HU206845B - Method and apparatus for multiple-stage low-pressure casting metals - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés fémek kisnyomású öntésére többszintesen üregeit homokformába. A találmány elsősorban az ilyen többszintesen üregeit homokformák formaüregeinek fémolvadékkal való, kisnyomáson végzett betáplálására vonatkozik, amely betáplálás az olvadéktartályból egy függőleges beömlőszáron keresztül történik, amelyből mindegyik szinten legalább egy elosztócsatorna indul ki, amely elosztó csatorna bekötő csatornákon keresztül van összekötve a homokforma egy vagy több formaüregével.

Az ún. kisnyomású öntést egyre elterjedtebben alkalmazzák az iparban. Ilyen kisnyomású öntési eljárást ismertet például a 2 295 808, a 2 367 566 és a 2 556 996 sz. francia szabadalmi leírás. A kisnyomású öntés a hagyományos gravitációs öntéshez képest különösen előnyös vékony falú és/vagy bonyolult alakú és/vagy nagyméretű fémtermékek előállítására. Ennek során a fém nyomása tetszőlegesen szabályozható azáltal, hogy nyomás alatti gázt vezetnek a fémolvadékot befogadó, tömítetlen zárt olvadéktartályba, így a tartályban levő fémolvadék felszínére ható nyomás következtében az olvadék felnyomódik a homokforma minden részébe és pontosan kitölti a formaüregek minden zugát.

A hagyományos öntési technológiáknál a homokforma mindegyik szintjén egyetlen vagy két átmérősen ellentett elrendezésű, nagy keresztmetszetű elosztócsatoma köti össze a beömlőszárat az adott szinten levő bekötő csatornák (másnéven favágások) összességével. Ez a megoldás azonban az elosztócsatorna, illetve elosztócsatornák nagy keresztmetszetéből következően több hátránnyal rendelkezik.

Az első hátrány abban mutatkozik meg, hogy a fémolvadék áramában erős turbulenciák lépnek fel, melyek elősegítik a homokfonna erózióját és a légbuborék-zárványok képződését, ami rontja az elkészült fémtermékek épségét és minőségét.

A második hátrány abban van, hogy nem lehetséges a fémolvadéknak a beömlőszárban való gyors felfuttatása a beömlőszár felső végéig, így a feltöltődés szintről szintre megy végbe, ami nem teszi lehetővé a kisnyomású öntés valamennyi előnyének a kihasználását.

Hátránya végül a hagyományos kisnyomású technológiának, hogy amennyiben a lezáróelemeket képező bekötő csatornákban levő fémolvadék megdermedése után a nyomást iecsökkentjíik, az elosztócsatomákban levő, viszonylag nagy mennyiségű, meglehetősen lehűlt fémolvadék. visszafolyik az olvadéktartályba és a következő öntés során ez a lehűlt fémolvadék kerül először beömlőszárba, ami jelentősen lerontja bizonyos öntött alkatrészek minőségét. Ugyanezen okból túlságosan nagy fémmozgatásra van szükség minden egyes öntés során.

Célunk a találmánnyal a felsorolt hátrányok kiküszöbölése, amit a találmány értelmében azáltal érünk el, hogy minden szinten lefojtjuk a fémolvadék beömlő mennyiségét az elosztócsatornák bemeneténél.

Ezt a találmány szerinti eljárás során az alábbi előnyös intézkedésekkel egészítjük ki:

- az elosztócsatornákba való belépése után lecsökkentjük a fémolvadék betáplálási nyomását, főként a bekötő csatornákba való belépése során,

- a beömlőszárhoz csatlakozó felszállócsőbe olyan mennyiségű fémolvadékot juttatunk az olvadéktartályból, hogy a fémolvadék valamennyi elosztócsatorna szintje fölé emelkedjen,

- a fémolvadék betáplálási nyomását mindaddig fenntartjuk, amíg a fémolvadék meg nem szilárdul az elosztócsatornákban, és a nyomást csak ezt követően csökkentjük le.

