DE2738114B2 - Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus temperaturbeständigem Formstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus temperaturbeständigem Formstoff, insbesondere aus kieselsäure-, zirkon- oder olivinhaltigem Sand.

Normalerweise müssen beim Gießen einer Metallschmelze in eine Gießform, z. B. eine Sandgießform unter anderem zwei Bedingungen erfüllt werden. Einerseits muß die Formmasse in der für das Gußstück geforderten Form verbleiben, um einen Guß überhaupt zu ermöglichen, andererseits sollte die Formmasse weitgehend zurückgewonnen und wiederaufbereitet werden können. Bislang schienen diese beiden Bedingungen einander zuwider zu laufen. Um der Gießform eine ausreichende Festigkeit zu vermitteln ist es bekannt, die Formmasse bzw. die daraus geformte Gießform entweder einem Brennprozeß zu unterziehen oder ihr zusätzliche Materialien beizumischen, die eine chemische Bindung erzeugen oder, wie z. B. CO2, ein Aushärten der Formmasse ermöglichen. Durch die bekannten Verfahren wird zwar die erwünschte Festigkeit der Gießform erreicht, jedoch ist ihre Anwendung einer Wiederaufbereitung der Formmasse nach einem Gießvorgang abträglich.

Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus temperaturbeständigem Formstoff anzugeben, bei dem sowohl die Herstellung einer Gießform mit der erwünschten hohen Festigkeit, als auch eine gute Wideraufbearbeitbarkeit der Formmasse nach einem Gießvorgang gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Masse aus 88 bis 99% Formstoff und 1 bis 12% Wasser mittels einer Schablone verdichtet, geformt sowie aus der Schablone entfernt wird und dann zumindest die mit dem geschmolzenem Metall in Berührung kommende Formoberfläche mit einem Kühlmittel auf eine Tempe-

ratur zwischen 272K und 4K abgekühlt wird.

Ein gt-svissser Wassergehalt der Masse ist notwendig, um die für ein Entfernen der Masse aus der Schablone notwendige Anfangsfestigkeit zu gewährleisten. Der Wassergehalt der Masse darf aber auch nicht zu hoch werden, da mit ansteigendem Wassergehalt auch die Wärmekapazität der Masse ansteigt Normalerweise ist ein Wassergehalt von nicht mehr als 12% angeraten. Während des Abfüllvorganges wird dann die Masse zumindest an ihrer mit dem geschmolzenem Metall in Berührung kommenden Formoberfläche so weit abgekühlt, daß sie während eines Gießvorganges dem geschmolzenem Metall standzuhalten vermag. Bei dünnwandigen Gießformen ist es dabei sinnvoll, die aus der Masse hergestellte Gießform durch und durch zu kühlen, also in gefrorenem Zustand zu versetzen. Bei Gießformen mit dickeren Wandungen ist es ausreichend, von der Formoberfläche her eine genügend dicke Schicht zu kühlen. Dabei bestimmt sich die niedrigste zu erreichende Temperatur nach dem Anwendungszweck der speziellen Gießform.

Als Kühlmittel kann zunächst Kaltluft verwendet werden. Effektiver ist jedoch die Verwendung verflüssigter Gase, insbesondere die Verwendung flüssigen Stickstoffs und zum Erreichen sehr tiefer Temperaturen auch flüssigen Heliums. Selbstverständlich läßt sich auch unter hohem Druck verflüssigtes Kohlendioxid verwenden, wobei zu beachten ist, daß das verflüssigte Kohlendioxid bei Entspannung auf normalen Atmosphärendruck unmittelbar zu Trockeneis sublimiert Verflüssigte Gase stellen insbesondere deshalb vorzügliche Kühlmittel für das erfindungsgemäße Verfahren dar, als der Wärmeübergangskoeffizient wesentlich höher ist als bei Kaltluft.

Hinsichtlich der Temperaturen empfiehlt es sich im einzelnen, zumindest die mit dem geschmolzenem Metall in Berührung kommende Formoberfläche mit einem Kühlmittel auf eine Temperatur unterhalb von 253K abzukühlen, so daß man die Temperatur der abgekühlten Gießform bzw. die Temperatur der entsprechenden Formoberfläche dieser Gießform, vor dem Abgießen auf 253 bis 263K ansteigen lassen kann. In einem derart gekühlten Zustand weist die Gießform eine ausreichende Festigkeit auf, um einer Verfahrbewegung in einen für das Abgießen der Metallschmelze geeignete Lage und den mit dem Gießvorgang selbst verbundenen Beanspruchungen standzuhalten.

