NO178367B

NO178367B - Method for filling cavities in a mold of sand, and sand form for carrying out the method

Info

Publication number: NO178367B
Application number: NO912403A
Authority: NO
Inventors: Pascal Sourlier
Original assignee: Pont A Mousson
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-12-04
Also published as: PL290755A1; MX173409B; CA2044879C; JPH07112593B2; RU2046034C1; FR2663570A1; HU206845B; NO912403L; DK0463911T3; CS188191A3; EP0463911B1; EP0463911A1; NO178367C; ATE120113T1; HU912080D0; FI96097B; ES2071941T3; BR9102619A; CA2044879A1; FI96097C

Abstract

At each stage of the mould (4), the sum of the areas of the inlet cross-sections of the intermediate channels (30A, 30B) which feed the casting runners (32A, 32B) is markedly smaller than the area of the cross-section of the casting pool. Application to the multi-stage casting of thin-wall castings. <IMAGE>

Description

Foreliggende oppfinnelse angår støping av metall under lavt trykk i en sandform med flere etasjer. Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fylling av hulrommene i en sandform som har flere etasjer, ved støping av metall under lavt trykk, idet fyllingen skjer via en støpesjakt, og for hver etasje, via i det minste en mellomliggende kanal som kommuniserer med sjakten og med åpninger som forbinder kanalen med hulrommet eller hvert hulrom. The present invention relates to the casting of metal under low pressure in a sand mold with several floors. The invention relates to a method for filling the cavities in a sand mold which has several floors, by casting metal under low pressure, the filling taking place via a casting shaft, and for each floor, via at least one intermediate channel which communicates with the shaft and with openings which connects the channel with the cavity or each cavity.

Oppfinnelsen angår dessuten en sandform beregnet for utførelse av fremgangsmåten. Denne form er av den type som omfatter en støpesjakt og i det minste to etasjer i hver form, omfattende i det minste et hulrom som kan gis tilførsel via åpninger som er i forbindelse med støpesjakten via i det minste en mellomliggende kanal. The invention also relates to a sand mold intended for carrying out the method. This mold is of the type that comprises a casting shaft and at least two floors in each mold, comprising at least one cavity which can be supplied via openings which are in connection with the casting shaft via at least one intermediate channel.

Teknikken med støping under lavt trykk (se f.eks. FR-A-2.295.808, 2.367.566 og 2.556.996) er særlig fordelaktig når det gjelder gravitasjonsstøping, for fremstilling av metall-deler med liten veggtykkelse og/eller komplisert fasong og/eller med store dimensjoner. Trykket som utøves av metallet, og som oppstår ved innstrømning av en gass i en tett lomme som inneholder metallsmelten, kan reguleres etter behov for å drive metallet inn i alle deler av hulrommene. The technique of casting under low pressure (see e.g. FR-A-2,295,808, 2,367,566 and 2,556,996) is particularly advantageous when it comes to gravity casting, for the production of metal parts with small wall thickness and/or complicated shapes and/or with large dimensions. The pressure exerted by the metal, which results from the influx of a gas into a tight pocket containing the molten metal, can be regulated as needed to drive the metal into all parts of the cavities.

I den konvensjonelle teknikk er det i hver etasje i formen en eneste mellomliggende kanal med stort tverrsnitt, eller to diametralt motsatt, mellomliggende kanaler med stort tverrsnitt, som forbinder støpesjakten med gruppen av åpninger i etasjen. In the conventional technique, in each floor of the mold there is a single intermediate channel of large cross-section, or two diametrically opposite intermediate channels of large cross-section, which connect the casting chute with the group of openings in the floor.

Dette medfører de følgende ulemper, som skyldes det store tverrsnittet til kanalen eller kanalene. 1) Det oppstår kraftig turbulens ved strømningen av metallet, og dette fremmer erosjon av sanden og innestengning av luftblærer, hvilket er skadelig for kvaliteten til de gjenstander som dannes. 2) Det er ikke mulig å få metallet til å stige hurtig til toppen av støpesjakten, og fyllingen skjer etasje for etasje, hvilket ikke muliggjør at det kan dras nytte av This entails the following disadvantages, which are due to the large cross-section of the channel or channels. 1) Strong turbulence occurs in the flow of the metal, and this promotes erosion of the sand and entrapment of air bubbles, which is detrimental to the quality of the objects formed. 2) It is not possible to get the metal to rise quickly to the top of the casting shaft, and the filling takes place floor by floor, which does not make it possible to take advantage of

alle fordelene med støping under lavt trykk. all the advantages of low pressure casting.

