DE2730945A1 - CASTING PROCESS - Google Patents
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- DE2730945A1 DE2730945A1 DE19772730945 DE2730945A DE2730945A1 DE 2730945 A1 DE2730945 A1 DE 2730945A1 DE 19772730945 DE19772730945 DE 19772730945 DE 2730945 A DE2730945 A DE 2730945A DE 2730945 A1 DE2730945 A1 DE 2730945A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
- B22C9/043—Removing the consumable pattern
Description
GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNERGLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER
-to--to-
Kubota, Ltd.
Osaka, JapanKubota, Ltd.
Osaka, Japan
GußverfahrenCasting process
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
DR-ING RiCHARD GLAWE. MÜNCHEN DIPL-ING KLAUS DELFS. HAMBURG DIPL.-rHYS. DR. WALTER MOLL. MÜNCHEN DIPL-CHEM DR ULRICH MENGDEHL. HAMBURGDR-ING RiCHARD GLAWE. MUNICH DIPL-ING KLAUS DELFS. HAMBURG DIPL.- r HYS. DR. WALTER MOLL. MUNICH DIPL-CHEM DR ULRICH MENGDEHL. HAMBURG
8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 3 7 LIEBHERRSTR 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 058000 MUNICH 26 POST BOX 3 7 LIEBHERRSTR 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05
MÜNCHEN A 68 MUNICH A 68
2000 HAMBURG 13 POSTFACH 25/0 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040)410 20 08 TELEX 21 29 212000 HAMBURG 13 POST BOX 25/0 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040) 410 20 08 TELEX 21 29 21
Die Erfindung betrifft ein Gußverfahren zur Herstellung von Gußstücken, insbesondere ein Präzisionsgußverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formteils, beispielsweise eines Propellers, unter Verwendung von Umguß- oder Präzisionsgußformen.The invention relates to a casting process for the production of castings, in particular a precision casting process for Production of a three-dimensional molded part, for example a propeller, using encapsulation or Precision molds.
Umguß- oder Präzisionsgußverfahren sind seit mehreren Jahrhunderten zum Gießen von Teilen mit komplexer Form bekannt und werden seit einiger Zeit zum Gießen von TeilenCasting or precision casting processes have been around for several Known for centuries for casting parts with complex shapes and have been used for casting parts for some time
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verwendet, die selbst bei vergleichsweise einfacher Form mit genauen Abmessungen gegossen werden müssen, so daß nachfolgende Reinigungs- oder Bearbeitungsprozesse unnötig werden, die den Verlust teurer Materialien bewirken können und die außerdem zur Veränderung der Eigenschaften zumindest der Oberflächen eines Formteils führen können. Üblicherweise wird bei diesen Verfahren eine Form aus Wachs oder Polystyren oder aus einer Substanz mit ähnlichen Eigenschaften ausgeformt, und zwar entweder direkt oder unter Verwendung einer festen Hauptform; danach wird die Form in eine Aufschlemmung eines feuerfesten Materials eingetaucht und danach normalerweise mit Sand abgespritzt, wodurch eine feuerfeste Beschichtung auf der Form erzeugt wird. Danach wird Stützmaterial, beispielsweise trockner Sand, um die Form gegossen, wodurch in dem Stützmaterial eine Umgußform erhalten wird, die daraufhin abtrocknen kann, worauf das Wachs oder die andere Substanz, die das Muster bildet, geschmolzen wird und die Form verlassen kann; die Form wird bis zu einer Temperatur vorgeheizt, die ausreicht, um ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Legierung zu gießen, und danach wird das Metall eingegossen und kann sich verfestigen, worauf die Form entfernt wird.used, which must be cast with precise dimensions even with a comparatively simple shape, so that subsequent Cleaning or machining processes which can cause the loss of expensive materials and which become unnecessary can also lead to a change in the properties of at least the surfaces of a molded part. Usually with these methods mold a mold from wax or polystyrene or from a substance with similar properties, and either directly or using a fixed principal form; then the mold is immersed in a slurry of refractory material, and then usually with it Sand hosed down, creating a refractory coating on the mold. Thereafter, support material, for example dry sand, poured around the mold, whereby a casting mold is obtained in the support material, which then dry off can, whereupon the wax or other substance that forms the pattern is melted and allowed to leave the mold; the mold is preheated to a temperature sufficient to produce a specific material or alloy after which the metal is poured in and allowed to solidify, whereupon the mold is removed.
Da die räumliche Form eines Formteils durch ein einstückiges Muster festgelegt wird, ist es möglich, eine sehr viel bessere Präzision zu erreichen, als bei Gußverfahren, bei denen verschiedene Teile eines Gußstücks durch getrennteSince the spatial shape of a molding is determined by a one-piece pattern, it is possible to create a very large number to achieve better precision than with casting processes in which different parts of a casting are separated by
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Huster oder Teile definiert werden; daher wird beispielsweise das Umgußverfahren üblicherweise in der Luftfahrtindustrie angewandt. Üblicherweise ist es jedoch außerordentlich schwierig oder unmöglich, Formen mit der ausreichenden Stärke zu erzeugen, um das Gießen großer Teile zu ermöglichen, und daher ist in der Luftfahrtindustrie und in anderen Industriezweigen das Umgußverfahren fast ausschließlich auf die herstellung kleiner Teile begrenzt.Cough or parts are defined; therefore, for example the casting process is commonly used in the aerospace industry. Usually, however, it is extremely difficult or impossible to produce molds with sufficient strength to allow large parts to be cast, and therefore In the aviation industry and in other branches of industry, the casting process is almost exclusively based on manufacture small parts limited.
Beispielsweise haben Turbinenschaufeln eine Länge von 40 bis 130 cm und ein Gewicht von 1 kg bis 70 kg, und Schiffsschrauben haben einen Durchmesser in der Größenordnung von 200 cm und ein Gewicht in der Größenordnung von 250 kg; für das Präzisionsgießen derartig großer Teile ist es bekannt, ein Verfahren anzuwenden, bei dem ein Formpaar, beispielsweise eine Grünsand-Form (green mold), eine kristalline Form (jell mold) oder eine keramische Schalenform, über einem Muster verwendet wird; danach wird das Formpaar von dem Muster abgenommen, erneut zusammengebracht und verfestigt, d.h. der sogenannte Shaw-Prozeß oder eine Modifikation davon. Jedoch weist bei diesem Verfahren die Form zumindest zwei Teile auf, die exakt aneinander angepaßt und miteinander verklemmt werden müssen, und abgesehen davon, daß das Zusammenfügen der Formhälften einen zusätzlichen Arbeitsschritt bildet, ist es schwierig sicherzustellen, daß die Formhälften genau aneinander angepaßt werden. Formteile, bei denen die Stoßteile häufigFor example, turbine blades have a length of 40 to 130 cm and a weight of 1 kg to 70 kg, and ship propellers have a diameter of the order of 200 cm and a weight of the order of 250 kg; for the precision casting of such large parts, it is known to use a method in which a pair of molds, for example a green sand mold (green mold), a crystalline mold (jell mold) or a ceramic bowl mold, over one Pattern is used; thereafter the pair of molds is removed from the sample, brought back together and solidified, i.e. the so-called Shaw process or a modification thereof. However, in this method, the shape has at least two parts on, which must be matched exactly to each other and clamped together, and apart from the fact that the joining of the Mold halves forms an additional work step, it is difficult to ensure that the mold halves exactly against one another be adjusted. Molded parts where the butt parts often
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überhängende Vorsprünge aufweisen, müssen daher gewöhnlich zusätzlich bearbeitet werden, was einen zusätzlichen inaterialverlust bedeutet, und bei einigen Materialien, beispielsweise bei Edelstahl, ist es schwierig, den gewünschten Präzisionsgrad bei der Bearbeitung zu erhalten.have overhanging projections, therefore usually have to be processed additionally, which means an additional loss of material means, and with some materials, for example stainless steel, it is difficult to obtain the desired degree of precision when editing.
