FI58880C - Foerfarande foer formning av roerkokill foer straenggjutning - Google Patents

Description

R3^1 Γ&1 m^UULUTUSJULKAISU c O Q Q Γ\ jUg lJ 11) UTLÄGG N I NOSSKRI FT 5 ö O O 0 (*5) Patent ceudolat ^ w ^ (51) Kv.ik.3/fcit.a.3 B 22 D 11/0**· SUOMI —FINLAND (21) F*t*nttlh»k.mui-P«Mnt«nrfk/rtng 752158 (22) Htktmltpilvl — AiM*knlngtdtg 28.07.75 (23) Alkuplhrl—filltlfhettdig 28.07*75 (41) Tullut JulklMktl — Bllvlt offentitg 30.01.76 NMtttJ. r.kl.t.rlh.llltw

Patent- ocn reglstentyrnlMn ' ' AmMcm utiagd oeh uti.*krHt*n pubik«nd 30.01.81 (32)(33)(31) Pyyd«ty etuelkeu»—Begird priority 29.07· 7^ USA(US) U92I0.9 Toteermäytetty-Styrkt (71) Concast Incorporated, 83, Maiden Lane, New York, N.Y. 10038, USA(US) (72) Lyle J. Johnson, Grosse lie, Michigan, Jimmy D. Mote, Boulder,

Colorado, Jack A. Yoblin, Boulder, Colorado, USA(US) (7M Leitzinger Oy (5^) Menetelmä putkikokillien muotoilemiseksi liukuvalua varten -Förfarande för formning av rörkokill för strängggutning Tämän keksinnön kohteena on menetelmä putkikokillien muotoilemiseksi liukuvalua varten, joiden putkikokillien muottiontelotila kapenee kohti poistopäätä, jolloin muottiontelon muodostaviin kokillin seinämiin aikaansaadaan näitä seinämiä muotoileva voima, jonka avulla seinämät muotoillaan negatiivisen muotin geometrisiin mittoihin.

Metallin, varsinkin teräksen liukuvalussa käytetään suoralla tai kaarenmuotoisella muotin ontelolla varustettuja jatkuvatoimisia kokilleja. Harkkoja ja pienempiä sulatuskappaleita varten käytetään tavallisesti putkikokilleja ja suurempia sulatuskappaleita sekä le-vyaunioita varten levykokilleja. Teräksen liukuvalussa kokillissa jähmettyy suhteellisen ohut yhtämittainen kuori, joka poistetaan jatkuvasti sulan sydämen kanssa kokillista pois. Kun tämä kuori saavuttaa kokillin sisällä tietyn lujuuden, niin se vetäytyy edelleen jäähdytettäessä kokoon ja muotin ontelon valumuodon ja kartiomaisuu-den mukaan kuoren ja kokillin seinämän välille syntyy ilmaväli. Kokillin muottiontelon geometria vaatii sen johdosta suuren tarkkuuden, jotta saavutettaisiin yhtenäisen kuoren tasainen jäähtyminen kokillin sisällä.

On tunnettua antaa putki- ja levykokillien muotin ontelon suipentua 58880 poistopäätä kohti liukuvalukuoren jäähtyessä esiintyvän kutistumisen kompensoimiseksi. Liukuvalulaitteistossa, jossa liukuvalusuunnassa on ympyränkaaren muotoinen valun ohjain, käytetään sellaisia kokille ja, joissa on ympyränkaaren muotoinen muotin ontelo.

Valmistettaessa ympyränkaaren muotoisia putkikokilleja on edelleen tunnettua sovittaa tulkkikaraksi muodostettu negatiivinen muotti esi-taivutetun putkiosan onteloon ja vetää tulkkikaralla varustettu putki putkiosan ulkomuotoon sovitetun painerenkaan läpi, muotoilevan voiman saattamiseksi vaikuttamaan seinämiin. Tämän ansiosta muotoillaan nämä seinämät tulkkikaran geometrisiin mittoihin. Tässä menetelmässä on mahdollista valmistaa kokillit suippenevine onteloineen. Putkiosan muotoilu ongelon sovittamiseksi tehokkaan liukuvalukutistumisen vaatimusten mukaan kokillin pituudella ei ole mahdollista tällä menetelmällä. Edelleen on vaikeaa säilyttää ahtaat toleranssit muotin ontelon geometrisissa mitoissa mitä tulee ympyränkaaren muotoon, liuku-valun poikkileikkausmittaan ja kartiomaisuuteen valmistuksessa syntyvien jännitysten johdosta. Muotin ontelon pinnan mainittavan arvoista parannusta, mitä tulee kovuuteen ja karkeuteen, ei voida saavuttaa tällä menetelmällä.

