NO163269B - Fremgangsmaate til aa pressforme metallgjenstander. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for tilvirking av lettmetall-gjenstander av den art som fremgår av ingressen til det etterfølgende selvstendige krav.

Denne teknikk er kjent, bl.annet som pressforming, presstøping eller sprøytestøping som er for enkelthets skyld referert til gjennom denne beskrivelse og kravsett som "pressforming". I hovedsak består pressformingsteknikken av det å innføre flytende metall inn i en første del av en støpeform, å lukke støpeformen under trykk slik at det flytende metall blir forskjøvet ved lukking av støpeformen til å fylle et hulrom i støpeformen uten å omslutte luft, å opprettholde metallet under trykk mens størk-ning finner sted for på den måten å sikre at enhver lunker som kan dannes er lukket og fylt, og så åpne støpeformen og fjerne den formede gjenstand.

Det er kjent å fremstille ulike pressformede gjenstander, vanligvis av aluminium eller aluminiumslegeringer, men slike gjenstander har vanligvis vært av en nokså enkel form. Således hvor en mer kompleks form kreves vil det vanligvis være nødven-dig å oppnå en slik form ved en eller annen form for maskineringsoperasjon som etterfølger tilvirkningen av den pressformede gjenstand.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for å tilvirke en gjenstand ved pressforming hvorved en mer kompleks form kan skaffes tilveie til gjenstanden uten nødvendigheten av vesentlig påfølgende maskinering.

I samsvar med oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende selvstendige krav.

På beleilig måte kan en slik tilformet oppløselig kjerne bli anvendt til å skape en innadgående forsenkning eller gjennomgående boring i den pressformede gjenstand. Gjennom et eksempel, kan en slik kjerne bli tilformet for å skape en innadgående kuppel i kronen av et stempel til en forbrenningsmotor eller, igjen, gjennom et eksempel, kan en slik kjerne bli tilformet for å tilveiebringe en gjennomgående boring i et bindeledd av en endeløs smelteenhet.

Den nevnte saltkjerne blir på hensiktsmessig måte komprimert isostatisk enten til den ønskede form eller i hovedsak til den ønskede form og blir så maskinert. Det smeltede metall innbefatter hensiktsmessig et lettmetall slik som aluminium, magnesium eller en legering av disse.

Fremgangsmåten iflg.oppfinnelsen er hensiktsmessig anvendelig for fremstilling av et lettmetallstempel for en indre forbrenningsmotor hvor stempelet blir pressformet med kronen ned i en pressformende presse som har en nedre støpeformdel og et samvirkende toppstempel vertikalt bevegbart relativt hverandre, hvor den tilformede kjerne er lokalisert i den nedre støpeformdel og er slik tilformet at den former en kuppel i stempeIkronen. Hensiktsmessig er kjernen slik tilformet at den skaper en innadgående kuppelutforming i stempelkronen.

For å forhindre oppsamling av fuktighet i saltkjernen, er det fordelaktig å tilføre et tørkende middel til dette hvilke vil således skape frittstrømmende karakteristikker for å lette en tettere pakking av saltet under dets isostatiske komprimering for å sikre en tett kompakthet. Det tørkende middel kan innbefatte magnesiumkarbonat eller magnesiumfosfat i et forhold av omkring 0,1 vekt-% av kjernen. Åpenbart må et tørkende middel bli valgt som ikke brytes ned ved støpe temperaturen av metallet som, for aluminium, er innenfor området 680°C til 750°C. Saltet sammen med det tørkende middel er foretrukket å ha alle de følgende egenskaper: 1. Materialet må lett kunne formes til den ønskede form. 2. Materialet må være sterkt nok til å motstå hånd-tering og temperaturen og trykkbehovet av den pressformende prosess. 3. Materialet må være lett oppløselig (fortrinnsvis i vann) for å lette fjerning av kjernen fra den formede gjenstand. 4. Oppløsningen av kjernematerialet bør ha lite eller ingen korrosive angrep på metallet. 5. Materialet bør fortrinnsvis være gjienvinnbart for resirkulering.

Det er foretrukket å bruke finkornet natriumklorid med en par-tikkelstørrelse mellom 5 og 250 micron hvilket materiale, sammen med det tørkende middel, kan bli hurtig kaldisostatisk komprimert for tilforming ved et trykk av omkring 207 MPa. Det er ikke nødvendig å utføre en påfølgende sintreringsoperasjon på det isostatisk komprimerte salt og tørkende middel.

I tillegg, er det fordelaktig å tilføre et ekspansjonsmodifiserende middel til kjernematerialet for å redusere, eller eli-minere utbredelsen av termiske spenningssprekker i saltet under pressformeoperasjonen. Et slikt ekspansjonsmodifiserende middel kan innbefatte, f.eks., aluminiumoksyd, glasspulver, en kopperlegering infiltrant, grafittalkum eller fine aluminosilikatfibre.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil komme frem fra den følgende beskrivelse gitt heri kun gjennom et eksempel med henvisning til vedlagte tegninger hvor: fig. i er et sideriss av en tilformet isostatisk komprimert saltkjerne for å forme en innadgående kuppel i en stempelkrone,

fig. 2 er et lengdesnitt av et aluminiumstempel som er pressformet i den tilstand som formet og viser den innadgående kuppel formet av den tilformede kjerne i figur 1,

fig. 3 er et lignende lengdesnitt til det vist i fig.