Wie sich aus hydrodynamischen Überlegungen ergibt, verändert sich die Dicke der Schaufeln von Schiffsschrauben in Richtung ihrer Längsachsen. Da beim Gießen einer derartigen Schiffsschraube mit einem bekannten Verfahren die verwendete "Grün"-Form einen vergleichsweise niedrigen Wärmewiderstand aufweist, was die Temperatur begrenzt, auf die die Form während des üußvorgangs aufgeheizt werden kann, ergibt sich eine unvollständige Füllung der Form mit Gußmetall, und zwar insbesondere dann, wenn zur Erzielung einer verbesserten Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Korrosion anstelle von Kupferlegierungen Edelstahl verwendet wird, wobei zusätzlich auf der Oberfläche des Gußstücks Blasen oder abgebrannter Edelstahl entstehen. Aufgrund dieser Fehler in Verbindung mit der Tatsache, daß eine gute Abmessungsgenauigkeit des Gußstücks, wie oben ausgeführt, nicht garantiert werden kann, ist an dem Gußstück immer unnötiges Metall oder anderes Material, das durch zusätzliche Bearbeitung entfernt werden muß und das die Herstellungskosten, beispielsweise der Schiffsschraube, erhöht.As can be seen from hydrodynamic considerations, the thickness of the blades of ship propellers changes in Direction of their longitudinal axes. Since when casting such a propeller with a known method, the used "Green" shape has a comparatively low thermal resistance has, which limits the temperature to which the mold can be heated during the ussvorgangs, results in a Incomplete filling of the mold with cast metal, especially if to achieve improved strength and resistance to wear and corrosion, using stainless steel instead of copper alloys, where In addition, bubbles or burned-off stainless steel occur on the surface of the casting. Because of these errors in Coupled with the fact that a good dimensional accuracy of the casting, as stated above, is not guaranteed there is always unnecessary metal or other material on the casting that is removed by additional processing must be and the manufacturing costs, such as the propeller, increases.
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Diese Nachteile sind nicht auf die Herstellung von Schiffsschrauben begrenzt, sondern treten auch auf bei der Herstellung von ähnlich großen Teilen mit komplexen Formen, beispielsweise von Schaufeln für große Überverdichter-Turbinen, Kompressoren oder Kondensatoren.These disadvantages are not due to the manufacture of propellers limited, but also occur in the manufacture of similar sized parts with complex shapes, for example of blades for large supercharger turbines, compressors or condensers.
Aufgrund der Eigenschaften des verwendeten mister-Materials ist es bei bekannten Umgußverfahren notwendig, eine vergleichsweise große und komplexe Spritzgußvorrichtung zum Einspritzen des thermisch schmelzbaren Materials zu verwenden.Due to the properties of the mister material used, it is necessary in known casting processes to do a comparative to use large and complex injection molding equipment for injecting the thermally fusible material.
Abgesehen davon, daß das Muster aus thermisch schmelzbarem Material von Hand durch Gravieren ausgeformt werden kann, wird bei der Herstellung im industriellen Maßstab eine geteilte Form aus einer Metallegierung verwendet, die zum Gießen eines Hauptmusters verwendet wird. In diesem Fall müssen die Formhälften maschinell oder in ähnlicher Weise genau bearbeitet und danach miteinander verbunden werden, um eine einzige Form zu bilden, in die das thermisch schmelzbare Material mit einer Spritzgußvorrichtung eingespritzt wird. Jedoch führt die Verwendung einer Spritzgußvorrichtung zu erhöhten Her-Stellungskosten, da die geteilte Form entsprechend einer gegewünschten Raumform außerordentlich stark ausgebildet sein muß, um dem hohen Strömungsdruck des eingespritzten, thermisch schmelzbaren Materials zu widerstehen. Wenn außerdem der Hohlraum der Form einen Kern enthalten muß, müssen zusätzliche besondere Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, daßIn addition to the fact that the pattern of thermally fusible material can be formed by hand by engraving, a split mold made of a metal alloy, which is used for casting a main pattern, is used in industrial-scale manufacture. In this case, the mold halves must be precisely machined or similarly machined and then joined together to form a single mold into which the thermally fusible material is injected with an injection molding machine. However, the use of an injection molding device leads to increased manufacturing costs, since the divided mold must be made extremely strong in accordance with a desired three-dimensional shape in order to withstand the high flow pressure of the injected, thermally fusible material. In addition, if the cavity of the mold must contain a core, additional special measures must be taken to ensure that
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sich der Kern während des Einspritzens des thermisch schmelzbaren Materials nicht bewegt, wobei die komplizierten Maßnahmen, die notwendig sind, um sicherzustellen, daß der Kern genau positioniert bleibt, häufig eine Verlängerung der Her-Stellungsprozesse bewirken.the core does not move during the injection of the thermally fusible material, whereby the complicated measures, which are necessary to ensure that the core remains precisely positioned, often an extension of the manufacturing processes cause.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Prazisionsgußverfahren für dreidimensionale Profilteile, beispielsweise für Propeller, Turbinen, Diffuser, Kondensatoren, Turbinenschaufeln od. dgl., zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Gußverfahren vermieden werden.The object of the present invention is therefore to provide an improved precision casting process for three-dimensional profile parts, For example, for propellers, turbines, diffusers, condensers, turbine blades or the like. To create at which the disadvantages of the known casting process are avoided.
Außerdem soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich sein, große Profilteile zu gießen, ohne daß komplizierte Gußabläufe erforderlich sind.In addition, it should be possible with the method according to the invention to cast large profile parts without complications Casting runs are required.
Schließlich soll das erfindungsgemäße Präzisionsgußverfahren für Profilteile nicht auf das Gießen von Propellern oder Schiffsschrauben einer bestimmten Größe oder aus einem bestimmten Material begrenzt sein, wodurch die Herstellung von dreidimensionalen Profilteilen mit außerordentlich präzisen Gußabmessungen und einer glatten Gußoberfläche erreicht wird.Finally, the precision casting process according to the invention for profile parts should not be based on the casting of propellers or Ship propellers of a certain size or made of a certain material may be limited, thereby reducing the production of three-dimensional profile parts with extremely precise cast dimensions and a smooth cast surface is achieved.
Außerdem soll erfindungsgemäß ein Umgußverfahren angegeben werden, bei dem die Herstellung von Umgußmustern von dreidimensionalen Profilteilen leicht erreicht wird und beiIn addition, a casting process is to be specified according to the invention be, in which the production of casting samples of three-dimensional profile parts is easily achieved and at
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dem die Herstellungskosten vergleichsweise niedrig sind.which the manufacturing costs are comparatively low.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung beispielsweise einer Schiffsschraube unter Verwendung einer Umgußform zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus: a) Herstellen eines thermisch schmelzbaren Modells eines dreidimensionalen Gußstücks, beispielsweise einer Schiffsschraube, durch Schmelzen eines thermisch schmelzbaren Materials, das zumindest aus Naphthalin oder Para-Dichlorbenzol od. dgl. besteht und das entweder einzeln oder mit einem oder mehreren Copolymeren mit Vinyl-Basen gemischt ist, und Eingießen dieses geschmolzenen Materials in eine Form mit einer Gußgeschwindigkeit zwischen 0,1 kg/sek bis 5 kg/sek,The method according to the invention for production, for example a ship's propeller using a casting mold is characterized by the following process steps: a) Production of a thermally fusible model of a three-dimensional casting, for example a ship's propeller, by melting a thermally fusible material consisting of at least naphthalene or para-dichlorobenzene or the like. and which is either individually or mixed with one or more copolymers with vinyl bases, and pouring this molten material into a mold at a casting speed between 0.1 kg / sec to 5 kg / sec,
b) Herstellen einer Keramikschale um das Modell durch wiederholtes Beschichten des Modells mit einem feuerfesten Material und nachfolgendem Aufbringen von feuerfestem Pulvermaterial,b) Making a ceramic shell around the model by repeating Coating the model with a refractory material and subsequent application of refractory powder material,
c) Durchfuhren eines Vorschmelzprozesses, um zwischen dem Modell und der Schale durch Auflösen eines Teils des Modells mit Hilfe von Dampf eines organischen Lösungsmittels einen kleinen Zwischenraum zu erzeugen,c) performing a premelting process to between the model and the shell by dissolving part of the model to create a small space with the help of vapor of an organic solvent,
d) Durchführen eines vollständigen Ausschmelzprozesses, bei dem das Modell Wärme ausgesetzt wird, um eine vollständige
Schmelze und Entfernung von der Schale zu bewirken, um eine Schalenform zu erhalten,
e) Vorheizen der Schalenform auf eine Temperatur in der Nähe der Temperatur des geschmolzenen Metalls zur Herstellung derd) performing a complete melt-out process in which the model is exposed to heat to effect complete melting and removal from the shell to obtain a shell shape,
e) preheating the shell mold to a temperature near the temperature of the molten metal to produce the
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Schiffsschraube und Eingießen des geschmolzenen Metalls In die Form,Propeller and Pouring the Molten Metal In form,
f) Verfestigen des Gußmetalls und Entnehmen des verfestigten Netalls aus der Form.f) Solidifying the cast metal and removing the solidified Netalls out of shape.
