CZ20013903A3

CZ20013903A3 - Zařízení k výrobě tlakově litých kovových odlitků, předevąím z neľelezných kovů

Info

Publication number: CZ20013903A3
Application number: CZ20013903A
Authority: CZ
Inventors: Roland Fink
Original assignee: Oskar Frech Gmbh+Co.
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2002-07-17
Also published as: US20020056537A1; CZ302980B6; ATE327849T1; US6830094B2; DE50012864D1; PL199992B1; HK1043079A1; ES2262479T3; JP2002144002A; EP1201335B1; TW568804B; HK1043079B; EP1201335A1; PL350443A1; JP4620305B2

Description

KOVOVÝCH ODLITKŮ, PŘEDEVŠÍM

Z NEŽELEZNÝCH KOVŮ

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení k výrobě pod tlakem litých kovových odlitků, především z neželezných kovů strojem pro lití pod tlakem s teplou komorou, který má v licím zásobníku vytvořen svislý kanálek a hubici umístěnou před ústím vtokového systému a s vtočkem před formou pro lití pod tlakem, jehož průřez je přizpůsoben příslušnému roztavenému kovu.

Dosavadní stav

Zařízení pro tlakové lití s teplou komorou s příslušnou nástavbou licí formy jsou známá. Při tlakovém lití s teplou komorou jsou zpracovávány neželezné kovy zinek a hořčík, právě tak jako v malém rozsahu i olovo nebo zinek. Kov má tu vlastnost, že rychle tuhne. Tlakové lití používá proto, aby bylo dosaženo vysoké kvality lití, vysoké rychlosti a vysokého tlaku. Proces lití do formy trvá přitom v závislosti na velikosti odlitku a minimální tloušťce stěny mezi 5 ms až 30 ms. Uzavírací síla zařízení s teplou komorou je až 10 000 kN.

Při procesu lití do formy jsou k výpočtu licího systému známy určité hodnoty vyplývající ze zkušeností, kde například pro zinek je maximální hodnota rychlosti vtoku cca 50 m za sekundu a pro hořčík maximálně 100 m za sekundu. Při použitých vysokých teplotách tavby, u hořčíku cca 650 °C a u • · «♦ zinku cca 420 °C, jsou tyto neželezné kovy v kapalném stavu stejně řídké jako voda. Aby nebyla shora uvedená rychlost vtoku překročena, musí být průřez plochou vtočku, tj. částí vtokového systému, který poté umožní oddělení vtokového systému od formy, ve svém průřezu odpovídajícím způsobem dimenzován.

Je také známo („Obsluha zařízení na tlakové lití“, Society of Die Casting Engineers, Detroit/USA Copyright 1972, strana 7), že se při tlakovém lití s teplou komorou používá vějířovitého nebo tangenciálního lití, aby bylo možno tlakový odlitek plnit stejnoměrně. To vede, zejména v případech použití vícenásobných forem, ke složitému vtokovému systému, který po vychladnutí kovu zůstává jako nepoužitelný zbytek. Tento vtokový systém má ve srovnání s tlakově odlitým dílem váhový podíl mezi 40 a 100 %. Vtokový zbytek, který zbývá po každém odlití, se posléze znovu roztaví, z čehož ovšem vyplývá podstatné zvýšení spotřeby energie. Mimoto dochází ke ztrátám materiálu propalem, při odstraňování výronků a jejích recyklací.

Podstata vynálezu

Předložený vynález má za úkol u zařízení typu uvedeného na začátku provést takovou úpravu, která by umožnila práci s podstatně menším vtokovým systémem.

Aby byl tento úkol vyřešen, spočívá vynález zařízení typu uvedeného na začátku v tom, že vtoček je součástí vtokového systému s horkými kanálky opatřeného vyhříváním kanálků a trysek až k formě.

