DE1132295B - Casting process for the production of precisely cast cavities in castings - Google Patents
Casting process for the production of precisely cast cavities in castingsInfo
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Description
Gießverfahren für die Herstellung genau gegossener Hohlräume in Gußstücken Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren für die Herstellung genau gegossener Hohlräume in Gußstücken aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen.Casting process for the production of precisely cast cavities in castings The invention relates to a casting method for producing precisely cast cavities in castings made of aluminum and magnesium alloys.
Gemäß der Erfindung werden Hohlkerne aus Borosilikatglas verwendet. Erfindungsgemäß wird der Kern aus Borosilikatglas durch Durchleiten einer Säure., beispielsweise aus der Gruppe der Fluorwasserstoffe oder wäßrigen Fluorphosphorsäuren, aus dem Gußstück entfernt.According to the invention, hollow cores made of borosilicate glass are used. According to the invention, the core is made of borosilicate glass by passing an acid through it., for example from the group of hydrogen fluorides or aqueous fluorophosphoric acids, removed from the casting.
Man hat bereits vorgeschlagen, einen Quarzfaden als Kernmaterial zu verwenden, wobei das Kernmaterial durch chemische Mittel und insbesondere durch eine Säure aufgelöst und entfernt wird. Ein Quarzfaden ist aber in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften in keiner Weise mit Borosilikatglas vergleichbar. Insbesondere kann weder mit einem Quarzfaden noch mit einem Nickeldraht die Genauigkeit bezüglich des Kerns, dessen Ausrichtung und dessen Ausmaße und demzufolge der entstehenden Durchgänge erzielt werden, wie dies erstmalig durch die Verwendung von Borosilikatglas erreicht worden ist. Zur Herstellung von gegossenen Artikeln mit glatter Oberfläche und dünnen, stabförmigen Abmessungen aus spröden Legierungen hat man bereits Glasformen verwendet, welche eine glatte Oberfläche erzeugen. Dabei hat man die Glasform auch schon mit Sand umhüllt, um ein Springen zu verhüten. In diesem Fall ist auch Boratglas benutzt worden, und zwar wegen seines hohen Schmelzpunktes. Das Boratglas diente aber nicht als Kernmaterial. Auf Grund des bisherigen Standes der Technik war es also nicht möglich, zu dem Verfahren nach der Erfindung zu gelangen, da man die gläserne Form nur dann benutzen kann, wenn man sie in Sand oder in metallische Form einschließt. Man konnte daher nicht den Schluß ziehen, Kerne aus Borosilikatglas benutzen zu können, welche nur deshalb verwendbar sind, weil sie beim Gießverfahren plastisch werden. Im übrigen hat man Borosilikatglas, bisher nur für chemische Geräte benutzt, welche aber keinesfalls so hohen Temperaturen ausgesetzt werden konnten, wie sie beim Gießen einer Magnesium- oder Aluminiumlegierung auftreten.It has already been proposed to use a quartz thread as the core material use, the core material by chemical means and in particular by an acid is dissolved and removed. A quartz thread, however, is in its chemical and physical properties in no way comparable to borosilicate glass. In particular, the accuracy cannot be achieved with either a quartz thread or a nickel wire regarding the core, its orientation and its dimensions and consequently the resulting Passages can be achieved, as this is the first time through the use of borosilicate glass has been achieved. For the production of cast articles with a smooth surface and thin, rod-shaped dimensions made of brittle alloys, one already has glass shapes used, which produce a smooth surface. You also have the shape of the glass already covered with sand to prevent jumping. In this case it is also borate glass has been used because of its high melting point. The borate glass served but not as a core material. Due to the current state of the art, it was so not possible to get to the method according to the invention, since you have the The glass form can only be used if you put it in sand or in a metallic form includes. One could not therefore draw the conclusion that cores made of borosilicate glass to be able to use which are only usable because they are used in the casting process become plastic. In addition, borosilicate glass is used, so far only for chemical devices used, which could not be exposed to such high temperatures, as they occur when casting a magnesium or aluminum alloy.
