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Verfahren zur Herstellung von Formen für das Gießen mit verlorenem
Wachs Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Formverfahren für Präzisionsguß,
insbesondere auf Verbesserungen des Formverfahrens für das Gießen mit verlorenem
Wachs, wie auch auf die Apparatur zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei den üblichen Präzisionsgußverfahren mit verlorenem Wachs wird
das mit einem geeigneten feuerfesten Überzug umhüllte Wachsmodell in einen Formkasten
gesetzt, welch letzterer alsdann mit einer Masse aus Sand und einer wässerigen oder
alkoholischen Lösung eines Bindemittels, welches in der Lage ist, den Zusammenhalt
der Füllmasse zu gewährleisten, aufgefüllt wird.
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Ein leichteres Auffüllen, bei welchem die Sandmasse in sämtliche Zwischenräume
des Modells eindringt, ohne dasselbe zu beschädigen, selbst dort, wo es aus sehr
zerbrechlichen Teilen besteht, kann durch zwei Verfahren verwirklicht werden. Bei
dem einen derselben wird der das Wachsmodell enthaltende Formkasten mit einem trockenen
Gemisch aus Sand und Zement angefüllt, und das Gemisch wird alsdann mit der Wassermenge
durchtränkt, welche gerade zum Abbinden des Zementes erforderlich ist.
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Bei dem anderen Verfahren wird der das Wachsmodell enthaltende Formkasten
mit sorgfältig gesiebtem, trockenem Sand angefüllt. Nach dem Auffüllen wird der
Sand mit einer geberfähigen Lösung getränkt; man verwendet beispielsweise eine verdünnte
Lösung von Natriumsilikat (Natronwasserglas), welcher man ein Geliermittel mit verzögernder
Wirkung, wie z. B. Ammoniumchlorid (Salmiak), zusetzt, wodurch die homogene Durchtränkung
der Form erreicht wird, bevor die Lösung einzudicken oder abzubinden beginnt.
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Die meisten der nach dem ersterwähnten Verfahren hergestellten Formen
erleiden manchmal während des Erhitzens der Form, welche beim Präzisionsguß stets
dem Abgießen vorhergeht, Verformungen oder Rißbildungen. Ferner kommt es vor, daß,
wenn man zwecks Erzielung großer Oberflächengüte der Gußstücke, das Wachsmodell
mit einem feinen feuerfesten Anstrich überzieht, dieser letztere nicht gut an der
Sandmasse anhaftet und Fehler an der Oberfläche des Gußstückes hervorruft, indem
er sich während des Abgießens abhebt.
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Bei dem zweiten Verfahren ist es schwierig, Formen mit homogener Masse
zu erhalten. Die Erfahrung hat nämlich gelehrt, daß nach dem Abbinden und Trocknen
der peripheren Bezirke der Formmasse, seien es nun die Bezirke, welche mit dem durchbohrten
Formkasten in Berührung stehen, oder diejenigen, -welche.- mit dem Modell -in Berührung
kommen, sehr hart sind, während der Kern der Formmasse oft zerreiblich bleibt, was
offensichtlich das Ausschlagen des Gußstückes aus der Form erleichtert, manchmal
aber auch Anlaß zur Zerstörung der Form während des Abgießens gibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet; Formen von völlig homogener
Konsistenz zu erhalten, die sich nicht verformen und nicht zur Rißbildung neigen,
und ergibt Gußstücke, welche frei von Fehlern sind und eine sehr große Oberflächengüte
besitzen. Bei diesem Verfahren erfolgt die Bindung zwischen den einzelnen Sandkörnern
durch das Produkt der Verbindung zwischen einem Alkahsihkat und einem Zement desjenigen
Typs, wie er für Bauzwecke verwendet wird.
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Durch sorgfältige Auswahl des Zements und seines Anteils bei der Verwendung
ist es möglich, durch seine Verbindung mit dem Natriumsilikat (Natronwasserglas)
ein hartes Abbinden zu erreichen, welches dennoch genügend langsam vor sich geht,
um den Be= dingungen für die Herstellung der Formen zu genügen. Die Menge des verwendeten
Zements kann dabei erheblich geringer sein als jene, welche bei Anwendung des eingangs
zuerst genannten Verfahrens erforderlich ist und demzufolge der Zement das alleinige
Kohäsionsmittel ist. Ein Zementgehalt von etwa 1 bis 6%, auf das Gewicht des Sandes
bezogen, ist angemessen, also beispielsweise 1,5 o/a Portlandzement
oder
3% Schmelzzement, dessen Zusammensetzung etwa die folgende ist: Si02 ..................
