des Gemische in einen Kernkasten oder in einen Modell
mit der erwünschten i'orra besonders geeignet.
Vorzugsweise besteht das auszuhärtende Gemisch, zu 95 "bis 99,5
Gewichtsprozent aus Band«, Obwohl viele Sand arten, x-jie Cliromitsand,
Zirkonsand und Olivirisand, geeignet sine!, wird aus w:i.i-t—
sohaf tlichen urid praktischen Erwägungen vorzugsweise Qu ο..ι·ζ sau d
ve.rv«r endet»
Unter "organischem Bindemittel" v/erden organische Verbindungen verstanden, die zu hochmolekularen Verbindungen mit im allgemeinen
komplexer dreidimensionaler Struktur umgewandelt werden können. Diese Verbindungen übertragen auf den Sand eine colche
Stabilität, dass er die nach der vorgenannten Reaktion gebildete
l?orm beibehält, so dass die Giessforrn nach Entfernung des Kernkastens
oder des Modells nicht zerfällt. In der vorliegenden
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BAD ORlGiNAL
Beschreibung wird diese Reaktion, als "Aushärtung" bezeichnet.
Das organische Bindemittel wir.d besonders zweckmässigerweise
in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent des auszuhärten.den Gemischs
verwendet.
Geeignete organische Bindemittel sind z. B. I'urfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehydharze,
Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehydh-irze
und Epoxyharze. Vorzugsweise v/erden Furfurylalkohol- Harnstoff--Formal
dehydharze verwandet.
Es. eignen sich besonders Harze mit einem Furfurylallioholgehalt
von i>0 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des betreffenden
Hartes, z. B, des Furiurylalkohol-Harnstoff-Fornialdehyd-.
harzes.
Um die Bindung zwischen dem Harz pnd dem San.d soweit zu ver~
bor;ßor.'n, da;-.;s die erforderliche H-i.pamenge vermindert werden
kam·, v;e.v;:.un zum ausauhärttuiacüi Gemisch vorzugsweise 0,05 bis
O15> Geviichtsprozciit eines Silans, "bezogen auf das Harz.
Obv/ohl das auszuhUrtente Gemisch erheblieh schwankende Gehalte
an Bitumenpulver aufweisen kann, enthält es vorzugsweise 0,5
bis 10 Gewichtsprozent Bitumenpulver. Bei einem zu. geringen Gehalt an Bituroenpulver besteht beim Giessen die Gefahr der örtlichen
Gratbildung und des Ancchmelzens von Sand. Die Verwendung sehr grossor Bitumenpulvergehalte bietet keine technischen Vorteile.
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■ BAD ORIGINAL
Unter der Bezeichnung "Bitumen" werden in der vorliegenden Beschreibung
auch Kohleteer und insbesondere bei der Destillation von Erdöl oder Schieferöl erhaltene Rückstandsfraktionen und
aus diesen Ruckstan.dsTraktionen erhaltene Komponenten verstanden.
Die Bezeichnung "Rückstandsfraktionen" schliesst auch die Destillatrückstände von auc-Rohölsn mittels technischer Verfahren,
ζ- B. thermischer oder katalytischer Spaltungsverfahren,
erhaltenen ölen ein. Komponenten von Pückstandsfraktionen
sind z. B. die mittels Behandlung einer Rückstandsfraktioii mit
einem D'ällungsmittel erhaltenen Niederschläge. Mittels dieser
Behandlung lierden Fällungsbiturnen erhalten. Besonders geeignete
Pällungsraittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B.
aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe mit höchstens 6 Kohlenstoffatomen).
Vorzugsweise wird Propanbitumen vorwendet, der durch
Ausfällen mittels Px'opan aus einer Ruckstaridsfraktion erhalten
wird. Die vorgenannten Bitumina können als solche oder nach Behandlung
mit einem Oxidationsmittel, \/ie Luft, bei erhöhten Temperatureri verwendet werden.