Kuluneiden putkien uudelleen hyväksikäytössä ei voida säilyttää alkuperäisen liukuvalupoikkipinnan nimellismittaa, koska sisäpoikkipinta laajenee välttämättömän lastuavan työstön johdosta.

Levykokilleissa on tunnettua muotoilla muotin ontelon puoleinen sivu lastuavalla työstöllä esimerkiksi ympyränkaaren muotoisesti. Tavallisesti suurten kaarisäteiden ja vaadittavan tarkkuuden johdosta tällaisten levyjen työstöä varten tarvittavat koneet ovat hyvin kalliita. Edelleen on kallista saavuttaa vaadittava pinnan laatu, mitä tulee kuparilevyjen karkeuteen ja kovuuteen.

Kokillit, joilla on muotin ontelon geometrian suuret toleranssit, aiheuttavat niin hyvin putki- kuin levykokilleissakin liukuvaloksen epäsäännöllisen jäähdytyksen, mikä puolestaan vaikuttaa liukuvaloksen kuoren jännitysten ja kieroutumisen johdosta liukuvaloksen laatuun. Tämä liukuvalukuoren kieroutuminen aiheuttaa toisaalta lisäku-lumista, joka lyhentää kokillin kestoaikaa ja toisaalta vahvistaa edelleen epäsäännöllistä jäähdytystä.

3 58880 Tämän keksinnön tehtävänä on aikaansaada menetelmä putkikokillien muotoilemiseksi, jotka ovat toleransseiltaan tarkkoja ja jotka siten soveltuvat parannettua laatua olevien valutankojen aikaansaamiseen, joiden kokillien kestoaika on pidentynyt ja joiden valmistuskustannukset ovat taloudelliset.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä siten, että putki-osan onteloon sovitetaan tulkkikaraksi muodostettu, muotin ontelon geometrisia mittoja vastaava negatiivinen muotti ja aikaansaadaan ulkoseinämiä vastaan räjähdysainetta räjäyttämällä muotoileva voima ja pienennetään ontelo tulkkikaran ulkomuotoon. Muotoilun jälkeen voidaan suurentaa putkiosaa kuumentamalla, jolloin tulkkikara voidaan poistaa vaikeuksitta.

Tämän menetelmän mukaan valmistetuissa putkikokilleissa on tekniikan tason mukaan valmistettuihin kokilleihin nähden tarkempi muotin ontelon geometria. Myöskin on mahdollista muotoilla tällaisia kokilleja yhdessä vaiheessa ja toteuttaa jokainen haluttu muoto, kuten monias-teinen kartiomaisuus, muotin ontelon kulmien erityinen muoto jne. Muotin ontelon puoleisen kokillin seinämän sivun kovuuden paranemisen johdosta voidaan pidentää oleellisesti kokillin kestoaikaa. Muotin ontelon suurempi tarkkuus ja kokillin kartiomaisuuden parannetun sovituksen mahdollisuus kutistuvan liukuvaloksen kuoren vaatimuksiin tuottaa valetun valoksen laadun paranemisen ja sallii toisaalta valoksen parannetun jäähdytyksen johdosta suuremman valunopeuden. Tällä menetelmällä voidaan parantaa paitsi muotin ontelon pinnan kovuutta myöskin pinnan laatua mitä tulee karkeuteen. Tällöin ilmenee sulan teräksen ja sulien kuonien vähentynyt kokillin pinnan kostutus. Yllättäen voidaan myöskin pienentää käytetyt, kulumisen laajentamat putki-kokillit jälleen alkuperäiseen haluttuun mittaan. Muotin ontelon seinämille saadaan jälleen uuden kokillin ominaisuudet.

