NO167635B - Maskin for trykkstoeping av metalldeler som eventuelt inneholder fibre av keramiske materialer. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en maskin for trykk-støpning av metalldeler, særlig av aluminium- og litium-legeringer eller magnesiumlegeringer. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en maskin for trykkstøpning som har et kaldt kammer for fremstillingen av metalldeler som eventuelt inneholder fibre av keramisk materialer, omfattende en nedre fast plate og en øvre bevegelig plate mellom hvilke er anbragt en form som har et hulrom i form av den del som skal støpes, idet nevnte nedre plate står 1 forbindelse med et injiseringsmiddel som er dannet av en beholder i hvilken er glidbar et stempel som understøttes av en stang, idet nevnte beholder er forbundet ved hjelp av åpningen med en ledning som er senket i et flytende bad av metallet som skal støpes, anbragt i et avtettet kar, hvilket kar kan settes under et trykk ?2 vec* hjelp av et gassinntak for derved å føre metallet mot beholderen.

En fagmann innenfor teknikken for støpning i en permanent form er godt klar over prosesser for trykkstøpning av metalldeler under anvendelse av særlig kald-kammermaskiner på en legering i den flytende tilstanden som anbringes i en beholder som er festet på en form. Legeringen eller metallet skyves av et stempel inn i et hulrom i løpet av en relativt kort tidsperiode. Deretter legges det et trykk, som kan overskride IO<2> MPa, på metallet i beholderen under hele størkningsperioden.

Slike prosesser gjør det mulig å produsere deler med en høy grad av dimensjonsmessig nøyaktighet med en meget god overflatetilstand, hvilket gjør det unødvendig deretter å måtte ty til en kostbar masklneringsoperasjon. I tillegg fører fraværet av stigerør og porter til en langt bedre støperesultat enn i tilfellet med gravitetsstøpning. Til sist er det ikke noe behov for å utføre varmebehandlinger på grunn av de gode mekaniske karakteristika som gis av de ubearbeidede støpte komponenter.

Alle disse fordeler gjør trykkstøpning til en prosess som anvendes 1 langt videre omfang, særlig i støpingsoperasJoner som involverer lettmetaller slik som aluminium og magnesium.

Imidlertid har visse vanskeligheter fremkommet når den støpningsprosessen ble utvidet til nye produkter slik som eksempelvis aluminium-litium-legeringer, visse legeringer av magnesium og sammensatte produkter som inneholder, foruten disse metaller, fibre av keramiske materialer.

Det er i realiteten kjent at aluminium-1itium- og magnesiumlegeringer er særlig følsomme for oksydering og at fiber-metallbindingen i de sammensatte materialer kan i stor grad svekkes av nærværet i metallet av oksyder eller andre sammensetninger som skyldes en virkning av omgivelsen.

Nå har imidlertid de fleste av kald-kammer-trykkstøpnings-maskinene hittil ikke tatt i betraktning det samvirket mellom støpeproduktene og luften.

Således blir eksempelvis i den trykkstøpningsmaskin som er beskrevet i US patent nr. 4 088 178, matingen av metallet til beholderen utført ved å frakoble injeksjonssystemet fra formen og så helning relativt vertikalen og fylling av beholderen ved hjelp av en øse. Det vil være åpenbart at, når man opererer på denne måten, er det ikke mulig å frembringe egnede deler fra legeringer som meget lett oksyderer.

Forut for det foregående patent, hadde US patent 3 058 179, med et fullstendig forskjellig siktemål i tankene, allerede angitt en maskin som delvis omhandler samvirkningsproblemet. I det tilfellet blir i realiteten beholderen matet i en tilstand hvor den er beskyttet fra luften ved hjelp av en ledning som senkes i et avtettet kar som inneholder metallet som skal støpes i den flytende form og er forsynt i sin øvre del med et inntak for en inert gass under trykk, ved hjelp av hvilket et øket trykk skapes på overflaten av væsken til å bevirke denne til å passere inn i beholderen. Ved den løsningen blir kontakt mellom det flytende metallet og atmosfæren unngått ved fyllingsøyeblikket for beholderen, men det løser ikke samvirkningsproblemet. Faktisk, ved oppad-bevegelsen av stemplet i beholderen for å komprimere metallet i hulrommet, er den luft som befinner seg i sylinderen hvori stemplet er glldbart og som omgir stempelstangen, i kommunikasjon med ledningen for innføring av væske i beholderen. Ettersom ved det tidspunkt metallet som befinner seg i ledningen begynner å strømme mot karet på ny, trekker det inn den luften og oksyderes som et resultat.

