Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgüssen nach dem Gips-Formverfahren

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit scharfer Detailwiedergabe und hoher Meßgenauigkeit nach dem Gips - Formverfahrer: sowie der mit diesem Formverfahren hergestellte Präzisionsgtß.

Gips - Formverfahren sind schon seit langem bekam:t. Der Formstoff besteht bei diesen-Verfahren in der Hauptsache aus Gips. Weitere Bestandteile können Sand, Zement, Natriumsilikat, Asbest u.a. sein. In derartigen Mischungen hat der Gips die Funktion eines Bindemittels und ist auch in höheren Temperaturbereichen einsetzbar. Präzisionsaüsse können jedoch nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden, und zwar auch dann nicht, wenn nach dem Vakuum-Formverfahren gearbeitet wird.

Die Statistik zeigt, daß ein hoher Anteil der Gußserien mit Formsanden hergestellt wird. Die sich dabei ausbildende materialbedingte Gußoberfläche bringt jedoch zwangsläufig einen hohen Nachbearbeitungsaufwand, der sehr kostenintensiv ist und heute als nicht mehr vertretbar angesehen wird.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Formverfahren zu finden, das weder die Nachteile des Sand - Formverfahrens noch die des Gips - Formverfahrens zeigt.

Überraschenderweise kann die gestellte Aufgabe derart gelöst werden, daß

• a) das abzubildende und mit einem Trennmittel beschichtete Modell mit einer Drainagevorrichtung, die mindestens je einen Zu- bzw. Ablauf außerhalb des Formkastens aufweist, versehen wird,
• b) die Formmasse in den Formkasten gegossen und erstarren gelassen wird,
• c) das Wasser der erstarrten Formmasse nach Entfernung des Modells durch Einleiten von Druckgas herausgepreßt wird und die vom Modell abaelöste Form nach Trocknung
• d) an eine Vakuumleitung angeschlossen und evakuiert wird, und daß
• e) die Metallschmelze unter Beibehaltung des Vakuums in die Form gegossen und erstarren gelassen wird.

Ein Brennen der Gipsformen bei Temperaturen von 400 bis 800°C ist bei dem neuen Verfahren nicht erforderlich. Damit können erhebliche Enereiemengen eingespart werden.

Zur Herstellung der Gipsformen wird eine Pulvermischung verwendet, die als wesentliche Bestandteile alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat ( Bindemittel), gegebenenfalls noch Zement und Schamotte und/oder Quarzmehl als Füllstoff enthält. Dieser Mischung wird soviel Wasser zugesetzt, daß eine ausreichende Gasdurchlässigkeit erzielt wird, was auf ein Porenvolumen von mindestens 25 % zutrifft. Mit einer definierten Kornverteilung wird die erforderliche glatte Oberfläche der Form erzielt. Hilfsstoffe wie Abbindebeschleuniger, Verzögerer, Glasfasern u.a., können der Mischung beigegeben werden.

Ein wesentliches Kennzeichen des neuen Verfahrens besteht darin, daß das anhaftende Wasser der Formmasse durch Druckentwässerung entfernt wird. Auf diese Weise können beträchtliche Energiemengen eingespart werden, so daß das Gießverfahren nunmehr auch für großflächige Präzisionsgüsse und Seriengüsse einsetzbar ist. Durch die Evakuierung beim Metallguß wird der Energiebedarf zusätzlich herabgesetzt, wobei weiterhin vorteilhaft ist, daß Druckentwässerung und Evakuierung über das gleiche System ( Drainagevorrichtung ) vorgenommen werden können.

Anhand der nachstehenden Ausführungen wird nun das neue Verfahren noch näher erläutert.

Vor dem Formen^guß wird über das abzuformende Original, das mit einem Trennmittel beschichtet wird, eine Drainage in Form eines porösen Schlauches oder-einer gelochten Glasfasermatte aufgebracht. Bei der Schlauchmethode erfolgt das zweckmäßigerweise mit einem engmaschigen Drahtgewebe, das in einem Abstand von ca. 10 mm über dem Original befestigt wird und leicht biegsam ist. Anschließend wird der Schlauch schla::igenförmig über das Drahtgewebe verteilt befestigt und mit einem Ende durch den Formrahmen bzw. durch die Kokulle nach außen geführt. Bei der Verwendung von gelochten Glasfasermatten wird kein Drahtgewebe benötigt.

Nach Anrühren wird die Formmasse in den vorbereiteten Formkasten gegossen. Je nach Formteil können ein Obe=- oder Unterkasten bzw. auch mehrteilige Formen hergestellt werden.

Die Formmassen( Negativformen ) werden nach dem Erstarren sofort vom Original abgehoben und zur Entfernung des Wassers an die _Preßluftleitung angeschlossen..Das Auspressen des Wassers erfolgt vorteilhafterweise mit einem Druckanstieg von 0,1 bar pro Minute und zwar solange, bis ca. 2 bar erreicht sind. Zur vollständigen Wasserentfernung wird dieser Druck noch über einen Zeitraum beibehalten, etwa 10 bis 20 Minuten. In den meisten Fällen reichen 10 bis 20 Minuten aus. Der durch das Wasserauspressen gebildete Porenraum ist für den nachfolgenden Metallguß von wesentlicher Bedeutung. Nach dem Auspressen bleiben die Negativformen bis zum völligen Abbinden ca. 2 Stunden offen - gelagert stehen. Eine weitere 24-stündige Trocknung bei 60 - 100°C kann bei größeren Formen erforderlich sein. Sie ast jedoch auch notwendig, wenn eine ausreichende Vakuumleistung beim nachfolgenden Metallguß nicht erbracht werden kann.

