HU207008B - Method and apparatus for low-pressure casting metals - Google Patents

Description

A jelen találmány tárgya eljárás fémek kis nyomású öntésére, több szinten, szintenként legalább két aszimmetrikus vagy aszimmetrikusan elrendezett formaüreget tartalmazó homokformába, ahol a fémolvadékot alulról vezetjük álló beömlőcsatornából legalább két vízszintes elosztócsatomán át bekötőcsatornákba, majd a formaüregekbe. A találmány tárgya továbbá egy olyan berendezés fémek kis nyomású öntésére, amely szintenként legalább két aszimmetrikus vagy aszimmetrikusan elrendezett formaüreget magába foglaló többszintes homokformát tartalmaz, ahol a formaüregek álló beömlőcsatomával vannak összekötve, legalább két vízszintes elosztócsatomán és bekötőcsatornákon keresztül.

Az ún. kis nyomású öntést egyre elterjedtebben alkalmazzák az iparban. Ilyen eljárásokat ismertet többek között a 2 295 808, a 2367 566 és a 2556996 számú francia szabadalom. A megoldás különös előnye, hogy a hagyományos gravitációs öntéssel szemben pontosabb öntést tesz lehetővé és így igen jól alkalmazható vékonyfalú és/vagy bonyolult alakú és/vagy nagyméretű fém alkatrészek előállítására. Az eljárás során jól szabályozható nyomás biztosítható az olvadéktartályban lévő fém felülete fölött egy zárt tartályban, amelynek belsejébe gázt vezetnek. A fémolvadék felületére ható nyomás következtében az olvadék szorosan és pontosan kitölti a formaüreg minden részét.

A hagyományos technológiáknál a homokforma minden szintjén egy vagy két elosztócsatorna van elhelyezve. Az elosztócsatomák kötik össze a beömlőcsatomát a formaüregekhez tartozó bekötőcsatornákkal. A megoldás több hátránnyal rendelkezik a csatornák keresztmetszeti viszonyaiból adódóan.

Az első hátrány az, hogy amikor az öntendő munkadarabok alakja hosszúkás és bonyolult forma és a formaüregek egymással szemben pontszimmetrikusan vannak elrendezve, a bekötőcsatornák nem lehetnek szimmetrikusak az elosztócsatomához képest, és az egyes formaüregekhez kapcsolódó bekötőcsatornák száma egy szinten belül is változhat. Ezért két vagy több formaüreg kitöltése ugyanazon a szinten nem történik kiegyensúlyozottan.

A második hátrány az, hogy ha egyetlen nagy keresztmetszetű elosztócsatomát alkalmazunk, a fémolvadék turbulens áramlását segítjük elő és ebből kifolyólag a homokforma eróziója, valamint a légbuborékok bezáródásának veszélye növekszik. Ennek eredményeképpen csökken az öntött termék sűrűsége és maga az elosztócsatoma is rendkívül sok olvadékot vesz fel.

További hátránya az ismert megoldásoknak, hogy ha a formaüregek több szinten vannak elrendezve, az elosztócsatomák viszonylag nagy keresztmetszete következtében nem lehetséges a fémolvadéknak a beömlőcsatomában történő viszonylag gyors felemelkedése. Ily módon a fémolvadékkal történő feltöltés gyakorlatilag szintről szintre történik, ami viszont gyakorlatilag megszünteti a kis nyomású öntés csaknem valamennyi előnyét.

Hátránya végül az említett megoldásoknak, hogy amennyiben a nyomást a bekötőcsatornákban lévő olvadék megdermedése után csökkentjük, az elosztócsatomákban lévő fémolvadék viszonylag nagy mennyisége visszafolyik a beömlöcsatomába és a következő öntési lépésben ez a lehűlt fémolvadék kerül először a formaüregekbe, ami jelentősen rontja az öntött darabok formakitöltését.

A jelen találmánnyal ezért olyan eljárás és berendezés kidolgozása a célunk, amellyel kiküszöbölhetők a fent említett nehézségek.

A kitűzött feladatot olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során a fémolvadékot legalább két vízszintes elosztócsatornán át vezetjük álló beömlőcsatornából bekötőcsatornákba, majd formaüregekbe, ahol is a találmány szerint egy elosztócsatomából mindig egyetlen formaüregbe vezetünk olvadékot.