Aufgrund des in der ersten Schmelzstufe erzeugten Zwischenraums werden Dehnungen und das Abbrechen von Teilen der Schale aufgrund der Ausdehnung des Modells in der zweiten Schmelzstufe vermieden, und dadurch wird eine Schalenform erhalten, die die Herstellung eines Gußstücks, beispielsweise einer Schiffsschraube, mit einer guten und nicht mehr weiter zu bearbeitenden Oberfläche und mit genauen Abmessungen gestattet.Due to the space created in the first melting stage there are elongations and the breaking off of parts of the shell due to the expansion of the model in the second melting stage avoided, and thereby a shell shape is obtained, the production of a casting, for example a Ship propeller with a good surface that cannot be further processed and with precise dimensions.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show it:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines thermisch schmelzbaren Modells einer Schiffsschraube, das entsprechend einem erfindungsgemäßen Umgußverfahren mit einer Keramikschale bedeckt ist,Fig. 1 is a cross-sectional view of a thermally fusible model of a ship's propeller, which corresponds to a encapsulation process according to the invention is covered with a ceramic shell,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Heizvorrichtung zum Entfernen des thermisch schmelzbaren Materials unter Darstellung des Verfahrensschritts der anfänglichen Entfernung von thermisch schmelzbarem Material gemäß Fig. 1,Fig. 2 is a cross-sectional view of a heater for removing the thermally fusible material, showing the process step of the initial removal of thermally fusible material according to FIG. 1,
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 2 unter Darstellung der Verfahrensstufe, bei der der Hauptteil des thermisch schmelzbaren Materials entfernt wird,FIG. 3 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 showing the process stage in which the main part of the thermally fusible material is removed,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Form, die nach dem Entfernen des thermisch schmelzbaren Materials für den Umguß fertig ist, undFigure 4 is a cross-sectional view of a mold which, after removal of the thermally fusible material for overmolding is done, and
Fig. 5 eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 4 mit einer Form für eine Schiffsschraube innerhalb einer Kastengußform unmittelbar vor dem Gußvorgang selbst.FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 with a mold for a ship's propeller within a box casting mold immediately before the casting process itself.
In der nachfolgenden Beschreibung wird als Gußstück eine Schiffsschraube angenommen, jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen auf das Gießen anderer dreidimensionaler Profilteile, beispielsweise Schaufelräder, Diffuser, Kondensatoren, Turbinenschaufeln od. dgl., angewandt werden.In the following description, a ship's propeller is assumed as the casting, but the inventive The same method applies to the casting of other three-dimensional profile parts, for example paddle wheels, diffusers, Condensers, turbine blades or the like. Can be used.
In Fig. 1 ist ein heißschmelzendes oder thermisch schmelzbares Modell 1 dargestellt, das einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu gießenden Schiffsschraube oder einem ähnlichen Bauteil entspricht und das mit einer Keramikschale 2 geeigneter Dicke bedeckt ist.In Fig. 1, a hot melt or thermally meltable model 1 is shown, which is one with the invention The method to be cast corresponds to a ship's propeller or a similar component and that with a ceramic shell 2 appropriate thickness is covered.
20 Das Modell 1 kann nach irgendeinem bekannten VerfahrenModel 1 can be made by any known method
hergestellt sein, wie es beispielsweise bei Umguß- oder ähn-be made, as is the case, for example, with casting or similar
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lichen Verfahren angewendet wird. Vorzugsweise wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine mehrteilige Form aus Gips verwendet, die zwei Hälften aufweist und in der Teil entsprechend dünnen Abschnitten einer nicht dargestellten Hauptform für die Schiffsschraube Hohlräume bilden. Die Abmessungen dieser Gipsform werden ausgewählt unter Berücksichtigung der Schrumpfung des gegossenen Metalls und des Materials, das entfernt werden muß, um ein fertiges Gußstück zu bilden.is used. However, a multi-part mold is preferred in the method according to the invention made of plaster of paris, which has two halves and in the part correspondingly thin sections of a not shown Main shape for the propeller to form cavities. The dimensions of this plaster mold are selected taking into account the shrinkage of the cast metal and the material that must be removed to make a finished casting form.
Da eine Schiffsschraube eine Bohrung aufweisen muß, um eine Befestigung auf einer Antriebswelle zu gestatten, ist eine derartige Bohrung in dem Modell vorgesehen, und aus Gründen, die weiter unten ersichtlich werden, kann in der Hauptform eine Aussparung entsprechend einer WellenbohrungSince a propeller must have a hole in order to To permit mounting on a drive shaft, such a bore is provided in the model, and from For reasons that will become apparent below, the main shape can be a recess corresponding to a shaft bore
15 vorgesehen sein.15 may be provided.
Bevor thermisch schmelzbares Material des Modells 1 in den Mittelbereich eingegossen wird, der durch die zwei Hälften der mehrteiligen Form gebildet wird, die miteinander verbunden sind, wird in der mehrteiligen Form ein Kern 3 angeordnet, der eine Bohrung für die Antriebswelle der Schiffsschraube festlegt und einen Flansch 4 am Boden aufweist.Before the thermally fusible material of the model 1 is poured into the central area, which is divided by the two halves the multi-part mold is formed, which are connected to each other, a core 3 is arranged in the multi-part mold, which defines a hole for the drive shaft of the propeller and has a flange 4 at the bottom.
Danach wird das thermisch schmelzbare Material durch Erhitzen auf 85°C verflüssigt und in die mehrteilige Form ge-Thereafter, the thermally fusible material is liquefied by heating to 85 ° C and put into the multi-part form.
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gössen. Die Zusammensetzung des thermisch schmelzbaren Materials wird weiter unten beschrieben. Die Eigenschaften des thermisch schmelzbaren Materials, das in die mehrteilige Form gegossen worden ist, sind derartig, daß eine Spritzgußvorrichtung unnötig ist. Dies bedeutet nicht notwendigerweise, daß eine Spritzgußvorrichtung im absoluten Sinne nie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Jedoch muß selbst beim Gießen von vergleichsweise großen Teilen eine gegebenenfalls verwendete Spritzgußvorrichtung lediglich eine einfache Konstruktion aufweisen.pour. The composition of the thermally fusible material is described below. The properties of the thermally fusible material that is in the multipart form molded are such that an injection molding apparatus is unnecessary. This does not necessarily mean that an injection molding machine in the absolute sense is never used in the method of the invention. However, you must yourself when casting comparatively large parts, an injection molding device that may be used is simply a simple one Have construction.
