FI62776C - Plattgjutform foer straenggjutningsmaskin - Google Patents

Description

R5F1 M (11)KUU»-UTUSJULKAIS-J

lj ' ' utlAggningsskrift 6 It /6 C Patentti ny ennetty ΙΟ 03 1933

VfVl ^%atent medcelat ^ T ^ (51) Kv.ik.3/int.a.3 B 22 D 11/04 SUOMI-FINLAND CM) Ptt*nttlh*kMMM — PmntMtBknlftf 781595 (22) H»k«ml*p*tvt — Anrttalnpd·* 19.05.78 ' * (23) AlkupUvi—GIMfhradag 19.05.78 (41) Tullut julklMk*! — Bllvlt offencHf __ .. „n

FatUtti- j> raklrterlhallitui (44) NlhttvikslfMnon ji kouL|ulk»l*un pvm.— och registerttyreltan AmMcm uttafd och utl.»krtft*n publicartd 11 82 (32)(33)(31) Pyy4*«jr «uofkaus-e^W prtarlMt .05.77

Englarrti-England(GB) 2111A/77 (71) IMI Refiners Limited, James Bridge Copper Works, Darlaston Road,

Walsall, Staffordshire, Englanti-England(GB) (72) Anthony Walter Hudd, Sutton Coldfield, West Midlands, Englanti-England(GB) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Tankovalukoneen laattamuotti - Plattgjutform för stränggjutningsmaskin Tämä keksintö liittyy muotteihin ja se koskee erityisesti avopäisiä tankovalumuocteja eli jatkuvan valun muotteja.

Tankovalumuotit käsittävät avopäisen laatikon, johon valetaan sulaa metallia toisessa päässä ja josta otetaan ulos jähmeä tanko, laatta tai putki toisessa päässä, jolloin metalli kovettuu muotin sisällä jatkuvuusperiaatteella. Muotin sisältävä järjestelmä on suunniteltu siten, että nopeus, jolla otetaan ulos kovettunut metalli muotin pohjan kohdalla, on täsmälleen sama kuin sulan metallin sisäänvirtausnopeus yläpäässä, niin että muotin tila on vakaa. Tankovalumuotit ovat tietenkin aivan erilaiset kuin tavalliset muotit, joihin metalli kaadetaan niiden täyttämiseksi ja kovettuminen tapahtuu muotin sisällä, minkä jälkeen kovettunut metalli poistetaan muotista yhtenä kappaleena.

Vaikka tankovalun ajatus on hyvin yksinkertainen, on sen hyväksikäyttö kaupallisessa käytännössä osoittautunut varsin vaikeaksi. Tanko valumuottien valmistus ja käyttö kaupallisella pöh- 2 62776 jalla edellyttää huomattavan määrän teknologiaa. Kaupallisessa käytössä on useita muotteja ja paljon enemmän muotteja on ehdotettu, vaikka niitä ei ole koskaan käytetty käytännön työssä.

Brittiläisessä pat.selityksessä n:o 822 578 esitellään päättömän valun laattamuotti, jossa käytetään ohuita grafiittilevy-jä, jotka on yhdistetty vain ylä- ja alareunojensa kohdalla ohueen kuparitukilevyyn. Selityksen mukaan sekä grafiitin että kuparin poikki vallitsevat lämpötilaerot aiheuttavat grafiitin ja kuparin vääristymisen niin, että niiden välillä muodostuu erittäin hyvä lämpökosketus. Valitettavasti esiintyy kuitenkin grafiitissa virun-taa korkeissa lämpötiloissa, niin että grafiitin ja kuparin välinen rasitus voi käytössä hävitä, jolloin grafiitti pääsee liikkumaan pois kuparin luota sen verran, että grafiitin ja kuparin välisen jakopinnan lämpövastus kasvaa hyvin suureksi. Eräs tärkeä ongelma grafiitilla verhotuissa muoteissa liittyy ilmarakoon, joka normaalisti on olemassa kuparin ja grafiitin välillä. 500°C:n lämpötilassa ilman lämpövastus on 7500 kertaa kuparin, ja tämä merkitsee, että esim. 0,025 mm;n ilmarako vastaisi 190,5 mm:n paksuista kuparia.

Kuparin jalostuksessa käytetään useita tankovalumuotteja, mutta vaikka näillä on etunsa, niillä on myös eräitä huonoja puolia. Lujuus on esim. Krupp-muotin etu, joka on umpinainen kuparilohko, johon on porattu vesijäähdytyskanavia ja jossa muotin ontelo on verhottu kromilla ja ensiövesi iskee kokonaisuudessaan poistuvaan laattaan. Muotti vaatii kuitenkin jatkuvan voitelun tarttumisen estämiseksi ontelon seinän ja tuotteen välillä. Voiteluaine aiheuttaa tuotteen pinnan huononemista, mikä pienentää tuotosta.

