NO175415B - Forbedring ved en fremgangsmåte for skumavbrenningsstöping under kontrollert trykk, av metallgjenstander - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelsen angår en forbedring av fremgangsmåten for skumavbrenningsstøping såkalt "lost-foam" støping, under kontrollert trykk, av metallgjenstander og spesielt av aluminium og legeringer derav, der modellen av organisk skum av gjenstanden som skal støpes er nedsenket i en form viss vegger er definert av et bad av tørr sand og ikke inneholdende bindemiddel idet formen kan fylles med metall i flytende tilstand og som gradvis kommer i stedet for skummet ved avbrenning av dette og der det så legges på formen og metallet, fortrinnsvis før metallet begynner å størke, et kvasiisostatisk gasstrykk som øker over tiden inntil den når en konstant verdi på mellom 0,5 og 10 MPa hvorved trykkstigningsfasen gir et overtrykk i det smeltede metall i forhold til sanden hvor maksimum ligger innen de første 5 sekunder under stigningen, som beskrevet i FR-PS 2.606.688 publisert 20/5-1988.

Det er kjent for fagmannen, hovedsakelig fra US-PS 3 157 924 at modellen av polystyrenskum som nedsenkes i en form tildannet fra tørrstoff og ikke inneholdende bindemiddel, kan benyttes for støping. I en slik prosess blir metallet som skal støpes og som på forhånd er smeltet, bragt i kontakt med modellen ved hjelp av kanaler som trenger gjennom sanden og som gradvis kommer i stedet for modellen ved å brenne den av og omdanne det til damp som så slipper ut mellom sandkornene.

Denne metode er funnet attraktiv i industriell skala fordi den unngår den preliminære fremstilling, ved kompaktering og agglomerering, av pulverformige ildfaste materialer, av stive former forbundet på heller komplisert måte til kjerner ved hjelp av kanaler og tillater enkel gjenvinning av støpet og lett sirkulering av støpte materialer.

Imidlertid har denne metode enkelte mangler:

Den relative langsomhet ved størkningen gir dannelse av gasshull;

Den relative svakhet ved de termiske gradienter som kan forårsake mikrokrymping hvis gjenstandens omriss gjør tilmatningen derav vanskelig.

Med det formål å overvinne slike mangler er det nå utviklet en skumavbrenningstørking-støpeprosess som er gjenstand for den søknad som er publisert i Frankrike under nr. 2.606.688.

Denne søknad beskriver at, etter at man har fylt formen med smeltet sand, det vil si når modellen helt er ødelagt av metallet, dampen som avgis fra skummet er fjernet og fortrinnsvis før metallet begynner å størkne, et isostatisk gasstrykk utøves på form og metall. Dette trykk legges på i verdier som økes med tiden for å unngå fenomenet med metallpenetrering og derfor nås den maksimale verdi i løpet av mindre enn 15 sekunder.

I denne søknad ble det maksimale trykk fiksert til mellom 0,5 og 1,5 MPa. Imidlertid ble dette området senere endret til 10 MPa i det franske tilleggssertifikat nr 89-11943 av 7/9-1989 slik at, blandt andre forbedringer, utmattelsesmotstandsevnen for de fremstilte gjenstander kunne økes.

I mellomtiden er det også funnet at, i tillegg til fenomenet med metallpenetrering som fører til deformering av gjenstanden, foregående flytendegjøring av skummet fulgt av forgassing under forbrenningen av skummet på grunn av metallet, dannet et trykk slik at gass penetrerte inn i metallet og dannet blåsehull deri og forårsaket opptredenen av karboninklusjoner fra ufullstendig forbrenning av skum-restene.

For å overvinne dette nye problem anbefalte man en forbedring som utgjør gjenstanden for en søknad for et tilleggs-sertif ikat av 7. mars 1989 under nummeret 89-03706 og som involverte økning av trykket i en mengde slik at det, som funksjon av kornstørrelsen i sanden og nedsenkningsdybden av modellen, hurtig og temporært ved trykktap under sanden dannes et høyere trykk i det smeltede metall enn i sanden i området for grenseflaten idet dette overtrykk når en verdi inneholdt mellom to grenser og deretter reduseres etterhvert som trykket øker, for derved å holde trykket konstant inntil størkning er fullstendig.