Vor dem Metallguß wird (werden) an den (oder die) Druckluftstutzen die Vakuumleitungen angeschlossen. Dies kann sowohl über eine direkt arbeitende Vakuumpumpe mit ausreichender Leistung, wie auch über ein vorevakuiertes Gefäß erfolgen. Unmittelbar vor dem Metallguß wird die Negativform evakuiert und die Schmelze sofort eingegossen.

Bis zur Erstarrung der Schmelze wird die Evakuierung fortgesetzt.

Die maximale Gasmenge liegt bei 4 l/qdm Formoberfläche. Zur Reduzierung von Vakuumverlusten ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die rückwärtige Wanddicke der Form größer ist als der Abstand zwischen Schlauch und Arbeitsoberfläche beträgt. In den meisten Fällen reicht eine doppelte bis dreifache Wanddicke aus.

Bei sorgfältiger Verarbeitung, vor allem gleichmäßiger Verteilung der Drainage, bilden sich sehr glatte Metalloberflächen aus, welche die aufgeführten technischen Vorteile bringen.

Beispiel 1

Zur Herstellung der Negativform wurde ein Armaturenkunststofforiginal (Modell), Größe ca. 20 x 10 x 8 cm, mit einem hauchdünnen Oelfilm als Trennmittel überzogen ur:d in einen Formkasten mit den Innenmaßen 24 x 14 x 11 cm eingelegt. Auf diese Originaloberfläche wurde ein leicht verformbares Drahtgewebe mit ca. 2 - 3 cm Maschenweite angepaßt. Nach dieser Anformung wurde auf das Drahtgewebe ein poröser Gewebeschlauch von 8 mm Durchmesser mit seitlichem Abstand von etwa 2 cm angebunden, das Schlauchende mit dem am Formkasten angebrachten Rohrstutzen verbunden und die Drainage-Einrichtung ca. 1 cm über dem Modell fixiert.

Zum Füllen des vorbereiteten Formkastens wurden 5 kg eines Pulvergemisches, bestehend aus

mit 2 1 Wasser 1 Minute"homogen gemischt und (zur Verdrängung von Haftblasen) im dünnen Strahl von der Mitte beginnend eingegossen.

Eine Minute nach dem Erstarrungsende der Formmasse - ermittelt durch Fingerdruck - wurde an den Rohrstutzen die-Preßluftleitung angeschlossen. Der Anfangsdruck betrug 0,2 bar, die Drucksteigerung 0.01 bar pro Minute. Nach 100 Minuten betrug der Preßdruck 1,2 bar, der solange beibehalten wurde, bis kein Wasser mehr austrat.

Bei Anlegung des Preßdrucks trennte sich das Original von der Formmasse. Der Formkasten mit dem Negativmodell wurde gleichmäßig nach oben abgehoben und hochkant gestellt, damit das ausgepreßte Wasser frei abfließen konnte.

Die Resttrocknung des Formkastens mit Negativmodell erfolgt über Nacht bei 60 - 80°C.

Nach Trocknung wurde der Formkasten mit dem Negativmodell für den folgenden Aluminiumguß an eine Vakuumleitung ange-- schlossen. Es stellte sich ein Unterdruck von -0,9 bar ein. Die geschmolzene Aluminiumlegierung (720°C) wurde in die evakuierte Form eingefüllt. Die Entformung des Gußteiles erfolgte nach völliger Erstarrung der Legierung, was nach ca. 20 Minuten der Fall war. Die Negativform konnte für drei weitere Metallgüsse eingesetzt werden.

Beispiel 2

Anstelle des im Beispiel 1 eingelegten porösen Schlauches wurde eine gelochte Mineralwollfasermatte mit 2 cm Dicke verwendet. Der Lochdurchmesser betrug 1,5 cm, der Abstand von Lochung zu Lochung 2 - 3 cm. Um ein Hochschwimmen der Mineralwollfasermatte zu unterbinden, wurde sie kurzzeitig in Wasser getaucht. Vor dem Einbringen der Drainage wurde der Formkasten mit der Gießmasse ca. 1 cm über das Original gefüllt und anschlieBend die Mineralwollfasermatte mit einem Abstand von ca. 1 cm über der Originaloberfläche fixiert und danach der Formkasten aufgefüllt. Ausbrechen, Evakuieren und Metallgießen erfolgten wie im Beispiel 1.

In der beiliegenden Figur, die einen Querschnitt durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Gußform zeigt, dient zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes.

Mit 1a) und 1b) sind in der Figur Teile des Formkastens bezeichne Das in der Kastenhälfte 1a) liegende Modell 7 ist mit dem Maschendrahtgewebe 6, auf dem der poröse Gewebeschlauch 2 schlangenförmig angeordnet ist, umgeben. Das Druckgas wird über die Stutzen bei 4 eingeleitet und das Vakuum über den gleichen Stutzen abgezogen. Die Formmasse ist mit der Ziffer 3 angedeutet.