»· * *> « e « «· ··· ·

Pomocí tohoto vybavení je možno udržovat materiál v potřebných vtokových kanálcích, které mohou být zčásti velmi složité, v tekutém stavu, takže po ochlazení kovu ve formě nedojde k ochlazení materiálu nacházejícího se ve vtokových kanálcích. Tento materiál může být při dalším vstřiku znovu použit.

U vstřikovacích lisů pro plastické hmoty je použití systému horkých kanálků sice v zásadě známo. Protože se tepelná vodivost plastických hmot zásadně liší od tepelné vodivosti kovů, je použití takovéhoto provedení systému horkých kanálků, ve kterém je forma plněna bodově nebo tunelem, nemožný.

V dalším popisu vynálezu se předpokládá, že koncovky trysek jsou nasazeny na trysky, které jsou opatřeny hřebenovitým nebo vějířovitým licím systémem a bezprostředně přiléhají k profilu odlitku, přičemž hřebenovitý nebo vějířový systém lití vytváří vtoček, nebo je mu bezprostředně předřazen. Toto provedení má tu výhodu, že roztavený kov nacházející se v profilu vtočku koncovek trysek přechází po naplnění formy do semisolidního stavu, protože koncovky trysek nejsou vyhřívány. Tento materiál zabraňuje tomu, aby po otevření formy mohl kov ze systému horkých kanálků unikat anebo se jimi dostával zpět do ústí, svislého kanálku nebo zásobníku roztaveného kovu.

V dalším popisu vynálezu jsou koncovky trysek a trysky vždy opatřeny kulovitými zásuvnými spojkami, které i při shora uvedených vysokých teplotách 650 °C příp. 420 °C zajišťují stykem kovu na kov dostatečnou těsnost.

Samotné koncovky trysek mohou být přitom nasunuty na vyhřívané trysky a ty opět na vyhřívané kanálky.

V dalším popisu vynálezu mohou být koncovky trysek uzpůsobeny příslušné formě vyráběného dílce. Koncovky trysek přitom na tuto formu mohou být nasazeny z boku nebo centrálně.

Alternativní způsob, kterým lze zamezit zpětnému toku kapalného kovu do svislého rozvodu a licího zásobníku, je takový, kdy se k nátrubku připojí nevyhřívaná koncovka trysky dosedající na vtokový systém, ve kterém se po naplnění formy vytvoří zátka, která také může zabránit zpětnému vniknutí roztaveného kovu nacházejícího se v hubici a svislém rozvodu do licího zásobníku. Tato zátka je při dalším vstřiku vtlačena do systému horkých kanálků, kde je pro tuto zátku připraven odpovídající záchytný prostor, ve kterém se zachytí a tím už nebrání dalšímu vstřiku tekutého materiálu. Zátka se v systému horkých kanálků opět roztaví.

Aby se v každém případě zabránilo zpětnému toku do licího zásobníku, může být dodatečně nebo místo shora uvedené alternativy s hubicí do svislého kanálku osazen zpětný ventil. Zpětný ventil může být také umístěn v licím pístu, takže tím lze vyloučit nevýhodu vyskytující se u tlakových licích zařízení, kdy, když při zpětném chodu pístu ze svislého kanálku nepřitéká žádný materiál, dochází vlivem podtlaku ve vstřikovacím válci k protékání materiálu kolem pístních kroužků do vstřikovacího válce. Umístěním zpětného ventilu do licího pístu může materiál protékat pouze z licího zásobníku přes licí píst do vstřikovacího válce. Zpětné ventily, které se v tomto případě dají použít, musí být vzhledem k vysokým • · *·· ·

• · t • · · ·· * teplotám prostředí provedeny z žáruvzdorného kovu nebo z keramiky.

Vynález je na základě příkladů provedení zobrazen na .obrázku a v následujícím textuje objasněn.