3) Når trykket minsker, etter størkning av innløpene som danner lukning (se FR-A-2.295.808), vil metallet som befinner seg i den mellomliggende kanal og som utgjør et forholdsvis stort volum som avkjøles i betydelig grad, strømme tilbake til støpesjakten. Ved den etterfølgende støping er det mindre varmt metall som først stiger opp i støpesjakten, hvilket går ut over kvaliteten til visse støpte gjenstander. Av samme grunn er det nødvendig med en stor fortrengning av metall for hver støping. 3) When the pressure decreases, after solidification of the inlets which form a closure (see FR-A-2,295,808), the metal which is located in the intermediate channel and which constitutes a relatively large volume which cools to a considerable extent, will flow back to the casting shaft . In the subsequent casting, less hot metal first rises into the casting shaft, which affects the quality of certain cast objects. For the same reason, a large displacement of metal is required for each casting.

Et formål med oppfinnelsen er å unngå disse ulemper. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at strømmen av metallsmelten strupes i hver etasje ved innløpet til de mellomliggende kanaler, og at metallsmelten avlastes etter innløpet i de mellomliggende kanaler, og senest ved innløpet til åpningene. An object of the invention is to avoid these disadvantages. The method according to the invention is characterized by the fact that the flow of the molten metal is throttled on each floor at the entrance to the intermediate channels, and that the molten metal is relieved after entering the intermediate channels, and at the latest at the entrance to the openings.

I henhold til en utførelsesform innføres det i tilførselsrøret en mengde av metallsmelte beregnet til å bevirke at metallet stiger over alle de mellomliggende kanaler. I henhold til en utførelsesform opprettholdes trykket ved tilførselen til formen inntil størkning har skjedd i alle de mellomliggende kanaler, hvoretter trykket senkes. According to one embodiment, a quantity of molten metal calculated to cause the metal to rise above all the intermediate channels is introduced into the supply pipe. According to one embodiment, the pressure is maintained at the supply to the mold until solidification has occurred in all the intermediate channels, after which the pressure is lowered.

Sandformen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at summen av arealene til innløpstverrsnittene til de mellomliggende kanaler i hver etasje er mindre enn arealet til tverrsnittet av støpesjakten, og at summen av arealene til tverrsnittene av åpningene som gis tilførsel via den samme kanal i det minste er lik arealet til innløpstverrsnittet av denne kanal. The sand mold according to the invention is characterized by the fact that the sum of the areas of the inlet cross-sections of the intermediate channels on each floor is smaller than the area of the cross-section of the casting shaft, and that the sum of the areas of the cross-sections of the openings supplied via the same channel is at least equal the area of the inlet cross-section of this channel.

I henhold til en utførelsesform gis hvert hulrom tilførsel via i det minste to mellomliggende kanaler som rager til hver side av støpesjakten. I henhold til en utførelsesform er summen av arealene til innløpstverrsnittene av de mellomliggende kanaler i hver etasje mindre enn 10 % av arealet til tverrsnittet av According to one embodiment, each cavity is supplied via at least two intermediate channels which project to either side of the casting shaft. According to one embodiment, the sum of the areas of the inlet cross-sections of the intermediate channels in each floor is less than 10% of the area of the cross-section of

støpesjakten. the casting shaft.

Sandformen i henhold til oppfinnelsen kan inngå i utstyr for støping av metall under lavt trykk, idet utstyret forøvrig omfatter en smeltebeholder, fra hvilken et tilførselsrør rager oppover, et forråd med gass under trykk tilkoblet beholderen, samt midler for å koble bunnen av støpesjakten i sandformen til åpningen av tilførselsrøret. The sand mold according to the invention can be included in equipment for casting metal under low pressure, the equipment also comprising a melting container, from which a supply pipe projects upwards, a supply of gas under pressure connected to the container, as well as means for connecting the bottom of the casting shaft in the sand mold to the opening of the supply pipe.