2, men tatt ved 90° til dette,

fig. 4 er et tverrgående snitt tatt langs linje 4-4 i

fig. 2,

fig. 5 er et lengdesnitt tatt i samme retning som det i fig. 2, men viser det endelige stempel etter maskinering,

fig. 6 er et lignende lengdesnitt av det endelige

stempel i fig. 5, men tatt ved 90° til dette, og

fig. 7 er et tverrgående snitt tatt langs linje 7-7 i

fig. 5.

Selv om fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er anvendelig for pressforming av alle metallgjenstander som har en bestemt, vanligvis kompleks, form som skal formes deri uten behov for påfølgende maskinering av en slik form, er den følgende beskrivelse gitt kun med henvisning til tegningene som vedrører fremstilling av et stempel for en indre forbrenningsmotor. Et slikt stempel blir vanligvis formet av aluminium eller en legering av dette selv om det også kan være formet av magnesium eller en legering av denne.

Stemplet blir formet i en pressformende presse (ikke vist) som vanligvis vil innbefatte en nedre støpeformdel og et samvirkende toppstempel vertikalt bevegbart relativt til hverandre. Den nedre støpeformdel kan være stasjonær og toppstemplet kan være frem og tilbake gående inn og ut av samvirke med den nedre støpeformdel som i seg selv kan innbefatte to eller flere i sideretningen bevegbare støpeformdeler festbare i lukket forhold med hverandre for å definere et støpeformhul-rom med den nedre støpeformdel. I den utførelsen vist heri, innbefatter stemplet to jernholdige ekspansjonsinnsatser inn-tatt i det pressformede stempel og, under pressformeoperasjonen, kan slike ekspansjonsinnsatser på passende måte bli lokalisert på toppstemplet ved hjelp av knappmagneter innlagt i stemplet på sideveggene av dette.

Stemplet blir formet i stilling med kronen ned med en eller flere kuppelformede hulrom i kronen, hvor et slikt hulrom eller slike hulrom blir formet ved dannelsen av den tilformede saltkjerne 10 i figur 1 som er lokalisert i den nedre støpeformdel for å fremspringe oppad fra bunnflaten av denne.

Saltkjernen 10 er formet ved kaldisostatisk komprimering i et uretan eller gummielastomer sekk i en væske til hvilke trykk pådras til omkring 207 mPa. Saltet er finkornet natriumklorid med en partikkelstørrelse på mellom 5 og 250 micron og er blandet med et tørrende materiale som kan innbefatte magnesiumkarbonat eller magnesiumfosfat. Et ekspansjonsmodifiserende middel er også tilført til blandingen, hvor slikt middel innbefatter, f.eks., aluminiumoksyd, glasspulver, et kobberleger-ingsinfiltrant, grafitt, talkum eller fine aluminosilikatfibre. Ved denne prosess av kaldisostatisk kompremering kan en tilformet saltkjerne hurtig bli formet til den konfigurasjon vist i figur 1 i tegningene og vil ha tilstrekkelig integritet til å motstå trykket til hvilke det utsettes under pressformeoperasjonen og vil ha en slik overflatestruktur at den former en korresponderende tilformet overflate i det pressformede stempel som ikke vil nødvendiggjøre noen påfølgende maskinering.

Kjernen 10 vist i figur 1 blir komprimert og blir deretter maskinert til den endelige form som vist. Imidlertid, er det mulig, avhengig av kompleksiteten av den ønskede form, og komprimere kjernen til en slik ønsket endelig form uten behov av noen påfølgende maskineringsoperasjon.

Kjernen 10 i figur 1 blir lokalisert i den nedre støpeformdel av den pressformende presse, hvor ekspansjonsinnsatsene er på magnetisk måte sikret til toppstemplet, hvor de sidelengs bevegbare nedre støpeformdeler er låst sammen og smeltet aluminium blir så matet inn i støpeformhulrommet. Toppstemplet blir så bragt i samvirkende inngrep med støpeformhulrommet for å forskyve det smeltede aluminium til å fylle hulrommet defi-nert mellom stemplet og den nedre støpeformdel og aluminium blir opprettholdt under trykk av omkring 70 MPa mens størkning finner sted. Støpeformen blir så åpnet, det pressformede stempel blir fjernet og den tilformede saltkjerne blir brutt ned fra stemplet ved f.eks. å rette en stråle med varmt vann.