A fémolvadékot célszerűen úgy vezetjük be, hogy az olvadékszint az álló beömlőcsatomában az elosztócsatornák fölött legyen és a fémoszlop nyomását a beömlőcsatomában állandó értéken tartjuk mindaddig, amíg az olvadék az elosztócsatomákban megdermed, majd ezután csökkentjük.

A találmány szerinti berendezés legalább két formaüreget magába foglaló homokformát tartalmaz, ahol a formaüregek álló beömlőcsatomával vannak összekötve, legalább két vízszintes elosztócsatomán és bekötőcsatornákon keresztül, és ahol az egy elosztócsatomához csatlakozó bekötőcsatornák egyetlen formaüregbe nyílnak.

Mindegyik formaüreg célszerűen két, a beömlőcsatorna szemközti oldalaiból kinyúló elosztócsatomához van csatlakoztatva.

A formaüregekhez vezető elosztócsatomák együttes keresztmetszete az egyes szinteken kisebb, mint a beömlőcsatorna keresztmetszete.

A formaüregek előnyösen központosán elrendezett beömlőcsatoma két oldalán vannak szintenként elrendezve és a beömlőcsatoma mindkét oldalához két, egymással párhuzamos elosztócsatorna van csatlakoztatva oly módon, hogy geometriai tengelyeik egybeesnek a beömlőcsatoma másik oldalán lévő elosztócsatomák geometriai tengelyeivel.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjának metszete, a

2. ábra egy homokforma kiviteli alakjának metszete, és a

3. ábra a 2. ábrán bemutatott homokforma III—III metszete.

Az 1. ábrán látható berendezés (1) olvadéktartályt tartalmaz, amelyben (2) fémolvadék van. Az (1) olvadéktartály körül (3) formatartó állvány van elhelyezve, belsejében (4) homokformával.

A berendezés öntöttvas (szürkeöntvény vagy szferolites, grafitos vasöntvény), acél vagy szuper ötvözet anyagú alkatrészek előállítására használható. Felépítése megegyezik a hagyományosan használt kis nyomású öntőberendezésekével.

Az (1) olvadéktartály (5) fedéllel van tömítetten

HU 207 008 Β lefedve. A tömítés, valamint a rögzítés módját az egyszerűség kedvéért nem tüntettük fel. Az (5) fedél (7) nyílásába (6) öntőfuvóka illeszkedik. Ennek (8) hengeres nyakrésze fölött (9) kúpos fejrész van. Az (5) fedél (7) nyílásába a (8) hengeres nyakrész illeszkedik és a (9) kúpos fejrész sík (10) válla fekszik fel az (5) fedél felső lapján. A kettő közötti tömítést a (10) vállbán lévő körhoronyba illeszkedő (11) tömítőgyűrű biztosítja.

Az (1) olvadéktartályban lévő (2) fémolvadékba (12) felszállócső nyúlik be. Alsó része az (1) olvadéktartály fenekének közeiéig ér, felső része pedig a (6) öntőfúvókába illeszkedik.

Az (1) olvadéktartályhoz (13) gáztartály van csatlakoztatva (14) vezetéken át. A (14) vezetékbe (15) elzárószelep van beépítve és az (1) olvadéktartály (16) nyomásmérővel is el van látva, a (14) vezetéken beáramló gáz nyomásának mérésére az öntés során.

A (3) formatartó állvány (17) oszlopokból áll, amelyek alsó végén (18) görgők vannak és az egész (3) forraatartó állvány ezen (18) görgők segítségével (19) síneken elmozdítható. A (17) oszlopok felső vége (20) mennyezettel van összekötve és ezen (21) munkahenger van rögzítve. A (21) munkahenger (22) dugattyúrúdjának alján (23) nyomólap van, a (4) homokforma befogására.

A (17) oszlopok közepénél mindegyiken (24) karima van és ezeken (25) csavarrugók támaszkodnak fel. A (25) csavarrugók a (17) oszlopokra felfűzött (26) alaplapot tartanak oly módon, hogy amikor a (26) alaplap nincs terhelve, a (6) öntőfúvóka szintje felett helyezkedik el. A (26) alaplap közepén olyan (27) nyílás van, amely lehetővé teszi a (26) alaplap leszorítását az (1) olvadéktartály (5) fedelére azáltal, hogy a (6) öntőfúvóka kinyúlását biztosítja.

A (4) homokforma egy lehetséges kiviteli alakja a 2. és 3. ábrán látható. Középen függőleges (28) beömlőcsatoma van kialakítva. Ennek keresztmetszete kör alakú és alul nyitott. Vége betorkollik egy (29) mélyedésbe, amely a (6) öntőfúvókára illeszkedő csonka kúp alakú.