Et ikke begrensende eksempel på utførelse av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser skjematisk, i vertikalsnitt, utstyr for støping, opmfattende en sandform i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser en sandform i henhold til oppfinnelsen, og som inngår i dette utstyr, vist i snitt etter linjen li-ll i fig. 3. Fig. 3 viser et snitt etter linjen III-III i fig. 2. A non-limiting example of the embodiment of the invention will be described in the following with reference to the attached drawings. Fig. 1 shows schematically, in vertical section, equipment for casting, comprising a sand mold according to the invention. Fig. 2 shows a sand mold according to the invention, and which is included in this equipment, shown in section along the line li-ll in fig. 3. Fig. 3 shows a section along the line III-III in fig. 2.

Utstyret vist i fig. 1 omfatter en beholder 1 som utgjør et forråd av metallsmelte 2, et stativ 3 som holder formen og en sandform 4. Utstyret er beregnet for støping under lavt trykk (grått støpejern eller støpejern med kulegrafitt), stål eller en superlegering. Bortsett fra den indre utforming av formen er utstyret slik som beskrevet i FR-A-2.295.808. The equipment shown in fig. 1 comprises a container 1 which forms a supply of molten metal 2, a stand 3 which holds the mold and a sand mold 4. The equipment is intended for casting under low pressure (gray cast iron or cast iron with nodular graphite), steel or a superalloy. Apart from the internal design of the mold, the equipment is as described in FR-A-2,295,808.

Den faste beholderen 1 omfatter et øvre lokk 5 som er tett festet til sideveggene og sperret ved hjelp av passende midler (ikke vist). Et boss 6 rager gjennom en åpning 7 i lokket 5. Dette boss 6 har et nedre, rørformet parti 8 med en ytterdia-meter som tilsvarer diameteren til åpningen 7 og et øvre parti 9, generelt med stumpkonisk form, som ligger tettende mot omkretsen av åpningen 7 med sin plane flate 10. En tetnings-ring 11 dannet av en myk streng er innført i et spor i bunnen 10 på bosset. Gjennom bosset 6 er ført et tilførselsrør 12 av et ildfast material, ragende ned i smeiten nær bunnen av beholderen 1. Det øvre parti av røret 12 har sin munning ved midten av bosset 6, på høyde med den plane, øvre enden av dette. The fixed container 1 comprises an upper lid 5 which is tightly attached to the side walls and blocked by suitable means (not shown). A boss 6 protrudes through an opening 7 in the lid 5. This boss 6 has a lower, tubular part 8 with an outer diameter corresponding to the diameter of the opening 7 and an upper part 9, generally of frustoconical shape, which lies sealingly against the circumference of the opening 7 with its flat surface 10. A sealing ring 11 formed by a soft string is inserted into a groove in the bottom 10 of the boss. A supply pipe 12 of a refractory material is passed through the boss 6, projecting down into the forge near the bottom of the container 1. The upper part of the pipe 12 has its mouth at the center of the boss 6, at a level with the flat, upper end thereof.

Beholderen 1 er tilkoblet et forråd 13 med gass under trykk, via en ledning 14, og forbindelsen mellom beholderen 1 og forrådet 13 under trykk eller med atmosfæren skjer ved hjelp av en passende innretning 15 på utsiden av beholderen. Et manometer 16 muliggjør kontroll av trykket inne i beholderen under støpingen. The container 1 is connected to a supply 13 of gas under pressure, via a line 14, and the connection between the container 1 and the supply 13 under pressure or with the atmosphere takes place by means of a suitable device 15 on the outside of the container. A manometer 16 enables control of the pressure inside the container during casting.

Stativet 3 omfatter ben 17 som nederst er utstyrt med hjul 18 som ligger mot to skinner 19. The stand 3 includes legs 17, which are equipped at the bottom with wheels 18 which lie against two rails 19.

Benene 17 er ved den øvre ende innbyrdes forbundet ved hjelp av en plate 2 0 som holder en sylinder 21 som er rettet nedover, idet stempelstangen 22, som er hengslet i sin nedre ende, holder en trykkplate 23. The legs 17 are interconnected at the upper end by means of a plate 20 which holds a cylinder 21 which is directed downwards, the piston rod 22, which is hinged at its lower end, holds a pressure plate 23.

