Verfahren zur Herstellung von Giessformen für das Abgiessen von flüssigen Metallen und Anwendung des Verfahrens

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Yerfahren zur Herstellung von Giessformen für das Abgiessen von flüssigen Metallen und die Anwendung des Verfahrens.

[0002] Zur Herstellung von Gussstücken werden Formen benötigt, die Hohlräume aufweisen, in welche das flüssige Metall eingegossen wird. Die Hohlrüme definieren das Negativ zu den herzustellenden Gussstücken. Solche Formen können sogenannte verlorene Formen (z.B. Sandformen) oder metallische Dauerformen sein. Erstere müssen für jeden Abguss neu hergestellt werden, sind aber wesentlich kostengünstiger herzustellen als metallische Dauerformen.

[0003] Für verlorene Formen wird überwiegend Sand, in der Regel Quarzsand, teilweise Chromerzsand oder Zirkonoxyd-Sand verwendet, der mit Hilfe von Bentonit und Wasser oder mit Kunstharzbindern oder mit Wasserglas gebunden und nach dem Abguss jedesmal wieder neu aufbereitet wird.

[0004] Dem Kostenvorteil von verlorenen Formen steht der Nachteil einer geringen Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität gegenüber, wodurch insbesondere Leichtmetallgussteile relativ langsam erstarren und dadurch deutlich schlechtere mechanische Eigenschaften aufweisen, als wenn sie in metallische Dauerformen abgegossen werden.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die metallurgischen Vorteile der Dauerformen mit den Kostenvorteilen der verlorenen bzw.Sand-Formen zu vereinen.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss nach der Lehre des Anspruches 1 gelöst.

[0007] Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0008] Beim Abguss verhält sich die erfindungsgemässe Form ähnlich wie eine metallische Dauerform, d.h. sie führt zu einer schnellen Erstarrung und damit zu hervorragenden mechanischen Eigenschaften sowie zu einer ausgezeichneten Oberflächenqualität der erstarrten Gussstücke.
Nach dem erfolgten Abguss können die Gussstücke genauso wie beim konventionellen Sandgussverfahren ausgepackt werden. Anschliessend kann der Formstoff neu aufbereitet und in den Kreislauf eingeführt werden um damit wieder neue Formen herzustellen.

[0009] Nach dem erfindungsgemässen Verfahren entfällt der ausserordentlich hohe Herstell-Aufwand für die Formen, und ebenso auch der grosse Aufwand, wenn Änderungen an den Modellen durchzuführen sind. Bei Dauerformen müssten dann auch die Innenflächen der Formen entsprechend den geänderten Modellen angepasst werden.
Änderungen an Modellen sind, wenn man mit Sandguss arbeitet, wesentlich weniger aufwendig als bei Dauerformen.

[0010] Ein besonderer Vorteil ergibt sich aus dem erfindungsgemässen Verfahren auch dadurch, dass Protitypenteile sehr preiswert herzustellen sind mit Eigenschaften, wie sie mit Dauerformen erzielt werden können, ohne dass die ausserordentlich teuren Dauerformen hergestellt werden müssen.

[0011] Anhand der nachfolgenden Beispiele wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1

[0012] Eine Giessform wurde hergestellt unter Verwendung eines Kupfergranulates der Körnung 0.02 bis 0,5 mm und der Verwendung von Bentonit und Wasser als Binder. Die Form war bestimmt für den Abguss eines PKW Schwenklagers in einer Aluminium-Legierung G-AlSi7Mg. Im abgegossenen und erstarrten Schwenklager wurden nach einer entsprechenden Wärmebehandlung, z.B. Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern, folgende mechanischen Eigenschaften festgestellt: 0,2% Dehngrenze Tp0,2=184 MPa, Zugfestigkeit Rm=263 MPa, Bruchdehnung A=5,8%. Diese Werte sind identisch mit den unter Seriebedingungen im Dauerformverfahren "Kokillenguss" erreichten Werte, welche in konventionellem Sandguss keinesfalls erreichbar wären.

Beispiel 2

[0013] Verschiedene spezielle Proben wurden vergleichshalber im Werkstoff G-AlSi7Mg in folgende Formen abgegossen:

a konventionelle verlorene Form in bentonitgebundenem Quarzsand

b konventionelle Dauerform in Stahlkokille

c in Kunstharz gebundene Form aus Aluminiumgranulat gemäss der Erfindung

d in Wasserglas gebunden Form aus Kupfergranulat gemäss der Erfindung

[0014] Als Mass für die Erstarrungsgeschwindigkeit wurde metallographisch an den abgegossenen Proben der sogenannte Dendritenarm-Abstand gemessen. Je kleiner dieser ist, umso schneller ist das Gusstück erstarrt.

[0015] Das Ergebnis dieser Mssungen:

Probe a Dendritenarmabstand = 40µ

Probe b Dendritenarmabstand = 25µ

Probe c Dendritenarmabstand = 27µ

Probe d Dendritenarmabstand = 23µ

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Giessformen aus körnigem Formstoff zum Abgiessen von flüssigen Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass als Basisformstoff ein Nicht-Eisenmetall -Granulat verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formstoff Kupfer-Granulat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer-Granulat eine Körnung von weniger als 1 mm, vorzugsweise o,o2 bis 0,7 mm aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer-Granulat mittels einem Tonmineral, vorzugsweise Bentonit und Wasser gebunden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer-Granulat mittels eines Kunstharzes gebunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer-Granulat mittels Wasserglas gebunden und mit CO2 begast wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein granulat aus einer Kupfer-Legierung verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung aus verschiedenen Metall-granulaten verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Granulat aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung verwendet wird.

10. Leichtmetall-Gussteile abgegossen in einer Giessform, deren Herstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erfolgt ist.