DE1239064B

DE1239064B - Method for melting wax models from shell molds

Info

Publication number: DE1239064B
Application number: DE1962M0053563
Authority: DE
Inventors: John V Payne
Original assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Current assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Priority date: 1961-07-20
Filing date: 1962-07-13
Publication date: 1967-04-20
Also published as: GB948197A

Description

Verfahren zum Ausschmelzen von Wachsmodellen aus Schalengießformen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausschmelzen von Wachsmodellen aus Schalengießformen für das Präzisionsgießverfahren.Process for melting wax models out of shell molds The invention relates to a method for melting wax models out of shell molds for the precision casting process.

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.In the manufacture of shell molds for use in the precision casting process a wax model of the later casting is made first. A proportionate one thin shell of heat-resistant material is then coated on the wax model the same with a layer of a slurry which is a powdered, heat-resistant Containing material, and allowing this layer to dry; this process will usually repeated several times. The wax model must then be proportionate fragile shell made of heat-resistant material can be removed. This represents presents a difficulty if it is desired to remove the wax by melting and let it drain from the shell before it is burned; from the wax can be used again to produce further samples. The difficulty with this procedure is that if not special precautions are taken be e.g. B. by applying pressure to the outside of the shell to the expected To counteract expansion of the wax, the wax spreads out so far before melting expands that the heat-resistant shell cracks.

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.According to the invention, the wax is melted out in such a way that that the coated model at an initial temperature of no more than about 50 ° C is exposed to a steam atmosphere under pressure. This is where the wax melted out without tearing the shell shape.

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.Although it is already known, lost models, provided they are made of water-soluble Waxes consist of removing from the mold using steam. Besides that this known method is only limited to very specific types of wax this does not prevent the disadvantageous shattering or deformation of the mold.

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.The manufacture of the wax model and the application of the heat-resistant The coating is carried out as usual. The wax model can preferably be made of microcrystalline Wax or carnauba wax can be made, and it can be, for example, by injection molding or centrifugal casting. Generally the wax has a melting point between 50 and 100 ° C, preferably between 60 and 80 ° C. A typical wax has a melting point of around 65 or 70 ° C.

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.The heat-resistant coating is made up of a slurry of a finely divided heat-resistant material with a binder, preferably a silica containing binders, in particular binders based on hydrolyzed Silicate ester formed. A variety of finely divided refractory materials can be used, for example: aluminum silicates such as molochite, sillimanite or mullite, silicon carbide, oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide or zirconium dioxide, silicates such as zirconium or forsterite and various calcined ones refractory clays such as Aysshire or Stourbridge calcined clays.

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.The steam used in the method of the invention is at pressure from over an atmosphere; an overpressure between about 1.4 and 10.5 kg / cm2, e.g. B. between about 3.5 and about 7.0 kg / cm2 and especially about 4.9 kg / cm2 is usually suitable. However, higher pressures can be used if desired.

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.The temperature of the steam is dependent to a certain extent from its pressure, but it is usually not necessary to use the overlaid model to a very high temperature to melt the model. Usually it is sufficient to steam at a temperature between 50 and 150 ° C higher than the melting point of the wax of the model. So z. B. is when the pattern of microcrystalline Wax has been made, often a steam temperature between 110 or 120 and 200 ° C suitable. Higher temperatures, z. B. up to 300, 400 or 500 ° C, can be used if desired.

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.Before treatment, the coated model is usually at room temperature on, e.g. B. between 15 and 25 ° C, but it is in no case higher than a temperature of around 50 ° C. The coated model is often around 20 ° C.

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.When performing the procedure, the overlaid model is called Place the whole in an autoclave or other suitable container that is capable of to withstand the steam pressure, introduced and the steam then blown in. Both, the outside of the heat-resistant coating and the wax of the model, is the Exposed to steam.