Normia huomattavasti vähäisempi voitelu pahentaa tarttumis-ongelmia saaden aikaan vaaran turvallisuudelle.

Asarco-muotti, joka on monimutkainen vesijäähdytteinen gra-fiittilohko - ks. brittiläistä pat. selitystä n:o 853 853 ja no.

853 854 -, on edullinen sikäli, että se antaa suuren valunopeuden eikä vaadi jatkuvaa voitelua, mutta sen valmistus on hyvin kallis ja se on lisäksi altis mekaanisille vahingoille.

Cegedur-muotti, joka on periaatteessa kuparinen sisälaatikko, jonka ulkopuolella on teräksinen vesivaippa, ja jossa 4 grafiittile-vyä muodostaa verhouksen muotin ontelossa, on valmistukseltaan 62776 halpa eikä se vaadi jatkuvaa voitelua. Muotti on kuitenkin altis mekaanisille vaurioille, se ei sovellu kovaa pitch-kuparia varten, siinä on grafiittilevyjä, jotka on asennettava huolellisesti läheisen kosketuksen varmistamiseksi muotin kuparin kanssa, geometrisen muotonsa takia sen jäähdyttäminen on vaikea ja sillä on hyvin alhainen valunopeus.

Wieland-muotissa käytetään 4 grafiittilohkoa, jotka on sidottu yhteen muotin ontelon muodostamiseksi, jolloin joko leveä kuparilevy on vedetty kireälle vanttiruuvin avulla tai kuparinauha on kiedottu tiukasti osakokoelman ulkopuolelle. Vettä ruiskutetaan putkisarjasta kuparisiteelle ja erillinen piiri antaa toisiojääh-dytyksen. Tämä on edullista sikäli, että muotti ei vaadi jatkuvaa voitelua ja tarpeen mukaan voidaan käyttää erikseen säädettävää toisiojäähdytystä. Muotin valmistus on kuitenkin kallis ja muotti on altis mekaanisille vahingoille ja sillä on verraten pieni valu-nopeus, koska grafiitin paksuus rajoittaa muotin jäähdytystä.

Beckman-muotti käsittää periaatteessa sisemmän kuparimuotin ja ulomman teräksisen vesivaipan, joka koostuu kahdesta osasta, jotka on kiinnitetty yhteen pulteilla vesijäähdytyspiirin muodostamiseksi. Ensiöjäähdytysvesi kulkee kokonaisuudessaan muotin pohjan reikien läpi ja iskee poistuvaan laattaan muodostuen toisiojäähdytysvedeksi. Tämä on etu sikäli, että malli on yksinkertainen, mutta valitettavasti valunopeus on pieni, muotti on altis mekaaniselle vahingolle sekä vääristymiselle.

Esillä olevassa keksinnössä on kehitetty laattamuotti tanko-valukoneelle, joka muotti sisältää metallirungon, jolla on suuri johtavuus, rungon jäähdytysvälineet, jossa rungossa on sisäinen ontelo, johon on sijoitettu ryhmä grafiittilaattaverhousosia. Keksinnölle on tunnusomaista, että grafiittilaattaverhousosia pidetään joustavasti kosketuksessa rungon kanssä useiden jousielimien avulla, jotka on kiinnitetty jokaiseen grafiittilaattaverhous-osaan sen koko pinnan alueella.

Rungon metalli on mieluiten kuparia. Grafiittilaattojen takapinnoissa on mieluiten umpinaisia reikiä, jotka on kierteitetty ja joihin on kierretty tanko-osat, jotka ulottuvat rungon reikien läpi ja on kiinnitetty runkoon joustavin välinein, kuten puristuksessa olevilla kierukkajousilla.

2

Jakopintapaine on mieluiten alueella 0,0703 - 0,351 kp/cm , 4 62776 mieluiten alueella 0,105-0,246 kp/cm^ tai 0,140-0,211 kp/cm^.

Jousia voi olla niin paljon kuin voidaan käyttää rikkomatta muotin verhousta tai runkoa.