Ein besonders bemerkenswertes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gießgeschwindigkeit des thermisch schmelzbaren Materials in die Form. Als bevorzugtes thermisch schmelzbares Material gemäß der Erfindung werden Naphthalin-Systeme verwendet. Obwohl derartige Materialien viele Vorteile aufweisen, ist herausgefunden worden, daß deren Verwendung bei bekannten Verfahren zu Löchern in der Oberfläche und zu lokaler Porosität in dem erzeugten Modell führt. Die im Rahmen der Erfindung unternommenen Versuche haben gezeigt, daß die Hauptursache für diese Fehler darin zu sehen ist, daß der während des GußVorgangs erzeugte Dampf an der Wand der Form haftet. Durch weitere Versuche hat sich ergeben, daß dies vermieden werden kann, indem die Gußgeschwindigkeit im Bereich zwischen 0,1 kg/sek und 5 kg/sek gehalten wird. Wenn flüssiges Material in die Form mit einer Geschwindigkeit größer alsA particularly notable feature of the process of the invention is the rate of casting of the thermally fusible Material into the form. The preferred thermally fusible material according to the invention is naphthalene systems used. While such materials have many advantages, it has been found that their use in known method leads to holes in the surface and to local porosity in the model generated. The in the frame Attempts made to the invention have shown that the main cause of these errors is to be seen in the fact that the During the casting process, steam generated on the wall of the mold adheres. Further tests have shown that this can be avoided by keeping the casting speed in the range is kept between 0.1 kg / sec and 5 kg / sec. When liquid material enters the mold at a speed greater than
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5 kg/sek gegossen wird, treten Wirbel auf und Luft wird an der Formoberfläche eingefangen, so daß dies zu Oberflächenrauhigkeiten bei dem fertigen Modell führt. Zusätzlich besteht die Tendenz, daß aufgebrachtes Lösungsmittel entfernt wird, so daß die Auslösung des Modells aus der Form erschwert wird. Wenn andererseits die Gießgeschwindigkeit kleiner ist als 0,1 kg/sek, so tritt lokale Porosität auf und, da sich das eingegossene Material rasch abkühlt, bevor neues Material nachgegossen wird, Abstufungen oder Zonen werden in der Oberfläche des Modells erzeugt, und die geforderten Präzisionsabmessungen werden nicht erreicht. Wenn jedoch die Gießgeschwindigkeit im Bereich zwischen 0,1 kg/sek und 5 kg/sek gehalten wird, werden Modelle mit genauen Abmessungen und mit einer glatten fertigen Oberfläche erhalten.5 kg / sec is poured, vortices occur and air is trapped on the mold surface, causing surface roughness in the finished model. In addition, applied solvent tends to be removed so that the release of the model from the mold is made difficult. On the other hand, when the casting speed is slower is than 0.1 kg / sec, then local porosity occurs and, since the poured material cools down quickly before new Material is poured, gradations or zones are created in the surface of the model, and the required Precision dimensions are not achieved. However, when the casting speed is in the range between 0.1 kg / sec and 5 kg / sec is held, models with precise dimensions and with a smooth finished surface are obtained.
Nach dem Eingießen des thermisch schmelzbaren Materials in die mehrteilige Form zur Ausbildung des Modells 1 kann sich das Material verfestigen, und das Modell wird dann aus der Form entnommen. Das so entnommene Modell 1 enthält noch den Kern 3.After the thermally fusible material has been poured into the multi-part mold to form the model 1 the material solidifies and the model is then removed from the mold. The model 1 removed in this way still contains the core 3.
Als thermisch schmelzbares Material für das Modell kann verwendet werden Para-Diglycol-Benzol in der Form von Naphthalin, Polystyren-Harz oder Vinylacetat einzeln oder gemischt und gebildet durch mindestens eine der folgenden Substanzen oder durch ein Gemisch von zwei oder mehreren derPara-diglycol benzene in the form of can be used as the thermally fusible material for the model Naphthalene, polystyrene resin or vinyl acetate individually or mixed and formed by at least one of the following substances or by a mixture of two or more of the
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folgenden Substanzen, wie Naphthalin, Para-Diglycol-Benzol oder eine Verbindung von Naphthalin-Benzol und Naphthalin. Vorzugsweise wird jedoch das Gesamtgewicht von Naphthalin im Bereich von 0,5 % bis 10 % gehalten, wenn ein Gemisch von Naphthalin und Polystyren-Harz verwendet wird, in demfollowing substances, such as naphthalene, para-diglycol-benzene or a compound of naphthalene-benzene and naphthalene. Preferably, however, the total weight of naphthalene is kept in the range of 0.5 % to 10 % when a mixture of naphthalene and polystyrene resin is used in the
Bereich zwischen 1 bis 5 %, wenn ein Gemisch aus Naphthalin und einem Copolymer von Äthylenacetat verwendet wird, und im Bereich von 3 bis 10 %, falls ein Gemisch aus Naphthalin und Polyäthylen-Harz verwendet wird.Range between 1 to 5 % when a mixture of naphthalene and a copolymer of ethylene acetate is used and in the range of 3 to 10% when a mixture of naphthalene and polyethylene resin is used.
10 Die Eigenschaften von Naphthalin und von Styronaphthalin, d.h. ein Gemisch von Naphthalin und Polystyren-Harz, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zum Vergleich sind die Eigenschaften von üblichen bekannten Wachsen in Tabelle 2 aufgeführt. Durch Vergleich der Werte dieser zwei Tabellen wird ersichtlich,10 The properties of naphthalene and styronaphthalene, i.e. a mixture of naphthalene and polystyrene resin, are in Table 1 listed. For comparison, the properties of customary known waxes are shown in Table 2. By Comparison of the values of these two tables shows
daß die Zugabe von Polystyren die Biegefestigkeit erhöht.that the addition of polystyrene increases the flexural strength.
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Schrumpfung, Festigkeit und Expansionskoeffizient
der StyronaphthalineShrinkage, strength and coefficient of expansion
the styronaphthalenes
O
CO
OOO
CO
OO
setzungTogether
settlement
HarzPolystyrene
resin
(unbeschränkt)
%)
(für Form
bildung )shrinkage
(unlimited)
%)
(for shape
education )
keit (kg/cm2)
(formbildendes
Material)Flexural strength
speed (kg / cm 2 )
(form-forming
Material)
Expansions
koeffizient
(x 10~;j)
(20-600C)Linear
Expansions
coefficient
(x 10 ~; j)
(20-60 0 C)
naphthalin
1Stjrro-
naphthalene
1
GO CD COGO CD CO
Schrumpfung, Festigkeit und Expansionskoeffizient von repräsentativen WachsenShrinkage, strength and expansion coefficient of representative waxes
O CO OOO CO OO
finParaf
fin
sinCere
sin
kohlen
wachsBrown
coal
wax
wachspeat
wax
Kompo
nentenother
Compo
nents
(unbe
schränkt)
(%)shrinkage
(unconstrained
restricted)
(%)
festigk-
keit 0
(kg/cm^)Bending
strength-
speed 0
(kg / cm ^)
Expansions
koeffizient
ix 10"5)
(20-400C)Linear
Expansions
coefficient
ix 10 "5)
(20-40 0 C)
bil
dung*shape
bil
manure *
* Wachsfestigkeit bei Formguß* Wax strength when casting
** Wachsfestigkeit beim Einspritzen als Paste mit einer Spritzgießvorrichtung** Wax strength when injected as a paste with an injection molding machine
ro -j CO O CDro -j CO O CD
cncn
27309Ah27309Ah
Wenn das thermisch schmelzbare Modell 1 fertig ist, wird um diesem herum eine feuerfeste Keramikschale 2 durch wiederholte Beschichtungs- und Sandspritz-Schritte hergestellt, und zwar mit einer bestimmten Anzahl, die sich aus der gewünschten Festigkeit der Schale 2 ergibt. Beispielsweise wird das Beschichten und das Absprühen mit Sand abwechselnd sechsbis siebenmal wiederholt, falls danach eine Schiffsschraube mit einem Durchmesser von 400 mm gegossen werden soll, und zehn- bis zwölf mal wiederholt, falls danach eine Schiffsschraube mit einem Durchmesser von 1200 mm gegossen werden soll. Das Modell 1 ist von der Schale 2 vollständig umschlossen mit der Ausnahme einer Öffnung 10, die bei einem Schiffsschraubenmodell auf der dem Kern 3 gegenüberliegenden Seite des Modells angeordnet ist.When the thermally fusible model 1 is ready, a refractory ceramic bowl 2 is repeated around it Coating and sand-spraying steps made, with a certain number, which results from the desired Strength of the shell 2 results. For example, coating and spraying with sand are alternated between six and six Repeated seven times if a ship's propeller with a diameter of 400 mm is to be cast afterwards, and Repeated ten to twelve times if a ship's propeller with a diameter of 1200 mm is then cast target. The model 1 is completely enclosed by the shell 2 with the exception of an opening 10, which in a Ship's propeller model is arranged on the side of the model opposite the core 3.
