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Verfahren zum Ausschmelzen von Wachsmodellen aus Schalengießformen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausschmelzen von Wachsmodellen aus Schalengießformen
für das Präzisionsgießverfahren.
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Bei der Herstellung von Schalengießformen zur Verwendung beim Präzisionsgießverfahren
wird zuerst ein Wachsmodell des späteren Gußteils angefertigt. Eine verhältnismäßig
dünne Schale hitzebeständigen Materials wird dann auf dem Wachsmodell durch Überziehen
desselben mit einer Schicht einer Aufschlämmung, welche ein pulverisiertes, hitzebeständiges
Material enthält, und Trocknenlassen dieser Schicht gebildet; dieser Vorgang wird
gewöhnlich mehrmals wiederholt. Das Wachsmodell muß dann aus der verhältnismäßig
zerbrechlichen Schale aus hitzebeständigem Material entfernt werden. Dies stellt
eine Schwierigkeit dar, falls es gewünscht wird, das Wachs durch Schmelzen zu entfernen
und es aus der Schale auslaufen zu lassen, bevor diese gebrannt wird; von dem Wachs
kann wieder zur Herstellung weiterer Muster Gebrauch gemacht werden. Die Schwierigkeit
bei diesem Verfahren ist, daß, wenn nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen
werden, z. B. durch Anwendung von Druck auf die Außenseite der Schale, um der erwarteten
Ausdehnung des Wachses entgegenzuwirken, das Wachs sich vor dem Schmelzen so weit
ausdehnt, daß die hitzebeständige Schale reißt.
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Gemäß der Erfindung erfolgt das Ausschmelzen des Wachses in der Weise,
daß das überzogene Modell bei einer Anfangstemperatur von nicht mehr als ungefähr
50° C einer Dampfatmosphäre unter Druck ausgesetzt wird. Hierbei wird das Wachs
ausgeschmolzen, ohne daß die Schalenform reißt.
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Es ist zwar schon bekannt, Ausschmelzmodelle, sofern sie aus wasserlöslichen
Wachsen bestehen, aus der Form mittels Dampf zu entfernen. Abgesehen davon, daß
dieses bekannte Verfahren nur auf ganz bestimmte Wachssorten beschränkt ist, kann
hierbei das nachteilige Zersprengen oder Deformieren der Form nicht verhindert werden.
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Die Herstellung des Wachsmodells und die Aufbringung des hitzebeständigen
Überzuges erfolgt wie üblich. So kann das Wachsmodell vorzugsweise aus mikrokristallinem
Wachs oder Carnauba-Wachs hergestellt werden, und es kann beispielsweise durch Spritzguß
oder Schleuderguß hergestellt werden. Im allgemeinen hat das Wachs einen Schmelzpunkt
zwischen 50 und 100° C, vorzugsweise zwischen 60 und 80° C. Ein typisches Wachs
hat einen Schmelzpunkt von ungefähr 65 oder 70° C.
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Der hitzebeständige Überzug wird von einer Aufschlämmung eines feinverteilten
hitzebeständigen Materials mit einem Bindemittel, vorzugsweise einem Kieselsäure
enthaltenden Bindemittel, insbesondere Bindemittel auf der Basis hydrolysierter
Silikatester gebildet. Eine Vielzahl von feinverteilten hitzebeständigen Materialien
kann benutzt werden, beispielsweise: Aluminiumsilikate, wie Molochit, Sillimanit
oder Mullit, Siliciumcarbid, Oxyde wie Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd
oder Zirkondioxyd, Silikate wie Zirkon oder Forsterit und verschiedene kalzinierte
feuerfeste Tone, wie kalzinierte Aysshire- oder Stourbridge-Tone.
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Der in dem Verfahren der Erfindung benutzte Dampf hat einen Druck
von über einer Atmosphäre; ein Überdruck zwischen etwa 1,4 und 10,5 kg/cm2, z. B.
zwischen etwa 3,5 und etwa 7,0 kg/cm2 und insbesondere ungefähr 4,9 kg/cm2 ist gewöhnlicherweise
geeignet. Jedoch können höhere Drücke angewendet werden, falls gewünscht.
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Die Temperatur des Dampfes ist bis zu einem gewissen Grad abhängig
von seinem Druck, aber es ist gewöhnlicherweise nicht nötig, das überzogene Modell
auf eine sehr hohe Temperatur zu erhitzen, um das Modell zu schmelzen. Gewöhnlicherweise
genügt es, Dampf bei einer Temperatur zwischen 50 und 150° C höher als der Schmelzpunkt
des Wachses des Modells zu verwenden. So z. B. ist, wenn das Muster aus mikrokristallinem
Wachs hergestellt worden ist, oft eine Dampftemperatur zwischen 110 oder 120 und
200° C geeignet. Höhere Temperaturen,
z. B. hinauf bis zu 300, 400
oder 500° C, können falls gewünscht verwendet werden.
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Vor der Behandlung weist das überzogene Modell normalerweise Zimmertemperatur
auf, z. B. zwischen 15 und 25' C, aber sie ist in keinem Fall höher als eine Temperatur
von ungefähr 50° C. Das überzogene Modell hat oft ungefähr 20° C.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird das überzogene Modell als
Ganzes in einen Autoklav oder ein anderes geeignetes Behältnis, welches fähig ist,
dem Dampfdruck zu widerstehen, eingebracht und der Dampf dann eingeblasen. Beides,
die Außenseite des hitzebeständigen Überzuges und das Wachs des Modells, wird dem
Dampf ausgesetzt.