A találmány tárgyát képezi továbbá egy a találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló, többszintesen üregeit homokformát tartalmazó berendezés is. Ezen berendezés homokformája, amely egy olvadéktartállyal összeköttetésben álló központi beömlőszárat és legalább két öntési szintet tartalmaz, amely szintek mindegyikén legalább egy fonmaüreg van kialakítva, amely a fémolvadékkal való feltöltéséhez legalább egy, a beömlőszárról vízszintesen leágazó elosztócsatomán, valamint ezen elosztócsatorna és a formaüreg között húzódó bekötő csatornákon keresztül áll a beömlőszárral összeköttetésben, a találmány értelmében úgy van kiképezve, hogy az egyes szinteken levő elosztócsatomák belépő keresztmetszeti felületeinek összege lényegesen kisebb, mint a beömlőszár keresztmetszeti felülete.

A találmány szerinti berendezés homokformája emellett célszerűen az alábbi jellemzőkkel rendelkezik:

- az ugyanazon elosztócsatornán keresztül táplált bekötő csatornák keresztmetszeti felületeinek összege legalább egyenlő ezen elosztócsatorna keresztmetszeti felületével;

- mindegyik formaüreg legalább két, egyaránt a beömlőszárról leágazó elosztócsatornán keresztül van táplálva;

- az egyes szinteken levő elosztócsatornák keresztmetszeti felületeinek összege kisebb, mint a beömlőszár keresztmetszeti felületének 10%-a.

A találmányt részletesebben kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük.

A rajzon az 1. ábra egy találmány szerinti kisnyomású öntőberendezést tüntet fel függőleges metszetben, a 2. ábra egy az 1. ábra szerinti öntőberendezésben alkalmazott homokformát mutat, a 3. ábra II—II vonala szerinti függőleges metszetben, míg a 3. ábra a 2, ábrán bemutatott homokforma vízszintes keresztmetszete, a 2. ábra III—III vonala szerint.

Az I. ábrán látható berendezés tartalmaz egy (2) fémolvadékot befogadó (I) olvadéktartályt, egy ezt körülvevő (3) formatartó állványt, valamint ennek belsejében egy (4) homokformát. A berendezés elsősorban öntöttvas (szürkeöntvény), acél vagy szuperötvözet anyagú alkatrészek kisnyomású öntéssel történő előállítására szolgál. A (4) homokforrna belső kialakításától eltekintve a berendezés felépítése megegyezik a hagyományosan alkalmazott, például a 2 295 808 sz. francia szabadalmi leírásban ismertetett kisnyomású öntőberendezésekével.

A rögzített helyzetű (1) olvadéktartály az oldalfalaihoz képest tömítetten van lezárva egy (5) fedéllel, az

HU 206 845 B ábrán fel nem tüntetett reteszelőszervek segítségével. Az (5) fedél (7) nyílásába (6) öntőfúvóka illeszkedik. A (6) öntőfúvókának van egy alsó hengeres (8) nyakrésze, amelynek külső átmérője megfelel a (7) nyílás átmérőjének., valamint efölött egy lényegében csonkakúp alakú (9) fejrésze, amely a csonkakúp nagyobbik alapját képező (10) vállával tömítetten fekszik fel a (7) nyílás kerülete mentén az (5) fedél felső lapjára. Az (5) fedél és a (10) váll közötti tömítést a (10) vállbán kiképzett körhoronyba illeszkedő (11) tömítőgyűrű biztosítja, amely célszerűen azbesztzsinórból van kialakítva. A (6) öntőfúvókán keresztül egy hőálló anyagból készült (12) felszállócső hatol át, amelynek alsó része a (2) fémolvadékba merülve az (1) olvadéktartály fenekének közeiéig ér, míg felső része a (6) öntőfúvóka felső síkján, annak középpontjában torkollik a (4) homokformába.