Jeder Sandstreuschritt ist vorgesehen, um die Keramikschale 2 zu verstärken, und vorzugsweise wird als Sand trockener Sand, beispielsweise Tonerde oder schmelzbares Siliciumdioxid, verwendet, der in einen Flußbetttrog eingebracht oder auf die Schale 2 aufgeblasen oder gegossen werdenEach sand spreading step is provided to reinforce the ceramic shell 2, and is preferably used as sand dry sand, for example alumina or fusible silica, is used, which is placed in a river bed trough or inflated or poured onto the shell 2
20 kann.20 can.
Nach Vervollständigung der gewünschten Zyklenzahl für das Beschichten und das Sandstreuen wird der von dem Modell 1 abgestützte Kern 3 mechanisch gehalten, und der Flansch 4 an der Schale 2 gehalten, um sicherzustellen, daß der Kern 3After completing the desired number of cycles for coating and sanding, the one supported by the model 1 becomes Core 3 held mechanically, and the flange 4 held on the shell 2 to ensure that the core 3
8098U/0533 - 16 - 8098U / 0533 - 16 -
an seiner Stelle verbleibt, wenn das Modell 1 danach aus der Schale 2 herausgeschmolzen wird.remains in its place when the model 1 is then melted out of the shell 2.
Nach Abschluß des letzten der oben erwähnten Zyklen werden nacheinander ein teilweiser und ein vervollständigender Ausschmelzprozeß durchgeführt, um das Modell 1 zu entfernen und in der Schale 2 einen zentralen Hohlraum zu belassen, der der Form der zu gießenden Schiffsschraube entspricht. Der erste der beiden Prozeßschritte wird in einem Ofen 5 für das teilweise Ausschmelzen durchgeführt, der in Fig. 2 dargestellt ist, auf die im folgenden Bezug genommen wird.After the completion of the last of the above-mentioned cycles, a partial and a complete smelting process are carried out in succession carried out to remove the model 1 and leave a central cavity in the shell 2, which is the Corresponds to the shape of the propeller to be cast. The first of the two process steps is in an oven 5 for the partial Melting carried out, which is shown in Fig. 2, referred to below.
Über einem unteren Abschnitt des Ausschmelzofens 5 ist eine horizontal angeordnete Trennwand 6 vorgesehen, so daß in dem untersten Teil des Ofens 5 eine Heizkammer 7 gebildet wird. Die Heizkammer 7 wird mit einem flüssigen Medium, bei-A horizontally arranged partition 6 is provided over a lower portion of the melting furnace 5, so that a heating chamber 7 is formed in the lowest part of the furnace 5. The heating chamber 7 is filled with a liquid medium, both
15 spielsweise Öl, gefüllt. Ein elektrisches Heizrohr 8, dem15 for example oil, filled. An electric heating tube 8, the
elektrischer Strom über eine Leitung 9 zugeführt wird, ist an einem unteren Seitenwandabschnitt des Ofens 5 befestigt und erstreckt sich in die Kammer 7. Wenn dem Heizrohr 8 Strom zugeführt wird, wird das flüssige Medium in der Kammer 7 aufge-electric power is supplied through a line 9 is attached to a lower side wall portion of the furnace 5 and extends into the chamber 7. When the heating tube 8 is supplied with electricity, the liquid medium is absorbed in the chamber 7.
20 heizt und ebenfalls die Trennwand 6.20 heats and also the partition 6.
Das Modell 1, das mit der Schale 2 beschichtet ist, ist mittels Halterungen 11 in dem Ofen 5 derart befestigt, daß die unbeschichtete Öffnung 10 nach unten weist, so daß ge-The model 1, which is coated with the shell 2, is fastened by means of brackets 11 in the furnace 5 in such a way that the uncoated opening 10 points downwards, so that
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27309Ab27309 Fig
schmolzenes Material des Modells 1 auf die Trennwand 6 fallen kann, auf der es eine Schicht 12 bildet. Um das Material in dem Modell 1 aufzulösen, wird dem Ofen 5 eine geeignete Menge eines organischen Lösungsmittels in Form beispielsweise eines Alkens oder eines Chlor-Hydrocarbons zugeführt, beispielsweise 1-1-1-Trichlor-äthan (CH3ICCt3), 1-1-2-Trichlor-äthan CC^) oder 1-1-2-2-Tetrachlor-äthan ^molten material of the model 1 can fall onto the partition 6 on which it forms a layer 12. In order to dissolve the material in the model 1, the furnace 5 is supplied with a suitable amount of an organic solvent in the form of, for example, an alkene or a chlorohydrocarbon, for example 1-1-1-trichloroethane (CH 3 ICCt 3 ), 1- 1-2-trichloroethane CC ^) or 1-1-2-2-tetrachloroethane ^
Die Eigenschaften der verschiedenen erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmittel sind in Tabelle 3 aufgeführt.The properties of the various solvents used according to the invention are listed in Table 3.
- 18 -8098U/0533- 18 -8098U / 0533
gewichtMolecular
weight
pug«Boiling
pug «
Wärme
(20C)Specific
warmth
(2 0 C)
Gewicht
(40C)Specific
weight
(40C)
dichte
(g/4) Steam-
density
(g / 4)
Gewicht druck
relativ zu (mmHg)
LuftSpecific steam
Weight pressure
relative to (mmHg)
air
I5.72 14.4
I.
ISIS
Um zu vermeiden, daß unnötig viel Lösungsmittel erforderlich ist und um eine Verunreinigung der Atmosphärenluft zu vermeiden, sind um dem oberen Abschnitt der Innenwand des Ofens 5 Kühlrohre 13 vorgesehen. Kühlluft oder ein anderes Medium wird ständig durch die Rohre 13 durch äußere, nicht dargestellte bekannte Einrichtungen umgewälzt. Bei dieser Anordnung wird der Dampf des Lösungsmittels, der zum Oberteil des Ofens 5 ansteigt, durch die Kühlrohre 13 abgekühlt und bildet Tropfen 14, die, da gemäß Tabelle 2 das verwendete Lösungsmittel schwerer als Luft ist, an der Innenwand des Ofens 5 ablaufen, so daß das Lösungsmittel wiedergewonnen wird.In order to avoid that an unnecessarily large amount of solvent is required and to contaminate the atmospheric air avoid, 5 cooling pipes 13 are provided around the upper portion of the inner wall of the furnace. Cooling air or another Medium is constantly circulated through the tubes 13 by external, not shown, known devices. At this Arrangement, the vapor of the solvent, which rises to the top of the furnace 5, is cooled by the cooling tubes 13 and forms droplets 14, which, since according to Table 2 the solvent used is heavier than air, on the inner wall of the Oven 5 drain so that the solvent is recovered.