Vysvětlivky:

Obr. 1 schematické zobrazení licí jednotky stroje na tlakové lití s teplou komorou, která má na licí kanálek nasazený nátrubek,

Obr. 2 schematické zobrazení systému s vyhřívanými licími kanálky, který vede do formy,

Obr. 3 zvětšené zobrazení přechodu ze systému s vyhřívanými licími kanálky do formy podle levé části obrázku 2,

Obr. 4 schematické zobrazení koncovky trysky k lití do formy z obrázku 3, a to v řezu přibližně ve směru IV-IV z obrázku 3.

Obr. 5 zvětšené zobrazení přechodu ze systému s vyhřívanými kanálky do formy podle pravé části obrázku 2,

Obr. 6 řez koncovkou trysky a vtočku ve směru Vl-VI z obrázku 5,

Obr. 7 zobrazení podobné jako na obr. 3 nebo 5, ale s jiným uspořádáním přechodu roztaveného kovu do formy,

Obr. 8 schematický a zvětšený pohled na koncovku trysky ve směru šipky Vlil, avšak bez předřazené trysky,

Obr. 9 částečný pohled na licí zařízení u stroje na tlakové lití s teplou komorou podle obr. 1, avšak se zpětnými ventily ve svislém kanálku a ve vstřikovacím válci, a nakonec

Obr. 10 schematické zobrazení zakončení nátrubku s nasazenou nevyhřívanou koncovkou trysky.

• · ·

Na obrázku 1 je více či méně schematicky vyznačen licí zásobník 1 ve stroji na tlakové lití s teplou komorou, který je ponořen do roztaveného kovu 2 určeného k odlévání, kupříkladu do hořčíku nebo zinku. Tento roztavený kov je v tavícím kelímku 3, který je umístěn v udržovací peci, která zde není blíže zobrazena.

Licí zásobník 1 je opatřen vstřikovacím válcem 4 s licím pístem 5, způsob jehož spojení s náhonem přes ojnici 6 není blíže popsán, protože je známý. Náhon může být hydraulický nebo i elektrický. Vstřikovací válec 4 má ve své horní části boční vtokový otvor 7, jímž může roztavený kov 2 vtékat dovnitř vstřikovacího válce 4, když se píst 5 dostane do polohy vyšší než otvor 7. Ve znázorněném stavu překročil licí píst plnicí polohu a bude se vracet dolů ve směru šipky 8, přičemž roztavený kov přítomný ve vstřikovacím válci 4 a na válec navazujícím svislém kanálku 8 se vede přes vyhřívanou trysku 10 do vtokového nátrubku 11, který je připevněn uvnitř uvedené pevné poloviny 12 formy.

Zatímco při obvyklém postupu tlakového lití pomocí stroje na tlakové lití s teplou komorou vedou licí kanálky od licího nátrubku 11 k dutinám formy a přecházejí do nich přes vtočky, u zařízení podle předmětu vynálezu je licí nátrubek 11 částí licího systému 13 s horkými kanálky, které je opatřeno vyhříváním licích kanálků 14 a na ně navazujících trysek 15 do formy 16.

Je známo, že při obvyklém postupu tlakového lití je roztavený kov, který se dostává od licího pístu 5 svislým kanálkem, nátrubkovou tryskou 10, licími kanálky a jednotlivými vtočky do formy, udržován pod tlakem, dokud

7^; »» 4 neztuhne. Po otevření formy a případném vytažení jader (pokud jsou součástí formy) zůstává odlitek v pohyblivé polovině formy (zde neznázorněné), zatímco licí píst 5 se vrací do své výchozí polohy, která je v obr. 1 naznačena čárkovaně jako 5'. Při tomto zpětném pohybu se do licího válce 4 zpět nasaje roztavený kov, který zůstal v oblasti nátrubku trysky 10 a ve svislém kanálku 9. Roztavený kov ve formě je ztuhlý.

Po otevření formy a vyklopení odlitků se tyto musí očistit, což znamená, že se od odlitku musí oddělit vtoček, licí kanálky a výronky. Všechny tyto zbytky se poté znovu roztaví a použijí. Jak již bylo v úvodu zmíněno, důsledkem toho je poměrně velká pracovní a energetická náročnost, protože tento zbytek činí - vyjádřeno ve váhových procentech - 40 až 100 % hmotnosti vyráběných odlitků.