A (4) homokformában három szinten ágaznak ki (30A és 30B) elosztócsatomák a (28) álló beömlőcsatomából. A bal oldali (30A) elosztócsatomák egymással párhuzamosak és szemben fekszenek a jobb oldali (30B) elosztócsatomákkal, amelyek ugyancsak egymással párhuzamosak. A (30B) elosztócsatomák lényegében folytatását képezik a (30A) elosztócsatomáknak és fordítva, azaz geometriai tengelyeik egybeesnek. Minden szinten aszimmetrikus (31) formaüregek vannak kialakítva, mégpedig oly módon, hogy az egymással szemben fekvő (31) formaüregek pontszimmetrikusan vannak elhelyezve, azaz ellenkező végeik vannak egymással szemben. A (28) beömlőcsatoma mindkét oldalán lévő (31) formaüregek három-három (32) bekötőcsatornán keresztül kapcsolódnak a (28) beömlőcsatomához. A bemutatott kiviteli példánál mindegyik (31) formaüreghez egy (32A) bekötőcsatorna kapcsolódik a (28) beömlőcsatoma egyik oldalán és két (32B) bekötőcsatorna a (28) beömlőcsatoma másik oldalán. A 3. ábrán látható, hogy mind a (32A), mind pedig a (32B) bekötőcsatornák a (30A), illetve (30B) elosztócsatornákhoz kapcsolódnak. A (30A) és (30B) elosztócsatomák egyenként csak egyetlen (31) formaüreget kapcsolnak a (28) beömlőcsatomához.

Ha egy szint teljes metszetét nézzük (lásd a 3. ábrát), jól látható, hogy a (32A, 32B), bekötőcsatornák a fémolvadék áramlásának megfelelően vannak elhelyezve a (31) formaüregek mentén és nem célszerű szimmetrikus elrendezésük.

A (30A) és (30B) elosztócsatomák viszonylag kis keresztmetszettel rendelkeznek, minthogy viszonylag kisszámú (32A, 32B), bekötőcsatornához csatlakoznak. Az mondható tehát, hogy a (30A) és (30B) elosztócsatomák összes keresztmetszete egy szinten lényegesen kisebb, mint a (28) beömlőcsatoma keresztmetszete. A bemutatott megoldásnál például keresztmetszetük nem éri el a beömlőcsatoma keresztmetszetének 10%-át. Amennyiben az elosztócsatomák keresztmetszete változik a hosszuk mentén, akkor a fenti feltétel a beömlő keresztmetszetükre vonatkozik.

A berendezés üzemeltetése során először (33) tömítést helyezünk a (4) homokforma (29) mélyedése és a (6) öntőfüvóka közé. Ezután a (26) alaplapra helyezett (4) homokformát (amelyet előzőleg magokkal szereltünk föl) központosítjuk a (26) alaplap (27) nyílásához viszonyítva. Ezt elvégezvén a (3) formatartó állványt a (19) síneken az (1) olvadéktartály fölé gördítjük oly módon, hogy a (6) öntőfüvóka a (4) homokforma (29) mélyedésével legyen egytengelyű.

Ezután működésbe hozzuk a (21) munkahengert és az a (23) nyomólap segítségével rászorítja a (4) homokformát a (33) tömítésre, a (25) rugók ellenében.

Miután meggyőződtünk róla, hogy az (1) olvadéktartály és a (4) homokfonna között tömített kapcsolat jött létre, kinyitjuk a (15) elzárószelepet. Az (1) olvadéktartályba beáramló gáz nyomása megemeli a (2) fémolvadék szintjét a (12) felszálló csőben. A nyomást gyorsan növeljük mindaddig, amíg az olvadék a (28) álló beömlőcsatomában a (30A, 30B) elosztócsatomák szintje fölé ér, és ezt a nyomást fenntartjuk.

Ezután a nyomást fenntartjuk mindaddig, amíg az öntöttvas olvadék kitölti a (4) homokforma (30A, 30B) elsztócsatomáit és a (31) formaüregeket és a (30A, 30B) elsztócsatomákban lévő fémolvadék is megdermed. Ez az intervallum az előállítandó termék alakjától és mérteitől függően változik. Ezalatt a (28) beömlőcsatoma felöntésként működik, azaz a fémolvadék innen áramlik be a zsugorodási üregek kitöltésére.