Benene 17 har hvert en krave 24 som en skruefjær 25 trykker mot. En horisontal bæreplate 2 6 kan forskyves vertikalt langs et parti av benene 17 som befinner seg over kravene 24, og denne platen ligger hele tiden mot den øvre enden av fjærene 25 og trykkes oppover av disse. Når det ikke virker noen kraft nedover mot platen 26, befinner denne seg på et høyere nivå enn den øvre enden av bosset 6. En sirkelformet åpning 27 med tilstrekkelig diameter til gjennomføring av bosset 6 er dannet i platen 26. The legs 17 each have a collar 24 against which a coil spring 25 presses. A horizontal support plate 26 can be shifted vertically along a part of the legs 17 which is located above the claims 24, and this plate is constantly against the upper end of the springs 25 and is pressed upwards by them. When there is no downward force acting on the plate 26, this is at a higher level than the upper end of the boss 6. A circular opening 27 of sufficient diameter for the passage of the boss 6 is formed in the plate 26.

Formen 4 er en sandform med flere etasjer, f.eks. tre etasjer, slik som vist i fig. 2. Den omfatter en vertikal støpesjakt 28, med sirkeltverrsnitt som omtrent er lik tverrsnittet til tilførselsrøret 12. Sjakten er åpen nedentil, der det er en utsparing 29 som har stumpkonisk form tilpasset formen til bosset 6. Sjakten rager nesten frem til den øvre enden av formen. Form 4 is a sand form with several floors, e.g. three floors, as shown in fig. 2. It comprises a vertical casting chute 28, with a circular cross-section approximately equal to the cross-section of the supply pipe 12. The chute is open below, where there is a recess 29 which has a frustoconical shape adapted to the shape of the boss 6. The chute projects almost to the upper end of the shape.

De tre etasjer er like, og konstruksjonen for hver etasje fremgår av fig. 3. Fra støpesjakten 28 rager horisontalt to kanaler 3OA og 3OB, som rager i forlengelsen av hverandre, til hver side av sjakten 28. Etasjen omfatter to like hulrom 31 med langstrakt form. Hvert hulrom, som rager til begge sider av sjakten 28, gis tilførsel via tre åpninger. I det viste eksempel er det for hvert hulrom en åpning 32A på en side av sjakten og to åpninger 32B på den andre siden. De tre åpninger 32A forbinder hulrommene med en kanal 3OA, og de tre åpninger 32B forbinder hulrommene med en kanal 3OB. Hver kanal 30A eller 30B forbinder således støpesjakten med alle de åpninger som befinner seg på den samme siden av sjakten 28, og bidrar således til fylling av de to hulrom i etasjen. The three floors are the same, and the construction for each floor is shown in fig. 3. From the casting shaft 28, two channels 3OA and 3OB protrude horizontally, which extend in extension of each other, to each side of the shaft 28. The floor comprises two equal cavities 31 with an elongated shape. Each cavity, which projects to both sides of the shaft 28, is supplied via three openings. In the example shown, for each cavity there is one opening 32A on one side of the shaft and two openings 32B on the other side. The three openings 32A connect the cavities with a channel 3OA, and the three openings 32B connect the cavities with a channel 3OB. Each channel 30A or 30B thus connects the casting shaft with all the openings which are located on the same side of the shaft 28, and thus contributes to the filling of the two cavities in the floor.

Kanalene 3OA og 3OB har et forholdsvis lite tverrsnitt. Nærmere bestemt er summen av arealene til tverrsnittene av de mellomliggende kanalene 3OA, 3OB i en etasje litt mindre enn arealet til tverrsnittet av støpesjakten 28, f.eks. mindre enn 10 % av dette areal. Dersom kanalene varierer i tverrsnitt er det tverrsnittet ved innløpet som oppfyller denne betingelse. The channels 3OA and 3OB have a relatively small cross-section. More specifically, the sum of the areas of the cross-sections of the intermediate channels 3OA, 3OB on one floor is slightly smaller than the area of the cross-section of the casting shaft 28, e.g. less than 10% of this area. If the channels vary in cross-section, it is the cross-section at the inlet that meets this condition.