Die Bitumenpulver können auf beliebige Weise aus Bitumen hergestellt
werden. Sie können z. B. durch Zermahlen von festem Bitumen oder Zerstäuben der flüssigen Phase
hergestellt werden. Besonders geeignet sind Bituinenpulver mit
einem Körnchen durchmesser von weniger als 1 mm, wie von 0,02 bis
1,0 mm,
Das Aushärten kann mittels Erwärmen durchgeführt werden, was Jedoch eine Wärmezufuhr erforderlich macht und ausserdem die
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Gefahr einschliesst, dass das Bitumenpulver schmilzt und das geschmolzene Bitumen zu laufen beginnt. Aus diesem Grund wird
das Aushärten vorzugsweise ungefähr hei Raumtemperatur mittels einer Säure, wie p-Toluolsulfonsäure, durchgeführt. Zum Aushärten
wird vorzugsweise Phosphorsäure verwendet. Die Säure'wird
vorzugsweise in einer Menge von 20 "bis 100 Gewichtsprozent,
bezogen auf das organische Bindemittel, verwendet. Die Aushärtgeschwindigkeit
hängt sowohl von der Raumtemperatur und dem pH-Wert des Sandes wie von der Menge der zugesetzten Säure ab.
Die als Katalysator verwendeten Säuren können V/cu-sser enthalten.
Ausgezeichnet eignet sich Phosphorsäure mit einem Wassergehalt von 20 bis JO Gewichtsprozent.
Wenn das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Gießformen,
so durchgeführt werden soll, dass Gussstücke mit einer
glatten Oberfläche hergestellt v/erden können, so werden diese Giessformen zweckmässigerweise mit einem Überzug beschichtet.
Als Beschichtung v/erden die üblicherweise sum Überziehen von
Giessformen verwendeten Gemische auf herkömmliche V/eise aufgebracht.
Die Beschichtung wird zweckiaässigerwcise aufgebracht, indem man
die Giessform mit einer alkoholischen (Isopropylalkoho]) oder
wässrigen Suspension eines geeigneten BeSchichtungsmaterials,
wie Zirkoniuffioxidpulver, keramischen Materialien, Kohlestaub, zermahlenem Koks und Graphitpulver oder Gemischen dieser Materialien
behandelt. Ausserdem enthalten die vorgenannten Suspensionen
meistens ein Bindemittel, wie Stärke oder aus Stärke
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BAD ORIGINAL
Hergestellte Produkte und ein Suspendierungsmittel, wie Tone
und Metalloxide.
Die alkoholische oder wässrige Suspension kann auf verschiedene Arten, z. B. durch Sprühen, Giessen, Bürsten oder durch Eintauchen
der Giessform in die Suspension, auf die Form aufgebracht werden. Das flüchtige Lösungsmittel, nämlich der Alkohol
oder das Wasser, wird aiischliessend durch Verdampfen, Trocknen
oder (wenn möglich) durch Verbrennen, entfernt. Es ist auch möglich,
die Giessform vor dem Eintauchen in die suspension zu
erhitzen, so dass das flüchtige Lösungsmittel nach dem Eintauchen verdampft. Bei Anwendung des letztgenannten Aufbririsungsverfahrens
muss darauf geachtet werden, dass die Se nip era tür
der Giessform unter dem Erweichungspunkt des im. Bitumenpulver
enthaltenen Bitumens bleibt, da sonst die Gefahr besteht, dasc
die Pulverform des Bitumens verlorengeht.
Die Erfindung betrifft ausserdem. die Verwendung der mitteln
des vorstellend beschriebenen Verfahrens hergestellten Gieabformen
oder -kerne zum Giessen von Metallen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel
Eine Reihe von Giessformen werden wie folgt hergestellt:
Sand, Bitumenpulver und Katalysator werden 1 Minute in einem
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Flügelmischer vermischt. Dann wird Furfurylalkohol-Harnstoff-Forraaldehydharz
zugesetzt und das Mischen 1 Minute fortgesetzt. Beim Mischen werden eine Temperatur von 22 bis 25 G und eine
relative Feuchtigkeit von 60 bis 70 % angewendet. Der verwendete
Sand v/eist eine AFS-Feinheit von 59 auf und es wird ein
Propanbitumenpulver mit Teilchendurchmessern von weniger als 0,7 mm und einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 0,25 hhb
in verschiedenen Mengen verwendet. Das Furfuiylalkohol-Harnstoff-Formaldehyäharz
wird aus 85 Gewichtsprozent Furfurylalkohol
und 15 Gewichtsprozent des Harnstoff-Formaldehydharzes hergestellt. Das Harz enthält ungefähr 0,2 Gewichtsprozent Silan,
das in einer Menge von 1,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die
Sandmenge, zugaset?.=! wird. AIr, Katalysator wird 75%i&e Phosplior-
Gewichtsprozent,
säure in einer Menge von 50 /Dezogen auf die Menge des Furfurylalkohol-.
Harnstoff-Formaldehydharzes zugesetzt.