Miután a fémolvadék a (30A, 30B) elosztócsatornákban megdermedt, a gáznyomást atmoszferikus értékre csökkentjük, aminek következtében a fémolvadék kifolyik a (28) beömlőcsatomából és a (12) felszállócsőből, vissza az (1) olvadéktartályba.

Ennek lejátszódása után a (21) munkahengerből kiengedjük a folyadékot és ekkor a (25) rugók felemelik a (26) alaplapot a (4) homokformával együtt a (6) öntőfúvókáról. Ezáltal lehetővé válik, hogy az egész (3) formatartó állványt ismét kigurítsuk az (1) olvadéktartály fölül a (19) síneken.

Mivel a (30A) és (30B) elosztócsatomák a korábbiakban említett módon vannak méretezve, amikor a (14)

HU 207 008 B vezetéken keresztül beáramló gáz megnöveli a nyomást a (2) fémolvadék fölött, az olvadékszint gyorsan emelkedik a (28) beömlőcsatornában a (30A, 30B) elosztócsatomák szintje fölé és megfelelő metallosztatikus nyomás alakul ki minden szinten a (30A) és (30B) elosztócsatomákban, amelyeken keresztül a (31) formaüregek valamennyi szinten megtelnek fémolvadékkal, Ez lehetővé teszi, hogy egyidejűleg végezzük valamennyi (31) formaüreg feltöltését, függetlenül alakjuktól.

Ezen túlmenően az elosztócsatomák viszonylag kis keresztmetszete korlátozza a fémolvadék beáramlást sebességét, ami a folyamatot jobban szabályozhatóvá teszi, kevesebb turbulenciát eredményez és jobban biztosítja a formaüregek pontos feltöltését. A fenti kialakítás következtében az öntés során a fémolvadék viszonylag kismértékű mozgást kell csak végezzen. Mindezek eredményeképpen javul az öntött termék minősége.

Megjegyezzük még, hogy a találmány szerinti megoldás alkalmazása következtében nem áramlik lehűlt fémolvadék vissza a beömlőcsatomába és nem csökken a fémkihozatal. Ez lehetővé teszi a pontosan reprodukálható öntési feltételek kialakítását.

További előnye a találmány szerinti kialakításnak, hogy a következő öntési művelet során a kissé lehűlt fémolvadék egyenletesen eloszlik valamennyi formaüreg között és jó hőegyensúly kialakítását teszi lehetővé.

Claims (7)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás fémek kis nyomású öntésére több szinten, szintenként legalább két aszimmetrikus vagy aszimmetrikusan elrendezett formaüreget tartalmazó homokformába, ahol a fémolvadékot alulról vezetjük álló beömlőcsatomából legalább két vízszintes elosztócsatornán át bekötőcsatornákba, majd a formaüregekbe, azzal jellemezve, hogy egy elosztócsatomából mindig egyetlen formaüregbe vezetünk olvadékot.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémolvadékot úgy vezetjük be, hogy az olvadékszint a beömlőcsatomában az elosztócsatomák fölött legyen.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémolvadék nyomását a beömlőcsatomában állandó értéken tartjuk, amíg az olvadék az elosztócsatomákban megdermed, majd ezután csökkentjük.
4. 4. Berendezés fémek kis nyomású öntésére, amely szintenként legalább két aszimmetrikus formaüreget magába foglaló többszintes homokformát tartalmaz, ahol a formaüregek álló beömlőcsatomával vannak összekötve, legalább két vízszintes elosztócsatomán és bekötőcsatornákon keresztül, azzal jellemezve, hogy az egy elosztócsatomához (30A, 30B) csatlakozó bekötőcsatornák (32A, 32B) egyetlen formaüregbe (31) nyílnak.
5. 5. A 4, igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy mindegyik formaüreg (31) két, az álló beömlőcsatoma (28) két szemközti oldalából kinyúló elosztócsatomához (30A, 30B) van csatlakozotatva.
6. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az egyes szinteken lévő elosztócsatornák (30A, 30B) együttes keresztmetszete kisebb, mint az álló beömlőcsatorna (28) keresztmetszete.
7. 7. A 4-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy a formaüregek (31) központosán elrendezett álló beömlőcsatoma (28) két oldalán vannak szintenként elrendezve és az álló beömlőcsatoma (28) mindkét oldalához két, egymással párhuzamos elosztócsatoma (30A, 30B) van csatlakoztatva oly módon, hogy geometriai tengelyeik egybeesnek az álló beömlőcsatoma (28) másik oldalán lévő elosztócsatornákéval (30A, 30B).