Lisäksi muotin poikkileikkausala on pienempi ulosmenopäässä kuin sisääntulopäässä. Laattaverhous voidaan tehdä paksuudeltaan kaventuviksi kapenevan poikkileikkausalan saamiseksi. Umpinaisessa kuparirungossa tehdään mieluiten jäähdytysaineen kanavia, joissa mieluiten on sisäisiä tankoja (tanko) erillään kanavien seinistä. Laattamuotti voi olla suorakaiteen muotoinen tai neliömäinen. Muotin sisäkulmat ovat mieluiten pyöristettyjä. Jos muotti on suorakaiteen muotoinen, voi pääakselilla olla useita grafiittilaatta-verhousosia. Joustavien, esijännitettyjen pääkuormitusvälineiden avulla voidaan ylläpitää useiden grafiittilaattojen läheinen kosketus pääakselilla.

Säteen voivat muodostaa kulmien laattaverhousosat, joilla on oleellisesti L-muotoinen poikkileikkaus ja jotka ulottuvat kulman ympäri kosketukseen muiden verhousosien kanssa, jotka ovat välimatkan päässä kulmista. Lisäksi voi kuparirungossa tai grafiit-tiverhouksessa olla kanavia puhdistuskaasun syöttämiseksi grafiit-ti/kupari-jakopinnan rakoon. Puhdistuskaasu voi olla vetyä, mutta se on mieluiten heliumia.

Jäähdytysaine voi olla vettä ja se voidaan purkaa muotin pohjan kohdalla, niin että se suihkuaa ulos menevälle, kovettuneelle laatalle. Käytössä muottia voi liikuttaa edestakaisin yhdensuuntaisesti valusuunnan kanssa.

Seuraavassa kuvataan esimerkkeinä po. keksinnön toteutusmuotoja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää perspektiivikuvantoa osaksi läpileikkauksena keksinnön mukaisesta muotista; kuvio 2 esittää osaksi läpileikkauskuvantoa kuvion 1 muotista; kuvio 3 esittää osaksi läpileikkauskuvantoa yksityiskohtaisemmin jousikuormitteisesta kiinnittämisestä; ja kuvio 4 esittää osaksi läpileikkauskuvantoa yksityiskohtaisemmin pään kiinnittimestä.

Kuvio 1 esittää perspektiivikuvantoa muotista, joka sisältää useat osat. Muotin runko sisältää avopäisen kuparilaatikon 1, jos- 62776 sa on poraus 2, jossa sijaitsee grafiittiverhousosa, johon kuuluvat osat 3,4,5,6,7 ja 8. Kuparirunko sisältää useat jäähdytysaine-kanavat 9, joiden läpi punputaan käytössä vettä rungon jäähdyttämiseksi. Kuvion 1 mukaisesti verhouksen muodostavat grafiittilevyt 3-8 ovat joko täysin suorakaiteen muotoiset, kuten levyt 3 ja 6, tai L-muotoiset poikkileikkaukseltaan, kuten levyt 4,5,7 ja 8. Kuparilohko 1 voi olla joko yhtenäinen valos tai se voidaan tehdä kolmena tai neljänä osana, jotka kiinnitetään yhteen, tarpeen mukaan. Kuviot 2,3 ja 4 näyttävät selvemmin välineet, jotka pitävät grafiittilaatat kuparirungossa.

Kuvion 2 mukaisesti on kuparirunkoon 1 porattu kanavia 10 ja 11, joiden kautta jäähdytysvesi kulkee jakosarjasta 12 sen ruis-kuttamiseksi raon 13 kautta nuolen 14 suunnassa ulostulevalle, kovettuneelle metallille. Grafiittilaattaan 15 on porattu sen pintaa pitkin useat umpipäiset reiät 16 joihin on kierretty pultit 17. Nämä pultit ulottuvat kuparirungon vastaavien reikien 18 läpi ja ne on varustettu muttereilla 19, jotka puristavat kokoon kierukka jouset 20, jotka vaikuttavat joustavasti ulospäin pultteihin 17 ja jotka vetävät grafiittiverhouksen 15 lujasti kosketukseen kuparirungon 1 kanssa.

Pultti ja jousi voidaan sijoittaa upotettuina rungon kier-teitettyyn reikään 21, joka voi sisältää meistotulpan 22, joka kierretään reikään 21 ja tiivistetään tiivistysrenkaalla 23 grafiit-tilevyjen hapettumisen estämiseksi. On selvää, että muotin grafiit-tiosat toimivat korkeassa lämpötilassa käytön aikana, ja ellei yritettäisi estää levyjen hapettumista reikien 16 alueella, niin pultit 17 irtoaisivat grafiitista, mistä seuraisi kosketuspaineen menetys grafiitin ja kuparin välillä.