Økningshastigheten for trykket er fortrinnsvis mellom 0,003 og 0,3 MPa/sek og jo større tykkelsen i gjenstanden er jo lavere er hastigheten idet det maksimale overtykk nås i løpet av mindre enn 2 sekunder.

Man har forsøkt ytterligere å forbedre fremgangsmåten innen-for rammen av basispatentsøknaden og dens forbedringer. Således er det kjent at det maksimale trykk skulle legges på før det støpte metall nådde en viss grad av størkning, ellers ville virkningen av trykket sterkt fremheves. Nå er det også observert at, for å unngå fenonomenet med metallpenetrering og penetrering inn i gjenstanden av gass fra fordamping av skummet, et gitt område for overtrykk må overholdes til å begynne med. Dette forutsetter at trykket, for å unngå et for stort overtrykk, bør økes moderat i de første påleggnings-sekunder. Hvis imidlertid denne økning holdes på samme verdi under pålegging av trykk finnes det at alt metall tilsyne-latende er størknet før det maksimale trykk nås og effekti-viteten ved prosessen derfor er begrenset.

Dette er hvorfor man hadde ideen om å øke trykket i to trinn.

Således angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis beskrevne art og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at trykket til å begynne med økes i en hastighet på mellom 0,003 og 0,3 MPa/sek for et første tidsrom på høyst 5 sekunder fra begynelsen av stigningen av trykket hvoretter det så oppnås en høyere hastighet enn den i den første periode i løpet av den annen periode inntil maksimalt trykk er nådd.

Således er det mulig å overholde betingelsen for å forhindre metallpenetrering og karboninklusjoner og for å nå det maksimale trykk før metallet fullstendig har størknet. Den første periode er fortrinnsvis på høyst 2 sekunder fordi denne verdi vanligvis er tilstrekkelig til å unngå de ovenfor nevnte mangler. Økningen i hastigheten for trykkstigningen kan oppnås på to forskjellige måter;

enten arbeider man i to trinn under hvert av hvilke det først legges på en lav konstant hastighet og så en høy-konstant hastighet. Trykkurven over tid representeres derfor ved to rette deler med et fellespunkt som befinner seg ved en tid t < 5 sek. Dette kan oppnås ved å anbringe en ventil eller to ventiler med to forskjellige tverr-snittsåpninger i gasskretsen; eller

man arbeider med en prosess under hvilken hastigheten økes kontinuerlig. Trykkurven representeres deretter ved en kontinuerlig økende kurve hvori verdien av v er mindre enn 0,3 MPa/sek i en tid t < 5 sek. Dette kan oppnås ved hjelp av en ventil der strømningstverrsnittet progressivt økes. Et ikke begrensende eksempel på denne prosess involverer adaptering av en åpningslov som gir en lineær økning i hastigheten med tiden med formelen dP/dt = kt, noe som fører til en parabolsk trykklov p = Vi kt<2>.

Oppfinnelsen skal illustreres ved hjelp av følgende eks-empler .

EKSEMPEL 1

Et hode for en forbrenningsmotor ble fremstilt fra en aluminiumlegering av A-S7U3G typen inneholdende 6,3 vekt-# silisium, 3,1 vekt-# kobber, 0,3 vekt-# magnesium og resten aluminium og vanlige urenheter. Topplokket hadde en tykk flens og tynne vev med en tykkelse på 3 mm for hvilke tiden for oppnåelse av en størkningsgrad på 30 % var ca 4 sek; videre var metallveien lang og førte til en lav matehastighet ved enden av fyllingen og nødvendig gjorde overheting av metallet.

Metallet ble støpt i en form inneholdende polystyrenmodellen nedsenket i sand, og et maksimalt trykk på 1,5 MPa ble lagt på i henhold til oppfinnelsen i overenstemmelse med følgende prosedyre: en økning på 0,25 MPa/sek for å oppnå et trykk på 0,5 MPa i løpet av de første 2 sek;

en økning på 0,5 MPa/sek for å oppnå et trykk på 1,5 MPa iløpet av de følgende 2 sekunder.