Dessuten er summen av arealene til tverrsnittene av de åpninger som gis tilførsel fra den samme kanal i det minste lik arealet til tverrsnittet eller tverrsnittene av innløpet til denne kanal. Moreover, the sum of the areas of the cross-sections of the openings which are fed from the same channel is at least equal to the area of the cross-section or cross-sections of the inlet to this channel.

Virkemåten til utstyret er som følger: Stativet 3 fjernes fra beholderen 1, og en passende, ildfast tetning 33 anbringes mot bunnen i utsparingen 29 i formen 4. Formen 4, som i hvert hulrom inneholder en ikke vist kjerne, anbringes på platen 2 6 og sentreres etter åpningen 27 i denne, hvoretter stativet 3 anbringes på skinnene 19 over beholderen 1 med metallsmelte, slik at bosset 6 befinner seg innrettet etter utsparingen 29 i formen. Sylinderen 21 aktiveres for forlengelse, slik at formen 4 og bæreren 26, via platen 23, senkes mot kraften i fjærene 25. Denne operasjon bevirker trykk mot tetningen 33 mellom bunnen i utsparingen 29 og bosset 6, og sikrer tett sammenkobling mellom støpesjakten og tilførselsrøret. The operation of the equipment is as follows: The stand 3 is removed from the container 1, and a suitable refractory seal 33 is placed against the bottom in the recess 29 in the mold 4. The mold 4, which in each cavity contains a core not shown, is placed on the plate 2 6 and is centered after the opening 27 in this, after which the stand 3 is placed on the rails 19 above the container 1 with molten metal, so that the boss 6 is aligned with the recess 29 in the mold. The cylinder 21 is activated for extension, so that the mold 4 and the carrier 26, via the plate 23, are lowered against the force of the springs 25. This operation causes pressure against the seal 33 between the bottom of the recess 29 and the boss 6, and ensures a tight connection between the casting shaft and the supply pipe.

Beholderen 1 kobles deretter til trykkilden 13 ved betjening av innretningen 15. Trykket som virker mot den frie overflaten av smeiten bevirker at denne stiger i røret 12. Smeiten fyller sjakten 28 i formen, kanalene 3OA og 3OB og hulrommene 31. Trykket opprettholdes i en periode som er bestemt av dimensjonene og fasongene til gjenstandene som skal dannes. Sjakten 2 8 utgjør i denne perioden en reservebeholder som tilfører hulrommene ekstra smelte, for å kompensere for krympning. Deretter skjer størkning i åpningene og i de mellomliggende kanaler. Gasstrykket senkes til atomosfæretrykk i beholderen 1, ved betjening av innretningen 15, og smeiten som befinner seg i sjakten 28 og i røret 12 renner tilbake til beholderen 1 slik at disse ledninger tømmes. The container 1 is then connected to the pressure source 13 by operating the device 15. The pressure acting against the free surface of the forge causes it to rise in the pipe 12. The forge fills the shaft 28 in the mold, the channels 3OA and 3OB and the cavities 31. The pressure is maintained for a period which is determined by the dimensions and shapes of the objects to be formed. During this period, the shaft 2 8 constitutes a reserve container which supplies the cavities with extra melt, to compensate for shrinkage. Solidification then takes place in the openings and in the intermediate channels. The gas pressure is lowered to atmospheric pressure in the container 1, by operating the device 15, and the melt which is located in the shaft 28 and in the pipe 12 flows back to the container 1 so that these lines are emptied.

Virkningen til sylinderen 21 avbrytes, enheten bestående av form og bærer 2 6 fjernes fra bosset 6 ved virkningen av fjærene 25, og stativenheten 3 fjernes horisontalt fra beholderen på skinnene 19. The action of the cylinder 21 is interrupted, the unit consisting of mold and carrier 2 6 is removed from the boss 6 by the action of the springs 25, and the rack unit 3 is removed horizontally from the container on the rails 19.