100/0 A1203 . . . . . . . . . . . . . .... 50% CaO .................. 40% Die Lösung
des Alkalisilikats kann auch verhältnismäßig verdünnt sein, und zwar wegen der Abbindewirkung
seines Reaktionsproduktes mit dem Zement, welche zu der Gelierungswirkung des Alkalisilikats
hinzukommt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei dem üblichen Auffüllen der
Formen zur Verwendung gelangen. Man bereitet alsdann eine Paste durch innige Mischung
des Sandes und des Zementes mit der Natriumsilikatlösung gewünschter Konzentration.
Man gießt die auf diese Weise erhaltene zähflüssige Paste in den das Wachsmodell
enthaltenden Formkasten, während dieser Formkasten den Schwingungen eines Rütteltisches,
auf dem er ruht, unterworfen wird. Nach Beendigung des Auffällens, nach Einrütteln
des Sandes und nachdem in der Paste mitgerissene Luftblasen ausgetrieben worden
sind, läßt man die Form stehen und abbinden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit Vorteil auch für die Technik
des Auffüllens in trockenem Zustand und die Durchtränkung des Formkastens von außen-
her, wie sie in den beiden genannten Verfahren beschrieben ist, verwendet werden.
Das Durchtränken kann durch ruhiges Eindringen der Flüssigkeit erfolgen; es kann
aber auch, wenn man eine fester aneinander haftende Masse für die Form wünscht,
dann vorgenommen werden, während der Formkasten gerüttelt wird. Man verbessert die
Verteilung des Sandes im Oberteil des gerüttelten Formkastens noch in der Weise;
daß man die Oberfläche des Sandes mit einer schweren, ebenen Platte, welche durch
ihr Gewicht wirkt, abdeckt. Der Vorzug dieser Behandlung besteht darin, daß man
ein sanfteres Auffüllen erzielt, wobei die zerbrechlichen Teile des Wachsmodells
weniger Beschädigungen ausgesetzt sind, und daß der Schwund der Form infolge des
Erhitzens derselben vor dem Vergießen des Metalls sehr viel geringer ist. Außerdem
vermeidet dieses zweite Ausführungsverfahren der vorliegenden Erfindung in dem allerhäufigsten
Fäll, d. h. dort, wo man, um Gußstücke sehr großer Oberflächengüte zu erhalten,
das Wachsmodell mit einer dünnen feuerfesten Schicht überzieht, das Verderben dieser
dünnen Schicht. Bei dem ersterwähnten Arbeitsverfahren ist nämlich die Paste nur
dann genügend dünnflüssig, um sich der -Form des Modells genau anschmiegen zu können,
wenn sie eine genügende Menge Wasser enthält, und unter diesen Umständen neigt der
Überzug des Modells dazu; sich zu zersetzen, und zwar um so mehr, als das überschüssige
Wasser vor seinem Verdampfen schwer in die .zu einem Gel gewordene Masse hineindiffundiert.
Bei der Trockenfüllung dagegen kann. man konzentriertere Silikatlösungen verwenden,
deren überschuß nach beendeter Durchtränkung abläuft, wodurch das Trocknen leicht
vor sich geht.
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Bei der letztgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mischt man dem Sand die passende Menge Zement bei, welch letztere um so geringer
sein kann, je schneller der Zement auf das Silikat einwirkt. Man kann auf diese
Weise Zementgemische verwenden, deren Reaktionsgeschwindigkeiten je nach dem Gehalt
der Mischung ganz verschieden voneinander sind, um somit die für das Abbinden gewünschte
Entwicklung zu erhalten. So kann man z. B. 100 Gewichtsteilen weißen Sandes, der
durch ein Sieb von 200 Maschen auf den linearen französischen Zoll hindurchgeht,
entweder 1,5 Teile Portlandzement oder 3 Teile Schmelzzement oder aber auch 3 Teile
eines Gemisches aus 25%, Portlandzement und 75 % Schmelzzement beimischen.
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Das Durchtränken geschieht mit einer Lösung aus 20 Volumina Natriumsihkat
(Natronwasserglas) von 38° B6 und 80 Raumteilen Wasser: Unter diesen Umständen ist
das Abbinden der Masse einer Sandform, deren Sand man 1,5% Portlandzement hinzugesetzt
hat in einem Zeitraum von 20 Minuten nach dem Durchtränken beendet. Dieser Zeitraum
beläuft sich auf 12 Stunden, falls der Formsand 3% Schmelzzement enthält. Bei schwierigen
Abgüssen von Metallen hoher Schmelztemperatur, wie z. B. bei den Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen,
verwendet man vorteilhafterweise Zemente; welche feuerbeständiger sind als die gewöhnlichen
Zemente für Bauzwecke. So z. B. wird man sich dabei eines Kalk-Aluminium-Zements
von der Formel 5 A4 03, 3 Ca O oder eines eisenfreien Kalk-Aluminium-Silizium-Zements
von der Formel 8i 02, 3 A12 03, 4 Ca O bedienen.