Vorzugsweise wird der Masse zusätzlich 1 bis 4% eines Bindemittels, das die Wiederaufarbeitung der Masse nicht behindert, zugesetzt. Als solches Bindemittel kommen beispielsweise Bentonit oder Stärke in Frage. Der Zusatz eines Bindemittels führt dazu, daß die verdichtete Masse eine für das Entfernen aus der Schablone ausreichende Anfangsfestigkeit bekommt Dabei verbessert der Zusatz von Stärke bei Verwendung von Sand als Formstoff der Masse die Handhabungseigenschaften der Masse erheblich. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, das nämlich während des Gießvorganges kein oder kaum Qualm erzeugt wird, wird durch Verwendung von Stärke als Bindemittel nur unwesentlich abgeschwächt Gegenüber Stärke hat die Verwendung von Bentonit, insbesondere mit anderen Formstoffen als Sand, den Vorteil, daß während des Gießvorganges praktisch kein Qualm auftritt. Das Bentonit kann im übrigen durch einfaches Hinzufügen von Wasser bei der Wiederaufbereitung der Masse zurückgewonnen werden.

Nach dem Gießvorgang erfolgt die Verfestigung des

Gußstückes noch bevor die Form aufgetaut ist. Nach dem Auftauen der Gießform fällt diese von dem Gußstück ab, so daß auf einfache Weise alle in der Masse enthaltenen Materialien einschließlich der der Erhöhung der Anfangsfestigkeit der Masse dienenden Stoffe im Zuge der Wiederaufbereitung der Masse wiedergewonnen werden können.

Die Masse wird auf bekannte Weise in die zur Verdichtung und Formung dienende Schablone eingebracht und darin festgestampft Die Schablone kann aus jedem geeigneten Material, beispielsweise aus Metall mit korrosionsfester Oberfläche, aus Holz mit wasserabweisender Oberfläche oder aus synthetischen Material bestehen. Ggf. wird die formende Oberfläche der Schablone mit einem Puder oder anderem Lösemittel versehen, um das anschließende Entfernen der Gießform aus der Schablone zu erleichtern.

Nach erfolgter Verdichtung und Formung der Müsse zu der .Gießform ist es vorteilhaft, an der freien Rückseite der Gießform eine flache Platte zu befestigen, beispielsweise eine leichte Metallplatte, und anschließend die Schablone mit der Gießform so zu stürzen, daß das Gewicht der Gießform anschließend von der flachen Platte getragen wird. Die Schablone wird daraufhin von der Gießform entfernt und sofort danach diese mit dem Kältemittel beaufschlagt Sobald die Gießform entweder vollständig oder zumindest in ausreichendem Maße gefroren ist können verschiedene Gießformen in bekannter Weise zusammengesetzt werden.

Falls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gefrorene Gießformen nicht sofort benutzt werden können, so können sie bei niedrigen Temperaturen gelagert werden, widerstehen aber auch den normalen Umgebungsbedingungen in einer Gießerei für eine beachtliche Zeitdauer.

Nachdem die Metallschmelze in die Gießform gebracht worden ist verfestigt die Metallschmelze zumindest an ihrer Oberfläche außerordentlich schnell, so daß das Gußstück eine stabile Form erreicht bevor die Gießform so weit aufgeheizt worden ist daß sie in sich zusammenfällt Vorzugsweise sollte die Befreiung des Gußstückes so schnell wie möglich nach Beendigung des Gießens erfolgen, d. h. möglichst noch bevor die gesamte Masse geschmolzen ist Durch Vibrationen der Gießform kann erreicht werden, daß gefrorene und lose Anteile der Masse von dem Gußstück abfallen und nur eine dünne Schicht warmer und trockener Masse an dem Gußstück verbleibt Es ist zweckmäßig, die genannten gefrorenen und losen Teile der Masse sogleich der Wideraufbereitung zuzuführen. Nachdem das Gußstück vollständig abgekühlt ist wird der restliche, noch daran befindliche Anteil der Masse mittels starker Vibrationen davon entfernt Auch dieses vergleichsweise wärmere Material wird der Wiederaufbereitung zugeführt, so daß die der Wiederaufbereitung zugeführten Teile der Masse durch deren ersten, teilweise noch gefrorenen Anteil vergleichsweise kühl sind. Dadurch wird die Verdichtung in der nächsten Schablone sowie die darauf folgende Abkühlung erleichtert