Systém 13 ohřívaných kanálků podle obr. 2 zabraňuje vzniku tak velkého zbytku po lítí. Z obr. 2 je dále patrné, že licí nátrubek 11 je opatřen topným pouzdrem 17, které je zásobováno energií z přípojného vedení 18. Topné pouzdro může být stejně jako další topná pouzdra 19 a topný článek 20 napájeno elektrickým proudem. Obr. 3 ukazuje, že tryska 15 navazuje na dutinu formy 16 kuželem 21. Tímto kuželem je nasazena na vstupní kužel dílu 22 systému 13 ohřívaných kanálků a utěsněna. Tímto způsobem je zajištěno těsnění kovkov, které je nezbytné při vysokých teplotách při odlévání neželezných kovů (650 °C u hořčíku a 420 °C u zinku). Na tyto vyhřívané trysky 15 jsou nyní nasazeny koncovky 23, a sice na ten konec, který je na opačné straně než kužel 21, ale jsou také opatřeny kuželem 24, který je těsně a pevně nasazen na odpovídající protější kužel trysky 15.

• · »·<,· • 4 ·

9 9

9 99

9 9

Tryska 23 je na svém dolním konci opatřena hřebenovitě uspořádanými vstřikovacími kanálky 25, které ústí přímo do dutiny formy 16. Celkový průřez všech vstřikovacích kanálků 25 musí odpovídat průřezu vtočku, který je podle platných zkušeností v oboru tlakového lití s teplou komorou nutný pro výrobu určité formy. Tímto způsobem se zajistí, že licí rychlosti, které nastanou v těchto kanálcích 25, nepřekročí maximální přípustnou rychlost, jak již bylo uvedeno na začátku.

Je zřejmé, že v tomto případě lze roztavený kov v systému vyhřívaných kanálků 13 udržovat na teplotě, kdy je ještě v tekutém stavu. Roztavený kov po ukončení tlakového lití ve formě 16 pod tlakem relativně rychle ztuhne. Roztavený kov v hřebenovitém vtočku s množstvím kanálků 25 přejde přinejmenším do semisolidního stavu. Koncovka 23 trysky, jak je vidět, není vyhřívána a je umístěna v dutině formy 16. Tento vtoček, který je tvořen množstvím kanálků 25, se při odstranění pohyblivé části formy 26 oddělí od kanálkového dílu 27, který zůstává v pevné části formy 12, takže nevznikne pevný vtokový zby tek, který by se poté musel znovu roztavit.

Podobně to platí i pro schematicky naznačenou formu 16a, která je spojena přes vtoček 29, který přechází ve vtokový vějíř 28 (obr. 6), s tryskou 23a. Na dně trysky 23a leží licí kanálky 25a, které probíhají v zásadě rovnoběžně s osou trysky 15a. Pod nátrubkem trysky 23a proto vzniká při lití licí vějíř 28, který přechází přes vtoček 29 do dutiny formy 16a. Při oddělení pohyblivé poloviny formy od dílu 27 licího systému 13 s horkými kanálky se vyhodí i licí vějíř 28. Poté je možno jej snadno přes vtoček 29 oddělit od hotového dílu. Koncovky

trysek 23 a 23a na obr. 3 až 6 jsou upraveny tak, že k lití dochází bokem trysky.

Obr. 7 a 8 uvádějí další možnosti provedení koncovky trysky 23a, která je na trysku 15b nasazena přes kužel 21b. Tato koncovka 23b trysky je svými licími kanálky 25b a 30 nasazena centrálně na dutinu formy 16b a tím zajišťuje, že roztavený kov je vtlačován bezprostředně do dutiny formy 16b jejím středem. Díky většímu množství zde použitých kanálků 25b resp. 30, které všechny - stejně jako koncovky trysek 23 a 23 a na obr. 3 až 6 - mohou mít průměr asi 1 až 1,5 mm, zde vzniká jakýsi licí hřeben, který je možno po otevření formy snadno uvolnit, a to jak od koncovek trysek, tak od odlitku.

