CZ302980B6 - Zarízení k výrobe tlakove litých kovových odlitku, predevším z neželezných kovu - Google Patents

Abstract

Zarízení k výrobe tlakove litých odlitku, zejména z neželezných kovu, má licí systém (13) s vyhrívanými kanálky (14), který je predrazen dutinám (16, 16a, 16b) formy, takže je možno udržovat roztavený kov v blízkosti dutin (16, 16a, 16b) formy až do príštího vstriku.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení k výrobě tlakově litých kovových odlitků, především z neželezných kovů, s tlakovým licím strojem s teplou komorou, který má svislý kanálek, vytvořený v licím zásobníku, trysku připojenou na svislý kanálek a licí systém, který obsahuje nátrubek připojený k trysce a alespoň jeden od licího nátrubku vedoucí licí kanálek, který ústí vtočkem do formy pro tlakové lití.

Dosavadní stav techniky

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 lítí se 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 na minimální tloušťce stěny mezi 5 až 30 ms. Uzavírací síla zařízení s teplou komorou je až 10 000 kN.

Pri 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. Pri 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 (Bedienung der Druckmaschine“, Society of Die Casting Engineers, Deitrot/USA Copyright 1972, strana 7), že pri tlakovém lití s teplou komorou se 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 zůstává po každém odlití, se posléze znovu roztaví, z čehož ovšem vyplývá podstatné zvýšení spotřeby energie. Mimoto dochází ke ztrátám materiálu propalem pri odstraňování výronků ajejich recyklací.

V patentovém spise US 3 903 956 je zveřejněn tlakový licí stroj s teplou komorou vpředu uvedeného typu, který má tak zvanou samoodtržitelnou formu. Licí systém u těchto licích strojů obsahuje licí kanálek, který je ohřívaný v části připojené ke vstupní straně licího nátrubku uvnitř pevného licího bloku fixovaného na pevné polovině formy a odtud vede podél dělicí čáry mezi pevným licím blokem a pohyblivým, na pohyblivé polovině formy fixovaným, licím blokem a podél dělicí čáry pevné a pohyblivé poloviny formy až k formě. Na straně odvrácené od formy má licí blok podříznutí, se kterým licí blok pri otevření formy strhne vtokovou část na lité části a tím ji odtrhne od materiálu v pod ním ležící části svislého kanálku. S ohledem na systém zůstává tímto způsobem relativně dlouhá vtoková část. Tento typ stroje je vedle toho vhodný jen pro lití součástí, které jsou slučitelné se samoodtrhovací technikou.

Podstata vynálezu

Předložený vynález spočívá v základu úkolu provést u zařízení vpředu uvedeného typu takovou úpravu, která umožní pracovat s podstatně menší vtokovou částí.

- 1 CZ 302980 B6

Vynález tento úkol řeší tím, že licí systém je vytvořen jako licí systém s vyhřívanými kanálky, který má více licích kanálků a prostředky pro ohřev licích kanálků až ke vtočku ústícímu do formy pro tlakové lití.

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.

is V dalším popisu vynálezu se předpokládá, že koncovky trysek sou 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, neboje 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 príp. 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 ne vy hřívaná 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

-io 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 nepritéká 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 teplotám prostředí provedeny ze žáruvzdorného kovu nebo z keramiky.

. 7 .

Přehled obrázků na výkresech

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

Obr. 1 schématické zobrazení licí jednotky takového licího stroje s teplou komorou s nátrubkem nasazeným na licí kanálek,

Obr. 2 schématické 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 obr. 2,

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

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

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

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

Obr. 8 schématický 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 válce, a

Obr. 10 schématické zobrazení zakončení nátrubku s nasazenou nevyhřívanou koncovou trysky.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 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 ije opatřen vstřikovacím válcem 4 s licím pístem 5, způsob jehož spojení s náhonem přes ojnicí 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 špičky 8, přičemž roztavený kov přítomný ve vstřikovacím válci 4 a na válec navazujícím svislém kanálku se vede přes vyhřívanou trysku 10 do vtokového nátrubku H, který je připevněn uvnitř uvedené pevné poloviny, to je části 12 formy.