En annen vanskelighet som er en ennå større bekymring er som følger: Tar man hensyn til den høye bevegelseshastigheten for stemplet (mer enn 0,5 m/sek.), er kommunikasjon mellom ledningen og atmosfæren i sylinderen for stemplet meget hurtig slik at initielt har metallet ikke begynt å strømme tilbake mot karet når den kommunikasjon opptrer. Det vil så resultere i en strøm av metall innenfor sylinderen som hurtig kompromiterer riktig operasjon av stemplet og i de fleste tilfeller medfører en stopp av maskinen. Det er for å bøte på disse vanskeligheter at søkerne har søkt etter og oppdaget en ny maskin.

Den maskinen vil finnes innenfor rammen av US patent 3 058 179, dvs. den kombinerer med trykkstøpningsanordningen en mating av metall ved hjelp av en ledning som senkes i et kar fra hvilket metallet uttømmes mot en beholder ved virkningen av et gasstrykk ?2-

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes maskinen ved at nevnte ledning ved et punkt på sin side nær beholderen er forsynt med en inert gasskanal og en lomme under et trykk Pj som er avhengig av posisjonen av stemplet og P2. Dermed hindres eventuell strøm av flytende metall over stempelstangen og eventuelt inntak av luft i ledningen.

Ytterligere kjennetegnende trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og patentkravene.

Under disse betingelser, idet man antar at formen er klar til å bli matet, finner støpningen sted på den følgende måte: Inert gass blåses under et trykk inn i ledningen. Ettersom stemplet da er i en nedre posisjon, kan forbindelsen mellom beholderen og ledningen eksistere og den gassen kan spres inn i formens hulrom, hvorved det renses for luften som det inneholder.

Et økt trykk etableres så på overflaten av metallbadet som befinner seg i karet. For at metallet skal stige i ledningen, må det økte trykket Pg så være høyere enn Pj_. Når metallet har fylt ledningen og beholderen, stiger stemplet hurtig til å muliggjøre komprimering av metallet. Så snart som stemplet maskerer den kommuniserende åpningen mellom ledningen og beholderen, som detekteres ved hjelp av en hvilken som helst avføler eller detektor, blir gassen umiddelbart blåst inn på en slik måte at P^ blir høyere enn P2. Ved det øyeblikket blir metallet levert til karet og enhver strøm av metall mot sylinderen hindres ved det øyeblikket hvor stempelstangen fremkommer på åpningens nivå. Den gassen fyller så hele volumet som er tilbake mellom metallet og trykket derav, uttømmer luften som kommer fra stemplets sylinder. Det bør bemerkes at lengden av stemplet må være større enn høyden av åpningen som formidler ledningen med beholderen slik at metallet leveres før sylinderen kommuniserer med ledningen. Deretter, når stemplet skal bevege seg ned igjen og avmaskere åpningen, vil den gassen som så blåses inn under lavt trykk bli innført i beholderen og vil hindre eventuelt inntak av luft fra formen som da er åpen, inntil verdien av P2 som er blitt redusert til null for å lette returstrømmen av metallet til karet øker igjen til å sette igang en ny støpesyklus.

Dessuten er det blitt tilveiebragt ved punktet hvor gassen innblåses en slags lomme som anbringes på toppen av ledningen og innenfor hvilken en gasspute opprettholdes til å hindre metall fra å passere inn 1 systemet for innblåsing av gassen. Lommen er forsynt med en sonde som detekterer en abnormal reduksjon i høyden av gassputen og så bevirker åpningen av en spesiell belastet ventil for å muliggjøre dannelsen av trykk som behøves for å opprettholde den ønskede høyden.

