NO142944B - Fremgangsmaate ved fremstilling av stoepeformer av partikkelformig materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av støpe-.former av partikkelformig materiale, f.eks. sand, for støping av smeltede metaller. i

Vanligvis har det ved støping av smeltede metaller i sand-

former vært betraktet som nødvendig at bl.a. to betingelser må tilfredsstilles, hvorav den ene er at det partikkelformige sand-materiale må kunne opprettholdes med dets nødvendige form for at støpingen skal kunne finne sted, og den annen at så meget sand som mulig bør kunne gjenvinnes fra en brukt form. Hittil har disse to mål vært tilbøyelige til å stå i motsetning til hverandre. For å sikre at en sandform skal få en tilstrekkelig styrke er det kjent å behandle sanden eller formen laget av sanden ved å brenne formen eller ved å innføre ytterligere materiale for dannelse av en kjemisk binding eller for at f.eks. herding med C02 skal finne sted eller for at CC>2 skal kunne befordre herdingen av formen. Selv om disse metoder har den ønskede virkning hva gjelder formens styrke, bidrar de ikke til å lette en gjenvinning av formmaterialet.

I russisk patentskrift nr. 428843 er det trekk å fryse et formfremstillingsmateriale anbragt på en modell beskrevet. Ifølge dette patentskrift tilveiebringes en modell med kanaler gjennom hvilke kjølemiddel kan sirkulere. En slik modell er meget kostbar, og

fordi også modellen som sådan må bringes til temperaturer under null, er den der beskrevne prosess en meget kostbar prosess. Det er dessuten vanskelig å fjerne en fryst form fra en modell, og det er absolutt ingen garanti for at en overflatefinish med den nødvendige høye kvalitet på overflaten av den fra modellen fjernede form som senere skal bringes i kontakt med smeltet metall, kan oppnås. Ut-over dette vil modellen når formen er blitt fjernet fra denne, ikke øyeblikkelig være tilgjengelig for bruk da den må tillates å oppvarmes eller med hensikt oppvarmes før fersk sand eller et lignende

materiale kan påføres på dens overflate.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av en støpeform av partikkelformig materiale hvor det partikkelformige materiale blandes med en regulert mengde vann og eventuelt med et partikkelformig bindemiddel, som bentonitt eller stivelse, og den erholdte blanding presses til den nødvendige form på en modell eller en lignende gjenstand, og formen fryses ved hjelp av et kjølemiddel, og fremgangsmåten er særpreget ved at formen fjernes fra modellen før den fryses, og at en strøm av

k jølemiddel rettes mot i det minste den overflate av den fjernede pressede form som er beregnet for kontakt med smeltet metall, slik at i det minste denne overflate fryses i en tilstrekkelig dybde til at formen vil være istand til å motstå de betingelser som den utsettes for når smeltet metall støpes i formen.

Den foreliggende oppfinnelse er ikke beheftet med noen av ulempene som er beskrevet ovenfor i forbindelse med russisk patentskrift nr. 428843. Ved at formen fjernes fra modellen før formen fryses vil ikke bare en modell av mindre volum være nødvendig og selve fjernelsen lettere kunne utføres, men da modellen ikke er blitt fryst, vil den være klar for umiddelbar anvendelse for fremstilling av en påfølgende form. Ved at modellene ikke behøver å henstå før de brukes, kan operatøren fremstille det nødvendige antall former som vil være nødvendig under anvendelse av et mindre antall modeller enn hva som ville ha vært nødvendig ved anvendelse av den beskrevne russiske prosess. Dessuten er det ikke nødvendig at kjølemidlet skal fryse modellen, og en mindre mengde kjølemiddel er derfor nødvendig, og modellen som ikke må være forsynt med kanaler, er langt enklere og rimeligere å fremstille.