Das thermisch schmelzbare Material des Modells 1 wird aufgrund der latenten Verdampfungswärme des Lösungsmittels geschmolzen und außerdem durch den Dampf des Lösungsmittels gelöst. Gleichzeitig tritt der Dampf des Lösungsmittels durch Mikroporen in der Keramikschale 2 hindurch, und diese wird aufgrund der latenten Verflüssigungswärme dieses Dampfes erhitzt. Es ist unerwünscht, die Anordnung, bestehend aus dem Modell 1 und der Schale 2, während einer langen Zeit in dem Ofen 5 zu belassen, nachdem die Verdampfung des Lösungsmittels begonnen hat, und nach dem Abschmelzen einer derartigen Menge des thermisch schmelzbaren Materials für das Modell 1, daß ein Zwischenraum 3a von mehreren Millimetern zwischen der Außenfläche des Modells 1 und der Innenfläche der Scha-The thermally fusible material of Model 1 is melted due to the latent heat of vaporization of the solvent and also dissolved by the vapor of the solvent. At the same time, the vapor of the solvent passes through Micropores in the ceramic shell 2 through, and this is heated due to the latent heat of liquefaction of this vapor. It is undesirable to keep the arrangement consisting of the model 1 and the shell 2 in the for a long time To leave furnace 5 after the solvent has started to evaporate and after such has been melted Amount of thermally fusible material for the model 1 that a gap 3a of several millimeters between the outer surface of the model 1 and the inner surface of the shell
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27309Ab27309 Fig
le 2 gebildet wird, wird die Anordnung, bestehend aus dem Modell 1 und der Schale 2, aus dem Abschmelzofen 5 für das erste teilweise Abschmelzen entnommen und zu einem Abschmelzofen 15 für das vollständige Ausschmelzen des Materials transportiert.le 2 is formed, the arrangement consisting of the Model 1 and the shell 2, removed from the melting furnace 5 for the first partial melting and to a melting furnace 15 transported for the complete melting of the material.
Gemäß Fig. 3 ist die Anordnung mit dem Modell und der Schale in dem Ausschmelzofen 15 durch Stützen 20 der gleichen Konstruktion wie die Stützen 11 des Ausschmelzofens 5 gehaltert, wobei die Öffnung 10 nach unten weist; die AnordnungAccording to FIG. 3, the arrangement with the model and the shell in the melting furnace 15 by means of supports 20 is the same Structure supported as the supports 11 of the melting furnace 5, with the opening 10 facing downwards; the order
wird durch Luft bei einer Temperatur von 350 bis 45O0C erwärmt, die dem Inneren des Ofens 15 über eine oder mehrere Rohrleitungen 17 durch einen Hochdruckbrenner 16 zugeführt wird. Diese Heißluft wird vorzugsweise in den Ofen 15 derart gerichtet, daß sie von der oder den Rohrleitungen 17 nicht direkt auf die Anordnung mit dem Modell und der Schale bläst. Die Oberseite des Ofens 15 ist geschlossen, wobei Luft den Ofen 15 über geeignete, nicht dargestellte Leitungen verlassen kann.is heated by air at a temperature of 350 to 45O 0 C, which 15 is fed via one or more pipes 17 through a high pressure combustor 16 to the interior of the furnace. This hot air is preferably directed into the oven 15 in such a way that it does not blow from the pipe or pipes 17 directly onto the arrangement with the model and the shell. The top of the furnace 15 is closed, with air being able to leave the furnace 15 via suitable lines, not shown.
Dieser zweistufige Ausschmelzprozeß gemäß der Erfindung ist sehr vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich der Einhaltung der Abmessungen der Gußstücke. Obwohl das Zerbrechen der Keramikschale bei bekannten Verfahren zum Ausschmelzen des das Modell bildenden Materials vermieden werden kann, wobei eine Anordnung,bestehend aus einem Modell und einer Schale,This two-stage melting process according to the invention is very advantageous, especially with regard to compliance the dimensions of the castings. Although the breaking of the ceramic shell in known methods for melting out the the model forming material can be avoided, whereby an arrangement consisting of a model and a shell,
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in kochendes Wasser eingetaucht wird oder wobei von Anfang an eine Anordnung, bestehend aus dem Modell und der Schale, durch einen Luftstrom mit einer Temperatur im Bereich von 350 bis 4500C aufgeheizt wird, führt bei dem ersten Verfahrer das Überlange Eintauchen der Anordnung zu einer Schwächung des Bindermaterials und damit zu einer Veränderung der Form, während bei dem letzteren Verfahren es schwierig ist, den Wärmeübergang von dem Kabenteil der Schiffsschraube zu den Schaufelspitzen oder -kanten zu steuern, und wenn das das Modell bildende Material einen großen Anteil an Polystyren, d.h. 3 % oder mehr, enthält, können große Teile der Form für die Ausbildung der Schaufelkanten abbrechen, da das Material sich ausdehnt, bevor es schmilzt.is immersed in boiling water or where an arrangement consisting of the model and the shell is heated from the beginning by an air stream with a temperature in the range from 350 to 450 0 C, the excessively long immersion of the arrangement leads to a Weakening of the binder material and thus a change in shape, while in the latter method it is difficult to control the heat transfer from the cable part of the propeller to the blade tips or edges, and if the material forming the model has a large proportion of polystyrene, ie 3% or more, large portions of the mold may break off to form the blade edges as the material expands before it melts.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch diese Probleme vermieden, da die erste Stufe des Ausschmelzvorganges von praktisch keinerlei Ausdehnung des das Modell bildenden Materials begleitet wird, da dieser Verfahrensschritt bei niedriger Temperatur erfolgt und kurz sein kann, da er nur erforderlich ist, um einen Zwischenraum 3a in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0 mm zwischen dem das Modell bildenden Material und der Innenseite der Keramikschale zu erzeugen, um sicherzustellen, daß die thermische Ausdehnung keine nachteiligen Auewirkungen auf den nachfolgenden vollständigen Ausschmelzschritt hat.With the method according to the invention, however, these problems are avoided, since the first stage of the melting-out process is accompanied by practically no expansion of the material forming the model, since this process step at takes place low temperature and can be short, since it is only necessary to a gap 3a of the order of magnitude from 0.5 to 1.0 mm between the material forming the model and the inside of the ceramic shell to produce ensure that the thermal expansion does not adversely affect the subsequent complete melt-out step Has.
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27309Ab27309 Fig
Das Ausschmelzen des thermisch schmelzbaren Materials in dem Ofen 15 führt zur Bildung einer hohlen Keramikschale für eine Form 2a. Um irgendwelches Wasser oder restliches Modellmaterial zu entfernen, das an der Innenfläche der Form 2a noch anhaften kann, und um außerdem die Form 2a fest und stabil zu machen, wird diese für eine vorgegebene Zeit auf einer Temperatur im Bereich zwischen 500 und 11000C in einem Heizofen 22 gehalten, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Ofen 22 weist Stahlwände auf, die mit feuerfestem Material 23 ausgekleidet sind, und in der Mitte der unteren Wand ist ein Gestell 24 für die Form vorgesehen, auf der die Form 2a abgestützt wird, wobei der Nabenteil nach unten und die Bohrung nach oben weisen; die Oberseite des Gestells 24 ist flach ausgebildet, um eine stabile Abstützung der Form 2a sicherzustellen. In dem Gestell 24 sind Düsen 27 vorgesehen, die eine Verbindung herstellen zwischen dem Inneren des Ofens 22 und einem Hochdruckbrenner 25, der unterhalb des Gestells 24 außerhalb des Hauptkörpers des Ofens 22 vorgesehen ist und dem Gas über eine Rohrleitung 26 zugeführt wird. Bei Betrieb des Brenners 25 wird daher die Form 2a Heißluft ausgesetzt, durch die Wasser und andere Restmaterialien vollständig entfernt werden. Zusätzlich zum Trocknen der Form 2a dient der Ofen 22 außerdem dazu, die Form auf einer Temperatur zu halten, die möglichst nahe der Temperatur des geschmolzenen Metalls ist, das danach eingegossen wird. Beispielsweise wird die Form 2a in dem Ofen 22 für etwa drei Stunden gehalten, falls es er-The melting of the thermally fusible material in the furnace 15 leads to the formation of a hollow ceramic shell for a mold 2a. In order to remove any water or residual model material that may still adhere to the inner surface of the mold 2a, and also to make the mold 2a solid and stable, it is kept at a temperature in the range between 500 and 1100 0 C in a heating furnace 22 as shown in FIG. The furnace 22 has steel walls lined with refractory material 23, and a frame 24 for the mold on which the mold 2a is supported is provided in the center of the lower wall, with the hub part facing downwards and the bore facing upwards ; the top of the frame 24 is flat in order to ensure stable support of the mold 2a. In the frame 24, nozzles 27 are provided which establish a connection between the interior of the furnace 22 and a high-pressure burner 25 which is provided below the frame 24 outside the main body of the furnace 22 and is supplied to the gas via a pipe 26. When the burner 25 is in operation, the mold 2a is therefore exposed to hot air, by means of which water and other residual materials are completely removed. In addition to drying the mold 2a, the furnace 22 also serves to maintain the mold at a temperature as close as possible to the temperature of the molten metal which will be poured thereafter. For example, the mold 2a is held in the oven 22 for about three hours, in the event that it
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forderlich ist, die Form auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400 bis 700°C aufzuheizen.it is necessary to heat the mold to a temperature of the order of 400 to 700 ° C.