Der Hauptvorteil von Borosilikatglas, welcher gemäß der Erfindung erzielt wird, besteht also darin, daß Borosilikatglas bei dem in Frage kommenden Temperaturbereich plastisch wird und daß es während der Erstarrung des Gußteils im plastischen Zustand bleibt. Hieraus ergibt sich der besondere technische Fortschritt, daß die Glaskerne beim Erstarren des Gußteils nicht brechen. Wesentlich ist auch der weitere Vorteil, daß die Schwundzugaben sowohl für das Gußstück als auch für den Kern aus den in der Zeichnung angegebenen Maßen berechnet werden können. Das bedeutet, daß die Maße nur entsprechend dem natürlichen Schwund des Gußstückes korrigiert werden müssen.The main advantage of borosilicate glass, which according to the invention is achieved, so is that borosilicate glass in the case of the candidate Temperature range becomes plastic and that it is during the solidification of the casting remains in the plastic state. This results in the special technical progress, that the glass cores do not break when the casting solidifies. It is also essential the further advantage that the shrinkage allowances for both the casting and for the core can be calculated from the dimensions given in the drawing. That means that the dimensions are only corrected according to the natural shrinkage of the casting Need to become.
Bei der Verwendung von Sandkernen treten gewisse Schwierigkeiten auf, welche ihre Anwendung bei der Herstellung von Durchgängen geringeren Durchmessers in Gußstücken aus Leichtmetallegierungen, wie z. B. Aluminium oder Magnesium, einschränken. Wird nämlich das flüchtige Metall in die Form gegossen, so daß es mit den Sandkernen in Berührung kommt, so bilden sich Gase. Diese Gase dürfen nicht durch das flüssige Metall perlen. Sie müssen vielmehr durch das Innere des Kernes nach außen entweichen können. Nun haben Sandkerne zwar eine natürliche Durchlässigkeit. In dünnen und verwickelt geformten, Kernen, jedoch muß in ihrem Innern eine Höhlung, der sogenannte Luftkanal, für das Entweichen dieser Gase gebildet werden. Diese Höhlung im Innern des Kernes verringert natürlich dessen Formfestigkeit. Es ist deshalb üblich, bei dünnen, verwickelt geformten Kernen, die auf Strecken von mehreren Zentimetern nicht gelagert sind, als tragende Teile Stahldrähte einzulegen. Diese Drähte führen jedoch zu Ungenauigkeiten der Kerne beim Vergießen, welche auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Sand und Stahldrähten zurückzuführen sind. Hierdurch kann ein Verlust der Maßhaltigkeit des Kernes besonders bei verwickelten Formen auftreten.When using sand cores, certain difficulties arise which are used in the manufacture of small-diameter passages in castings made of light metal alloys, such as. B. aluminum or magnesium. Namely, if the volatile metal is poured into the mold, so that it comes with the sand cores comes into contact, gases are formed. These gases must not pass through the liquid Metal beads. Rather, they have to escape to the outside through the inside of the core can. Now sand cores have a natural permeability. In thin and intricately shaped, cores, but there must be a cavity inside, the so-called Air duct for the escape of these gases. That cavity inside of the core naturally reduces its dimensional stability. It is therefore common at thin, intricately shaped kernels that fail for distances of several centimeters are stored, steel wires are inserted as load-bearing parts. However, these wires lead to inaccuracies in the cores when potting, which is due to the different thermal expansion caused by sand and steel wires. This can lead to a loss of dimensional accuracy of Kernes occur especially with intricate forms.
Das Borosilikatglas ist im Handel als feuerfestes Glas bekannt und weist mehrere Merkmale auf, welche es als Kermnaterial bei der Herstellung von Durchgängen in-Gußstücken aus Leichtmetallegierungen besonders geeignet machen. In erster Linie ist Borosilikatglas verhältnismäßig billig und in den verschiedensten Formen und Größen erhältlich. Zweitens lassen sich die Kernmaße bei Verwendung von Borosilikatglas genau einhalten, und zwar wegen seiner hohen Unempfindlichkeit gegenüber plötzlichen Temperaturschwankungen. und seiner geringen Wärmeleitfähigkeit. Dazu kommt noch, daß das Glas durch sofortige Erstarrung und Schrumpfung der in Berührung mit der äußeren Glaswand sich bildenden Metallschicht einer Kompression unterliegt, zusammen mit der Spannung, welche sich infolge des Temperaturabfalls in der Wand des Rohres bildet und auch eine Kompression zu verursachen trachtet.The borosilicate glass is known in the trade as refractory glass and has several features that make it a core material in the manufacture of passageways Make in castings made of light metal alloys particularly suitable. Primarily Borosilicate glass is relatively cheap and comes in a wide variety of shapes and sizes Sizes available. Second, the core dimensions can be determined when using borosilicate glass precisely because of its high insensitivity to sudden changes Temperature fluctuations. and its low thermal conductivity. Additional to that, that the glass by instant solidification and shrinkage of the in contact with the outer glass wall forming metal layer is subject to compression, together with the tension that is created as a result of the temperature drop in the wall of the pipe forms and also seeks to cause compression.
