EP0124801A2 - Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgüssen nach dem Gips-Formverfahren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgüssen nach dem Gips-Formverfahren Download PDF

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EP0124801A2 EP84104215A EP84104215A EP0124801A2 EP 0124801 A2 EP0124801 A2 EP 0124801A2 EP 84104215 A EP84104215 A EP 84104215A EP 84104215 A EP84104215 A EP 84104215A EP 0124801 A2 EP0124801 A2 EP 0124801A2
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molding
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Fritz Fässle
Siegmund Stadler
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Giulini Chemie GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/15—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of castings with sharp detail reproduction and high measuring accuracy according to the gypsum molding process: and the precision casting produced with this molding process.
  • Gypsum molding processes have long been got: t.
  • the molding material in these processes mainly consists of gypsum.
  • Other components can include sand, cement, sodium silicate, asbestos, etc. be.
  • the gypsum has the function of a binder and can also be used in higher temperature ranges.
  • precision outlets cannot be produced using this process, even if the vacuum molding process is used.
  • a powder mixture which contains alpha-calcium sulfate hemihydrate (binder) as essential constituents, optionally also cement and chamotte and / or quartz powder as filler. Sufficient water is added to this mixture so that sufficient gas permeability is achieved, which applies to a pore volume of at least 25%.
  • the required smooth surface of the mold is achieved with a defined grain distribution.
  • Auxiliaries such as setting accelerators, retarders, glass fibers, etc. can be added to the mixture.
  • a key feature of the new process is that that the adhering water of the molding compound is removed by pressure drainage. In this way, considerable amounts of energy can be saved, so that the casting process can now also be used for large-area precision castings and series castings.
  • the evacuation during metal casting additionally reduces the energy requirement, it being further advantageous that pressure drainage and evacuation can be carried out using the same system (drainage device).
  • g Prior to molding, g is the USS, a drain in the form of a porous hose-applied or a perforated fiberglass mat over theboxformende original, which is coated with a release agent.
  • this is expediently done with a close-meshed wire mesh, which is attached at a distance of approx. 10 mm above the original and is slightly flexible.
  • the hose is then attached to the wire in a lump-like manner and led outward at one end through the mold frame or through the mold. No wire mesh is required when using perforated glass fiber mats.
  • the molding compound is poured into the prepared molding box.
  • an upper or lower box or multi-part molds can be produced.
  • the molding compositions (negative forms) are lifted immediately after solidification from the original and to remove the water to the P reß Kunststoff für an institute..Das squeezing the water is advantageously carried out with a pressure increase of 0.1 bar per minute, and in fact until about 2 bar are reached. For complete Water removal will maintain this pressure for a period of time, such as 10 to 20 minutes. In most cases, 10 to 20 minutes is enough.
  • the pore space formed by the water squeezing is essential for the subsequent metal casting.
  • the negative molds After pressing, the negative molds remain open and stored for approx. 2 hours until they have set completely. A further 24-hour drying at 60 - 100 ° C may be necessary for larger molds. However, it is also necessary if a sufficient vacuum performance cannot be achieved in the subsequent metal casting.
  • the vacuum lines are connected to the compressed air nozzle (s). This can be done using a direct-working vacuum pump with sufficient performance, as well as using a pre-evacuated vessel.
  • the negative mold is evacuated and the melt is poured in immediately.
  • the maximum amount of gas is 4 l / qdm mold surface.
  • the rear wall thickness of the mold is greater than the distance between the hose and the work surface. In most cases a double to three times the wall thickness is sufficient.
  • a fitting plastic original (model), size approx. 20 x 10 x 8 cm, was coated with a wafer-thin oil film as a separating agent ur: d in a mold box with the internal dimensions 24 x 14 x 11 cm.
  • An easily deformable wire mesh with a mesh size of approx. 2 - 3 cm was adapted to this original surface.
  • a porous fabric tube of 8 mm diameter was connected to the wire mesh with a lateral distance of about 2 cm, the tube end was connected to the pipe socket attached to the molding box and the drainage device was fixed about 1 cm above the model.
  • the mold box with the negative model for the following cast aluminum was connected to a vacuum line. A negative pressure of -0.9 bar was established.
  • the molten aluminum alloy (720 ° C) was filled into the evacuated mold. The casting was demolded after the alloy had completely solidified, which was the case after about 20 minutes. The negative mold could be used for three more metal castings.