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Um Rißbildung in den Formen zu vermeiden, ihren Brand und ihren Schwund
zu regeln und ihre Porosität zu erhöhen, kann man dem Sand Sägespäne, Graphit oder
Holzkohle oder sonstige organische, natürliche oder künstliche Substanzen beimengen,
welche während des Brennens der Form durch Verbrennung verschwinden.
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Als Beispiel sei hier ein Ausführungsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens
angeführt. Die schematische Zeichnung dient dabei zur Erläuterung der Beschreibung.
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Das Wachsmodell 1 mit seinem Eingußtrichter 2 wird mit einer Grundplatte
3 aus Paraffin verschweißt. Auf diese Grundplatte setzt man den Formkasten. Die
Wand des Formkastens ist von einer großen Anzahl kleiner Löcher 4 durchlöchert,
gegen welche man ein Blatt s aus Filterstoff, wie z. B. Filtrierpapier, legt. Dieses
Blatt steht um etwa 20 mm über die Wand aus gelochtem Blech hervor. Das so gebildete
Ganze setzt man in einen Bottich 6 von kaum größeren Abmessungen als die des Formkastens,
insbesondere von praktisch gleicher Höhe. Der Bottich ist mit einer durch einen
Hahn -8 verschlossenen Ablauföffnung 7 versehen. Der Bottich und sein Inhalt werden
auf einen mit 9 bezeichneten Rütteltisch gesetzt. Nach Einleitung der Rüttelbewegung
des Tisches gießt man das Gemisch, welches die Formmasse bilden soll, langsam hinein.
Die erfindungsgemäße Masse hat die folgende Zusammensetzung: Weißer Flintsand mit
einer Feinheit zwischen Sieb Nr. 100 und Sieb Nr. 300 ......... 95% Schmelzzement
Marke Lafarge ............ 3% Sägespäne :...:........................ 2% Damit der
Formsand sich allen Einzelheiten des Modells anschmiegen kann, ist es im allgemeinen
vorteilhaft, den Rütteltisch zu neigen und dem Formkasten während des Auffüllens
eine langsame Drehbewegung um seine Achse zuerteilen.
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Der Sand wird so lange aufgefüllt, bis sein Niveau den oberen Rand
des Filtrierpapierblattes erreicht
hat. Man bedeckt dann die Oberfläche
des Sandes mit einem Papierblatt 10 und einer schweren, ebenen Bleiplatte 11.
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Alsdann gießt man in den äußeren Bottich 6 langsam und unter weiterem
Rütteln eine Lösung, deren erfindungsgemäße Zusammensetzung die folgende ist: Natriumsilikatlösung
von 38 bis 40° B6 .......... 20 Raumteile Wasser ............... 80
Raumteile Die Lösung dringt durch die Löcher im Blech und durch das Filtrierpapier
in die Form ein und durchtränkt das Gemisch aus Sand und Zement. Man hört mit dem
Eingießen der Lösung auf, sobald der Sand im obersten Teil der Form benetzt ist.
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Hierauf stoppt man die Rüttelbewegung des Tisches 9 ab und entleert
allmählich den Bottich 6 durch Öffnen des Ablaßhahns 7.
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Der Formkasten wird aus dem Bottich 6 herausgenommen und genügend
lange Zeit zum Abtropfen sowie für das völlige Abbinden, welches in 12 Stunden erfolgt,
stehengelassen.
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Die Form wird alsdann zwecks Trocknens und Ausschmelzens des Wachses
in einen Trockenofen gebracht und auf hohe Temperatur erhitzt, worauf sie zum Abguß
bereitsteht.
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Falls die Gußstücke eine sehr feine Oberfläche, frei von allen rauhen
Stellen, haben sollen, wird das Wachsmodell mit einer dünnen feuerfesten Schicht
überzogen, und zwar entweder durch Aufspritzen einer Lösung; welche nach dem Verdampfen
des Lösungsmittels und dem Abbinden einen zusammenhängenden Überzug zurückläßt,
oder aber durch Eintauchen in eine derartige Lösung.
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In der vorhergehenden Beschreibung wurde mit »Sand« der gesiebte feuerfeste
Stoff bezeichnet, welcher den Hauptbestandteil der Formmasse bildet.
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Alle feuerfesten Stoffe, soweit sie keine starke Einwirkung auf die
Lösungen von Alkalisilikaten haben, sind geeignet, wie z. B. die reine Kieselerde,
der Korund und Schamotte.