Denne prosedyre ble gjennomført ved å benytte to ventiler med forskjellig tverrsnitt anbragt i gassmatekretsen.

Problemene med metallpenetrering og karboninklusjon i gjenstanden ble således unngått mens man oppnådde betingelsen slik at det maksimale trykk ble nådd før størkningsgraden nådde 30 %.

I henhold til den kjente teknikk ville påleggning av et trykk som øket med tiden, for å oppnå 1,5 MPa i 4 sek, ha ført til en økning på 0,375 MPa/sek og denne verdi overskrider grensen på 0,30 MPa/sek som gjelder ifølge 89-03706.

EKSEMPEL 2

En baerearm ble fremstilt fra en aluminium av A-S7U3G typen inneholdende 7,5 vekt-# silisium, 0,25 vekt-# magnesium og resten aluminium og vanlige urenheter. Armen hadde en vanlig tykkelse på 0,6 til 8 mm og tiden som var nødvendig for å nå en størkningsgrad på 30 # var ca. 20 sek.

Metallet ble støpt inn i formen og et maksimaltrykk på 8 MPa ble lagt på ifølge oppfinnelsen i henhold til prosedyren som involverte oppnåelse, ved hjelp av en styrt ventil, av en parabolsk stigning av trykket tilsvarnede formelen P = 2xl0-<2 >t<2> der P uttrykkes i MPa og t i sekunder hvorved dette oppnås ved hjelp av en trykkhastighetsstigning dP/dt = 4xl0~2t.

Prosedyren tillot:

iløpet av de første 2 sekunder, oppnåelsen av en økende hastighet som ikke overskred 0,08 MPa/sek. og derfor lå langt lavere enn grensen på 0,30 MPa/sek som gjelder ifølge søknad 89-03706 for å unngå metallpenetrering men høyere enn, fra øyeblikket t = 0,075 sekunder, den nedre grense på 0,003 MPa/sek som sikrer grundig evakuering av

gass og væskerester fra modellen;

etter 20 tilgjengelige sekunder var oppnåelsen av trykket på 8 MPa nødvendig for at kompakt er ingen helt ut skulle kunne gjennomføres.

Problemet med metallpenetrering og karboninklusjon i gjenstanden unngås således ved å adoptere betingelser slik at det maksimale trykk nås før størkningsgraden når 30 %.

Ifølge den kjente teknikk ville påleggelsen av et trykk som over tid øker, for å oppnå 8 MPa i løpet av 20 sek., ha ført til en økning på 0,4 MPa/sek idet denne verdi overskrider den grense som var nødvendig for å unngå metallpenetrering.

Claims (4)

1. Framgangsmåte for skumavbrenningsstøping under kontrollert trykk av metallgjenstander, spesielt aluminium og legeringer derav, der modellen av organisk skum av gjenstanden som skal støpes er nedsenket i en form hvis vegger er definert av et bad av tørr sand og ikke inneholdende bindemiddel, idet formen kan fylles med metall i flytende tilstand og som gradvis kommer i stedet for skummet ved avbrenning av dette og der det så legges på formen og metallet, fortrinnsvis før metallet begynner å størke, et kvasiisostatisk gasstrykk som øker over tiden inntil den når en konstant verdi på mellom 0,5 og 10 MPa hvorved trykkstigningsfasen gir et overtrykk i det smeltede metall i forhold til sanden hvor maksimum ligger innen de første 5 sekunder av stigningen, karakterisert ved at trykket til å begynne med økes i en hastighet på mellom 0,003 og 0,3 MPa/sek i en første periode på høyst 5 sekunder fra begynelsen av stigningen av trykket hvoretter det økes i en hastighet høyere enn den i den første periode, i en andre periode inntil det maksimale trykk er nådd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første periode er høyst 2 sekunder.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten er konstant under hver av de to perioder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten øker kontinuerlig i løpet av de to perioder.