  • Example 1 a perforated mineral wool fiber mat with a thickness of 2 cm was used.
  • the hole diameter was 1.5 cm, the distance from hole to hole was 2-3 cm.
  • the molding box was filled with the casting compound approx. 1 cm above the original and then the mineral wool fiber mat was fixed at a distance of approx. 1 cm above the original surface and the molding box was then filled up. Breaking out, evacuation and metal casting were carried out as in Example 1.
  • Parts 1a of the molding box are designated by 1a) and 1b) in the figure.
  • the model 7 lying in the box half 1a) is with the wire mesh fabric 6 on which the porous fabric tube 2 is arranged in a serpentine manner.
  • the compressed gas is introduced through the nozzle at 4 and the vacuum is drawn off through the same nozzle.
  • the molding compound is indicated with the number 3.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Meßgenauigkeit nach dem Gips-Formverfahren, bei dem das abzubildende Modell mit einer Drainagevorrichtung, die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird und die in den Formkasten gegossene Formmasse erstarren gelassen wird. Das Wasser aus der erstarrten Formmasse wird nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt und die vom Modell abgelöste Form nach Trocknung an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert. Die Metallschmelze wird anschließend unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Meßgenauigkeit nach dem Gips - Formverfahrer: sowie der mit diesem Formverfahren hergestellte Präzisionsgtß.
  • Gips - Formverfahren sind schon seit langem bekam:t. Der Formstoff besteht bei diesen-Verfahren in der Hauptsache aus Gips. Weitere Bestandteile können Sand, Zement, Natriumsilikat, Asbest u.a. sein. In derartigen Mischungen hat der Gips die Funktion eines Bindemittels und ist auch in höheren Temperaturbereichen einsetzbar. Präzisionsaüsse können jedoch nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden, und zwar auch dann nicht, wenn nach dem Vakuum-Formverfahren gearbeitet wird.
  • Die Statistik zeigt, daß ein hoher Anteil der Gußserien mit Formsanden hergestellt wird. Die sich dabei ausbildende materialbedingte Gußoberfläche bringt jedoch zwangsläufig einen hohen Nachbearbeitungsaufwand, der sehr kostenintensiv ist und heute als nicht mehr vertretbar angesehen wird.
  • Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Formverfahren zu finden, das weder die Nachteile des Sand - Formverfahrens noch die des Gips - Formverfahrens zeigt.
  • Überraschenderweise kann die gestellte Aufgabe derart gelöst werden, daß
    • a) das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Modell mit einer Drainagevorrichtung, die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird,
    • b) die Formmasse in den Formkasten gegossen und erstarren gelassen wird,
    • c) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird und die vom Modell abaelöste Form nach Trocknung
    • d) an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und daß
    • e) die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.
  • Ein Brennen der Gipsformen bei Temperaturen von 400 bis 800°C ist bei dem neuen Verfahren nicht erforderlich. Damit können erhebliche Enereiemengen eingespart werden.
  • Zur Herstellung der Gipsformen wird eine Pulvermischung verwendet, die als wesentliche Bestandteile alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat ( Bindemittel), gegebenenfalls noch Zement und Schamotte und/oder Quarzmehl als Füllstoff enthält. Dieser Mischung wird soviel Wasser zugesetzt, daß eine ausreichende Gasdurchlässigkeit erzielt wird, was auf ein Porenvolumen von mindestens 25 % zutrifft. Mit einer definierten Kornverteilung wird die erforderliche glatte Oberfläche der Form erzielt. Hilfsstoffe wie Abbindebeschleuniger, Verzögerer, Glasfasern u.a., können der Mischung beigegeben werden.
  • Ein wesentliches Kennzeichen des neuen Verfahrens besteht darin, daß das anhaftende Wasser der Formmasse durch Druckentwässerung entfernt wird. Auf diese Weise können beträchtliche Energiemengen eingespart werden, so daß das Gießverfahren nunmehr auch für großflächige Präzisionsgüsse und Seriengüsse einsetzbar ist. Durch die Evakuierung beim Metallguß wird der Energiebedarf zusätzlich herabgesetzt, wobei weiterhin vorteilhaft ist, daß Druckentwässerung und Evakuierung über das gleiche System ( Drainagevorrichtung ) vorgenommen werden können.