Kuvio 2 näyttää poikkileikkauksen muotin puoliskosta ja kohdassa 24 muotin ja valettavan metallin keskiviivan. Sulaa metallia, po. tapauksessa kuparia, syötetään muottiin putken 25 kautta ja se jää nestemäisenä osaan 26 katkoviivan 27 näyttämän jähmeän ja nesteen välisen jakopinnän yläpuolelle. Käytössä liikutetaan muottia edestakaisin eli ylös ja alas kosketusvastuksen suurentamiseksi kapenevan laatan 15 ja valettavan kuparin kovettuvan osan 28 välille. Tämä liike varmistaa myös sen, että jähmeän kuparireunan 29 ja muotin sisäverhouksen 15 välinen jakopinta pysyy puhtaana 6 62776 eikä siinä ole kuonaa. Kuparirungon 1 läpi on myös porattu reikä 30, jossa on kierteitetty tuloaukko 31 ja joka on yhteydessä uran 32 kanssa, joka on kuparin ja grafiitin välisessä jakopinnassa. Tämän reiän kautta voidaan syöttää heliumia, joka puhdistaa kuparin ja grafiitin välisen raon lämmönsiirron lisäämiseksi raon kautta.

On todettu, että käyttämällä heliumia ilman asemesta, jota muuten olisi hyvin pienessä raossa, voidaan parantaa muotin lämpösuoritusta yhteensä jopa 16 %:lla. Tämä merkitsee, että olemassa olevan muotin kautta voidaan valaa 16 % enemmän metallia, mikä suuresti lisää valulaitteiden tuottavuutta.

Kuvio 4 näyttää lähemmin grafiittilaattojen toisen pään L-poikkileikkausmuodon ja siitä voi nähdä, että säde 33 muodostuu grafiittilaatan sisäkulmassa, mikä merkitsee, että laatalla on pyöristetyt kulmat kovettumisen jälkeen. Tämä on hyvin tärkeää täysin jatkuvasti toimivien valulaitteiden kohdalla. Koska tavallisen käytännön mukaan viedään jäähdytysvesi valetun laatan ulkopuolen päälle, on tämä vesi poistettava ennen kuin laatta voi mennä normaalikäsittelyyn, kuten sahaukseen yms. Päättömässä valussa on siksi käytettävä tiivistettä, joka estää vettä kulkemasta valettavan metallin mukana. Käytännössä on todettu, että tällaisen tiivisteen käyttö on äärimmäisen vaikeaa, kun laatan kulmat kohtaavat täysin suorassa kulmassa. Varsinkin jos suorassa kulmassa kohtaavien kahden grafiittiverhousosan yhtymäkohta muodostaa laatan kulmat, niin pieni metallipurse tunkeutuu yleensä yhtymäkohtaan muodostaen veitsen tapaisen reunan, joka hyvin nopeasti vahingoittaa tiivisteitä, joilla estetään vettä syöksymästä sahoille, jotka kuuluvat tankovalukoneiden tavanomaisiin käsittelylaitteisiin.

Kuviosta nähdään, että laattojen päät pitkiä sivuja myöten on varustettu jousikuormitteisilla tulpilla 34, jotka jousikuormit-tavat laattaosien päät, esim. kohdassa 35 (36 on kuormituksen jakava teräsvälilevy), pitkän sivun osien pitämiseksi täysin kosketuksessa. Tulppaa 34 kuormittaa jousi 37, jota kiristetään vaarnan 38 avulla, joka kiertyy kuparirungon ruuvikierteiseen syvennykseen 39.

Kuviosta 1 nähdään, että kanavat 9, joiden läpi jäähdytysvesi virtaa, sisältävät tangot, esim. 40. Tämän järjestelyn käyttöä pidetään parhaana, koska ellei tankoja 40 aseteta sisään, kasvaa 62776 rajakerroksen vaikutus, niin että kanavien läpi kulkeva jäähdytysvesi poistaa lämpöä vähemmän tehokkaasti. On todettu, että jäähdytysveden lämmönpoistokyky on riippuvainen paitsi nopeudesta myöskin sen kanavan koosta, jonka läpi vesi liikkuu. Sen sijaan että käytettäisiin paljon pieniä kanavia, jotka voisivat helposti tukkeentua ja siksi vaatisivat kalliin suodatuksen, saadaan käyttämällä suuria kanavia sisätankoineen paineen aleneminen pienennetyksi ja silti suuri lämmön poisto kanavien läpi kulkevan jäähdytysveden osan kohdalla.

