CZ302923B6

CZ302923B6 - Zarízení pro tlakové lití s teplou komorou a zpusob tlakového lití s tímto zarízením

Info

Publication number: CZ302923B6
Application number: CZ20013827A
Authority: CZ
Inventors: Fink@Roland
Original assignee: Oscar Frech Gmbh+Co.
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2012-01-18
Also published as: EP1201334B1; JP2002144001A; JP4246423B2; DE50009878D1; US6793000B2; ES2235736T3; PL350379A1; EP1201334A1; HK1043757A1; US20020050331A1; PL199828B1; ATE291513T1; JP2007021585A; CZ20013827A3

Abstract

Zarízení pro tlakové lití je vytvoreno s teplou komorou se zásobníkem, s licím pístem a s pohonem (1) licího pístu a s rídicím zarízením (20) pro vytlacení roztaveného kovu ze zásobníku pres svislý kanálek, nátrubek a spojení do formy. K pohonu (1) licího pístu je v záverecné fázi prubehu plnení (t.sub.F.n.) prirazeno pulzacní zarízení, jehož kmity pusobí na hrídel (10) pohonu (1) licího pístu. Pri zpusobu tlakového lidí s tímto zarízením, se na konci plnení formy alespon v nejužším prurezu spojení vytvorí tlakové kmity, které zabranují roztavenému kovu v rychlém ztuhnutí.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro tlakové lití s teplou komorou se zásobníkem, s licím pístem a s pohonem licího pístu a s řídícím zařízením pro vytlačení roztaveného kovu ze zásobníku přes svislý kanálek, nátrubek a spojení do formy. Vynález se dále týká způsobu tlakového lití s tímto zařízením.

Dosavadní stav techniky

Při způsobu s teplou komorou se tekutý kov dopravuje přes licí zásobník a licí píst do formy. Licí zásobník a licí píst jsou přitom umístěny stále v lázni kovu. V závislosti na taviči teplotě kovu dochází při pohybu pístu i při ukončení tohoto pohybu ke ztrátám tlaku mezi pístními kroužky a otvorem licího zásobníku. Při způsobu s teplou komorou může být proto při odlévání zinku, jehož teplota tavení je asi 420 °C, vyvinut tlak kovu ke konci odlévání asi 30 MPa. Při tlakovém odlévání hořčíku s teplotou kovové lázně cca 650 °C může tlak kovu na konci odlévání dosáhnout hodnoty asi 25 MPa.

Používá se i postup se studenou komorou (DE 29 22 914 C2), při němž mají jednotlivé fáze plnění formy obdobný průběh jako u postupu s teplou komorou. U postupu se studenou komorou, kde licí zásobník a licí píst nejsou umístěny v tekutém kovu, je možné docílit vyšších koncových tlaků v rozsahu 40 MPa až 70 MPa. To znamená, že díky vysokému tlaku při postupu se studenou komorou lze vyrábět díly s vyšší hustotou. Důsledkem toho je zase nižší pórovitost odlitků, vyšší pevnost a roztažnost a vyšší povrchová hustota.

V patentovém spise US 5 560 419 jsou popsány tlakové licí stroje se studenou komorou a příslušný provozní postup, u nichž jsou obě poloviny formy také při uzavřené formě navzájem axiálně pohyblivé tím, že jedna polovina formy je provedena pomocí otvoru ve druhé polovině formy. Tavenina se do uzavřené formy dopravuje přes nahoře ležící otvor pomocí středového vývrtu v jedné polovině formy. Po vnesení taveniny se hydraulický takový píst, na kterém je upevněna jedna z obou polovin formy, uvede do oscilačního axiálního pohybu pro působení na taveninu oscilujícím tlakem.

Při postupu tlakového lití s teplou komorou trvá plnění formy asi 7 ms až 20 ms. Na konci fáze plnění se vytvoří, jak již bylo zmíněno, nejvyšší licí tlak. Tento licí tlak působí přes spojení na kov, který se již nalézá v dutině formy. Protože tloušťka spojení závisí na tloušťce stěny a povrchové kvality dílů, jakož i na opracování, a nejužší tloušťka stěny je tloušťkou vtočku, zatuhne tavenina kovu nejdříve v tomto místě. Tím se uzavře napojení na dutinu formy a tlak, který je licím pístem vyvíjen, nemůže působit vůbec, nebo je omezen. K vysvětlení je třeba poukázat na to, že nejtenčí tloušťka stěny vtočku činí například u zinkového dílu 0,3 mm až 0,6 mm a u hořčíkového dílu 0,4 až 0,8 mm. Ochlazením, které nastane v této oblasti, zatuhne materiál v tomto místě relativně rychle.

