METHOD OF MAKING PRECISION CASTINGS

Abstract: 1. Process for preparing precision castings, in which a porous casting mould is used, which is produced from castable moulding composition which contains phosphate binder as the binding agent, characterized in that a) the prototype which is to be copied, having been coated with a release agent, is provided with drainage means comprising at least one inlet and outlet outside the moulding box, b) the moulding composition which contains a phosphate binder (in the nascent state) is poured into the moulding box and left to harden, c) after the prototype has been removed, the water from the hardened moulding composition is forced out by the introduction of pressurised gas and the mould released from the prototype is calcined at a temperature of at least 250 degrees C d) and then connected to a vacuum line and evacuated, and e) the molten metal is poured into the mould, while the vacuum is maintained, and left to harden.

Description: Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgüssen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues Verfahren zur Herstellung von Gussteile mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Messgenauigkeit nach einem neuen Formverfahren sowie der mit diesem Formverfahren hergestellte Präzisionsguss. Geeignet ist das neue Formverfahren besonders für hochschmelzende Metalle und Begierungen. Formverfahren für hochschmelzende Metalle sind bekannt, auch solche für Präzisionsgüsse. Das bekannteste Präzisionsguss-Formverfahren ist das Wachsmodell Äusschmelzverfahren, bei dem zur Erzeugung des Formhohlraumes das Modell herausgeschmolzen wird. Bei anderen Verfahren wird als Modellmaterial Kunststoff oder gefrorenes Quecksilber eingesetzt. Nachteilig bei diesen Formverfahren ist, dass zur Erzielung eines Präzisionsgusses eine Anzahl von Hilfsmitteln und zusätzlichen Massnahmen erforderlich sind, sodass der Feinguss als industrielles Massenproduktionamit- tel in vielen Industriezweigen auch heute noch als nicht zufriedenstellend, insbesondere zu kostenintensiv und arbeitsaufwendig, angesehen wird. So müssen Modelle für hochschmelzende Eisen- und Nichteisenmetalle mit einer Feinschicht aus einem feinkörnigen, hochwertigen, meist silikatgebundenen keramischen Formstoff umgeben werden, da nur so eine glatte Oberfläche erzeugt wird und feinste Konturen wiedergegeben werden können. Erst dann kann der Formstoff, welcher der Giessform die notwendige Standfestigkeit verleiht, um dem Giessdruck widerstehen zu können, in den Formkasten gegossen werden. Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionagüssen zu finden, das insbesondere für hochschmelzende Metalle und tegierungen geeignet ist und die vorstehenden nachteile nicht aufweist. Uberraschenderweise kann die gestellte Aufgabe derart gelöst werden, dass a) das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Modell mit einer Drainagevorrich tung, die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf ausserhalb des Formkastens aufweist, versehen wird, (in statu nascendi) b) die einen Phosphatbinder/enthaltende Formmasse in den Formkasten gegossen und erstarren ge lassen wird, c) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas heraus gepresst wird und die vom Modell abgelöste Form nach Calcinierung bei einer Temperatur von min destens 250 O d) an eine Vakuumleitung angeschlossen und evaku iert wird, und dass e) die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren ge lassen wird. Das wesentliche 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 Präzisionagüsse 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. Zur Herstellung der Formmasse wird Quarzsand und/oder Zirkonsand verwendet, der als Hochtem- peraturbinder einen Phosphatbinder, hergestellt aus aktivem Magnesiumoxid oder aktivem Magnesium- hydroxid und flonoammoniumorthophosphat, enthält. Abbindeverzögerer und andere HilSsstoffez.B. temperaturbeständige Füllstoffej können gegebenenfalls der Mischung zugesetzt werden. In Gegenwart von Wasser reagiert das aktive Magnesiumoxid unter Wärmeentwicklung mit dem tmmoniumorthophosphats wobei in Abhängigkeit von der Reaktivität des flagnesiumoxids, der Konzentration des Ammoniummagnesiumorthophosphats und der Wassermenge der Erstarrungsvorgang beginnt. Die Wassermenge muss ausserdem auf das gewünschte Porenvolumen der Formen abgestellt werden, damit eine ausreichende Gasdurchlässigkeit bei der erfindungsgemässen Inbetriebnahme der Drainagevorrichtung vorliegt. Das Porenvolumen sollte etwa 15% betragen. Mit einer definierten Kornverteilung des Quarzund/oder Zirkonsandes ( einige #u bis 3 mm ) wird eine glatte Oberfläche der Form erzielt. Da das gebildete Magnesiumorthophosphat 6 Moleküle Kristallwasser enthält, ist nach Beendigung des Erstarrungsvorganges eine Oalcina- tion erforderlich. Die Calcinationstemperatur sollte mindestens 25000 betragen, so dass neben dem Kristallwasser auch ein Teil des gebundenen Ammoniaks freigesetzt wird. Auf diese Weise wird die Entgasung während des Giessvorganges erleichtert und die Oberflächenbeschaffenheit des Giesslings verbessert. Unter hochschmelzenden Metallen und Metallegierungen werden hier solche verstanden, deren Schmelzpunkt oberhalb 1000 C, insbesondere oberhalb 110000 liegt. 