  • Anhand der nachstehenden Ausführungen wird nun das neue Verfahren noch näher erläutert.
  • Vor dem Formenguß wird über das abzuformende Original, das mit einem Trennmittel beschichtet wird, eine Drainage in Form eines porösen Schlauches oder-einer gelochten Glasfasermatte aufgebracht. Bei der Schlauchmethode erfolgt das zweckmäßigerweise mit einem engmaschigen Drahtgewebe, das in einem Abstand von ca. 10 mm über dem Original befestigt wird und leicht biegsam ist. Anschließend wird der Schlauch schla::igenförmig über das Drahtgewebe verteilt befestigt und mit einem Ende durch den Formrahmen bzw. durch die Kokulle nach außen geführt. Bei der Verwendung von gelochten Glasfasermatten wird kein Drahtgewebe benötigt.
  • Nach Anrühren wird die Formmasse in den vorbereiteten Formkasten gegossen. Je nach Formteil können ein Obe=- oder Unterkasten bzw. auch mehrteilige Formen hergestellt werden.
  • Die Formmassen( Negativformen ) werden nach dem Erstarren sofort vom Original abgehoben und zur Entfernung des Wassers an die Preßluftleitung angeschlossen..Das Auspressen des Wassers erfolgt vorteilhafterweise mit einem Druckanstieg von 0,1 bar pro Minute und zwar solange, bis ca. 2 bar erreicht sind. Zur vollständigen Wasserentfernung wird dieser Druck noch über einen Zeitraum beibehalten, etwa 10 bis 20 Minuten. In den meisten Fällen reichen 10 bis 20 Minuten aus. Der durch das Wasserauspressen gebildete Porenraum ist für den nachfolgenden Metallguß von wesentlicher Bedeutung. Nach dem Auspressen bleiben die Negativformen bis zum völligen Abbinden ca. 2 Stunden offen - gelagert stehen. Eine weitere 24-stündige Trocknung bei 60 - 100°C kann bei größeren Formen erforderlich sein. Sie ast jedoch auch notwendig, wenn eine ausreichende Vakuumleistung beim nachfolgenden Metallguß nicht erbracht werden kann.
  • Vor dem Metallguß wird (werden) an den (oder die) Druckluftstutzen die Vakuumleitungen angeschlossen. Dies kann sowohl über eine direkt arbeitende Vakuumpumpe mit ausreichender Leistung, wie auch über ein vorevakuiertes Gefäß erfolgen. Unmittelbar vor dem Metallguß wird die Negativform evakuiert und die Schmelze sofort eingegossen.
  • Bis zur Erstarrung der Schmelze wird die Evakuierung fortgesetzt.
  • Die maximale Gasmenge liegt bei 4 l/qdm Formoberfläche. Zur Reduzierung von Vakuumverlusten ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die rückwärtige Wanddicke der Form größer ist als der Abstand zwischen Schlauch und Arbeitsoberfläche beträgt. In den meisten Fällen reicht eine doppelte bis dreifache Wanddicke aus.
  • Bei sorgfältiger Verarbeitung, vor allem gleichmäßiger Verteilung der Drainage, bilden sich sehr glatte Metalloberflächen aus, welche die aufgeführten technischen Vorteile bringen.
    • Beispiel 1
  • Zur Herstellung der Negativform wurde ein Armaturenkunststofforiginal (Modell), Größe ca. 20 x 10 x 8 cm, mit einem hauchdünnen Oelfilm als Trennmittel überzogen ur:d in einen Formkasten mit den Innenmaßen 24 x 14 x 11 cm eingelegt. Auf diese Originaloberfläche wurde ein leicht verformbares Drahtgewebe mit ca. 2 - 3 cm Maschenweite angepaßt. Nach dieser Anformung wurde auf das Drahtgewebe ein poröser Gewebeschlauch von 8 mm Durchmesser mit seitlichem Abstand von etwa 2 cm angebunden, das Schlauchende mit dem am Formkasten angebrachten Rohrstutzen verbunden und die Drainage-Einrichtung ca. 1 cm über dem Modell fixiert.
  • Zum Füllen des vorbereiteten Formkastens wurden 5 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus
    Figure imgb0001
    mit 2 1 Wasser 1 Minute"homogen gemischt und (zur Verdrängung von Haftblasen) im dünnen Strahl von der Mitte beginnend eingegossen.