Podstata vynálezu

Předložený vynález spočívá v podstatě v úkolu zajistit, aby přes nízké koncové tlaky při tlakovém lití s teplotou bylo možné docílit, že odlitky mají takové vlastnosti jako odlitky, které byly vyrobeny ve studené komoře.

K řešení tohoto úkolu navrhuje vynález u zařízení pro tlakové lití s teplou komorou shora uvedeného typu přiřadit k pohonu licího pístu v závěrečné fázi průběhu plnění pulzační zařízení, jehož

-1 CZ 302923 Β6 kmity působí na hřídel pohonu licího pístu. Vynález dále navrhuje způsob tlakového lítí s tímto zařízením.

Při způsobu podle vynálezu se na konci plnění formy alespoň v nejužším průřezu spojení vytvoří tlakové kmity, které zabraňují roztavenému kovu v rychlém ztuhnutí. Pomocí změny tlaku dojde v roztaveném kovu k pohybu, což povede k tomu, že dříve zmíněný průřez náběhu se slabou silou stěny tak rychle nezatuhne, tedy „nezamrzne“. Tímto způsobem může tlak do formy působit déle a tím ovlivňovat smršťování roztaveného kovu, které je podmíněno objemem.

V další části vynálezu může být v nějakém časovém úseku tlak po určitém čase zvýšen, přičemž pu Izace zůstane zachována, takže poté, co roztavený kov dosáhl takzvané sem i sol i dní fáze, dojde k nej vyššímu stlačení. V této fázi se na vnějším obrysu tlakového odlitku už nevytváří žádné výrobky. Působením kmitů, které mohou být zaváděny a působit s poměrně vysokou frekvencí, se tlak plně přenáší na kov ve formě. Tímto způsobem vzniká jakýsi druh vibrací působících na naplněnou formu, což vede ke konečnému zhutnění materiálu.

V další části vynálezu může být při postupu, u kterého je k dispozici pohyblivý licí píst poháněný elektromotorem, docíleno pulzujícího tlaku pomocí přičtení kmitání k pohonu. Toto kmitání může podle další části vynálezu dosahovat přibližně 300 Hz. Může být zavedeno pri zadaném zpoždění rychlosti licího pístu. Rychlost licího pístu se dá známým způsobem zjistit, takže není problémem nalézt okamžik, ve kterém je pulzující tlak nutno přivést.

V další části vynálezu může být tlak vůči maximálnímu licímu tlaku pulzně snížen nebo zvýšen, přičemž, jak bylo již drive zmíněno, tlak může být v konečné fázi v průběhu prvního okamžiku snížen a během dalšího okamžiku zvýšen, dříve než dojde k úplnému ztuhnutí taveniny.

Vynález se také týká stroje na tlakové lití s teplou komorou, se kterým se nový postup bude provádět. Tento stroj pro tlakové lití s teplou komorou má pohon licího pístu a ovládací zařízení, přičemž pohon licího pístu je opatřen vibračním zařízením, které lze v koncové fázi plnícího procesu zapnout a jeho kmity působí na pohonnou osu licího pístu. Pokud je licí píst poháněn elektromotorem, může uvedené vibrační zařízení sestávat z elektrického servopohonu a řídícího zařízení kjeho ovládání, přičemž toto řídící zařízení může být realizováno elektronickým počítačem vybaveným odpovídajícím softwarem. Servopohon sám je tvořen bezkomutátorovým elektromotorem s nízkým momentem setrvačnosti. Takový pohon dále zamezuje působení setrvačných sil na licí píst, které ale mohou být sníženy známým způsobem zařazením pružného prvku mezi motor pohonu a píst nebo pomocí řízeného omezení servopohonu.