Stemplet 12 som det er formet er vist i fig. 2,3 og 4

hvor det kan sees at en innadgående kuppel 14 har blitt formet i kronen 16 av stemplet. Formen og overflatestrukturen av denne kuppel 14 er slik at den ikke nødvendiggjør at noen ytterligere maskineringsoperasjoner må utføres på denne. Også, som det vil klart sees av figurene 3 og 4, er jernholdige ekspansjonsinnsatser 18 innarbeidet i skjørtdelen 20 av stemplet. Også som det vil særlig sees fra figur 2, er det dannet diametralt mot-stående boringer 22 i skjørtdelen 20 (formet ved passende kjernestaver i de i sideretningen bevegbare støpeformdeler av den pressformende presse) ved den lokalisering hvor en gjennomgående boring må maskineres for mottak av en kryssbolt.

Figurene 5 til 7 viser det fullt ferdige maskinerte stempel 24 hvor den gjennomgående boring 26 for mottak av kryssbolten har blitt formet og stempelfjærspor 28 har blitt skåret i den perifere overflaten av kroneregionen. En drosseoperasjon har også blitt påført til toppflaten av kronen 16, men den aktuelle innadgående kuppel 14 har ikke blitt maskinert i hele tatt.

Det vil være åpenbart at oppfinnelsen ikke er begrenset til dannelsen av den spesielle innadgående kuppelkonfigurasjon vist i de vedlagte tegninger, selv om oppfinnelsen finner særlig anvendelse i pressforming av stempler for indre forbrennings-motorer til den form vist og beskrevet. Således kan mange former bli tilveiebragt på en pressformet gjenstand ved dannelsen av en egnet tilformet komprimert oppløselig saltkjerne som ikke vil kjemisk angripe metallet som skal pressformes og som vil være av tilstrekkelig integritet og overflatestruktur for å motstå trykkene som oppstår under pressformeoperasjonen og som vil danne en form i den formede gjenstand som ikke vil kreve noen påfølgende maskinering.

For eksempel, kan en gjennomgående boring skaffes til veie i et pressformet bindeledd av én endeløs belteenhet ved å skape en sylindrisk form av et oppløselig kjernemateriale i støpe-formhulrommet før innføringen av det smeltede metall deri. Alternativt, kan en besparelse gjøres ved bruk av det oppløse-lige kjernematerialet for frembringelsen av en sylindrisk gjennomgående boring i en formet gjenstand ved å anordne det oppløselige kjernematerialet som et belegg rundt et metallrør, hvor det oppløselige belegg i det etterfølgende blir brutt ned fra den pressformede gjenstand for derved å tillate uttrekning av metallrøret med mindre diameter.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for tilvirkning av en lettmetall-gjenstand (12,24) ved pressforming av smeltet metall i en støpeform, hvorved det smeltede metall innføres i støpeformen, støpe-formen lukkes under trykk for å fortrenge smeltet metall til å fylle opp et hulrom i støpeformen og metallet opprettholdes under trykk mens dets størkning finner sted, hvorpå støpe-formen åpnes og den tildannede gjenstand fjernes, karakterisert ved at en ønsket form tildannes i den pressformede gjenstand ved plassering av en kjerne (10) i støpeformhulrommet før innføring av smeltet metall i dette, og at kjernen (10) innbefatter en oppløselig saltkjerne fremstilt til å definere nevnte ønskede form kun ved isostatisk kompaktering av en finkornet saltblanding til en slik densitet og overflatefinhet at den bibeholder sin integritet under forholdene med vedvarende temperatur og trykk overført til denne av metallet under pressformings-operasjonen, hvoretter kjernen (10) blir oppløst fra den pressformede gjenstand (12,24).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at saltkjernen (10) isostatisk kompakteres ved et trykk på omtrentlig 2 07 MPa.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at saltet i saltkjernen (10) utgjøres av finkornet natriumklorid med en partikkelstørrelse på mellom 5 og 250 pm.

4. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at saltet som utgjør saltkjernen (10) blandes med et tørrende middel.

5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at saltet som utgjør saltkjernen (10) blandes med et ekspansjonsmodifiserende middel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det ekspansjonsmodifiserende middel velges fra gruppen innbefattende aluminiumoksyd, glass, kopperlegering, grafitt, talkum og aluminiumsilikat.

7. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at det smeltede metall utgjøres av aluminium eller magnesium eller en legering av disse.

8. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav for tilvirkning av et stempel (12,24) for en motor med indre forbrenning, karakterisert ved at stempelet pressformes med kronen ned i en pressformende presse med en nedre støpeformdel og et samvirkende toppstempel vertikalt bevegbare i forhold til hverandre, hvor den tildannede kjerne (10) plasseres i den nedre støpeformdel og tildannes slik at den former en kuppel i stempelkronen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at saltkjernen (10) tildannes for å gi en innadgående kuppelutforming i stempelkronen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at toppstempelet anordnes med magnetiske holdeinnretninger for å bære jernholdige ekspansjonsinnsatser for innarbeidelse i det pressformede stempel.