K objasnění je nutno ještě upozornit na to, že použité neželezné kovy, jako například hořčík a zinek v kapalném stavu, tzn. při taviči teplotě, která je u hořčíku asi 650 °C a u zinku asi 420 °C, jsou stejně řídké jako voda. Proto se dají bez problému pomocí hřebenového vstřikování vtlačit do odpovídajících dutin formy. Fáze plnění formy trvá řádově mezi 5 ms až 30 ms. Materiál nacházející se ve formě ztuhne potom relativně rychle, zatímco materiál v malých otvorech 25, 25a a 25b koncovek trysek 23, 23a a 23b přechází v semisolidní fázi a tím při ukončení plnicí fáze kanálkový systém 13 uzavře. Při dalším vstřiku je tento materiál, nacházející se ještě v semisolidní fázi, vtlačen do formy.

Při použití sytému vyhřívaných licích kanálků 13 je třeba dbát na to, aby při zpětném chodu licího pístu 5 nedocházelo k vysávání tekutého kovu tryskou 10 a svislým kanálkem 9 z vyhřívaných licích kanálků 13. Pokud by tomu tak bylo, mohlo by při dalším vstřiku dojít k časovému

• ·· · • 9 • 9	9 99 9 9 9 * 4 4	9 9 • 9 9 9 9
• 9 9	• 4 • · 9 9 · 9 9	9 9 9 9 ·

zpoždění, protože by se nejdříve musely znovu zaplnit roztaveným kovem kanálky systému 13 vyhřívaných licích kanálků a pravděpodobně i svislý kanálek 9 a nátrubek trysky

10.

Obrázek 9 předpokládá, že licí píst 5' je vybaven zpětným ventilem 31, který dovolí roztavenému kovu nacházejícímu se v zásobníku 3 při zpětném chodu licího pístu 5' téci ve směru šipky 32 seshora skrz licí píst do spodního prostoru licího válce 4. Podtlak v licím válci 4 při zpětném chodu licího pístu 5\ ke kterému u běžných zařízení dochází, když je ústí trysky uzavřeno, zde nenastává. Dodatečně je na spodním konci svislého kanálku 9 osazen další zpětný ventil 32, takže ani zde nedochází ke zpětnému toku roztaveného kovu vlivem vlastní váhy. Tekutý kov zůstává proto v systému vyhřívaných licích kanálků 13, v trysce 10 a ve svislém kanálku stát až do příštího střiku. Protože je horký roztavený kov přímo v blízkosti dílce respektive dutin formy 16, 16a, 16b, je licí proces kratší a přesněji zvládnutelný.

Na obr. 10 je konečně ukázána další možnost, jak lze poměrně jednoduchým způsobem zamezit zpětnému toku roztaveného kovu ze systému vyhřívaných kanálků 13. Mezi zaústěním licího nátrubku 11 licího systému 13 s vyhřívanými kanálky a tryskou 10 vyhřívanou známým způsobem elektrickou nebo indukční topnou spirálou 33 je vloženo těleso 34 nátrubku, které není vytápěno a proto tvoří „zónu zamrznutí“. Po každém vstřiku vznikne uvnitř tohoto tělesa 34 nátrubku chladná zátka 35, která utěsní vývrt trysky., Roztavený kov v systému 13 s vyhřívanými kanálky se tak nemůže vracet licím nátrubkem 11 zpět.

II

Obr. 2 ukazuje, že systém 13 s vyhřívanými kanálky má proti průchozímu otvoru 36 nátrubku 10 v licím kanálu 14 záchytný prostor 37 (obr. 2), v němž se zátka 35 zadrží do příštího vstřiku a proto se nedostane systémem kanálků do dutiny formy. Tato zátka se v systému 13 vyhřívaných kanálků taví do té doby, než dojde k následujícímu vstřiku.