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.The overdone model takes no more than a few minutes Exposure to steam usually no longer than about 10 minutes. About 3 minutes is often enough to create a wax model weighing up to about Melt 1 kg.

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.When the covered model is in an inverted position, most of the wax melts and oozes out of the shell mold, usually inside less minutes, but a small amount may be left and it may be removed are made by heating the casting shell mold to a raw temperature, e.g. B. to 600 up to 1000 ° C or even more, if desired, at which the remaining wax burns out. Such a heat treatment also causes thorough drying the shell shape and causes it to take on a higher heat-resistant character. Example The example describes the removal of a wax model from a shell mold, which is suitable for casting a pump impeller.

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.A partially hydrolyzed solution of ethyl silicate was as follows Prepared: 600 cm3 of a commercially available ethyl silicate with a 40 to 42 percent by weight Silica content were slowly stirred into a mixture of 360 cm3 of technical denatured alcohol (which contained 6 percent by weight water), Pour 40 cm3 of water and 1.0 cm3 of concentrated hydrochloric acid (specific gravity 1.16). The water was approximately 10 percent by weight of the ethyl silicate before. Stirring was continued for an additional 20 minutes and then the solution was left 16 hours standing.

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.2000 cm3 sillimanite with a particle size of less than 200 mesh B. S. S. (76 u opening diameter, 51 [t wire diameter) were gradually while stirring the hydrolyzed ethyl silicate solution added, with formation a final slurry having a viscosity of 250 centipoise as measured at a Shear rate of 50.67-1 seconds.

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.A wax model of an impeller with a handle that serves as a handle A piece of strong wire was dipped into the slurry, slowly rotated to ensure even coating and the absence of trapped Ensure air bubbles are then removed and left for 30 minutes to drain. A piece of the pattern was left uncoated. Powdered sillimanite of one particle size of smaller than 40 mesh B.S. S. sieve (about 385µ orifice diameter, about 252 [Wire diameter) but larger than 80 mesh B.S. S. sieve (about 290u opening diameter, about 128 µ wire diameter) then became as uniform as the surface coating applied to the wet surface as possible; such a machined surface partly has the function of holding the second coating to be applied later to create the slurry. The coated model was then converted into one with a open container of concentrated aqueous ammonia (specific gravity 0.880) equipped chamber and transferred in the ammonia-enriched atmosphere 30 Turned slowly for seconds.

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.A second coat of the slurry was applied to the coating thus hardened applied. The procedure was under alternating surface coating and Repeat the slurry treatment until a total of six layers are applied was. After the last layer was exposed to the ammonia it became coated Pattern dried in a stream of hot air until excess alcohol and water were removed. The coated sample with a room temperature of 20 ° C was then open end down over a tray in an autoclave at room temperature suspended and the action of steam at an overpressure of about 5.6 kg / cm2 and exposed to a temperature of 162 ° C. After 3 minutes it turned out that almost all of the wax ran out of the coating into the bowl and used again Use was suitable. The heat-resistant coating was removed from the autoclave and placed in a furnace at 900 ° C for 30 minutes. The resulting shell mold was unbroken and suitable for use as a mold for a metal impeller.

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.For reasons of comparison, the aforementioned procedure was repeated, but with the exception that the pattern coated with steam at atmospheric Pressure was handled. The heat resistant coating broke before the wax pattern had been melted.

Claims

Claims: 1. Method for melting out wax models Shell casting molds for the precision casting process, that is not the case i c hn e t that to melt out the wax the coated model at an initial temperature exposed to a steam atmosphere under pressure of no more than about 50 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the starting temperature is between 15 and 25 ° C.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the excess steam pressure is between about 1.4 and 10.5 kg / cm2.

4. Procedure according to one of claims 1 to 3, characterized in that a steam with a Temperature between 50 and 150 ° C higher than the melting point of the wax, is used. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1067 570; A 1 l e n d o r f, »Precision casting process with lost models«, 1958, pp. 87 to 124, 147 to 151.