DE2450013A1 - Gussformmischung mit hoher waermeleitfaehigkeit - Google Patents

Description

• GUSSFORMMISCHUNG MIT HOHER WÄRMELEITFÄHIGKEIT Die Erfindung bezieht sich auf eine über hohe Wärmeleitfähigkeit verfügende Gußformmischung, die mit den in der Gießereipraxls üblichen Bindemitteln und nach don Ublichen Verfahren aufgearbeitet werden kann.
• Die Gußformen und Kerne werden aus Sand als Grundmaterial unter Zumischen verschiedener Bindemittel angefertigt. Der Vorn teil dieser Technologie besteht in ihrer Billigkeit, was sie besonders für die Herstellung von Einzelstücken oder Serien mit kleiner Stückzahl geeignet macht. Ein weiterer Vorteil voa Sandformen und Sandkernen ist da sie auch sur Abformung der kompliziertesten Gestaltungen geeignet sind. Für jeden einzelnen Guß muß jedoch eine neue Form, müssen neue Kerne angefertigt werden* Bei der Fbrikation größerer Serien ist der Kokillenguß wirtschaftlicher; bei diesem werden Gußform und die zum Aussparen innerer Hohlräume dienenden Kerne aus Metall, meistens aus Gußeisen oder Stahl, gefertigt Beim Kokillenguß ist außer der sich aus der mehrmaligen Verwendbarkeit von Formen und Kernen ergebenden hohen Produktivität ferner von Vorteil, daß infolge der guten Wärmeleitfähigkeit der Metallform das Gußstück schneller abkühlt. Durch die schnelle AbkUhlung entsteht ein feineres Materialgefüge, dessen Festigkeitseigenschaften günstiger sind, Der Anwendung des Kokillengusses werden durch die geometrische Form des Gußstückes Grenzen gesetzt. Es kommt häufig vor, daß die inneren Hohlräume eines Kokillengußstückes nur durch Sandkerne ausgebildet werden können. In diesen Fällen ist die mit der Metallkokille in Berührung kommende äußere Oberfläche des Gußstückes von wesentlich feinerer Gefugestruktur und daher härter und fester ala die durch den Sandkern geformte innere Fläche. Um die Gefügestruktur gleichmäjiger zu gestalten, werden an den Teilen des Gußstückes, wo größer Materialdicken auftreten, aus Metall gefertigte Kühlkörper eingeführt.
• Es sind Verfahren bekannt bei denen die Wärmeleitfähigkeit der Gußformmischung mit Hilfe unterschiedlicher Zuschalgstoffe verbessert wird. Mit dieser Methode kann - abhängend von Art uad Menge des Zuschlagstoffes - die Gefligestruktur des Gußstückes verfeinert und damit können die Festigkeitseigenschaften verbessert werden.
• Bei einer dieser Lösungen (Gießerei 21, 652-658, /1971/) wird als Zuschlagstoff Eisenoxyd verwendet. Der Zweck dieser Maßnahme besteht nicht nur in der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, sondern ferner auch darin, bei der Herstellung von Eisenguß durch Modifizierung der grundlegenden Eigenschaften (Wärmeausdehnung, Restfestigkeit) des mit Furanherz gebundenen Sandes die Ausschuß verurschenden Gußfehler zu vermindern. Als obere Grenze des Eisenoxydgehaltes sind zur Erreichung des gesteckten Zieles 6 % um günstigsten.
• Gemäß einer anderen Methode (Lithyejnoje Preizvodstve 11, 35 /1969/) wird die Wärmeleitfähigkeit der für Aluminiumguß verwendeten Formmischung durch Zugabe von Schrot aus Gußeisen oder Stuhl verbessert. Bei den Versuchen, in denen Schrot von 1 und 3 mm Durchmess-er verwendet wurde, untersuchte man die Festigkeitseigenschaften der Mischung sowie ihre Gasdurchlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Diese Parameter wurden an Mischungen von 20..80 % Schrotgehalt untersucht. Bei der Anwendung dieser Methode in der Praxis konnten dickwandige Maschinenteile mit wesentlich verbesserter Gefügestruktur hergestellt werden. Kennzeichnend fUr die Technologie ist, dnd nicht die ganze Form aus der schrothaltigen Mischung abgeformt wird, sondern nur diejenigen Teile, für die eine schnellere Abkühlung notwendig ist, dh. das Verfahren entspricht im wesentlichen dem bereits bekannten Verfahren mit Einsetzen von metallischan Kühlkörpern.