Etablering av de passende trykkdifferanser Pj og ?2 utføres ved hjelp av et differensialmanometer som styres av en hvilken som helst avføler eller posisjonsdektektor og som virker på åpningen og lukkingen av passende ventiler.

Verdien av P2 må være minst lik verdien av det metallo-statiske trykket som tilføres av metallet når det fyller hulrommet. Hva angår differansen P^ - P2. er denne av størrelsesorden 0,01 MPa.

Oppfinnelsen kan illustreres ved hjelp av de vedlagte tegninger, hvor: Figur 1 er et riss i vertikalt aksielt snitt av en støpnings-installasjon og Figur 2 er et skjematisk riss av installasjonen for matingen

av gass til karet og ledningen.

Idet det vises ti figur 1, er der vist den nedre faste platen 1 og den øvre bevegelige platen 2 i en vertikal trykk-støpningsmaskin. Anbragt mellom de platene er formen 3 som har et hulrom 4. Den nedre platen er utstyrt med en injise-ringsanordningen som er dannet av beholderen 5, hvori glir stemplet 6 som understøttes av stangen 7 som bevirkes til å bevege seg med en frem- og tilbakegående bevegelse ved hjelp av donkraften 18. Beholderen 5 forbindes ved hjelp av åpningen 8 til ledningen 9 som senkes i badet 10 av metall som skal støpes, hvilket befinner seg i digelen 11 som er anbragt i det avtettede karet 12 som kan settes under trykk ved hjelp av gasslnntaket 13 for å føre metallet ved hjelp av ledningen 9 til beholderen 5. I henhold til oppfinnelsen blir en lnert gass injisert i kanalen 14 ved et punkt 15 på ledningen 9 i henhold til et trykk som er knyttet til det trykket som oppnås i karet i avhengighet av posisjonen for stemplet, slik som detektert av avføleren 17, hvilket trykk kan styres ved hjelp av differenslalregulatormanometeret 16.

Figur 2 viser komponentene i figur 1, nemlig beholderen 5, stemplet 6, stangen 7, åpningen 8, ledningen 9, metallbadet 10, digelen 11, karet 12, gasslnntaket 13, kanalen 14, injlseringspunktet 15, manometeret 16 og avføleren 17.

Foruten disse elementer, er også vist alle de som tillater at installasjonen kan betjenes. I sirkulasjonsretningen for gassene er de som følger:

på gasslnntaket 13:

høytrykks trykk-reduksjonsinnretningen 20

lavtrykks trykk-reduksjonsinnretningen 21

den elektrisk betjente ventilen 22 som muliggjør enten strømmen av gass til karet eller forbindelsen mellom karet og luften

strømningsstyreenheten 23

tilbakeslagsventilen 24

på ledningen 14:

høytrykks trykk-reduksjonsinnretningen 25

lavtrykks trykk-reduksjonsinnretningen 26

den elektrisk betjente toveis-ventilen 27

den elektrisk betjente treveis-ventilen 28, hvor en av dens veier kommuniserer med atmosfæren.

Det paret av ventiler gjør det mulig å regulere trykket Pj i ledningen med hensyn til trykket P2 i beholderen ved hjelp av differensialmanomeret 16.

I realiteten, hvis P^ er korrekt, er de to ventilene stengt, hvis Pi er for lavt, er ventilen 27 åpen og kommunikasjonen med luften 1 ventilen 28 er stengt. Hvis er altfor høyt, er ventilen 27 stengt og kommunikasjonen mellom ventilen 28 og luften er åpen.

den elektrisk betjente ventilen 29, hvis åpning tillater en vesentlig strømningstakt av Injisert gass

strømningsstyreenheten 30

tilbakeslagsventilen 31

strømningstaktmåleren 32

den elektrisk betjente ventilen 33 som muliggjør

stopp eller passasje av injisert gass mot 15

den elektrisk betjente ventilen med sin strømnings-taktstyreenhet 35 som etter en svikt hos den injiserte gasskretsen åpner kun dersom sonden 36 angir en oppadbevegelse av metallet ved nivået for punktet 15 og risikoen for blokkasje av kanalen.