Lisäksi muotoilevan voiman räjähdyksellä aikaansaadun muotoilevan voiman sopivalla mitoituksella voidaan järjestää myöskin kokillin seinämän kovetuksen ohjaus. Muotoilevalla voimalla, jonka määrää räjähdysaineen mitoitus ja järjestely, voidaan lisätä kokillin ontelon puoleisen kokillin seinämäpinnan kovuutta. Kuparia tai kupariseos-ta olevissa kokilleissa muotin onteloa rajoittavien pintojen kovuuden paraneminen on mahdollista arvosta 40 Rockwell B arvoon 50-75 Rockwell B. Käytettäessä tulkkikaroja vastaavine pintoineen sellaiset kokillit ovat valmistettavissa, joiden pinnan laatu on RMS 32.

4 58880

Putkikokillin muotin ontelon mittatarkkuus riippuu tulkkikaran tarkkuuden ohella vielä muista tekijöistä. Sen tähden on tarkoituksenmukaista, että putkiosan sisäseinämäpinnan ja tulkkikaran välinen välys tiivistetään putkiosan päätysivuilta ja imetään kaasu pois ennen muotoilevan voiman aikaansaamista. Järjestämällä tiivityspin-nat putkiosan päätysivuille syntyy ainoastaan mahdollisimman vähän jätettä putkiosaa reunustettaessa.

Räjäytettäessä vapautuvan paineen ohjaamiseksi haluttuun suuntaan, suositellaan keksinnön mukaan, että ennen muotoilevan voiman aikaansaamista putkiosa upotetaan veteen tai suljetaan säiliöön.

Käytettyjen kokillien lastuavassa viimeistelykäsittelyssä suurenee kokillin sisäpoikkileikkaus alkuperäiseen poikkileikkaukseen nähden. Keksintö sulkee siten sisäänsä sen, että käytetyn, kulumalla muotoutuneen kokillin ainakin yksi kokillin seinämä muotoillaan ulkoseinä-miä vastaan räjähdyspanos räjäyttämällä aikaansaadun voiman avulla negatiivisen muotin geometrisiin mittoihin. Tämä tekee mahdolliseksi sen, että putkikokillin kestävyys voidaan laajentaa useampiin kokillin käyttöihin.

Tunnetun menetelmän mukaan putkikokillin valmistamiseksi tulkkikaran ja ulkomuotoon sopivan painerenkaan avulla ei ole mahdollista valmistaa kokilleja muottionteloineen, jonka poikkileikkaus ohenee paraabelin muotoisesti poistopäätä kohti. Sen sijaan keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan aikaansaada kokilleja, joiden muottiontelo on sovitettu valutangon tehokasta kutistumista varten kokillin koko pituudella. Niinpä keksinnön mukaisesti voidaan valmistaa kokilleja, joiden muottiontelo suippenee epäjatkuvasti kokillin pituudella. Tällaiset kokillit, joissa on moniasteinen kartio tai jotka suippenevat kutistumisen mukaan sovitetun paraabelikäyrän mukaan, tekevät mahdolliseksi valoksen laadun paranemisen, valunopeuden suurenemisen ja murtumisvaaran pienenemisen.

Profiloitujen tankojen valamiseksi tarvitaan kokilleja, joissa valettavaa profiilia varten on liukuvalutangon suunnassa kulkeva valukar-tio ja kaarikokillissa lisäksi kaaren muotoinen ontelo. Tällaiset kokillit monimutkaisen ontelon putkikokilleina käyttämisen johdosta eivät ole olleet tähän saakka valmistettavissa.

Keksinnön kohteen eräitä sovellutusesimerkkejä selitetään seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 5 58880

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta kaaviollisesti esitetystä liukuvalu-laitteistosta, jossa on ympyränkaaren muotoinen kokilli,

Kuvio 2 esittää pituusleikkausta ympyränkaaren muotoisesta putkiko-killista, kuvio 3 esittää poikkileikkausta kuvion 2 mukaisesta putkikokillista, kuvio 4 esittää pituusleikkausta matriisista, jossa on sisään sovitettu putkiosa, kuvio 5 esittää kuviosta 4 pitkin viivaa V-V otettua leikkausta ja kuvio 6 esittää pituusleikkausta putkiosasta, jossa on sisään sovitettu, veteen upotettu tulkkikara.

