Giessform und Verfahren zu deren Herstellung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metallguß sowie eine Gießform. Zur Erzeugung einer hohen Abkühlgeschwindigkeit besteht der Formstoff der Gießform aus einem metallischen Werkstoff, dessen Größe im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm liegen sollte und der mittels eines Bindemittels gebunden ist, vorteilhaft eines tonhaltigen Bindemittels. Dieser noch rieselfähige Formstoff wird in den Formkasten, welcher eine Modellplatte enthält, eingefüllt und verfestigt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metallguß durch Abformen eines Modells mit einem rieselfähigen mittels eines wasserhaltigen Bindemittels abbindbaren Formstoffes sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Gießform.

[0002] Als Formstoffe werden in den Metallgießereien schüttbare und mechanisch verfestigbare Stoffe verwendet, wobei vor allem die leicht und billig herstellbaren Formsande in weitem Umfang zum Einsatz gelangen. Hierzu werden in der Regel reine oder verschnittene Quarzsände oder -mehle verwendet, die mit einem Bindemittel versetzt werden, z. B. Ton, welchem Wasser zugesetzt ist. Ein solcher Formstoff ist nicht nur billig, sondern belastet auch die Umwelt kaum und ist auch außerdem nach seinem Gebrauch einfach und leicht aufzubereiten und damit wiederzuverwenden.

[0003] Die Problematik bei derartigen Formstoffen besteht darin, daß die Abkühlgeschwindigkeit des Gußstückes aufgrund der doch relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit des Formsandes nicht allzu schnell verläuft, so daß kein ausreichend feinkörniges Gefüge erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn großvolumige Gußstücke abgegossen werden. Für die Erzielung einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit wurden bisher immer Dauerformen verwendet, welche jedoch aufwendig in der Herstellung sind.

[0004] Es ist deshalb bereits versucht worden, für solche Gußstücke einen Formsand zu verwenden, der aus einem mit einem Zirkonsand verschnittenen Quarzsand oder -mehl hergestellt ist oder auch aus einem Zirkonsand allein besteht und mit einem zugesetzten, geeigneten chemischen Bindemittel abgebunden wird. Die Wärmeleitfähigkeit wird hierdurch zwar etwas verbessert und auch die Warmfestigkeit wird erhöht, so daß hier auch höher schmelzende Metalle problemloser abgegossen werden können. Der Nachteil dieser chemisch gebundenen Sände besteht darin, daß die Aufbereitung teuer ist, zumal hier komplizierte und teure Regenerierungsanlagen und -verfahren benutzt werden müssen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art so auszugestalten, daß eine Gießform aus einem Formstoff herstellbar ist, der einerseits gut formbar und leicht wiederaufbereitbar ist und andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, die eine schnelle Abkühlung des Gußstückes gewährleistet.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Formstoff ein Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm verwendet wird, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist, der Formstoff anschließend in einen eine Modellplatte enthaltenden Formkasten eingefüllt und der verfüllte Formstoff in dem Formkasten verdichtet wird.

[0007] Der Formstoff gemäß der Erfindung besteht vorteilhaft aus Aluminium, was nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern darüber hinaus auch noch ein relativ geringes spezifisches Gewicht hat, so daß die Gießform als solche leicht handhabbar bleibt. Das metallische Granulat wird vorteilhaft mit einem Ton-/Wassergemisch gebunden, wobei sich hier ein Ton-/Wassergemisch von jeweils 5 Gew.% als vorteilhaft herausgestellt hat. Ein derart aufbereiteter Formstoff bleibt rieselfähig, so daß dieser in den Formkasten geschüttet werden kann. Anschließend wird der Formstoff in üblicher Weise verdichtet, so daß eine formstabile Form erhalten wird, welche vorteilhaft für das Abgießen von Motorblöcken oder ähnlichen Teilen geeignet ist.

[0008] Die Wärmeleitfähigkeit des Formstoffes kann zum einen durch die Wahl des Granulates und zum anderen durch Zugabe von Quarz, Zirkon etc. in einem weiten Rahmen eingestellt werden, so daß die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit im Gußstück erhalten wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Formstoffes kann die Abkühlzeit um 20 % bis 40 %, je nach Einstellung und Wahl des metallischen Granulates verringert werden. Hierdurch ist es möglich, ein im Vergleich zu herkömmlichen Sandformen feinkörniges Gußgefüge zu erzeugen.