S- ΌΝΛ ADVOKÁTNÍ KANCELÁŘ všetečka ta/ čvorčík xalensk· A PARTNEŘI

120 00 Praha 2, Hálkova 2 Česká republika

Claims

PATEΝΤΟVÉNÁROKY

1. Zařízeni k výrobě odlitků tlakovým litím, zejména z neželezných kovů, pomocí licího stroje s teplou komorou se svislým kanálkem (9) vytvořeným v licím zásobníku (1) a nátrubkem (11) umístěným před licím systémem a vtočkem umístěným před formou (16, 16a, 16b) pro tlakové lití, jehož průřez odpovídá jednotlivým používaným roztaveným kovům, vyznačené tím, že vtoček (29) je částí licího systému (13) s vyhřívanými kanálky, který používá vytápění kanálků (14) a trysek (15) až k formě (16).
2. Zařízení podle nároku 1 vyznačené tím, že na tryskách (15,

15a, 15b) jsou nasazeny koncovky (23, 23a, 23b), které navazují bezprostředně na formu (16, 16a, 16b) prostřednictvím hřebenovitého nebo vějířovitého licího systému, přičemž tento hřebenovitý nebo vějířovitý licí systém tvoří vtoček nebo je mu bezprostředně předřazen.
3. Zařízení podle nároku 2 vyznačené tím, že koncovky trysek (23, 23a, 23b) a trysky (15, 15a, 15b) jsou kvůli utěsnění opatřeny kuželovitými násadci (21,21a, 21b).
4. Zařízení podle nároků 1 až 3 vyznačené tím, že koncovky trysek (23, 23a, 23b) jsou nasazeny na vyhřívané trysky (15, 15a, 15b) a tyto trysky jsou zase připojeny k vyhřívaným kanálkům (14).
5. Zařízení podle nároku 2 vyznačené tím, že koncovky trysek (23, 23a, 23b) jsou přizpůsobeny tvaru formy (16, 16a, 16b).
6. Zařízení podle nároku 5 vyznačené tím, že koncovky trysek (23, 23a, 23b) lze nasadit na formu (16, 16a, 16b) bočně nebo centrálně.

9· ··« · • ·
7. Zařízení podle nároků 1 a 2 vyznačené tím, že jednotlivé kanálky (25, 25A, 25b) koncovek trysek (23, 23a, 23b) jsou vytvořeny tak úzké, že roztavený kov, který v nich zůstane po naplnění formy přejde do semisolidního stavu.
8. Zařízení podle nároků 1 a 2 vyznačené tím, že nátrubek (10) stroje pro tlakové lití s teplou komorou má koncovku (34) nevyhřívané trysky navazující nalíčí systém (13), v níž se po naplnění formy vytvoří zátka (35).
9. Zařízení podle nároku 8 vyznačené tím, že součástí licího systému (13) s vyhřívanými kanálky je záchytný prostor (37), v němž se při dalším vstřiku zachytí zátka (35) z koncovky (34) trysky.
10. Zařízení podle nároku 9 vyznačené tím, že záchytný prostor (37) je uspořádán ve směru vývrtu (36) nátrubku (10) stroje pro tlakové lití s teplou komorou.
11. Zařízení podle nároků 1 a 2 vyznačené tím, že ve svislém kanálku (9) je osazen zpětný ventil (32).
12. Zařízení podle nároku 11 vyznačené tím, že zpětný ventil (32) je umístěn na dolním konci svislého kanálku (9).
13. Zařízení podle nároku 2 nebo 12 vyznačené tím, že v licím pístu (5') je osazen zpětný ventil (31).
14. Zařízení podle nároku 12 nebo 13 vyznačené tím, že zpětné ventily (32, 31) jsou vyrobeny z žáruvzdorného kovu nebo keramiky.