Zatímco při obvyklém postupu tlakového lití pomocí stroje na tlakové lití s teplou komorou vedou licí kanálky od licího nátrubku li k dutinám formy a přecházejí do nich přes vtočky, u zařízení podle předmětu vynálezu je licí nátrubek 1 í části licího systému 13 s horkými kanálky, které je opatřeno vyhříváním licích kanálků 44 a na ně navazujících trysek 15 do formy 16.

-3CZ 302980 Β6

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 neztuhne. Po otevření formy a případném vytažení jader (pokud jsou součástí formy) zůstává odlitek v pohyblivé polovině formy (zde neznázoměné), zatímco licí píst 5 se vrací do své výchozí polohy, licího pístu 5', která je v obr. 1 naznačena čárkovaně. Při tomto zpětném pohybu se do licího válce 4 zpět nasaje roztavený kov, který zůstal v oblasti nátrubku trysky JO 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 v hmotnostních procentech - 40 až 100 % hmotnosti vyráběných odlitků.

Systém J3. ohřívaných kanálků podle obr. 2 zabraňuje vzniku tak velkého zbytku po lití. Z obr. 2 je dále patrné, že licí nátrubek J_Lje opatřen topným pouzdrem T7, kteréje 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 ]6 kuželovým násadcem 2L Tímto kuželem je nasazena na vstupní kužel dílu 22 systému 13 ohřívaných kanálků a utěsněna. Tímto způsobem je zajištěno těsnění kov-kov, kteréje nezbytné při vysokých teplotách při odléváni neželezných kovů (650 °C u hořčíku a 420 °C u zinku). Na tyto vyhřívané trysky J_5 jsou nyní nasazeny koncovky 23, a sice na ten konec, který je na opačné straně než kuželový násadec 21, ale jsou také opatřeny kuželem 24, který je těsně a pevně nasazen na odpovídající protější kužel trysky 15.

Tryskaje na svém dolním konci opatřena hřebenovitě uspořádanými licími kanálky 25, které ústí přímo do dutiny formy 16. Celkový průřez všech licích kanálků 25 musí odpovídat průřezu vtoěku, který je podle 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 bylo uvedeno na začátku.

Je zřejmé, že v tomto případě lze roztavený kov v systému 13 s vyhřívanými kanálky 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 vtocku s množstvím kanálků 25 přejde přinejmenším do semisolidního stavu. Koncovka 23 trysky, jak je vidět, není vyhřívána a je umístěna v dutině formy J6. Tento vtoček, který je tvořen množstvím kanálků 25, se při odstranění pohyblivé části 26 formy oddělí od kanálového dílu 27, který zůstává v pevné části J_2 formy, takže nevznikne pevný vtokový zbytek, který by se musel poté znovu roztavit.

Podobné platí i pro schématicky naznačenou formu 16a, která je spojena přes vtoček 29, který předchází ve vtokový vějíř 28 (obr. 6) s tryskou. Na dně trysky leží licí kanálky 25a, které probíhají v zásadě rovnoběžně s osou trysky 15a. Pod nátrubkem, koncovkou 23a trysky, proto vzniká při lití licí vějíř 28, který přechází přes vtoček do dutiny formy 16a. Při oddělení pohyblivé poloviny formy od dílu 27 licího systému 13 s vyhřívanými kanálky se vyhodí i licí vějíř 28. Poté je možné jej snadno přes vtoček 29 oddělit od hotového dílu. Koncovky 23 a 23a trysek na obr. 3 až 6 jsou upraveny tak, že k lití dochází bokem trysky.

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

-4CZ 302980 B6

K objasnění je ještě nutno upozornit na to, že použité neželezné kovy, jako například hořčík a zinek v kapalném stavu, tzn. při tavící teplotě, která u hořčíku je asi 650 °C a u zinku asi 420 °C, jsou stejné řídké jako voda. Proto se dají bez problému pomocí hřebenového vstřikování vtlačit do odpovídajících dutin formy. Fáze plnění formy trvá řádově mezi 5 a 30 ms. Materiál nacházející se ve formě ztuhne potom relativně rychle, zatímco materiál v malých otvorech licích kanálků 25, 25a, 25b koncovek 23, 23a, 23b trysek přechází do semisolidní fáze 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 licího systému 13 s vyhřívaným kanálky je třeba dbát na to, aby při zpětném chodu licího pístu 5 nedocházelo k vysání tekutého kovu tryskou 10 a svislým kanálkem 9 z licího systému 13 s vyhřívanými kanálky. Pokud by tomu tak bylo, mohlo by při dalším vstřiku dojít k časovému 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.