På grunn av dimensjoneringen til kanalene 3OA, 3OB angitt ovenfor og ved at det gjennom ledningen 14 tilføres en passende gass, stiger metallsmelten hurtig i sjakten 28, det oppstår et statisk trykk i metallet i kanalene i hver etasje, og de to hulrom i hver etasje fylles via det tilhørende par av kanaler 3OA og 3OB. Dette muliggjør samtidig fylling av alle hulrommene, uansett deres form. Dessuten begrenser strupningen i de mellomliggende kanaler mengden av metall som de avgir, hvilket fører til en mere kontrollert fylling som er roligere og reproduserbar for hvert av hulrommene i de forskjellige etasjer, og fører dessuten til en minimal fortrengning av metall for hver støping. Dette fremmes av avlastningen i metallsmelten ved innløpet i åpningene, som et resultat av den nevnte dimensjonering av disse. Det endelige resultat er en forbedring av kvaliteten til de støpte gjenstander. Due to the dimensioning of the channels 3OA, 3OB indicated above and by the fact that a suitable gas is supplied through the line 14, the molten metal rises rapidly in the shaft 28, a static pressure is created in the metal in the channels on each floor, and the two cavities on each floor is filled via the associated pair of channels 3OA and 3OB. This enables simultaneous filling of all cavities, regardless of their shape. Also, the throttling of the intermediate channels limits the amount of metal that they emit, leading to a more controlled filling that is quieter and more reproducible for each of the cavities in the different floors, and also leads to a minimal displacement of metal for each casting. This is promoted by the relief in the metal melt at the inlet in the openings, as a result of the aforementioned dimensioning of these. The final result is an improvement in the quality of the molded objects.

Virkningen av avlastningen i metallet kan, i henhold til en variant, fremmes ved et skalkformet tverrsnitt med toppen oppover for de mellomliggende kanaler. The effect of the relief in the metal can, according to a variant, be promoted by a shell-shaped cross-section with the top upwards for the intermediate channels.

Det skal nevnes at anvendelsen av de mellomliggende kanaler som sperrer hindrer enhver retur av metall som er avkjølt til beholderen, uten å minske metallutbyttet. Dette er meget fordelaktig for reproduserbarheten av tilstandene ved støping. Dessuten vil det noe avkjølte metallet som inneholdes i støpesjakten i den etterfølgende støping fordeles mellom alle hulrommene i formen. It should be mentioned that the use of the intermediate channels that block prevents any return of metal that has cooled to the container, without reducing the metal yield. This is very advantageous for the reproducibility of the conditions during casting. In addition, the slightly cooled metal contained in the casting chute will be distributed between all the cavities in the mold in the subsequent casting.

Claims

1. Method for filling cavities (31) in a mold (4) made of sand, with several floors, by casting metal under low pressure, the filling taking place via a casting shaft (28), and for each floor, via at least an intermediate channel (3OA, 3OB) which communicates with the shaft and with openings (32A, 32B) which connect the channel with the cavity or each cavity, characterized in that the flow of the molten metal is throttled on each floor in the inlet to the intermediate channels, and that the molten metal is relieved after the inlet in the intermediate channels (30A, 30B), and at the latest at the inlet in the openings (32A, 32B).

2. Method as stated in claim 1, characterized in that in the supply pipe an amount of molten metal calculated to cause the metal to rise above all the intermediate channels (3OA, 30B) is introduced.

3. Method as stated in claim 1 or 2, characterized in that the pressure at the supply to the mold is maintained until solidification has occurred in all the intermediate channels (30A, 30B), after which the pressure is lowered.

4. Sand mold for carrying out the method as set forth in any of claims 1-3, of the type comprising a casting shaft (28) and at least two floors in each mold, comprising at least one cavity (31) which can is supplied via openings (32A, 32B) which are in connection with the casting shaft via at least one intermediate channel (30A, 30B), characterized in that the sum of the areas of the inlet cross-sections of the intermediate channels on each floor is smaller than the area of the cross-section of the casting shaft, and that the sum of the areas of the cross-sections of the openings (32A, 32B) which are supplied via the same channel (30A, 30B) is at least equal to the area of the inlet cross-section of this channel.

5. Sand mold as stated in claim 4, characterized in that each cavity (31) is supplied via at least two intermediate channels (3OA, 3OB) which project to either side of the casting shaft (28).

6. Sand form as specified in claim 4 or 5, characterized in that the sum of the areas of the inlet cross-sections of the intermediate channels (30A, 30B) on each floor is less than 10% of the area of the cross-section of the casting shaft (28).