• Der Hauptnachteil der hier beschriebenen Verfahren besteht darin, daß mit ihnen die Wärmeleitfähigkeit der Formmischung wegen ihrer sonstigen Eigenschaften (Festigkeit, Gasdurchlässigkeit) nur in begrenzten Maße gesteigert werden kann. Im Gießereien mit hoher Produktivität ist es aus wirtschaftlichen Erwagungen heraus notwendig, die Formmischung erneut zu verwenden, Zu diese Zwecke wird die benutzte Formmischung gereinigt und regeneriert. Je weniger Bestandteile die Mischung enthält, uia so günstiger sind die Bedingungen für die Regenerierung; die beiden oben beschriebenen Verfahren sind demnach auch unter dem Gesichtspunkt erneuter Verwendung der Formmischung zu beanstanden Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer über hohe Wärmeleitfähigkeit verfügenden Gußformmischung, die nicht nur eine günstige Wärmeleitung, sondern im Interesse einer wirtschaftlichen Wiederverwendung auch eine einfach durchführbare Regenerierung mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht.
• Im Sinne der Erfindung wird das obige Ziel mit einer Formmischung erreicht, die auger dem Bindemittel nur reines Metall oder Metalllegierungen enthält, unabhängig voh den bei der Herstellung der Formmischung verwendeten Bindentitteln und der H erstellungstechnologi e* Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Uber evrhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit verfügende herkömmliche Grundmaterial, der Sand, völlig durch Uber gute Wärmeleitfähigkeit verfUgende Metallteilchen ersetzt werden muß. Durch diese Lösung wird einesteils die beste nur mögliche Wärmeleitfähigkeit erreicht, anderenteils die zu einer wirtschaftlichen Regenerierung notwendige Homogenität hergestellt, Durch eigene Experimente wurde festgestellt, das3 unter Verwendung von Netallgrundmaterial entsprechender Teilchenzusammensetzung auch ohne Sand eine Formmischung hergestellt werden kann, die die notwendige Festigkeit und Gasdurchlässigkeit aufweist.
• Das Material der Metallkörnchen, das zur Abformung notwendige Bindemittel und die Fabrikationstechnologie'kdnnen in Abhängigkeit von dem Grundmaterial des herzustellenden GudstUakes bestimmt werden, Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert" Beispiel 1 Zur Serienfertigung von Kurbelgehäusen aus Leichtmetall werden die Kerne gemäß der findung angefertigt. Das Gußstück des 6-Zylinder-Kürbelgehäuses wiegt 80 kg, sein Grundmaterial ist eine AlSi10Mg-Legierung. Man gießt in Kokillen aus Stahlguß, die inneren Hohlräume werden durch Kerne ausgespart Als Grundmaterial der Forminischung werden besonders gUnstig Aluminiumkörner mit einer Feinheitszahl von 70-80 verwendet, da - ihre Wärmeleitfähigkeit ausgezeichnet ist.
• - ihr spezifisches Gewicht (Raumgewicht) dicht bei dem des Sandes liegt, und - sie durch eine oberflächliche Oxydschicht vor dem Einschmelzen geschützt sind, Als Bindemittel wird Phenolharz, zweckmäßig in einer Menge von 3-7 % verwendet Die Harzmenge hängt davon ab, mittels welches Verfahrens die Körnchen mit einem Harzfilm Uberzogen werden (beim Kaltverfahren mit Aceton als Lösungsmittel ist z.B.
• die günstigste Menge 4 %). Weitere Zuschlagstoffe sind das aus der Technologie der Schalenformung bekannte Hexamethylentetramin und das Calciumstearat. Aus den mit einem Harzfilm Uberzogenen Aluminiumkörnchen werden die Kerne in auf 180 °C erhitzten Metallschränken durch 5-8 Minuten dauerndes Bakelitisieren hergestellt.
• Ein besonderer Vorteil der Schalentechnologie mit Phenolharz besteht darin daß die Kerne hohl sind, was einesteils das Gewicht verringert, anderenteils eine Senkung des spezifischen Materialve#brauches bewirkt. Ferner bewirkt diese Ausführung, daß die sich beim Gießen bildenden Gase leichter entweichen können.
• Die Restfestigkeit nach dem Gießen ist gering, die Kerne können leicht entfernt werden Das Bindemittel kann aus der verwendeten Formmischung durch Mahlen und anschließendes Brennen bei 450 °C leicht entfernt werden, wodurch die Körnchen erneut verwendbar sind Beispiel 2 Die Serienfertigung von Eisenbahnbremsklötzen wird unter Anwendung der erfindungsgemäßen Formmischung vorgenommen. Grundmaterial der herzustellenden GußstUcke ist Gu3oisen mit 0,8-1,6 % Phosphorgehalt. Die Form wird aus Stahlkörnchen der Feinheitszahl 45-55 hergestellt, wobei als Bindemittel Natronwasserglas dient. Zur Verfestigung wird Kohlendioxyd durchgebl as en.