Kuvion 1 mukaan teräs virtaa väliastian 12 pohja-aukon 14 kautta värähtelevän kokillin 10 muottionteloon. Kokilli 10 on varustettu ulkopinnaltaan säädettävällä jäähdytysvesijärjestelmällä 16, joka on muodostettu tavalliseen tapaan vesivaipaksi. Muodostuva teräsvalos 18, jossa on ulompi kuori ja sula sydän, kulkee jatkuvasti kokillin 10 alapäähän. Toisessa jäähdytysalueessa olevat jäähdytyslaitteet 20 jähmettävät täysin terästangon. Käyttörullien 22 jälkeen tanko leikataan esittämättä jätetyllä leikkausasemalla haluttuihin pituuksiin.

Kuvioiden 2 ja 3 mukaan kokillin seinämät 24 muodostavat putkikokil-lin 10 muottiontelon 25. Kaareva muottiontelo 25 suippenee tulopuolelta mitasta 26 poistopuolelle mittaan 27, teräksen jatkuvasti tapahtuvaan jähmettymiseen liittyvän kutistumisen huomioonottamiseksi. Kokilli on poikkileikkaukseltaan sisäkulmistaan pyöristetty. Tällaisen kokillin mitat ovat esimerkiksi seuraavat: säde 28 3800 mm t 25 mm, säde 29 3940 mm ί 25 mm, mitta tulopuolella 132 mm t 0,05 mm ja mitta poistopuolella 131 mm t 0,05 mm. Putkikokillin 10 pituus on 810 mm.

Tällaiset putkikokillit 10 valmistetaan suulakepuristetusta, poikkileikkaukseltaan esimerkiksi neliömäisestä putkiosasta, jonka sisälä-pimitta on esimerkiksi 131 mm ja seinämän paksuus 8 mm.

Kuvioiden 4 ja 5 mukaan ensimmäisessä vaiheessa putkiosa 10' sovitetaan matriisiin 30, jossa on ennalta määrätyn kaarevuussäteen omaava ontelo 44. Matriisi 30 esittää negatiivista muottia putkiosan 10' ulkomuotoa varten. Ontelon 40 kaarevuussäteen suuruuden mukaan voidaan suora tai ennalta käyristetty putkiosa 10' sovittaa matriisiin 30.

6 58880

Matriisi 30 muodostuu sivulevyistä 32, 34, 36, 38. Nämä levyt 32, 34, 36, 38 on kiinnitetty toisiinsa urilla ja ruoteilla 40 ja pidetty yhdessä ryhmällä ruuveja 42. Tavallisessa tapauksessa kuparia oleva putkiosa 10' on taivutettu mekaanisesti ennen matriisiin 30 sovittamista. Putkiosan 10' ulomman ulottuvuuden ja matriisin ontelon 44 neliömäisen poikkileikkauksen välissä on 1 - 2 mm:n välys.

Putkiosan 10’ sisältävä matriisi 30 sijoitetaan pohjalevyn 50 päälle. Putkiosan 10' alapää nojaa tällöin vesitiiviisti suljettavaan sulku-levyyn 52. Viitenumerolla 54 on esitetty nauhamainen räjäytyspanos, joka ulottuu pituussuunnassaan putkiosan 10' sisätilaan ja on kiinnitetty yläpäästään kannattimeen 56. Putkiosan 10' ontelo täytetään ennen räjäytyspanoksen 54 sytyttämistä sopivimmin vedellä.

Räjäyttämällä räjäytyspanos 54 aikaansaadaan putkiosan 10' ulkomuoto mukautumaan matriisin 30 ontelon 44 muodon mukaan. Jos niin halutaan, putkiosan 10' ulkomuoto, joka vastaa kokillin vesivaipan puoleista pintaa, varustetaan matriisin muotoa vastaavalla kerroksella. Käyrä putki 10' poistetaan matriisista 30 tämän purkamisen jälkeen. Seu-raavassa, jäljempänä selitetyssä vaiheessa putkiosan 10' ontelo muotoillaan haluttuihin geometrisiin mittoihin.