I løpet av en støpningssyklus opererer installasjonen på den følgende måte: 1. Ettersom formen er åpen for å ekstrahere delen, er karet på atmosfærisk trykk ved hjelp av ventilen 22, stemplet er i den nedre posisjon, ventilen 28 er stengt, og diffe-rensialmanometeret 16 på posisjonen P^ > ?2» slik at en lav strømningstakt av gass ankommer ved 15 ved hjelp av strømningstaktstyreenheten 30 og ventilen 33. 2. Formen stenges på ny, klar for en ny injiseringsoperasjon. Situasjonen for de foregående elementer forblir identisk slik at gassen sveiper gjennom hulrommet og driver ut luften derfra. 3. Når injiseringsordrene er gitt, stenger ventilen 33, idet kammeret 15 isoleres, hvorved betingelsen P^ > P2 opp-heves, mens ventilen 29 åpner. Ventilen 22 muliggjør strømmen av gassen til karet og bevirker det flytende metallet til å stige mot beholderen. Når stemplet begynner sin oppadbevegelse, er ventilen 29, som er åpen, klar til å gl det tilstrekkelige gasstrykket Pj > P2 til å hindre innføringen av metall i kretsen for injisering av gass ved dannelsen av en beskyttende pute ved punktet 15. 4. Så snart stemplet avstenger åpningen 8, åpnes ventilen 33 slik at Pi blir høyere enn P2 og akselererer returstrømmen av metall mot karet til å hindre eventuell strøm av metall inn i sylinderen ved det tidspunkt hvor stempelstangen fremkommer ved stedet for åpningen 8 og eventuelt inntak av luft fra nevnte sylinder. 5. Stemplet fortsetter sin bevegelse i oppadretning under størkning av delen, mens ventilen 22 kommuniserer med luften til å bevirke P2 til å falle. P^ moduleres på P2 for vedvarende å ha P^ > P2• 6. Idet ventilene forblir i den samme posisjon, åpnes formen og stemplet i sin stigende bevegelse kaster ut injeksjons-pelleten. 7. Stemplet går tilbake til den nedre posisjon. Ved det øyeblikket som det åpner åpningen 8, stenger ventilen 29 slik at et ørlite gasstrykk frembringes ved hjelp av styreenheten 30 for å rense beholderen.

Støpningssyklusen startes så på nytt.

Det vil være åpenbart at alle de operasjonene foretas automatisk under anvendelse av regulerings- og styreanord-ninger som er velkjente for fagmannen.

Claims (4)

1. Maskin for trykkstøpning som har et kaldt kammer for fremstillingen av metalldeler som eventuelt inneholder fibre av keramisk materiale,•, omfattende en nedre fast plate (1) og en øvre bevegelig plate (2) mellom hvilke er anbragt en form (3) som har et hulrom (4) i form av den del som skal støpes, idet nevnte nedre plate (1) står i forbindelse med et injiseringsmiddel som er dannet av en beholder (5) i hvilken er glldbar et stempel (6) som understøttes av en stang (7), idet nevnte beholder er forbundet ved hjelp av åpningen (8) med en ledning (9) som er senket i et flytende bad (10) av metallet som skal støpes, anbragt i et avtettet kar (12), hvilket kar kan settes under et trykk P2 ved hjelp av et gassinntak (13) for derved å føre metallet mot beholderen, karakterisert ved at nevnte ledning (9) ved et punkt (15) på sin side nær beholderen er forsynt med en inert gasskanal (14) og en lomme under et trykk P^ avhengig av posisjonen for stemplet (6) og P2.

2. Maskin som angitt i krav l, karakterisert ved at Pg er høyere enn P^ under perioden for mating av metallet til beholderen og hulrommet, og P^ er høyere enn P2 ved det tidspunkt når stemplet i sin oppad bevegelse maskerer åpningen (8).

3. Maskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at trykket er lavere enn P^ på tidspunktet hvor stemplet i sin nedad bevegelse åpner åpningen (8), inntil P2 øker.

4. Maskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at trykkdifferanser P]_ og P2 oppnås ved hjelp av et differensialt manometer (16) som styres av en avføler (17).