Keksinnön mukaisella järjestelyllä on paljon etuja. Koska muotti on periaatteessa hyvin luja kappale, se kestää hyvin normaalit kolhaisut ja iskut, joita esiintyy tavallisessa valimossa.

Koska muotti lisäksi on hyvin massiivinen se kestää verraten hyvin kuumennuksen aiheuttaman vääristymisen. Koska muotti kestää vääristymisen, voidaan jäähdytyskanavat sijoittaa melko lähelle verhouksen muodostavia grafiittilaattoja. Tämä lisää huomattavasti muotin jäähdytyskykyä. Jos vettä vietäisiin kuparirungon ulkopuolelle eikä kuparirungon läpi, olisi lämmön kuljettava paljon pitempi matka ennen kuin se voitaisiin poistaa. Tämä alentaisi siis muotin lämpötehokkuutta ja tuottavuutta. Jos käytettäisiin ohuempaa muotin runkoa ja ulkopuolista vettä, se ei kestäisi yhtä hyvin vääristymistä eikä vahinkoja.

Jos muotin runko varustettaisiin välinein, jotka pidättäisivät grafiittiverhousta vain sen ylä- ja alapään kohdalla, olisi väistämättä olemassa vaara grafiitin ja kuparirungon välissä muodostuvan ilmaraon kasvusta. Tämä voi jyrkästi suurentaa muotin vastusta sen läpi tapahtuvaa lämmönsiirtoa vastaan. Kuten edellä on mainittu, on kuparin lämmönjohtavuus suunnilleen 7500 kertaa ilman. Näin ollen 0,01 mmsn ilmarako vastaisi 75 mm:n paksuista kuparia. Jopa käytettäessä heliumia muotin ja kuparirungon välillä raon olemassaolo silti pienentäisi jyrkästi muotin lämmönjohtamiskykyä ja tekisi sen vähemmän tehokkaaksi käytössä.

Osien järjestelyn ansiosta kerran valmistetun kuparirungon pitäisi kestää monta vuotta, ja grafiittiverhousosien valmistus on verraten helppo, niiden asennus on yksinkertainen ja vaihtaminen on helppo tarvittaessa.

Toinen näkökohta on se, että grafiitilla on verraten huono 62776 8 virunnankestävyys kohotetuissa lämpötiloissa, ja tästä johtuen jouset vetävät grafiitin vielä läheisempään kosketukseen kupari-rungon kanssa käytön aikana. Näin ollen muotin lämpövastus vähitellen pienenee käytön aikana. Järjestelyssä, jossa grafiitti olisi pidätettynä vain ylä- ja alapään kohdalla, merkitsee siis virunta, että grafiitti liikkuu pois kuparirungon luota ja muotin lämmön-johtamiskyky huononee. On siis selvää, että pidätysvälineiden joustava toiminta niiden pitäessä laatat kosketuksessa runkojen kanssa, on tärkeä.

On ilmeistä, että keksinnön mukaisessa muotissa on ainutlaatuisella tavalla voitettu kaikki mahdolliset esteet lämmönsiirrolle, joiden tiedetään suuresti vaikuttavan tankovalumuotin tehokkuuteen. Ensiksikin edestakainen liike yhdessä kapenevan muotin kanssa ratkaisee tilavuusmuutosten ongelman, joita esiintyy kovettumisen ja valettavan laatta-aineen jäähtymisen yhteydessä. Koska muotti pakotetaan ylös liikkeen aikana, on kavennusmuodolla taipumus juuttua kovettuvan metallin päälle lisäten lämmönsiirtoa. Laat-taverhouksen ja muotin rungon välisen kosketuksen antavien jousien joustavuus pienentää ilmarakoa kuparin ja grafiitin välillä. Järjestelyssä voidaan myös käyttää verraten ohutta grafiittia, mikä merkitsee, että grafiitin kokonaislämpövastus pidetään mahdollisimman pienenä. Muotissa käytetään paksuja kuparilaattoja, mutta koska jäähdytysainekanavat voidaan sijoittaa kuparirunkoon, pienentää tämä kuparin paksuutta, jonka läpi lämmön on siirryttävä. Käyttämällä jäähdytysainekanavia kuparissa, jotka mieluiten sisältävät täyttötangot, parannetaan myös lämmönsiirtoa kuparista veteen.

On siis ilmeistä, että keksinnön muotti on erityisen käyttökelpoinen tankovalumuotti, jossa metallia, esim. kuparia, voidaan valaa jatkuvasti, taloudellisesti ja suurella nopeudella.