• In den gefertigten Bremsklötzen hat sich durch die intensive Kühlwirkung eine feinere Gefügestruktur ausgebildet, was die Verschleißfestigkeit der Bremsklötze sehr erhöht, Beispiel 3 Bei der Herstellung von Gußstücken komplizierter Innengestaltung aus Buntmetalllegierungen (z.B. Bronze oder Messing), wo besonders hohe Forderungen an die Festigkeit gestellt werden kann als Körnchengrundmaterial besonders günstig Kupfer mit einer Feinheitszahl von 110-130 verwendet werden Als Bindemittel gelangt ein herkönimliches organisches Bindemittel (z,B.
• Dextrin, Leinöl, Melasse) zum Einsatz. Die organischen Bindemittel sind vor allem unter dem Gesichtspunkt einer wirtschaft~ lichen Regenerierung günstig.
• Das wichtigste Charakteristikum der erfindungsgemäßen Formmischung ist ihre hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei zum Vergleich der Wärmeleitfähigkeit herkömmlicher und erfindungsge mäher Formmischungen angestellten Experimenten wurde das eine Ende von 50 mm langen Probestäben bei konstanter Temperatur gehalten, die Erwärmung des anderen Endes wurde mit einem Thermoslement gemessen. Im Ergebnis dieser Versuche wurde festgestellt1 daß die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Formmischung etwa doppelt so hoch ist wie die des Formsandes.
• Auch die sonstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Formmischung wurden experimentell mit denen des herkömmlichen Formsandes verglichen, Die Ergebnisse dieses Experimente sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
• Tabelle 1 Gewaschener Sand Aluminiumkörnchen Xorngrö.enverteilung: übe# 0,6 mm 1,4 % 1,1 % 0,3-0,6 mm 18,5 % 26,2 % 0,2-0,3 mm 36,4 % 42,5 % 0,1-0,2 mm 39,3 % 27,4 So unter 0,1 mm 4,4 % 2,8 % Gasdurchlässigkeit 350 cm³/min 500 cm³/min Druckfestigkeit 10 kp/cm² 12 kp/cm² Scherfestigkeit 3 kp/cm2 10 kp/cm² Aus dem Gesagten wie auch aus der Tabelle folgt, das die Eigenschaften der aus Metallkörnchen bestehenden Mischung in jeder Hinsicht günstiger sind als die der herkömmlichen Formmischungen.
• In den Beispielen wurde die Verwendung von Mischungen aus verschiedenen Grundmaterialien hezeigt. Es soll bemerkt werdenr daß unter dem Gesichtspunkt der Wärmeleitung die Verwendung von Aluminimkörnchen außerordentlich vorteilhaft ist. Eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium weisen nur Silber und Kupfer auf. Die Verwendung von Silber kommt selbstverständlich aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Frage. Die Verwendung von Xupferkörnchen ist in bestimmten Fällen zwar vorstellbar, im allgemeinen ist die Verwendung von Aluminiumkörnchen jedoch viel wirtschaftlicher, da die Wärmeleitfähigkeit des aluminiums die des Kupfers beinaho erreicht, sein spezifisches Gowicht jedoch nur ca ein Drittel von dem des letzteren beträgt. Wenn man berücksichtigt, daß Kupfer ungefähr doppelt so teuer ist wie Aluminium, so ergibt sich, daß eine aus Kupferteilchen gefertigte Mischung ungefähr dreimal so teuer ist wie eine aus Aluminiumkörnchen gefertigte.
• Die zweite Komponente der Mischung, das Bindemittel, kann beltebig gewählt werden. Da es jedoch zwecksmäßig ist, die Formmischung nach der Benutzung zu regenerieren lohnt es sich, ein Bindemittel zu wählen, das sich leicht und gut aus den Metallkörnchen entfernen läßt.
• Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Formmischung in der gesteigerten und gleichmäßigen Wärmeleitfähigkeit besteht. Dadurch ist die Herstellung von Gußstücken mit besserer Qualität und gleichmäßiger Gefügestruktur auch in Fällen möglich, wo Metallkokillen nicht verwendet werden können.
• Die Anwendung der erfindungsgemaben Formmischung erforft dert praktisch keinerlei technologische Anderung, da die sandartige Mischung genau so behandelt und auch in Schalentechnologie abgeformt werden kann wie die herkömmlich verwendeten Stoffe.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Gußformmischung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aus reinen Metallen oder Metailleglerungen hergestellten Körnchen und aus Bindemittel besteht

2. Gußformmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kdrnchen vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen.

3. Gußformmischung nach den AnsprUchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel vorzugsweise Kunstharz ist,