Az (1) olvadéktartályhoz (14) vezetéken keresztül egy nyomás alatti (13) gáztartály van csatlakoztatva. A (14) vezetékbe egy (15) elzárószerelvény van beépítve, amelyen keresztül az (1) olvadéktartály összeköttetésbe hozható mind a (13) gáztartállyal, mind pedig a külső atmoszférával. Az (1) olvasztótartályban az öntés során uralkodó nyomás ellenőrzésére az (1) olvasztótartály fel van szerelve egy (16) nyomásmérővel is.

A (3) formatartó állvány (17) oszlopokból áll, amelyek alsó végeire (18) görgők vannak felszerelve és az egész (3) formatartó állvány ezen (18) görgők segítségével (19) síneken elmozdítható. A (17) oszlopok felső végei (20) födémlappal vannak összekötve, amelyen lefelé irányuló (21) munkahenger van rögzítve. A (21) munkahenger (22) dugattyúrúdjának alsó végére egy (23) nyomólap van csuklósán felszerelve, a (4) homokforma befogására.

A (17) oszlopok közepe táján mindegyiken egy-egy (24) tartógyűrű van elrendezve és ezeken (25) csavarrugók támaszkodnak fel. A (25) csavarrugók felső végére egy, a (17) oszlopokra felfűzött (26) tartólap támaszkodik, amely egy adott szakaszon függőlegesen elcsúsztatható a (17) oszlopok mentén a (25) csavarrugók segítségével. Amikor a (26) tartólapra nem hat semmiféle lefelé irányuló nyomás, akkor legfelső helyzete a (6) öntőfúvóka felső szintje fölé esik. A (26) tartólap közepén olyan köralakú (27) nyílás van kialakítva, amelynek átmérője lehetővé teszi a (6) öntőfúvóka rajta való áthatolását.

A (4) homokforma egy homokból készült, masszív, több szinten, például három szinten üregeit öntőforma, amint az a 2. ábrán is látható. A (4) homokforma közepén egy függőleges (28) beömlőszár (másnéven álló) van kialakítva, amelynek köralakú keresztmetszete csaknem megegyezik a (12) felszállócső keresztmetszetével. Ez a (28) beömlőszár alul nyitott, aholis egy, a (6) öntőfúvóka csonkakúp alakjának megfelelő fészekszerű (29) bemélyedésbe torkollik. A (28) beömlőszár felül a (4) homokfonna teteje alatt, attól adott távolságra végződik.

A (4) homokforma három szintje azonos kialakítású és az egyes szintek szerkezete jól látható a 3. ábrán. Az egyes szinteken a (28) beömlőszárból vízszintesen két (30A és 30B) elosztócsatoma ágazik ki, amelyek kölcsönösen egymás meghosszabbításaként húzódnak a (28) beömlőszárhoz képest. Egy-egy szinten emellett két-két azonos, hosszúkás alakú (31) formaüreg található. A (31) formaüregek, melyek a (28) beömlőszárhoz képest pontszimmetrikusan vannak elrendezve, három-három (32) bekötő csatornán, másnéven rávágáson keresztül vannak táplálva, vagyis fémolvadékkal kitöltve. A bemutatott példában mindegyik (31) formaüreghez tartozik két bekötő csatorna a (28) beömlőszár egyik oldalán és egy bekötő csatorna a másik oldalán. A három (32A) bekötő csatorna a (31) formaüregeket a (30A) elosztócsatornával köti össze, míg a három (32B) bekötő csatorna a (30B) elosztócsatornával. Ily módon mindegyik (30A) vagy (30B) elosztócsatorna összeköti a (28) beömlőszárat az ugyanazon oldalán található valamennyi (32A, illetve 32B) bekötő csatornával, és így részt vesz az adott szinten levő mindkét (31) formaüreg feltöltésében.

A (30A és 30B) elosztócsatomák viszonylag kis keresztmetszettel rendelkeznek. Pontosabban meghatározva ez azt jelenti, hogy egy adott szinten levő (30A, 30B) elosztócsatornák keresztmetszeti felületeinek összege lényegesen kisebb, mint a (28) beömlőszár keresztmetszeti felülete, például kisebb mint ez utóbbi keresztmetszeti felület 10%-a. Amennyiben az elosztócsatomák keresztmetszete változik a hosszuk mentén, akkor ez a feltétel a belépő keresztmetszetükre vonatkozik.