Danach wird die Form 2a in eine Kastengußform 28 gemäß Fig· 5 gebracht, wobei die Öffnung der Form 2a nach oben weist und nunmehr einen Eingußkanal 10a bildet. Stahlkorn, Chromitsand, Zirconsand oder ähnlich trockenes Sandmaterial wird um die Form 2a gepackt, wobei lediglich der Eingußkanal 10a so belassen wird, daß er über das Niveau des Sandmaterials 29 hinausreicht. Dieser vorspringende Teil wird in geeigneter Weise mit isolierendem Material 30, beispielsweise aus Keramikfasern, umwickelt.Thereafter, the mold 2a is placed in a box mold 28 as shown in FIG. 5, with the opening of the mold 2a facing upwards and now forms a sprue channel 10a. Steel grain, chromite sand, zircon sand or similar dry sand material is packed around the mold 2a, leaving only the sprue 10a to be above the level of the sand material 29 reaches out. This protruding part is suitably covered with insulating material 30, for example made of ceramic fibers, wrapped.
In dem in Fig. 5 dargestellten Zustand kann die Form 2a mit geschmolzenem Metall ausgegossen werden. Einer der Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß als Gußmetall Edelstahl verwendet werden kann. Obwohl seit kurzem Materialien, beispielsweise Aluminiumbronze, manchmal anstelle von hochfestem Messing (HBgC-1) verwendet werden, das bisher als Hauptmaterial zur Herstellung von Schiffsschrauben verwendet worden ist, gab es bisher keine Vorrichtungen oder Verfahren, die die ökonomische Verwendung von Edelstahl gestatteten. Dies liegt daran, daß üblicherweise sogenannte Durchlauf -Gußverfahren angewendet werden unter Verwendung von CO2- oder "grünen" Formen, und die mit dem Einlauf und anderenIn the state shown in Fig. 5, the mold 2a can be poured with molten metal. One of the main advantages of the process according to the invention is that stainless steel can be used as the cast metal. Although recently materials such as aluminum bronze have sometimes been used in place of high strength brass (HBgC-1), which has heretofore been used as the main material in the manufacture of propellers, there have been no devices or processes that have allowed stainless steel to be used economically. This is because so-called continuous casting processes are usually used using CO 2 or "green" molds, and those with the enema and others
en Faktoren zusammenhängenden Probleme macß es erforderlich,Problems related to factors make it necessary to
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273094b273094b
2 bis 3 mm zu belassen, die nach dem Gießen maschinell bearbeitet werden. Dies ist keine erhebliche Menge bei üblichen Kupferlegierungen, die vergleichsweise billig sind und leicht bearbeitet werden können, jedoch ist dies eine erhebliche Menge bei Edelstahl, der nur schwer maschinell bearbeitet werden kann und der außerdem teuer ist. Dies führt dazu, daß bei bekannten Verfahren die Herstellungskosten von Schiffsschrauben aus gegossenem Edelstahl drei- bis fünfmal höher sind als bei Verwendung von Kupferlegierungen. Mit dem er-Leave 2 to 3mm machined after casting will. This is not a significant amount with common copper alloys, which are comparatively cheap and lightweight machinable, but this is a significant amount in the case of stainless steel which is difficult to machine can and which is also expensive. This leads to the fact that in known methods the manufacturing costs of propellers made of cast stainless steel are three to five times higher than when using copper alloys. With him-
10 findungsgemäßen Verfahren werden jedoch, wie weiter unten10 inventive method, however, as below
näher erläutert wird, eine außerordentlich gute Fertigung und enge Abmessungstoleranzen erreicht, selbst wenn Edelstahl zum Gießen von Schiffsschrauben verwendet wird, und die Materialmenge, die nach dem Gießen entfernt werden muß, liegt lediglieh in der Größenordnung von 0,3 mm. Mit anderen Worten hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß hinsichtlich der Gesamtherstellungskosten lediglich ein geringer Unterschied besteht zwischen der Verwendung von Edelstahl und von Kupferlegierungen zur Herstellung von Schiffsschrauben, d.h.is explained in more detail, an extremely good production and close dimensional tolerances achieved, even if stainless steel for Casting of propellers is used and the amount of material that must be removed after casting is merely a matter of fact on the order of 0.3 mm. In other words, the method according to the invention has the advantage that with regard to There is little difference in overall manufacturing cost between using stainless steel and using Copper alloys for the manufacture of propellers, i.e.
20 Schiffsschrauben können leicht und ökonomisch aus Edelstahl hergestellt werden, was für diesen Zweck Kupferlegierungen weit überlegen ist.20 ship propellers can easily and economically be made of stainless steel, which for this purpose copper alloys is far superior.
Beispiele für geeignete Typen und Zusammensetzungen der Edelstahle zur Herstellung von Schiffsschrauben werden in 25 Tabelle 4 angegeben.Examples of suitable types and compositions of the stainless steels for the manufacture of propellers are given in 25 Table 4.
8098U/0533 - 25 -8098U / 0533 - 25 -
27309Ab27309 Fig
(Code)material
(Code)
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist herausgefunden worden, daß kein Unterschied in der Gußoberfläche besteht, unabhängig davon, ob der Einguß von unten oder von oben erfolgte, jedoch wird der Einguß von oben bevorzugt, da er Vorteile hinsichtlich der Vorbehandlung der Formen bietet. Wenn ein Eingußbehälter verwendet wird, ist lediglich eine geringe Menge von Schlacke od. dgl. in dem fertigen Gußstück enthalten. Hinsichtlich der Leichtigkeit des Gußvorgangs ist es am besten, einen Gießlöffel zu verwenden, um zunächst einen Vorguß vorzunehmen und dann einen Einguß von oben.Using the method of the invention it has been found that there is no difference in the cast surface exists regardless of whether the pouring was from below or from above, but the pouring is from above preferred because it offers advantages in terms of pretreatment of the molds. If a sprue container is used, only a small amount of slag or the like is contained in the finished casting. In terms of ease Of the casting process, it is best to use a ladle to make a pre-cast first and then a pour from above.
Nach dem Gießen können die Gußstücke abkühlen, und danach werden eventuelle Steigrohre abgeschnitten und maschinelle Bearbeitung oder andere Fertigungsverfahren werden in bekannter Weise vorgenommen, um die Schiffsschrauben fertigzustellen. After casting, the castings can cool down, and then any riser pipes are cut off and mechanically Machining or other manufacturing processes are used in made in a known manner to complete the propellers.
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- 26 -- 26 -
-ML--ML-
Im Gegensatz zum Mittelwert der Oberflächenrauhigkeit von 50 bis 140 ρ bei Schiffsschrauben, die in üblichen Sandformen gegossen worden sind, ist die Oberflächenrauhigkeit von Schiffsschrauben aus 18-8-Edelstahl, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossen worden sind, sehr gering, und zwar im Bereich zwischen 5 und 15 U. Daher ist lediglich eine geringe maschinelle Nachbearbeitung erforderlich, und dementsprechend sind die erforderliche Zeit sowie die Kosten für die Herstellung einer fertigen Schiffsschraube sehr viel geringer. In contrast to the mean value of the surface roughness of 50 to 140 ρ for ship propellers, which are found in common sand molds have been cast, the surface roughness of ship propellers made of 18-8 stainless steel, which with the invention Processes have been poured, very little, namely in the range between 5 and 15 U. Therefore, only a small one post-machining is required and, accordingly, the time and cost required for the production of a finished propeller is much lower.