Kuviossa 6 on esitetty viitenumerolla 60 merkitty, toiseksi negatii-vimuotiksi tulkkikara, jonka ulkomitta sopii yhteen valmistettavan kokillin sisämittojen kanssa. Tulkkikara 60 on tehty kartioksi kuviossa 26 ja 27 esitettyjen mittojen 26 ja 27 mukaan. Tulkkikaran 60 sovittamisen jälkeen poikkileikkaukseltaan vähän suuremman putki-osan 10" sisään tämän sisäseinämäpinnan ja tulkkikaran 60 väliin muodostuva rako 62 tiivistetään putkiosan 10" päätypintojen 70 kohdalla tulkkikaraan 60 nähden. Jousen 73 puristuksella suojuskantta 75 vastaan aikaansaadaan tiivisteeseen 72, jonka muodostaa esimerkiksi 0-rengas, puristuspaine. Tulkkikarassa 60 olevien porausten 74 kautta tyhjennetään rako 62. Putkiosan 10" ulkopinnalle sijoitetaan oleellisesti yhtenäiseen asemaan räjähdysaine 76» joka voi olla esimerkiksi nyörin muotoinen. Tapaus tapaukselta reunat tai muut kohdat voivat olla varustettu lisäksi räjähdysaineella suurempien muotoilevien voimien aikaansaamiseksi. Tämän jälkeen selitetty laitteisto upotetaan rengassilmukkaan 78 yhdistettyyn, vedellä täytettyyn vastaavasti muotoiltuun säiliöön ja sytytetään räjähdyspanos. Räjäyttämällä rä-jähdyspanos 76 aikaansaadaan putkiosan 10" ulkoseiniin muotoileva voima niin, että putkiosan 10" ontelo pienenee tulkkikaran 60 ulkomuotoon.

7 58880

Tarpeen tullen iskunvaimennusainetta, esimerkiksi vaahtomuovia, kumia, paperia, korkkia, ilmaa tai sen tapaista käytetään välittömän kosketuksen välttämiseksi räjähdyspanoksen 76 ja putkiosan 10" välillä.

Tämä suojaa putkiosan 10" ulkosivua. Kuviossa 6 esitetyn laitteen sijasta putkiosa 10" tulkkikaroineen 60 voidaan sovittaa säiliöön ja ympäröidä kokonaan kostuvalla räjähdysaineella.

Kuumentamalla putkiosaa 10" voidaan suurentaa, jolloin tulkkikara voidaan poistaa helposti. Putkiosa 10" saatetaan katkaisemalla haluttuun kokillin pituuteen.

Tämä sovellutusesimerkki kohdistuu uusien putkikokillien valmistukseen. Putkiosan 10" sijasta voidaan kuitenkin myös tulkkikara 60 saattaa käytetyn kulumalla muotoutuneen kokillin sisään ja muotoilla räjähdys-panos räjäyttämällä jälleen tulkkikaran geometrisiin mittoihin. Kulumisesta johtuvat naarmuuntumisjäijet käytetyn kokillin sisäseinämis-sä voidaan poistaa lastuamalla ainakin niin pitkälle, että räjähdys-muotoilun jälkeen ei synny mitään limiliitoksia tai muita pintavirheitä.

Edellä selitetyllä menetelmällä muotoillulla kuparia tai kupariseosta olevilla kokilleilla on paremmat muotin ontelon pintaominaisuudet kuin totunnaisella tavalla valmistetuilla kokilleilla. Muotin onteloon rajoittuvilla kokillin pinnoilla alkukovuus esimerkiksi 40 Rockwell B voi parantua arvoon 50-75 Rockwell B. Räjähdysaineen mitoitus ja järjestely aikaansaa toisaalta takaisin kimmahtamattoman ja tarkan muotoilun negatiiviseen muottiin ja toisaalta kokillin ontelon puoleisten seinien pintakovuuden paranemisen. Edelleen on saavutettavissa helposti pinnan karkeuden laatu RMS 32. "RMS 32" tarkoittaa tällöin karheutta Root-Mean-Square Averagen mukaan, joka on selitetty Machinery's Handbookissa, 15. julk. The Industrial Press, Verlag,

New York 13, sivu 291.

Selitetty mentelmä on ilman muuta käytettävissä myöskin suorille ko-killeille, levykokilliseinämille, kokilleille, joiden muotin ontelo suippenee pituudellaan epäjatkuvasti ja kokilleille, joiden muotin onteloa rajoittavat seinät poikittain kokillin pituusakseliin nähden ainakin osittain on muodostettu kuperiksi, koveriksi, jne.