Objasnění výkresů

Vynález je schématicky znázorněn na výkresech pomocí příkladu provedení a je v následujícím vysvětlen. Na výkresech znázorňuje:

Obr. 1 schématické zobrazení pohonu licího pístu s elektromotorem s řídícím zařízením pro vytváření vibrací,

Obr. 2 schématické blokové zobrazení části řídícího zařízení a

Obr. 3 zobrazení průběhu tlaku a objemu během lisování podle způsobu podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 ukazuje lisovací jednotku stroje na tlakové lití s teplou komorou na zpracování roztavených kovů, který je známým způsobem opatřen licím zásobníkem umístěným v kovové lázni,

-2CZ 302923 B6 lícím pístem pohybujícím se v ní nad lisovací jednotkou a stoupacím otvorem, na jehož koncích je umístěn nátrubek.

U lisovací jednotky podle obr. 1 je elektromotor, například asynchronní motor, nebo u jiné varianty servomotor, pohon 1, který zde není blíže zobrazen se spojovacím dílem 2, který pohání otočné vodicí vřeteno 3. Vodicí vřeteno 3 je vedeno v utěsněném ochranném krytu 5. Na něj je upevněna (našroubována) matka 4 spolupracující se závitem vřetene 3, která svou vodicí vačkou 6 zasahuje do výřezu 7 uvnitř ochranného krytu 5, a v důsledku toho se v ochranném krytu 5 nemůže otáčet. Matka 4 je napojena na prodlouženou část 8, která přesahuje volný konec vřetene 3 opatřený posuvnou tyčkou 9, která vyčnívá z krytu 5 utěsněným otvorem a je opatřena nástavcem 10 malého průměru. Na tomto nástavci 10 je pohyblivě připojen první kroužek 11. který přiléhá na čidlo J_2 tlaku, které může být provedeno jako piezoelektrický prvek. Toto čidlo tlaku je pomocí signalizačního vedení 13 spojeno s víceparametrovým regulátorem 20, pomocí kterého jsou řízeny otáčky motoru i.

Na nástavci 10 je kromě toho posuvně osazena objímka 14 s koncovým kroužkem J_5, přičemž mezi koncovým kroužkem 15 a kroužkem 11, přiléhajícím k čidlu 12 tlaku je umístěn pružný prvek 16, ve tvaru plastového kroužku, kterým nástavec 10 také prochází. Objímka 14 je na konci protilehlém vůči koncovému kroužku 1 5 opatřena spojovacím koncovým prvkem 17, který slouží k napojení na licí píst, který zde není vyobrazen, přičemž volný konec nástavce 10 je rozšířen na jakousi patku 18 většího průměru, o jejíž ozub se opírá objímka na nástavci JO, která může zároveň sloužit pro zajištění určitého předpětí plastového kroužku. Tato patka 18 je umístěna v určité vzdálenosti od vnitřní plochy 19 konce objímky 14. Tato lisovací jednotka je zapojena do provozu v okamžiku, když má být roztavený kov známým způsobem natlačen ze zásobníku stroje na tlakové lití s teplou komorou do formy. Elektrický pohon 1 je pomocí víceparametrového regulátoru 20 vybuzen k otáčení vodícího vřetene 3, což vede k tomu, že matka 4 se ze zobrazené pozice na vřetenu 3 pohybuje podél vřetene směrem dolů a tlačí dolů zároveň posuvnou tyčku 9, a to rychlostí potřebnou k provedení plnicí fáze.

Když je forma naplněna, musí být pohon otáček vřetene 3 přepojen z regulace rychlosti na regulaci kroutivého momentu. Aby se zamezilo tomu, že licí píst by v tomto případě vlivem momentu setrvačnosti pohonu, který je závislý na hmotnosti, tlačil dále na nestlačitelný roztavený kov ve formě, a tím se do mechanismu pohonu dostávaly tlakové rázy, které by mohly vést k poškození zařízení, je zde umístěn pružný prvek 16, který se stlačí a přenese tím na sebe dráhu, kterou by jinak musel urazit licí píst.

Uspořádání je při tom provedeno tak, aby délka dráhy způsobená pohonem, kterou je nutno přenést, byla kratší než rozměr a. Pružný prvek 16 se stlačí o něco méně, než činí rozměr a, přičemž na něj působí tlak. Přitom může být uspořádání prvků takové, aby reakční síla vyvinutí pružným prvkem 16 působící na objímku 14 a na licí píst byla dostatečně veliká na to, aby v roztaveném kovu způsobila dodatečný tlak o velikosti 70až80kN(7až8 tun).