Beispiele für die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen guten Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt, in der Gußabmessungen von erfindungsgemäß gegossenen Schiffsschrauben angegeben sind.Examples of the good results obtained with the process according to the invention are listed in Table 5, in the casting dimensions of ship propellers cast according to the invention are given.
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5 27309A5 5 27309A5
Zur weiteren Darstellung der erfindungsgemäßen Vorteile vergleicht Tabelle 6 den Blattanstellwinkel einer Schiffsschraube nach dem bekannten "Grün" (ungesinterten)-Formgußverfahren bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.To further illustrate the advantages according to the invention, Table 6 compares the blade pitch angle of a ship's propeller according to the known "green" (unsintered) molding process or according to the process according to the invention.
8098U/0533 - 28 -8098U / 0533 - 28 -
coco ο ccο cc COCO
cn co u>cn co u>
kannteknew
Beiat
spielegames
Maximum u. MinimumMaximum and minimum
KSP-1KSP-1
CSP-2CSP-2
Maximum u. MinimumMaximum and minimum
Maximum u. MinimumMaximum and minimum
ο«»ο «»
COCO
COCO cncn
Im Idealfall sollten die Abmessungen für die ersten und die dritten Schaufeln gleich sein, jedoch treten in der Praxis unvermeidbar einige Unterschiede in den Abmessungen oder im Winkel zwischen den Schaufeln auf. Wie sich aus der obigen Tabelle ergibt, ist dieser Unterschied bei in bekannter Weise gegossenen Schiffsschrauben groß, während er bei Schiffsschrauben, die erfindungsgemäß gegossen worden sind, klein ist. Dies bedeutet, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung von Schiffsschrauben möglich wird, die mit hoher Geschwindigkeit umlaufen können, die jedoch geringen Vibrationen ausgesetzt sind.Ideally, the dimensions for the first and third blades should be the same, but occur in the Practice inevitably some differences in dimensions or angles between the blades. As can be seen from the above table shows, this difference is large in the case of propellers cast in a known manner, while he in ship propellers cast according to the invention is small. This means that with the invention Process the production of ship's propellers is possible, which can rotate at high speed, however are exposed to low vibrations.
Im folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung einer Schiffsschraube aus Edelstahl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher beschrieben.The following is an example of the production of a ship's propeller made of stainless steel according to the invention Procedure described in more detail.
15 Beispiel 15 example
1. Schiffsschraubenabmessungen1. Propeller dimensions
Durchmesser 810 mmDiameter 810 mm
Ausdehnungsverhältnis 45 % Expansion ratio 45 %
Gewicht 15 kgWeight 15 kg
20 Anzahl der Schaufeln 320 number of blades 3
2. Fertigungsschritte2. Manufacturing steps
a) Eine Gipsform wurde hergestellt unter Berücksichtigung der Schrumpfung und des zu entfernenden Materials, um eina) A plaster mold was made taking into account the shrinkage and the material to be removed in order to achieve a
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fertiges Produkt mit den gewünschten Abmessungen zu erhalten. to obtain finished product with the desired dimensions.
b) Naphthalin wurde bei einer Temperatur von 85°C geschmolzen, 1 % Polystyren wurde zugegeben und darin ge-b) Naphthalene was melted at a temperature of 85 ° C, 1 % polystyrene was added and
schmolzen, und das Gemisch wurde in die Gipsform gegossen, um ein Ausschmelzmodell zu bilden.melted and the mixture was poured into the plaster mold to form an investment model.
c) Nachdem das Modell ausgehärtet war, wurde es aus der Form genommen und konnte sich auf Raumtemperatur abkühlen.c) After the model had hardened, it was removed from the mold and allowed to cool to room temperature.
d) Das Modell der Schiffsschraube wurde beschichtet durch Eintauchen in eine Breiaufschlemmung, bestehend aus Siliciumdioxidpulver, das kräftig zu kolloidalem Siliciumdioxid durchmischt wurde, und im noch feuchten Zustand wurden Siliciumdioxidkörner aufgestreut, und danach wurde die Anordnung getrocknet. Dieser Beschichtungs- und Aufstreuvorgang wurde achtmal wiederholt, so daß auf dem Modell eine Keramikschale mit einer mittleren Dicke von 6 mm erhalten wurde.d) The model of the ship's propeller was coated by dipping it into a slurry consisting of Silica powder that has been vigorously mixed to form colloidal silica and has become when it is still wet Silica grains were sprinkled on and the assembly was then dried. This coating and sprinkling process was repeated eight times so that a ceramic bowl with an average thickness of 6 mm was obtained on the model.
e) Das in dieser Weise beschichtete Modell wurde während etwa 12 Stunden getrocknet und danach in ein Trichloräthylen-Dampfbad für etwa 15 Minuten eingetaucht, um den ersten teilweisen Abschmelzvorgang zu bewirken, bei dem etwa 1 mm der Außenfläche des Modells abgeschmolzen wurde, worauf die Anordnung, bestehend aus dem Modell und der Schale, in einene) The model coated in this way was dried for about 12 hours and then placed in a trichlorethylene steam bath immersed for about 15 minutes to effect the first partial meltdown, in which about 1 mm of the The outer surface of the model was melted away, whereupon the arrangement, consisting of the model and the shell, was transformed into one
8098U/0533 - 31 -8098U / 0533 - 31 -
Heißluftofen gebracht wurde, in dem sie während etwa 30 Hinuten einem Heißluftstrom mit einer Temperatur von 35O°C ausgesetzt wurde, um das Modellmaterial vollständig zu schmelzen und eine Schalenform zu bilden.A hot air oven was placed in which it was exposed to a stream of hot air at a temperature of 350 ° C for about 30 hours to completely melt the model material and form a shell shape.
f) Die so hergestellte Schalenform wurde getrocknet und während 15 Minuten in einem Heizofen mit Hochdruckbrennern gehärtet und danach auf Rotglut (etwa 6500C) aufgeheizt.f) The shell mold produced in this way was dried and cured for 15 minutes in a heating furnace with high pressure burners and then heated to red heat (about 650 ° C.).
g) Die erhitzte Form wurde in trockenen Sand gepackt, und dann wurde 18-8-Edelstahl eingegossen, der in einem elektrisehen Hochfrequenzofen geschmolzen worden ist.g) The heated mold was packed in dry sand and then 18-8 stainless steel was poured into it, which was placed in an electric pan High frequency furnace has been melted.
h) Nach dem Guß konnte das Gußmetall sich auf Raumtemperatur abkühlen und wurde dann aus der Form entnommen.h) After casting, the cast metal was allowed to cool to room temperature and was then removed from the mold.
3. Maßgenauigkeit des Gusses3. Dimensional accuracy of the cast
An zwei Stellen wurde die Dicke jedes der mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten 20 Schiffsschrauben gemessen, und es stellte sich dabei heraus, daß die Variation in der Dicke für die gesamte Meßreihe nicht größer war als - 0,41 mm, und die Standardabweichung betrug 0,12. Dies ist im Gegensatz zu bekannten Sandform-Gußstücken, bei denen die Variation in der Dicke - 1,5 mm oder mehr beträgt.In two places, the thickness of each became the same as that described above The procedure produced measured 20 propellers, and it was found that the variation in thickness for the entire series of measurements was not greater than -0.41 mm, and the standard deviation was 0.12. This is in contrast to known sand mold castings where the variation in thickness is - 1.5mm or more.
8098U/0533 - 32 -8098U / 0533 - 32 -
4. Überflächenrauhigkeit des Gußstücks4. Surface roughness of the casting
Die Oberflächenrauhigkeit wurde an drei Stellen bei jeder der 20 Schiffsschrauben gemessen und lag im Bereich zwischen 8 und 12 u, was wesentlich weniger ist als 50 bis 140 u, die mit bekannten Verfahren erreicht werden.The surface roughness was measured at three points on each of the 20 propellers and was in the range between 8 and 12 u, which is significantly less than 50 to 140 u achieved with known methods.
80981 A/0533 - 33 -80981 A / 0533 - 33 -
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