Egyébként az ugyanazon elosztócsatorna által táplált bekötő csatornák (rávágások) keresztmetszeti felületeinek összege legalábbis egyenlő ezen elosztócsatorna keresztmetszeti felületével vagy belépő keresztmetszeti felületével.

A találmány szerinti berendezés működésmódja a következő:

Mindenekelőtt a (3) formatartó állványnak az (1) olvadéktartálytól eltávolított állapotában egy hőálló (33) tömítést helyezünk el a (4) homokforma fészekszerű (29) bemélyedésének alján. Ezután a (26) tartólapra helyezett (4) homokformát (amelyet előzőleg nem ábrázolt magokkal szereltünk fel) központosítjuk a (26) tartólap (27) nyílásához viszonyítva. Ezt elvégezvén a (3) formatartó állványt a (19) síneken a (2) fémolvadékot tartalmazó (1) olvadéktartály fölé gördítjük oly módon, hogy a (6) öntőfúvóka egytengelyű legyen a (4) homokforma (29) bemélyedésével.

Ezután működésbe hozzuk a (21) munkahengert, amely lefelé kinyúlva a (23) nyomólap segítségével lenyomja a (4) homokformát és annak (26) tartólapját a (25) csavarrugók ellenében. Ez a művelet összeszoritja a (29) bemélyedés alja és a (6) öntőfúvóka között a (33) tömítést és ily módon tömör kapcsolat jön létre a (28) beömlőszár és a (12) felszállócső között.

Az (1) olvadéktartályt ezután a (15) elzárószerelvény működtetésével összekötjük a nyomás alatti (13) gáztartállyal. A (2) fémolvadék szabad felületére ható nyomás felnyomja a (2) fémolvadékot a (12) felszállócsőbe, amin keresztül a fémolvadék kitölti a (4) homokforma (28) beömlőszárát, a (30A és 30B) elosztócsatornákat és a (31) formaüregeket. Ezután a nyomást

HU 206 845 B fenntartjuk mindaddig, amíg a (30) elosztócsatomákban a fémolvadék meg nem dermed. Ez az időtartam az előállítandó termék alakjától és méreteitől függően változik. Ezalatt a (28) beömlőszár felöntésként működik, azaz a fémolvadék innen áramlik be a (31) formaüregekbe a zsugorodás kompenzálására.

Miután a fémolvadék a (32) bekötő csatornákban és a (30) elosztócsatornákban megdermedt, az (1) olvadéktartályban a (15) elzárószerelvény működtetésével atmoszferikus nyomásra csökkentjük a gáznyomást, aminek következtében a fémolvadék a (28) beömlőszárból és a (12) felszállócsőből visszafolyik az (1) olvadéktartályba.

Ezt követően a (21) munkahengert nyomásmentesítjük, mire a (15) csavarrugók a (26) tartólapot a rajta levő (4) homokformával együtt leemelik a (6) öntőfúvókáról és a (3) formatartó állványt a (19) síneken vízszintes irányban eltávolítjuk az (1) olvadéktartály fölül.

A (30A, 30B) elosztócsatornák korábban említett méretezésének és egy megfelelő gázmennyiség (14) vezetéken történő bevezetésének köszönhetően a (2) fémolvadék gyorsan felfut a (28) beömlőszárba és minden szinten megfelelő metallosztatikus nyomás alakul ki a (30A és 30B) eiosztócsatomákban, amelyeken keresztül minden szinten mindkét (31) formaüreg egyaránt feltöltésre kerül. Ez lehetővé teszi, hogy egyidejűleg végezzük valamennyi (31) formaüreg feltöltését, függetlenül alakjuktól. Ezen túlmenően az elosztócsatornák viszonylag kis keresztmetszete korlátozza a fémolvadék beömlő mennyiségét, ami a feltöltési folyamatot jobban szabályozhatóvá, kiegyensúlyozottabbá és pontosabban reprodukálhatóvá teszi a különböző szintek bármely formaürege tekintetében. A fenti kialakítás következtében ugyanakkor a fémolvadéknak minden öntés során csak egy viszonylag kismértékű mozgást kell végeznie. Mindezt egyébként elősegíti a fémolvadék nyomásmentesülése is a bekötő csatornákba történő belépésekor, ami ezen bekötő csatornák fentebb említett méretezéséből következik. Mindezek eredményeképpen javul az öntött termékek minősége.