Før blandingen for.fremstillingen av støpeformen fortettes tilsettes fortrinnsvis til denne en forholdsvis liten mengde av et materiale som ikke vil påvirke gjenvinningen av sanden og som er istand til å gjøre at den fortettede blanding vil få en første binding med tilstrekkelig styrke i uherdet tilstand (grønnstyrke) til at blandingen vil kunne fjernes fra modellen. Ifølge den foreliggende fremgangsmåte kan ,således det partikkelformige materiale blandes med et ytterligere materiale som er istand til å gi en forbigående binding. Dette materiale kan være et slikt materiale at formen får en sekundærbinding når et smeltet metall støpes i formen. En liten mengde av et slikt materiale som stivelse kan således innføres i en formfremstillingssats av f.eks. sand. Til-setningen av stivelse byr på den ytterligere fordel at det par-tikkelf ormige materiale, som sand, derved blir lettere å håndtere,

og dessuten blir en av de store fordeler ifølge oppfinnelsen, fraværet • av røk utviklet under støpingen, ikke påvirket alvorlig ved til-setningen av stivelse til blandingen. Når andre partikkelformige materialer anvendes, kan det for oppnåelse av den første og sekundære binding anvendes materialer, som bentonitt fra Wyoming,

som byr på den fordel sammenlignet med stivelse at ingen vesent-

lig røkmengde vil dannes ved støpingen. Bentonitten kan gjenopp-bygges når det gjenvundne partikkelformige materiale anvendes på

ny, ganske enkelt ved tilsetning av vann.

Avkjølingsmidlet kan være luft som er avkjølt til en slik temperatur at når den rettes mot formen, vil formoverflaten fryse.

Det foretrekkes imidlertid at det tilførte avkjølingsmiddel fås

fra en kilde av til væske fortettet gass, som nitrogen, carbon-

dioxyd eller helium. Formen kan således sprøytes med en fin dusj av flytende nitrogen eller helium eller blåses med C02, slik at såkalt tørris avsettes på den overflate av formen som er beregnet for kontakt med smeltet metall.

Den første binding som dannes ved frysing, kan effektivt

fås når det partikkelformige materiale inneholder så lite vann som er nødvendig for å opprettholde det partikkelformige materiales form når det fjernes fra modellen. Vanninnholdet har imidlertid en direkte innvirkning på formens gjennomtrengbarhet. For generelle anvendelser foretrekkes det at vannet utgjør opp til 12 vekt%, basert på vekten av det partikkelformige materiale, selv om større vann-mengder kan anvendes for former som skal ha en øket varmekapasitet.

Ved anvendelse av vanlige frysemetoder er former tilbøyelige til å tape fuktighet, og dette byr på vanskeligheter ved kontroll av formens fuktighetsinnhold når støpingen foretas. Ved ifølge oppfinnelsen å rette en strøm av et kjølemiddel mot den overflate av formen som er beregnet for kontakt med smeltet metall, nedsettes overflatetemperaturen meget hurtig, praktisk talt øyeblikkelig,

til en temperatur under 0°C. Den meget hurtige avkjøling av denne overflate av formen fører til at det straks dannes et skall av frosset partikkelformig materiale med en underliggende ufrosset masse.

For tynnveggede former er det selvfølgelig riktig fullstendig å fryse formen, men med former av betydelig tykkelse er det ikke nødvendig fullstendig å fryse formen så lenge en tilstrekkelig dybde av frossen sand forekommer på alle flater som vil komme i kontakt med smeltet metall under støpingen og størkningen av et støpestykke. Fortrinnsvis fryses alle flater av en form med vesentlig tykkelse, med eventuell unntagelse for formens bakre flate, for å forbedre formens styrke.

Frysingen kan utføres slik at formen fryses til en temperatur av -1°C til -269°C. Det foretrekkes imidlertid å fryse i det minste den overflate av formen som er beregnet for kontakt med smeltet metall, til en temperatur under -20°C, og før støpingen å la formen oppvarmes slik at i det minste denne overflate får en temperatur på -10°C til -20°C på det tidspunkt støpingen finner sted.

I den frosne tilstand vil formen således ha en mer enn tilstrekkelig styrke til at formen kan håndteres og anbringes i stilling for mottagelse av smeltet metall og til at formen vil motstå de betingelser som foreligger under støpingen og størkningen.