Während des Zeitraumes vom Vergießen bis zum Erstarren des Metalls um das Rohr erweicht das Gla§ und erreicht durch die Hitze einen plastischen Zustand, der zeitweise Spannungen ausgleicht und eine Ausrichtung in bezug auf die heiße, erstarrende Metallmasse gestattet, so, daß bei vollkommener Erstarrung derselben der Glaskern noch fest und nicht zerbrochen ist und seine Funktion der Bildung eines Durchgangs und die genaue Lage beibehält.During the period from casting to solidification of the metal the glass around the tube softens and reaches a plastic state due to the heat, that temporarily balances tensions and aligns with the hot, solidifying metal mass is permitted, so that when it solidifies completely the glass core is still firm and not broken and its function is to form a Maintains passage and the exact location.
Weiterhin behält dieses Glas als Kernmaterial seine Lage und Maßgenauigkeit beim Vergießen trotz des Weichwerdens, und seiner Bewegungen während des Abkühlens und Sehwindens des Gußstücks bei.As a core material, this glass also retains its position and dimensional accuracy when pouring in spite of softening, and its movements during cooling and sight of the casting.
Gemäß der Erfindung lassen sich also verwickelt gestaltete Durchgänge in Aluminium- und Magnesiumgußstücken unter Verwendung von Borosilikatglas als Kernmaterial herstellen, wobei es entsprechend möglich ist, die Kerne unter direkter Übertragung der dafür in den Zeichnungen des zu gießenden Artikels angeführten Maße zu bemessen, und wobei dazu noch dasselbe Schwindungsmaß sowohl für den Kern als auch für das Modell verwendet werden kann.Thus, according to the invention, intricately shaped passages can be made in aluminum and magnesium castings using borosilicate glass as the core material produce, whereby it is accordingly possible to transfer the cores directly to measure the dimensions given in the drawings of the article to be cast, and with the same shrinkage measure for the core as well as for the Model can be used.
Auf Grund der günstigen Abstimmung der Eigenschaften der Kerne aus Borosilikatglas und des zu vergießenden Metalls, nämlich entweder Aluminium-oder Magnesiumlegierung, können die Maße sowohl für das Modell als auch für den Kern direkt den Zeichnungen dies zu gießenden Teils, entnommen werden. Die Maße des Modells wie auch die der Kerne müssen jedoch um einen gewissen Faktor vergrößert werden, um der Schrumpfung Rechnung tragen zu können, welche beim Abkühlen des Gießmaterials von der Erstarrungs- auf die Raumtemperatur auftritt. Es ist jedoch nicht erforderlich, die Wärmeausdehnung des Kernes infolge seiner Erhitzung vor dem Gießen selbst zu berücksichtigen noch infolge derjenigen, welche auf die Temperatur des zu vergießenden Metalls beim Gießen selbst auftritt. Denn die; durch Borosilikatglas erzeugten Durchgänge weichen von den vorgeschriebenen Maßen nicht mehr ab als die üblichen Gießtoleranzen. Ein Kern wurde unter Verwendung der in den Zeichnungen des Gußstücks angegebenen Maße direkt hergestellt. Natürlich wurden diese Maße um das bei dem Entwurf des Modells vorgesehene Schwindungsmaß vergrößert. Alsdann wurde der Kern vor dem Vergießen nochmals auf Maßhaltigkeit geprüft und das entstehende Gußstück später zerschnitten, uni die Durchgänge freizulegen. Ein Vergleich der beiden Reihen von Maßen zeigte, daß die vorgegossenen Durchgänge eine Genauigkeit von einem Dreißigtausendstel gegenüber den Kernmaßen aufwiesen: Zur Entfernung des Kernmaterials kann das Gußstück in ein chemisch wirkendes Mittel getaucht werden, welches wohl das Glas, aber nicht das Metall des Gußstücks angreift. Fluorwasserstoff oder wäßrige Lösung von Fluorphosphorsäure mit oder ohne Hemmungsmittel, wie z. B. Arsenoxyd, können zur Anwendung gelangen. Das chemische Mittel löst das Glas derart, daß das Kernmaterial nach einiger Zeit völlig entfernt ist und im Metall des Gußstücks die genau geformten Durchgänge zurückbleiben. Bei Verwendung von Glasrohren als Kernmaterial kann man das chemische- Mittel durch das Rohr fließen lassen und vermeiden, daß