Im folgenden werden drei Beispiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:

Beispiel 1 Um den Ventilkörper eines 2,5 kp wiegenden

ίο Druckminderventiles aus Eisen 27/12 zu gießen, wurde eine Mischung von 97,7% zirkonhaltigen Sandes, 1% Bentonit und 13% Wasser zu einer maximalen Dicke von 70 cm in einer hölzernen Schablone verteilt angepreßt und an der Oberfläche geglättet. Die hälftige Gießform mit einem Gewicht von 8,8 kp einer Permeabilität von 80cm/sec und einem Naßverdichtungsdnick von 0,17 at wurde auf eine perforierte Aluminiumplatte gestürzt und insgesamt mit einer feinen Schicht von Trockeneis bedeckt Nach fünf Minuten wurden zwei derartige hälftige Gießformen mit einer Oberflächentemperatur von 203K in Verbindung mit zwei CO₂- und silikathaltigen Sandkernen verklammert Diese zusammengesetzte Gießform wurde dann in die Gießerei verfahren und der Gießvorgang durchgeführt Die mittlere Zugfestigkeit der Formmasse betrug dabei 136 kg/cm² und die Oberflächentemperatur der Gießform zu Beginn des Gießvorganges lag bei 253K.

Beispiel 2

Um ein Getrieberad von etwa 1 kp Gewicht in Aluminium-Bronze zu gießen, wurde als Masse für die Gießform eine Mischung von 96,7% siliziumhaltigen Sandes (Mansil 55), 1% Stärke und 2,3% Wasser

J5 verwendet. Die Permeabilität dieser Mischung betrug 210cm/sec und der Naßverdichtungsdruck lag bei 0,06 at. Für diesen Guß bedurfte es keines Kernes, so daß zwei hälftige Gießformen mit einer maximalen Dicke von 40 cm, die 1 kp bzw. 1,5 kp wogen, auf einer Grundplatte angeordnet und durch Besprühen mit flüssigem Stickstoff gefroren wurden. Die hälftigen Gießformen wurden durch und durch gefroren und erreichten eine Oberflächentemperatur von 258K.

Beispiel 3

Um eine Anzahl von Gußstücken aus einer Eisenlegierung zu gießen, die jeweils etwa 280 p wogen, bestand die Masse aus olivinhaltigem Sand zu 96% und Wasser zu 4%. Da die Anforderungen an die Qualität

so der Oberflächen nicht hoch waren, wurde kein Bindemittel zugesetzt. Gesamtgießformen von jeweils 4,6 kp Gewicht, einer Permeabilität von 120 cm/sec und einem Naßverdichtungsdruck von 0,035 at wurden nach der bekannten Methode hergestellt und durch Beblasen mit Kaltluft auf 249K gefroren. Nach dem Gießvorgang fiel die Formmasse leicht von dem Gußstück ab, so daß diese keiner weiteren Reinigung bedurfte.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus temperaturbeständigem Formstoff, insbesondere aus kieselsäure-, zirkon- oder olivinhaltigem Sand, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse aus 88 bis 99% Formstoff und 1 bis 12% Wasser mittels einer Schablone verdichtet, geformt sowie aus der Schablone entfernt wird und dann zumindest die mit dem geschmolzenem Metall in Berührung kommende Formoberfläche mit einem Kühlmitte! auf eine Temperatur zwischen 272K und 4K abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Kaltluft oder verflüssigte Gase verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der abgekühlten Gießform vor dem Abgießen auf 253 bis 363K ansteigen läßt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse zusätzlich 1 bis 4% eines Bindemittels, das die Wiederaufarbeitung der Masse nicht behindert, zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß als Bindemittel Bentonit oder Stärke zugesetzt wird.