  • Eine Minute nach dem Erstarrungsende der Formmasse - ermittelt durch Fingerdruck - wurde an den Rohrstutzen die-Preßluftleitung angeschlossen. Der Anfangsdruck betrug 0,2 bar, die Drucksteigerung 0.01 bar pro Minute. Nach 100 Minuten betrug der Preßdruck 1,2 bar, der solange beibehalten wurde, bis kein Wasser mehr austrat.
  • Bei Anlegung des Preßdrucks trennte sich das Original von der Formmasse. Der Formkasten mit dem Negativmodell wurde gleichmäßig nach oben abgehoben und hochkant gestellt, damit das ausgepreßte Wasser frei abfließen konnte.
  • Die Resttrocknung des Formkastens mit Negativmodell erfolgt über Nacht bei 60 - 80°C.
  • Nach Trocknung wurde der Formkasten mit dem Negativmodell für den folgenden Aluminiumguß an eine Vakuumleitung ange-- schlossen. Es stellte sich ein Unterdruck von -0,9 bar ein. Die geschmolzene Aluminiumlegierung (720°C) wurde in die evakuierte Form eingefüllt. Die Entformung des Gußteiles erfolgte nach völliger Erstarrung der Legierung, was nach ca. 20 Minuten der Fall war. Die Negativform konnte für drei weitere Metallgüsse eingesetzt werden.
    • Beispiel 2
  • Anstelle des im Beispiel 1 eingelegten porösen Schlauches wurde eine gelochte Mineralwollfasermatte mit 2 cm Dicke verwendet. Der Lochdurchmesser betrug 1,5 cm, der Abstand von Lochung zu Lochung 2 - 3 cm. Um ein Hochschwimmen der Mineralwollfasermatte zu unterbinden, wurde sie kurzzeitig in Wasser getaucht. Vor dem Einbringen der Drainage wurde der Formkasten mit der Gießmasse ca. 1 cm über das Original gefüllt und anschlieBend die Mineralwollfasermatte mit einem Abstand von ca. 1 cm über der Originaloberfläche fixiert und danach der Formkasten aufgefüllt. Ausbrechen, Evakuieren und Metallgießen erfolgten wie im Beispiel 1.
  • In der beiliegenden Figur, die einen Querschnitt durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Gußform zeigt, dient zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes.
  • Mit 1a) und 1b) sind in der Figur Teile des Formkastens bezeichne Das in der Kastenhälfte 1a) liegende Modell 7 ist mit dem Maschendrahtgewebe 6, auf dem der poröse Gewebeschlauch 2 schlangenförmig angeordnet ist, umgeben. Das Druckgas wird über die Stutzen bei 4 eingeleitet und das Vakuum über den gleichen Stutzen abgezogen. Die Formmasse ist mit der Ziffer 3 angedeutet.

Claims (11)

1) Verfahren zur Herstellung von Präzisionsaüssen, bei welchem eine poröse Gußform aus gieBfähiger, Calciumsulfat-Halbhydrat als Bindemittel enthaltendenFormmasse ohne Calcinierung hergestellt und eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
a) das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Mcdell mit einer Drainagevorrichtung, die mindestens je e:nen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird,
b) die Formmasse in den Formkasten gegossen und erstarren gelassen wird,
c) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird und die vom Modell abgelöste Form nach Trocknung
d) an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und daß
e) die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Draimagevorrichtung ein poröser Schlauch eingesetzt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Schlauch auf ein engmaschiges und formbares Drahtgewebe aufgelegt wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drainagevorrichtung eine gelochte Glasfasermatte eingesetzt wird.
5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainaaevorriohtung in einem Modellabstand von mindestens 10 mm angebracht wird.
6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser aus der erstarrten Formmasse mit Druckluft ausgepreßt wird.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit steigendem Druck ausgepreßt wird.
8) Verfahren nach Ansprunh 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bis zum Erreichen von etwak12 bar um 0,01 bar pro Minute erhöht wird.
9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Form bei 60 bis 100°C durchgeführt wird.
10) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze bei einem Unterdruck von 0,6 bar in die Form gegossen und unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks zur Erstarrung gebracht wird.
11) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formmasse, bestehend aus alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat, Schamotte, Wasser und an sich bekannten Hilfsmitteln, in den Formkasten gegossen wird.
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EP0124801A3 EP0124801A3 (en) 1988-03-23
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