Efter støpingen finner størkningen sted før formen har tint, og når formen har tint, vil formen ganske enkelt falle sammen fra rundt støpestykket, og alt partikkelformig materiale, omfattende eventuelle ubrente materialer for dannelse av den første binding og den sekundære binding, kan gjenvinnes og anvendes på ny.

Oppfinnelsen kan utføres i forbindelse med en rekke par-tikkel f ormige materialer for fremstilling av former, som kvartssand, zirkonsand og olivinsand, idet materialet som anvendes for fremstilling av formene, er blitt sortert på vanlig måte. Som materiale for dannelse av den første binding kan et hvilket som helst bindemiddel som er forenelig med formmaterialet og som ikke ødelegger de frosne formers ikke-røkavgivende egenskap, anvendes. Vann som sådant kan således anvendes som et materiale for dannelse av en forbigående binding, eller et bindemiddel, som stivelse eller bentonitt, kan innføres. Materialet for fremstilling av formen kan utgjøres av 88-99 vekt% partikkelformig materiale for fremstilling av formen, 1-12 vekt% vann og eventuelt 1-4 vekt%

av et bindemiddel.

Satsen av materialer for fremstilling av formene blir først godt blandet.og derefter påført på en modell ved hånd-stamping eller sjablonforming, blåsing og sjablonforming, ved skakeramming under anvendelse av en pressplate eller under anvendelse av en hvilken som helst annen egnet formningsmetode for fremstilling av råformer eller kaldtherdnende former.

Den anvendte modell kan være laget av et hvilket som helst egnet materiale, som metall, tre eller en syntetisk harpiks. Dersom metallmodellér anvendes, foretrekkes det at disse påføres en ikke-korroderende overflate, og når tremodeller anvendes, foretrekkes det at modellens arbeidsoverflate gjøres vannsikker. Om ønsket kan modellens arbeidsoverflate bestøves med en liten mengde av et skillepulver eller sprøytes med et slippmiddel for å lette den påfølgende fjerning av modellen.

Straks materialsatsen for fremstilling av formen er blitt kompaktert på modellen, anbringes en flat bunnplate av f.eks.

en lettmetallegering og som fortrinnsvis er perforert, på formens eksponerte bakre overflate, og modellen og formfremstillings-materialet snus slik at vekten av formen vil understøttes av bunnplaten. Modellen blir derefter fjernet, eventuelt mens det opprettholdes en svak vibrering, og bunnplaten og formen blir frosset straks efter at modellen er blitt fjernet, ved å rette

en strøm av kjølemiddel mot formens eksponerte overflate. Straks de er blitt frosset, enten helt eller i en tilstrekkelig grad til at de vil kunne motstå en sterk håndtering og istøping av metall, gjøres formene ferdige på vanlig måte med vanlig anvendelse av f.eks. løp og lignende støpeutstyr.

Når frosne former ikke straks kan anvendes, kan de lagres ved lav temperatur, selv om frosne former kan motstå de vanlige omgivelser i et støperi i betydelig tid før de vil bli så ustabile at de ikke kan anvendes for støping.

Efter at det smeltede metall er blitt utstøpt, finner en meget hurtig størkning sted i det minste på støpestykkets overflate, slik at det sikres at støpestykket vil få en stabil form i god tid før formen er blitt oppvarmet så sterkt at den vil falle sammen. Uttaking av støpestykket bør fortrinnsvis finne sted så snart som mulig efter støpingen, dvs. straks efter at metallet har størknet og før all sand har tint. Formen kan således vibreres forsiktig for å fjerne frosset og løst formfremstillingsmateriale fra rundt støpestykket slik at det blir tilbake et lag av varmere og tørrbundet formfremstillingsmateriale straks inntil støpestykket. Det foretrekkes at denne andel av formfremstillings-materialet straks tilbakeføres til et blandeapparat. Efter at støpestykket er blitt avkjølt, kan det vibreres sterkere for å fjerne i det vesentlige alt gjenværende vedheftende formfremstillingsmateriale . Dette materiale som er noe varmere, kan også til-bakeføres til blandeapparatet slik at nettoresultatet vil bli at det samlede materiale som tilbakeføres til blandeapparatet, vil bli sterkt avkjølt av innholdet av frosset materiale, men ikke

så sterkt at det fryser sammen. Derved kan materialet også presses effektivt på den neste modell og en mer effektiv utnyttelse av kjølemidlet for frysing av en allerede avkjølt blanding oppnås.