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Das überzogene Modell braucht nicht länger als ein paar Minuten dem
Dampf ausgesetzt zu werden, gewöhnlicherweise nicht länger als ungefähr 10 Minuten.
Ungelfähr 3 Minuten genügen oft, um ein Wachsmodell mit einem Gewicht bis zu etwa
1 kg zu schmelzen.
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Wenn das überzogene Modell sich in einer umgekehrten Stellung befindet,
schmilzt das meiste Wachs und läuft aus der Schalengießform aus, üblicherweise innerhalb
weniger Minuten, aber eine geringe Menge kann zurückbleiben, und diese kann entfernt
werden durch Erhitzen der Guß-Schalenform auf eine rohe Temperatur, z. B. auf 600
bis 1000° C oder sogar mehr, falls gewünscht, bei welcher das verbliebene Wachs
ausbrennt. Eine solche Hitzebehandlung bewirkt außerdem eine durchgreifende Trocknung
der Schalenform und bewirkt, daß sie einen höheren hitzebeständigen Charakter annimmt.
Beispiel Das Beispiel beschreibt die Entfernung eines Wachsmodells aus einer Schalengießform,
welche zum Guß eines Pumpenflügelrades geeignet ist.
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Eine zum Teil hydrolysierte Lösung von Äthylsilikat wurde wie folgt
zubereitet: 600 cm3 eines handelsüblichen Äthylsilikats mit einem 40 bis 42 Gewichtsprozent
Siliciumoxyd entsprechenden Gehalt wurden langsam unter Rühren in ein Gemisch von
360 cm3 technischem denaturiertem Alkohol (welcher 6 Gewichtsprozent Wasser enthielt),
40 cm3 Wasser und 1,0 cm3 konzentrierter Salzsäure (spezifisches Gewicht 1,16) eingegossen.
Das Wasser lag in einer Menge von ungefähr 10 Gewichtsprozent des Äthylsilikats
vor. Das Rühren wurde weitere 20 Minuten fortgesetzt, und dann ließ man die Lösung
16 Stunden stehen.
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2000 cm3 Sillimanit mit einer Teilchengröße von weniger als 200 mesh
B. S. S. (76 u öffnungsdurchmesser, 51 [t Drahtdurchmesser) wurden nach und nach
unter ständigem Rühren der hydrolysierten Äthylsilikat-Lösung zugesetzt, unter Bildung
einer End-Aufschlämmung mit einer Viskosität von 250 Centipoise, gemessen bei einer
Scherung (shear rate) von 50,67-1 Sekunden.
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Ein Wachsmodell eines Flügelrades, welches mit einem als Griff dienenden
Stück starken Drahts ausgestattet war, wurde in die Aufschlämmung getaucht, langsam
gedreht, um ein gleichmäßiges Überziehen und die Abwesenheit von eingeschlossenen
Luftblasen sicherzustellen, dann entfernt und 30 Minuten belassen zum Abtropfen.
Ein Stück des Musters blieb unüberzogen. Pulverisierter Sillimanit von einer Teilchengröße
von kleiner als 40 mesh B. S. S. Sieb (etwa 385 u Öffnungsdurchmesser, etwa 252
[ Drahtdurchmesser), aber größer als 80 mesh B. S. S. Sieb (etwa 290 u Öffnungsdurchmesser,
etwa 128 u Drahtdurchmesser) wurde dann als Oberflächenbeschichtung so gleichmäßig
wie möglich auf die nasse Oberfläche aufgebracht; eine so bearbeitete Oberfläche
hat teilweise die Funktion, einen Halt für den zweiten, später aufzutragenden Überzug
der Aufschlämmung zu schaffen. Das überzogene Modell wurde dann in eine mit einem
offenen Behältnis von konzentriertem wäßrigem Ammoniak (spezifisches Gewicht 0,880)
ausgestattete Kammer übergeführt und in der ammoniakangereicherten Atmosphäre 30
Sekunden langsam gedreht.
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Auf den so erhärteten Überzug wurde ein zweiter Überzug der Aufschlämmung
aufgetragen. Das Verfahren wurde unter abwechselnder Oberflächenbeschichtung und
Aufschlämmungsbehandlung so lange wiederholt, bis insgesamt sechs Schichten aufgebracht
waren. Nachdem die letzte Schicht dem Ammoniak ausgesetzt war, wurde das überzogene
Muster in einem Strom Warmluft getrocknet, bis überschüssiger Alkohol und Wasser
entfernt waren. Das überzogene Muster mit einer Zimmertemperatur von 20° C wurde
dann mit dem offenen Ende nach unten über einer Schale in einem Autoklav bei Zimmertemperatur
aufgehängt und der Einwirkung von Dampf bei einem Überdruck von etwa 5,6 kg/cm2
und einer Temperatur von 162° C ausgesetzt. Nach 3 Minuten stellte sich heraus,
daß fast das ganze Wachs aus dem Überzug in die Schale gelaufen und für nochmalige
Benutzung geeignet war. Der hitzebeständige Überzug wurde aus dem Autoklav entfernt
und in einen Brennofen von 900° C 30 Minuten eingebracht. Die sich ergebende Schalengießform
war unzerbrochen und zur Verwendung als Gießform für ein metallenes Flügelrad geeignet.
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Aus Vergleichsgründen wurde das zuvor erwähnte Verfahren wiederholt,
jedoch mit der Ausnahme, daß das überzogene Muster mit Dampf bei atmosphärischem
Druck behandelt wurde. Der hitzebeständige Überzug zerbrach, bevor das Wachsmuster
geschmolzen worden war.