Obr. 2 ukazuje, že k regulaci počtu otáček a velikosti kroutivého momentu elektromotoru i regulátorem 20 je pro licí píst určena nastavená poloha 2£ která se porovnává s okamžitou polohou 22, která se odečítá na výstupu pohonu. K regulátoru 20 je kromě toho přiváděna hodnota požadovaného počtu otáček a požadovaná velikost kroutivého momentu 23. Z toho plynoucí požadovaný počet otáček 24 je, pomocí zde blíže nespecifikovaného digitálního nebo analogového regulátoru počtu otáček a velikosti kroutivého momentu, přiváděn k motoru i, a okamžitý počet otáček 25 a okamžitá velikost kroutivého momentu vede známým způsobem k přísunu roztaveného kovu (plnicí proces), například ve třech známých plnicích fázích. Při dosažení okamžité polohy 22, při které dochází k plnění formy, dojde způsobem shora uvedeným k přepojení na regulaci kroutivého momentu, a to jenom do toho okamžiku, ve kterém je dosažena zadaná hodnota zpoždění, kdy se ke kroutivému momentu připojí kmity.

-3 CZ 302923 B6

Obr. 3 ukazuje průběh lisovacího procesu v jednotlivých etapách. V obr. 3 je na vodorovné ose vynesena doba trvání plnicího procesu a na svislé ose jednak rychlost pístu v a dále tlak p v roztaveném kovu vyvinutý pístem pohybujícím se vpřed. Na obr. 3 probíhá v prvním časovém úseku ohraničeném přímkou 26 plnicí fáze nejdříve ve třech nebo i více rozdílných rychlostech, přičemž poté nastává v časovém rozmezí vyznačeném přímkami 26 a 27 výrazné stoupání rychlosti pístu a rychlosti plnění. Od okamžiku na přímce 27 a dále probíhá plnicí proces vysokou rychlostí, přičemž nutně stoupá odpovídajícím způsobem také tlak p, aby krátce před koncovým nárůstem pří naplněné formě, kdy se rychlost pístu v opět snižuje k nule, vzrostla na koncovou hodnotu.

Obr. 3 ukazuje, že při dosažení určité předem dané hodnoty zpoždění V_z = 0,1 m/s rychlosti pístu a plnicí rychlosti (která klesá z rychlosti asi 1,2 m/s) bude tlaku vyvozovanému lisovací jednotkou (obr. 1) během prvního okamžiku ti složeno kmitání takovým způsobem, že vznikne tlak pulzující o hodnotu Δρ, jehož maximální hodnota se rovná původně dosaženému koncovému tlaku. Naproti tomu ve druhém časovém okamžiku t₂ se tlak zvýší o hodnotu Δρ proti původně dosaženému koncovému tlaku a na této hodnotě zůstane, ale přitom pokračuje kmitání.

Toto opatření vede ktomu, jak již bylo uvedeno na počátku, že při naplněné formě dochází v napojení mezi dutinou formy a nátrubkem stroje pro tlakové lití s teplou komorou, ale i v celém prostoru vyplněném roztaveném kovu, v průběhu časových okamžiků ti a t₂, k tlakovému kmitání. To vede k tomu, že i v nej nižším průřezu napojení, který je ve vtoČku, dochází v tomto okamžiku k tlakovým vibracím, které zabraňují tomu, aby zde roztavený kov předčasně ztuhl, čímž by uzavřela přístup do dutiny formy. Zvýšení tlaku, k němuž dojde v průběhu okamžiku t₂, může proto ještě působit na celou dutinu formy a na roztavený kov uvnitř. V této době je roztavený kov v tzv. semisolidním stavu, a díky předmětu vynálezu je možné zde dosáhnout nejvyššího zhutnění. V této fázi se již na vnějších obrysech odlitků ve formě nevytváří výrobky. Díky kmitání tlaku o hodnotu Δρ působí tlak vyvíjený pístem na roztavený kov způsobem podobným bucharu, což se přenáší i na kov ve formě, který se tak může zhutnit více než při obvyklém postupu tlakového lití s teplou komorou. Ukázalo se, že novým způsobem lze docílit tlakově litých dílů, jejichž hustota, pevnost a pórovitost odpovídá součástem, které byly doposud vyrobitelné jen tlakovým litím se studenou komorou.

