DE19813847A1 - Gießform und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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.

Description

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

Als Formstoffe werden in den Metallgießereien schüttbare und mechanisch verfestigbare Stoffe verwendet, wobei vor allem die leicht und billig herstellbaren Formsande in wei­ tem 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, wel­ chem 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 auf­ zubereiten und damit wiederzuverwenden.

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 fein­ körniges Gefüge erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn großvolumige Gußstücke abgegossen werden. Für die Erzielung einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit wur­ den bisher immer Dauerformen verwendet, welche jedoch auf­ wendig in der Herstellung sind.

Es ist deshalb bereits versucht worden, für solche Guß­ stücke 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 abge­ bunden wird. Die Wärmeleitfähigkeit wird hierdurch zwar et­ was verbessert und auch die Warmfestigkeit wird erhöht, so daß hier auch höher schmelzende Metalle problemloser abge­ gossen werden können. Der Nachteil dieser chemisch gebunde­ nen Sände besteht darin, daß die Aufbereitung teuer ist, zumal hier komplizierte und teure Regenerierungsanlagen und -verfahren benutzt werden müssen.

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

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 Form­ kasten eingefüllt und der verfüllte Formstoff in dem Form­ kasten verdichtet wird.

Der Formstoff gemäß der Erfindung besteht vorteilhaft aus Aluminium, was nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit, son­ dern darüber hinaus auch noch ein relativ geringes spezifi­ sches Gewicht hat, so daß die Gießform als solche leicht handhabbar bleibt. Das metallische Granulat wird Vorteil­ haft 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 ge­ schüttet werden kann. Anschließend wird der Formstoff in üblicher Weise verdichtet, so daß eine formstabile Form er­ halten wird, welche vorteilhaft für das Abgießen von Motor­ blöcken oder ähnlichen Teilen geeignet ist.

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 wer­ den, so daß die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit im Guß­ stück erhalten wird. Durch die Verwendung des erfindungsge­ mäßen Formstoffes kann die Abkühlzeit um 20% bis 40%, je nach Einstellung und Wahl des metallischen Granulates ver­ ringert werden. Hierdurch ist es möglich, ein im Vergleich zu herkömmlichen Sandformen feinkörniges Gußgefüge zu er­ zeugen.

In der beigefügten graphischen Darstellung ist die Tempera­ tur 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 Quarz­ sand 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 gro­ ßen Wärmekapazität der Kokille sehr rasch verläuft, wobei der Erstarrungsvorgang, der bei ca. 480°C abgeschlossen ist, bereits innerhalb einer Minute erfolgt ist. Das Ab­ kühlungsverhalten in einer herkömmlichen Zirkon- oder Quarzsandform dauert erheblich länger als beim Kokillenguß und beträgt über sieben Minuten. Bei einer erfindungsge­ mäßen 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.

Die Erfindung sichert einerseits, daß der in einer so vor­ bereiteten Gießform vorgenommene Abguß in kurzer Zeit abge­ kühlt ist, gewährleistet andererseits jedoch, daß der Her­ stellungsaufwand für eine derartige Gießform nicht größer ist als bei herkömmlichen Sandgußformen, die ein wesentlich schlechteres Abkühlverhalten mit sich bringen.

Die Verdichtung des Formstoffes in der Gießform erfolgt am besten dadurch, daß der Formstoff in der Gießform pneuma­ tisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines von ei­ ner Presse betätigten Stempels verdichtet wird. Eine beson­ ders gute Abformung des Modells kann dadurch erreicht wer­ den, daß der Formstoff pneumatisch vor- und mechanisch nachverdichtet wird. Zur Verbesserung der Oberflächengüte kann Kohlenstoff beigesetzt werden. Auch können zur Steue­ rung der Wärmeleitfähigkeit metallische Oxyde beigegeben werden, beispielsweise Eisenoxyd.

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.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen für den Metall­ guß durch Abformen eines Modells mit einem rieselfähigen mittels eines wasserhaltigen Bindemittels abbindbaren Form­ stoffes, 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 Form­ stoff 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 gekennzeich­ net, 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 ge­ kennzeichnet, 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 ge­ kennzeichnet, daß als Bindemittel Stärkemehl zugesetzt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, 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 nachverdich­ tet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Formgemisch Kohlenstoff und/oder Ei­ senoxid zugesetzt ist.

10. Gießform für den Metallguß mit einem durch wasserhal­ tige Bindemittel verfestigten Formstoff, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 ei­ nem Gemisch aus diesen besteht.

12. Gießform nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Granulat bis zu 70 Gew.-% minerali­ sches Material enthält.