Obr. 9 předpokládá, že licí píst 5' je vybaven zpětným ventilem 31, který dovolí roztavenému kovu nacházejícímu se v zásobníku 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, kdy 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 13, vyhřívaných lících kanálků, 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 13 vyhřívaných kanálků. 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 nátrubku, které není vytápěno, a proto tvoří „zónu zamrznutí“. Po každém vstřiku vznikne uvnitř tohoto tělesa neohřívané koncovky, 34, chladná zátka 35, která utěsní vývrt trysky. Roztavený kov v systému L3 s vyhřívanými kanálky se tak nemůže vracet licím nátrubkem 11 zpět.

Obr. 2 ukazuje, že systém J3. s vyhřívanými kanálky má proti průchozími otvoru 36 nátrubku 10 v licím kanálku 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 J_3 vyhřívaných kanálků taví do té doby, než dojde k následujícímu vstřiku.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení k výrobě tlakově litých kovových odlitků, především z neželezných kovů, s tlakovým licím strojem s teplou komorou, který má svislý kanálek (9), vytvořený v licím zásobníku (1), trysku (10) připojenou na svislý kanálek (9) a lící systém (13), který obsahuje nátrubek (11), připojený k trysce (10), a alespoň jeden od licího nátrubku (11) vedoucí licí kanálek (14), který ústí vtočkem do formy (16, 16a, 16b) pro tlakové lití, vyznačující se tím, že licí systém (13) je vytvořen jako licí systém s vyhřívanými kanálky, který má více licích kanálků (14) a prostředky pro ohřev licích kanálků (14) až ke vtočku ústícímu do formy (16, 16a, 16b) pro tlakové lití.

   -5CZ 302980 B6
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že licí systém (13) s vyhřívanými kanálky je vytvořen jako hřebenovitý, nebo vějířovitý licí systém, přičemž na tryskách (15, 15a, 15b) jsou nasazeny koncovky (23, 23a, 23b), které jsou připojeny s hřebenovitým, nebo vějířovitým vedením bezprostředně k dutině formy (16, 16a, 16b) pro tlakové lití a tvoří vtoček, nebo jsou mu bezprostředně předřazeny.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j i c í se t í m , že koncovky (23, 23a, 23b) a trysky (15, 15a, 15b) jsou opatřeny těsnicími kuželovými násadci (21,21a, 21b).
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že koncovky (23, 23a, 23b) jsou na trysky (15, 15a, 15b) nastrčeny a trysky (15, 15a, 15b) jsou pro ohřev připojeny k vyhřívaným licím kanálkům (14).
5. 5. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že koncovky (23, 23a, 23b) odpovídají tvaru formy (16, 16a, 16b) pro tlakové lití.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že koncovky (23, 23a, 23b) jsou nasazeny na formu (16, 16a, 16b) pro tlakové lití bočně nebo středově.
7. 7. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že licí kanálky (25, 25a, 25b) koncovek (23, 23a, 23b) mají průřez pro převedení v nich se nacházející taveniny po naplnění formu (16, 16a, 16b) pro tlakové lití do semisolidního stavu.
8. 8. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že trysce (10) je přiřazená na licí systém (13) dosedající neohřívaná koncovka (34) pro vytvoření zátky (35) po naplnění formy (16, 16a, 16b) pro tlakové lití v koncovce (34).
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že v licím systému (13) s ohřívanými kanálky je vytvořen záchytný prostor (37) pro zátku (35) vytlačenou při dalším vstřiku z koncovky (34).
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že záchytný prostor (37) je umístěn na úrovni vývrtu (36) v trysce (10) tlakového licího stroje s teplou komorou.
11. 11. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že ve svislém kanálku (9) je umístěný zpětný ventil (32).
12. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že zpětný ventil (32)je umístěný na spodním konci svislého kanálku (9).
13. 13. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 12, v y z n a č uj í c í se t í m , že v licím pístu (5') je umístěný zpětný ventil (31).
14. 14. Zařízení podle jednoho z nároků llažl3, vyznačující se tím, že zpětné ventily jsou vyrobené ze žáruvzdorného kovu nebo z keramiky.