Postup podle předmětu vynálezu je vysvětlen prostřednictvím příkladu realizace, kde lisovací jednotka je ovládána elektrickým servomotorem. U podobných stojů se servopohonem lze na konci plnicího procesu zadat bod zabrzdění. Lze tak zabránit vzniku tlakových špiček, ke kterým může docházet, jak již bylo zmíněno na začátku, na konci nebrzděného plnicího procesu. Rychlost plnění se tedy před koncem plnění formy sníží, takže díky tomuto opatření lze vyrábět díly bez výronků. Tento bod zabrzdění, jemuž odpovídá i zadané zpoždění, lze považovat za počáteční bod tlakových kmitů.

Lze si ovšem docela dobře představit, že u strojů pro tlakové lité s teplou komorou se vstřikováním hydraulicky poháněným pístem se hydraulika po dokončení plnění formy uvede do odpovídajícího kmitání, takže i u takovýchto lisovacích jednotek lze předmět vynálezu uplatnit. Konečně je možné si také představit, že zvláštními zařízeními se cíleně vyvolají kmity v napojení a v oblasti vtočku v rozhodující fázi po naplnění formy, aby se zabránilo tzv. „zamrznutí“ roztaveného kovu v napojení. Pulzující tlakové vstřikování pomocí vstřikovacího pístu by pak nebylo nutné.

Představená realizace nového postupu lití pomocí lisovací jednotky se vstřikovacím pístem poháněným elektromotorem je velmi snadno realizovatelná, protože stačí použít vhodný software pro řízení pomocí elektronického počítače, který se pak při přepnutí na řízení kroutivého momentu použije v okamžiku vysvětleném v obr. 3 k zavedení kmitání.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Zařízení pro tlakové lití s teplou komorou se zásobníkem, s licím pístem a s pohonem (l) licího pístu a s řídícím zařízením (20) pro vytlačení roztaveného kovu ze zásobníku přes svislý kanálek, nátrubek a spojení do formy, vyznačující se tím, že k pohonu (1) licího pístu je v závěrečné fázi průběhu plnění (t_F) přirazené pulzační zařízení, jehož kmity působí na hřídel (10) pohonu (1) licího pístu.
2. Zařízení pro tlakové lití s teplou komorou podle nároku 1,vyznačující se tím. že licí píst je poháněný elektromotorem a pulzační zařízení sestává z elektrického servopohonu a z k němu připojeného řídícího zařízení (20).

15 3. Zařízení pro tlakové lití s teplou komorou podle nároku 2, vyznačující se tím, že řídícím zařízením (20) je elektronický počítač ve formě víceparametrického regulátoru, opatřený software dimenzovaným pro požadované řídící funkce řídícího zařízení (20).

---*i„i,—a i:+í riómlr·! 1 ^vr *'Z Π »* . U ' ' ^p ’ “Ti při V IIQIVLJVV 11 li cj iv|Jivru f\uuiviv/u imiunu x, uv

20 t í m , že servomotorem je bezkomutátorový elektromotor s nízkým momentem setrvačnosti.

5. Způsob tlakového lití se zařízením pro tlakové lití s teplou komorou podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že na konci plnění formy se alespoň v nejužším průřezu spojení vytvoří tlakové kmity, které zabraňují roztavenému kovu v rychlém tuhnutí.

6. Způsob podle nároku 5,vyznačující se tím, že licí píst se během lisování pohybuje v příslušných plnicích fázích formy a na konci plnícího postupu působí s pulzujícím maximálním licím tlakem (Δρ).

30 7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že pulzující tlak se vytvoří součtem tlaku elektromotorického pohonu (1) licího pístu s kmity,

8, Způsob podle nároku 8, vy z n a č u j í c í se t í m , že se vytvoří kmity s kmitočtem 300 Hz a zavádí při předem daném zpoždění (V₂) rychlosti licího pístu.

9, Způsob podle jednoho z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že tlak (p) se ve srovnání s maximálním licím tlakem (p_max) pulzně snižuje, nebo zvyšuje.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že tlak (p) se v závěrečné fázi během 40 jednoho okamžiku (tj) sníží a během druhého okamžiku (t₂) se zvýší, a to dříve než dojde k plnému ztuhnutí roztaveného kovu.
3 výkresy