[0009] In der beigefügten graphischen Darstellung ist die Temperatur des Gußstückes nach dem Eingießen in Abhängigkeit der Zeit dargestellt. Die Kurve 1 zeigt eine Kokillenform. Die Kurve 2 und 3 eine Gießform aus Zirkonsand bzw. aus Quarzsand und die Kurve 4 eine Gießform, bei der das Granulat aus Aluminium mit einer Korngröße von ca. 0,3 mm besteht. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß bei einem Abguß in einer Kokille die Abkühlung der Schmelze aufgrund der großen Wärmekapazität der Kokille sehr rasch verläuft, wobei der Erstarrungsvorgang, der bei ca. 480°C abgeschlossen ist, bereits innerhalb einer Minute erfolgt ist. Das Abkühlungsverhalten in einer herkömmlichen Zirkon- oder Quarzsandform dauert erheblich länger als beim Kokillenguß und beträgt über sieben Minuten. Bei einer erfindungsgemäßen Gießform mit einem Formsand mit einem Granulat aus Aluminium mit einer Korngröße von 0,3 mm wird der gleiche Abkühlungsgrad in weniger als fünf Minuten erreicht, so daß sich hier ein wesentlich feinkörnigeres Gefüge einstellt.

[0010] Die Erfindung sichert einerseits, daß der in einer so vorbereiteten Gießform vorgenommene Abguß in kurzer Zeit abgekühlt ist, gewährleistet andererseits jedoch, daß der Herstellungsaufwand für eine derartige Gießform nicht größer ist als bei herkömmlichen Sandgußformen, die ein wesentlich schlechteres Abkühlverhalten mit sich bringen.

[0011] Die Verdichtung des Formstoffes in der Gießform erfolgt am besten dadurch, daß der Formstoff in der Gießform pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines von einer Presse betätigten Stempels verdichtet wird. Eine besonders gute Abformung des Modells kann dadurch erreicht werden, daß der Formstoff pneumatisch vor- und mechanisch nachverdichtet wird. Zur Verbesserung der Oberflächengüte kann Kohlenstoff beigesetzt werden. Auch können zur Steuerung der Wärmeleitfähigkeit metallische Oxyde beigegeben werden, beispielsweise Eisenoxyd.

[0012] Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gießform ist in Abhängigkeit des eingesetzten Formstoffes auch für höher schmelzende Gießmassen gut geeignet und nach ihrem Gebrauch einfach wieder aufzubereiten.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metallguß durch Abformen eines Modells mit einem rieselfähigen mittels eines wasserhaltigen Bindemittels abbindbaren Formstoffes,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Formstoff ein Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm verwendet wird, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist, der Formstoff anschließend in einen eine Modellplatte enthaltenden Formkasten eingefüllt und der verfüllte Formstoff in dem Formkasten verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formstoff als Granulat Kupfer, Aluminium, Eisen oder ein Gemisch aus diesen Stoffen zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 70 % des Formstoffes durch mineralisches Material ersetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus Aluminium oder einer seiner Legierungen besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus bis zu 10 Gew.% Ton, dem bis zu 10 Gew.% Wasser zugemischt sind, vorteilhaft aus 5 Gew.% Ton und 5 Gew.% Wasser besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Stärkemehl zugesetzt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff in der Gießform pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines von einer Presse betätigten Stempels, verdichtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff pneumatisch vor- und mechanisch nachverdichtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formgemisch Kohlenstoff und/oder Eisenoxid zugesetzt ist.

10. Gießform für den Metallguß mit einem durch wasserhaltige Bindemittel verfestigten Formstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff aus einem Granulat aus einem metallischen Werkstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 2 mm besteht, dem 1 bis 20 Gew.% des Bindemittels beigemischt ist.

11. Gießform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus Aluminium, Kupfer oder Eisen oder aus einem Gemisch aus diesen besteht.

12. Gießform nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat bis zu 70 Gew.% mineralisches Material enthält.

Zeichnung