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 zweckm¯aBigerweise 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 schlangenförmig über das Drahtgewebe verteilt befestigt und mit einem Ende durch den Formrahmen bzw. durch die Kokille 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 Ober- 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 vor teilhafterweise mit einem Druckanstieg von 0,01 bar pro Minute und zwar so lange, bis ca. 1,2 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 können die Negativformen unmittelbar oder nach Lagerung an der Luft bei einer Temperatur von mindestens 250 C caici- niert werden. Die Calcination ist notwendig, damit eine ausreichende Vakuumleistung beim nachfolgenden Metallguss erbracht werden kann. Vor dem Metallguss wird (werden) an den ( die) Druckluftatutzen 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 Formober- fläche. 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 Vemrbeitung, 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 Ölfilm als Trennmittel überzogen und 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 Gewebe schlauch 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 Foriakastens wurden 6 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus 8,0 Gew.-% aktivem MgO 8,0 Gew.-% Monoammoniumphosphat und 84,0 Gew.-% Quarzsand ( Körnung zu1 mm ) mit 1,2 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 Anfangs- druck betrug 0,2 bar, die Drucksteigerung 0,01 bar pro Minute. Nach 100 Minuten betrug der Pressdruck 1,2 bar, der so lange beibehalten wurde, bis kein Wasser mehr austrat. Bei Anlegung des Pressdruckes trennte sich das Original von der Formmasse. Der Formkasten mit dem Negativ¯ modell wurde gleichmässig nach oben abgehoben und hochkant gestellt, damit das ausgepresste Wasser frei abfliessen konnte. Die Calcinierung des Formkastens mit Negativmodell erfolgte bei 250 C. Nach Calcinierung wurde der Formkasten mit dem Negativmodell für den folgenden Eisenguss ( Schmp. 1.250 C ) an eine Vakuumleitung angeschlossen. Es stellte sich ein Unterdruck von - 0,9 bar ein. Das geschmolzene Eisen wurde in die evakuierte Form eingefüllt. Die Entformung des Gussteils erfolgte nach völliger Erstarrung des Eisens, was nach ca. 20 Minuten der Fall war. Beispiel 2 Anstelle des im Beispiel 1 eingelegten porösen Schlauches wurde eine gelochte Mineralwollfasermatte mit 2 cm Dicke verwendet. Der Lochdurch- messer betrug 1,5 cm, der Abstand von Lochung zu Lochung 2 - 3 cm. Um ein Hochachwimmen 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 anschlie ssend 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. Die beiliegende Figur, die einen Querschnitt durch die beim erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte Gussform zeigt, dient zur weiteren Erläuterung des Erfindungsge genst ande s. Mit 1a) und 1b) sind in der Figur Teile des Form- kastens bezeichnet. 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: PATENTANSPRÜCHE 1) Verfahren zur Herstellung von Präzisions güssen, bei welchem eine poröse Gussform aus giessfähiger, Phosphatbinder als Bindemittel enthaltenden Formmasse hergestellt und ein gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) das abzubildende und mit einem Trennmit- tel beschichtete Modell mit einer Drainage vorrichtung, die mindestens äe einen Zu bzw. Ablauf ausserhalb des Formkastens auf weist, versehen wird, b) die einen Phosphatbinder ( in Statu nas cendi ) enthaltende Formmasse in den Form- kasten 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 Calcinierung bei einer Temperatur von mindestens 25000 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 gekenn zeichnet, dass als Drainagevorrichtung ein po röser Schlauch eingesetzt wird. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Schlauch auf ein engmaschiges und form bares 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 gekenn zeichnet, dass die Drainagevorrichtung in einem Modell- ab stand von mindestens 10 mm angebracht wird. 6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekenn zeichnet, 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 Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bis zum Erreichen von etwa 1,2 bar um 0,01 bar pro Minute erhöht wird. 9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Calcination der Form bei 260 bis 30000 durchgeführt wird. 10) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Metallschmelze bei einem Unterdruck von 0,6 bar in die Form gegossen und unter Aufrecht erhaltung des Unterdrucks zur Erstarrung gebracht wird. 11) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Formmasse, bestehend aus akti vem Magnesiumoxid Monoammoniumpho sphat, Quarzsand und/oder Zirkonsand, Wasser und an sich bekannten Hilfsmitteln, in den Formkasten gegossen wird.

Inventors: FASSLE, FRITZ, STADLER, SIEGMUND, Fässle, Fritz
Applicants: GIULINI CHEMIE GMBH
Application year: 1984
Main classification: B22C9
IPC codes: B22C9, B22D27