das ganze Gußstück in das chemische Mittel getaucht wird.Due to the favorable coordination of the properties of the cores Borosilicate glass and the metal to be cast, namely either aluminum or Magnesium alloy, the dimensions can be used for both the model and the core can be taken directly from the drawings of this part to be cast. The dimensions of the model as well as those of the kernels, however, have to be enlarged by a certain factor, in order to be able to take into account the shrinkage that occurs when the casting material cools down occurs from solidification to room temperature. However, it is not necessary the thermal expansion of the core as a result of its heating before casting itself still take into account as a result of those which depend on the temperature of the potted Metal occurs during casting itself. Because the; passages created by borosilicate glass do not deviate from the prescribed dimensions more than the usual casting tolerances. A core was made using those indicated in the drawings of the casting Dimensions made directly. Of course, these dimensions were taken to reflect the design of the The shrinkage dimension intended for the model is enlarged. Then the core was before potting checked again for dimensional accuracy and later cut the resulting casting, uni to expose the passages. A comparison of the two sets of measurements showed that the precast passages have an accuracy of one thirty thousandth as opposed to the core dimensions: To remove the core material, the casting can be turned into a chemical agent, which is the glass, but not the Attacks metal of the casting. Hydrogen fluoride or an aqueous solution of fluorophosphoric acid with or without inhibitors, e.g. B. arsenic oxide, can be used. The chemical agent dissolves the glass in such a way that the core material after some time is completely removed and the precisely shaped passages remain in the metal of the casting. When using glass tubes as the core material, the chemical means can be passed through Let the pipe flow and avoid getting the whole casting into the chemical agent is dived.
Es ist also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ausschließlich die tatsächlichen Maße der Zeichnung bei der Bestimmung der Kernform und der Lage des, Kernes in der Gußform zu verwenden. Diese Maße müssen nur noch um das Schwindungsmaß vergrößert werden, welches bei der Herstellung des. Modells in Anrechnung gesetzt wird. Borosilikatglas mit der typischen Zusammensetzung von Si OZ = 80 o-/o-; B2 0.4 = 14 °/a; Nag O = 4 o-/o; A12 0s = 21/o wird für Glaskerne bevorzugt, da es neben den oben angeführten Eigenschaften durch eine verhältnismäßig niedrige Wärmeausdehnung und eine hohe Festigkeit gegenüber Temperaturschwankungen gekennzeichnet ist. Die hohe Genauigkeit, welche in der Lage und Ausrichtung sowie der Bemessung des Kernes wie auch für die vorgegossenen Durchgänge möglich ist, ist direkt auf diese Kennzeichen des Glaskernmaterials zurückzuführen und wird bei dessen Verwendung in Leichtmetallen, wie z. B. Legierungen von Aluminium und Magnesium, erreicht.It is therefore possible, exclusively, according to the method according to the invention the actual dimensions of the drawing when determining the core shape and location of using the core in the mold. These dimensions only need to be related to the amount of shrinkage are increased, which is set off in the production of the model will. Borosilicate glass with the typical composition of Si OZ = 80 o- / o-; B2 0.4 = 14 ° / a; Nag O = 4 o- / o; A12 0s = 21 / o is preferred for glass cores because it in addition to the properties listed above, due to a relatively low thermal expansion and is characterized by high resistance to temperature fluctuations. the high accuracy, which in the position and orientation as well as the dimensioning of the core as is also possible for the pre-cast passages, is directly on this label of the glass core material and is used in light metals, such as B. alloys of aluminum and magnesium achieved.
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