Das erhaltene Gemisch wird vora Flügelinischer in einen hölzernen
Kernkasten übyrführt und härtet innerhalb von etwa 45 Minu
ten aus. Einige der erhaltenen Cxiessformen werden durch Eintauchen
in eine Suspension von Graphit und Kokspulver in Isopropylalkohol
"beschichtet und anschliessend der an der Giessform anhaftende Isopropylalkohol verbrannt.
In den Giessforinen werden durch Eingiessen von Graugusseisen
25 mit einer Temperatur von ungefähr I38O0 G und durch anschliessendes
Entfernen der Giessform nach dem Abkühlen Gussstücke hergestellt. Die Eigenschaften der hergestellten Guss-
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stücke werden auf Grund der Gratbildung und der Rauheit ihrer Oberfläche bestimmt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse
in Abhängigkeit von der verwendeten Bitumenpulvermenge. Aus den in dieser Tabelle zusammengefassten Wei'ten geht
deutlich hervor, dass die Gratbildung durch Zusatz von Bitumenpulver herabgesetzt und bei einem Bitumenpulvergehalt der Giessform
von 2,6 Gewichtsprozent sogar vollständig verhindert wird. Ohne Beschichtung erhält man eine rauhe Oberfläche, die jedoch
für viele Anwendungszvrecke zulässig ist.
Vor- Bitumenpulver- Beschiclisuch
gehalt (bezogen tet
Nr. auf die Sandkomponente) in Prozent
Nr. auf die Sandkomponente) in Prozent
Grate
2,6
2,6
ja ja Ja
ja
nein
Sehr viele
Sehr viele
wenige
keine
keine
Sehr viele
wenige
keine
keine
Ob e rf I äc hen·
struktur
gla,tt rauh
Die Druckfestigkeit der in Versuch 4 verwendeten Giessform
wird mit einem Festigkeitsprüfapparat, Typ 8PPR mit Biegevorrichtung
GM-527 (Hersteller: Georg lischer AG, Schaffhausen)
gemessen. Sie wird nach 48 Stunden mit 19 kg bestimmt, was für
die meisten Anwendungszwecke ausreicht.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Herstellung von Giessformen und -kernen, dadurch gekennzeichnet, dass ein geformtes, Sand, ein organisches Bindemittel und Bitumenpulver enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 95 "bis 99>5 Gewichtsprozent Sand enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass ein Quarzsand als Sandkoinponerite enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird«4. Verfahren nach Anspruch 1 "bis J, dadurch gekennzeichnet, dass ein 0,1 dig 5 Gewichtsprozent organisches Bindemittel enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein !''urfurylalkohol-Eamstoff-Formaldehydharz als organisches Bindemittel enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird..6. Verfahren nach, Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass ein 50 bis 95 Gewichtsprozent furfurylalkohol in der Harzkomponente, bezogen auf das Furfurylalkohol-Harnstoff-Pormaldehydharz,enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.409809/05637· Verfahren nach Anspruch 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Silan enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dassein 0,05 "bis 0,5 Gewichtsprozent Silan, bezogen auf die Harzkomponente, enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Bitumenpulver enthaltendes Gemisch abgehärtet wird. · ;10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass ein Fällungsbitumen als Bitumenkomponente enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Propanbitumen als Fällungsbitumen enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass ein Bitumenpulver mit Teilchendurchmessern von weniger als 1 mm enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.13· Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, " dass das Gemisch unter Verwendung einer Säure als Härter ausgehärtet wird.403809/0563Verfahren nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Piic-sphorsäure verwendet wird.15· Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet,-dass die ale Härter verwendete Säure in einer Menge von 20 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das organische Bindemittel, verwendet wird.16. Verfahren zur Herstellung von Giessformen und -kernen zur Erzeugung von Gusstücken mit glatter. Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach Anspruch 1 bis 15 hergestellte (r) Giessform bzw. -kern mit einer Beschichtung überzogen17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet} dass die ,Beschichtung mittels Behandlung der Giessforin oder des' -kerns mit einer Suspension eines als Beschichtung geeigneten Materials in einem Alkohol, insbesondere in Isoprop^rlalkoh-ol oder Wasser, und mittels anschli essen dem. Entfernen. d«B flücibätigen LosungBmittels ^hergestellt wird.18. VerM©-n&mg der nach Anspruch 1 Mb 17 hergestelltsn Giessformen oder -kerne zum Giessen von Metallen.409809/0563ORIGINAL
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