Eksempel 1

For støping av en 20 mm trykkreduksjonsventildel av kule-grafittjern 27/12 og som veide 2,5 kg ble en blanding av 97,7 vekt% zirkonsand, 1 vekt% bentonitt og 1,3 vekt% vann håndstampet på en tremodell til en største dybde av 71 cm og formet ved opp-trekking. Halvformen som veide 8,6 kg og som hadde en gjennomtrengbarhet av 80 og en råtrykkfasthet av 0.17 kg/cm , ble vendt mot en perforert aluminiumbunnplate og det hele dekket med et fint lag av faste C02-partikler. Efter 5 minutter ble to frosne halvformer med en overflatetemperatur av -70°C klemt sammen med to CC^-silikatsandkjerner. Den sammenstilte form ble derefter overført til støperiet og anvendt for støping. Den anvendte sandblandings gjennomsnittlige strekkfasthet var 9,5 kg/cm 2, og formens overflatetemperatur ved støpingen var -20°C.

Eksempel 2

For støping av et tannhjul i aluminiumbronse og som veide

ca. 0,95 kg, ble en blanding av 96,7 vekt% "Mansil 55" kvartssand,

1 vekt% stivelse og 2,3 vekt% vann anvendt. Blandingens gjennomtrengbarhet ble fastslått til 210 og råtrykkfastheten til 0,13 kg/cm 2. Det var ikke nødvendig med en kjerne for denne støping, og to halvformer med en maksimumstykkelse på 41 cm og som veide hhv.

0,91 kg og 1,36 kg, ble frosset ved at de fjernede former ble an— bragt på en bunnplate under en fin dusj av flytende nitrogen.

Formene ble gjennomfrosset ved en overflatetemperatur på -70°C,

og da støpingen ble utført, var overflatetemperaturen -15°C.

Eksempel 3

For støping av en rekke ferrolegeringsstøpeblokker som hver veide ca. 283 g, ble det som partikkelformig materiale anvendt olivinsand som inneholdt 4 vekt% vann. Da kravet til overflatefinish ikke var høyt, ble ingen bentonitt eller et annet bindemiddel anvendt. Sandformer som hver veide 4,54 kg og hadde en gjennomtrengbarhet av 120 og en råtrykkfasthet av 0,11 kg/cm 2,

ble fremstilt ved anvendelse av denne metode og ble frosset til

-25°C i et mekanisk blestfryseapparat. Efter støpingen falt sanden meget lett bort fra støpestykkene, og de erholdte støpe-stykker trengte ingen ytterligere rensing.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en støpeform av partikkelformig materiale hvor det partikkelformige materiale blandes med en regulert mengde vann og eventuelt med et par-tikkelf ormig bindemiddel, som bentonitt eller stivelse, og den erholdte blanding presses til den nødvendige form på en modell eller en lignende gjenstand, og formen fryses ved hjelp av et kjølemiddel, karakterisert ved at formen fjernes fra modellen før den fryses, og at en strøm av kjøle-middel rettes mot i det minste den overflate av den fjernede pressede form som er beregnet for kontakt med smeltet metall, slik at i det minste denne overflate fryses i en tilstrekkelig dybde til at formen vil være istand til å motstå de betingelser som den utsettes for når smeltet metall støpes i formen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at formen fryses slik at i det minste den overflate av formen som er beregnet for kontakt med smeltet metall, får en temperatur under -20°C, og at formen før støpingen oppvarmes slik at i det minste denne overflate får en temperatur av -10°C til -20°C på det tidspunkt støpingen foretas.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at formen fjernes fra modellen i ufryst tilstand ved at efter at blandingen for fremstilling av formen er blitt presset på modellen, anbringes en flat bunnplate av f.eks. en lettmetallegering på formens eksponerte bakre overflate, hvorefter sammenstillingen av formen og bunnplaten vendes slik at vekten av formen vil bæres av bunnplaten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det anvendes en perforert flat bunnplate.