A fémolvadék nyomásmentesülését egyik lehetséges változatként elő lehet segíteni az elosztócsatomák bemenettől egyre növekvő keresztmetszete révén is.

Megjegyezzük még, hogy az elosztócsatomák lezáróelemként való alkalmazása megakadályozza, hogy jelentősen lehűlt fémolvadék áramoljon vissza az olvadéktartályba anélkül, hogy eközben csökkenne a fémkihozatal. Ez lehetővé teszi a pontosan reprodukálható öntési feltételek kialakítását.

Továbbá előnye a találmány szerinti kialakításnak, hogy a beömlőszárban kissé lehűlt fémolvadék a következő öntési művelet során egyenletesen oszlik el valamennyi formaüreg között és jó hőegyensúly kialakulását teszi lehetővé.

Claims (9)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás fémek kisnyomású öntésére többszintes homokformába, ahol mindegyik szint legalább egy formaüreget tartalmaz, amelyet egy valamennyi szinten áthaladó függőleges beömlőszárból táplálunk szintenként legalább egy, a beömlőszárról leágazó elosztócsatomán, valamint az elosztócsatorna és a formaüreg között húzódó bekötő csatornákon keresztül, azzal jellemezve, hogy minden szinten lefojtjuk a fémolvadék beömlő mennyiségét az elosztócsatornák bemeneténél.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elosztócsatomákba való belépése után lecsökkentjük a fémolvadék betáplálás! nyomását.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémolvadék betáplálás! nyomását a bekötő csatornákba való belépések során csökkentjük le.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, űzzűZ jellemezve, hogy a beömlőszárhoz csatlakozó felszállócsőbe olyan mennyiségű fémolvadékot juttatunk az olvadéktartályból, hogy a fémolvadék valamennyi elosztócsatorna szintje fölé emelkedjen.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémolvadék betáplálás! nyomását mindaddig fenntartjuk, amíg a fémolvadék meg nem szilárdul az elosztócsatornákban, és a nyomást csak ezt követően csökkentjük le.

6. Berendezés fémek kisnyomású öntésére többszintes homokformába, amely homokforma tartalmaz egy beömlőszárat és legalább két öntési szintet, amelyek mindegyikében legalább egy formaüreg van kialakítva, amely a fémolvadékkal való feltöltéséhez legalább egy, a beömlőszárról víszintesen leágazó elosztócsatomán, valamint ezen elosztócsatoma és a formaüreg között húzódó bekötő csatornákon keresztül áll a beömlőszárral összeköttetésben, azzal jellemezve, hogy az egyes szinteken levő elosztócsatomák (30A, 30B) belépő keresztmetszeti felületeinek összege lényegesen kisebb, mint a beömlőszár (28) keresztmetszeti felülete.

7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az ugyanazon elosztócsatornán (30A, 30B) keresztül táplált bekötő csatornák (32A, 32B) keresztmetszeti felületeinek összege legalább egyenlő ezen elosztócsatoma keresztmetszeti felületével.

8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy mindegyik formaüreg (31) legalább két, egyaránt a beömlőszárról (28) leágazó elosztócsatomán (30A, 30B) keresztül van táplálva.

9. A 6-8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az egyes szinteken levő elosztócsatornák (30A, 30B) keresztmetszeti felületeinek összege kisebb mint a beömlőszár (28) keresztmetszeti felületének 10%-a.