NO312182B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av formede deler av metall - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av formdeler av metall ved innpressing av en tiksotrop metallbolt med et stempel, fra et fyllekammer og inn i et formhulrom.

Fremgangsmåten for fremstilling av formdeler av tiksotrope, dvs. delvis faste og delvis flytende metallbolter, betegnes som tiksoforming. Som metallbolter kan benyttes alle bolter av et metall som kan bringes til en tiksotrop tilstand. Særlig kan metallboltene bestå av aluminium, magnesium eller sink og deres legeringer.

Tiksoforming av tiksotrope metall-legeringer er i og for seg kjent. Ved denne fremgangsmåten utnyttes de tiksotrope egenskaper til delvis flytende, henholdsvis delvis faste metall-legeringer. Med tiksotrope forhold i en metall-legering forståes at et til-svarende forberedt metall oppfører seg som et fast element når det er ubelastet, og som minsker sin viskositet så mye under skjærpåkjenning at det oppfører seg i likhet med en metallsmelte. For dette trengs en oppvarming av legeringen i størkningsintervallet mellom likvidus- og solidustemperatur. Temperaturen må derved reguleres slik at f.eks. en strukturandel på 20 til 80 vekt% smelter, mens resten forblir i fast form. Ved tiksoforming tilføres delvis fast og delvis flytende metall i form av en tiksotrop metallbolt i et på vanlig måte horisontalt anordnet fyllekammer, og innføres, henholdsvis innskyves i et formhulrom ved trykkbelastning ved hjelp av et stempel, i hvilket hulrom den tiksotrope metall-legeringen størkner.

Fyllingen av formen med det delvis faste og delvis flytende metallet skjer ved tiksoforming som en i høy grad laminær strømning. Metallet danner en lukket metall-front, som skyver luften foran seg i retning mot utluftingskanalene. Gjennom disse kanaler kan luften unnslippe. Selv om fyllingen av formen skjer forholdsvis langsomt, kan luft og/eller andre gassbestanddeler bli innestengt i formdelen, hvilket særlig etter en varmebehandling kan føre til porøsitet og blærer. Dessuten kan utluftingskanalene i løpet av tiden i det minste delvis tilstoppes av slippmiddel som avsettes. Dette fører til øket gasstrykk foran metallfronten og dermed til øket gassopptak i formdelen. Alt etter forurensningsgrad i formen kan som følge av dette gassporøsiteten i formdelene variere.

Ved fremstilling av formdeler med spesielle fasonger, slik som f.eks. ringer, er det uunngåelig at det dannes to eller flere metallfronter, som når de møtes kan føre til lokal innestengning av gasser mellom frontene. Dette skjer særlig når det på møtestedet mellom metallfrontene ikke anordnes eller muliggjøres en utlufting, og dette fører til systematiske feil.

På denne bakgrunn er et formål med oppfinnelsen å komme frem til en fremgangsmåte som angitt innledningsvis, og med hvilken gassporøsiteten i formdelene kan minskes.

For løsning av denne oppgave tvangsutluftes formhulrommet i det minste frem til tids-punktet for tilførselen av metallet i formhulrommet og stempelhastigheten økes etter tidspunktet for innstrømning av metallet i formhulrommet.

Særskilte utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i uselvstendige patentkrav.

Med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det ved tiksoforming fremstilles formdeler som i forhold til formdeler som er fremstilt i henhold til kjent teknikk oppviser en minsket gassporøsitet. Undersøkelser har vist at gassinnholdet i tiksoformdeler generelt oppviser et meget lavt nivå, slik at det med hensyn til porøsitet ikke bør oppstå problemer. Allikevel kan i bestemte deler og ved meget høye kvalitative krav gassinnholdet i visse formdelområder være for høyt. En grunn til en lokalt øket gassporøsitet ligger f.eks. i at for tynnveggede deler må fyllehastigheten velges så høy at metallfronten ikke lenger er kompakt. Dessuten er det med bestemte formdelgeometrier i praksis umulig å bortlede gasser fra bestemte, ikke utluftbare områder. Så lenge en fullstendig løsningsgløding ikke er nødvendig forblir gassene i løsningen, henholdsvis komprimeres ved meget høyt trykk, hvilket ikke fører til noen særlige problemer. Når det imidlertid kreves meget høye mekaniske egenskaper, slik at det må utføres en varmebehandling, kan selv små mengder av gasser som er konsentrert på et bestemt sted føre til problemer. Dette unngås med den i henhold til oppfinnelsen anvendte tvangsutlufting av formhulrommet og økning av stempelhastigheten.

Særdeles gode resultater kan oppnås når tvangsutlufting opprettholdes inntil praktisk talt fullstendig fylling av formen.

I henhold til en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten er fyllekammeret utført varme-isolerende, og/eller det oppvarmes. Med slike tiltak minskes varmebortføringen fra metallbolten, og metallet størkner mindre hurtig, slik at også evakueringstiden kan forlenges. På grunn av tvangsutluftingen, henholdsvis evakueringen av formhulrommet kan stempelhastigheten økes etter tidspunktet for innstrømning av metallet i formhul rommet, og dermed kan formfyllingen akselereres, hvilket muliggjør fremstilling av tynnveggede deler.

Et tiksoformeanlegg som er beregnet til gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen oppviser et fyllekammer for tilførsel av en tiksotrop metallbolt, et formhulrom som er tilknyttet fyllekammeret og et stempel for innpressing av metallbolten fra fyllekammeret og inn i formhulrommet. Formhulrommet står i forbindelse med en vakuumbeholder.

Hensiktsmessig er det mellom formhulrommet og vakuumbeholderen anordnet et reguleringsorgan for åpning og stengning av forbindelsen mellom formhulrommet og vakuumbeholderen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av tiksoformeanlegget oppviser regjerings-organet en styrebolt med et stengehode, idet stengehodet tjener til åpning og stengning av en utluftingskanal som er direkte tilknyttet formhulrommet.

For å oppnå god varmeisolasjon kan fyllekammeret bestå av et keramisk materiale, særlig av Si3N4. Der er også mulig å utstyre fyllekammeret med oppvarmingsinnretninger. Disse oppvarmingsinnretninger kan f.eks. bestå av varmestaver eller utgjøre boringer anordnet i veggen til fyllekammeret, i hvilke det strømmer et oppvarmet medium, slik som f.eks. olje,.

Andre fordeler, trekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av et foretrukket utførelseseksempel på fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen og et tiksoformeanlegg for utførelse av fremgangsmåten, med henvisning til tegningene. Disse viser skjematisk:

fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom et tiksoformeanlegg med tvangsutlufting,

fig. 2 viser et typisk forløp ved fylling av en form ved tiksoforming.

Et tiksoformeanlegg 10 vist i fig. 1 oppviser et horisontalt liggende, sylinderformet fyllekammer 12 med et fyllekammerhulrom 14. En åpning 18 i fyllekammeret 12 tjener til innføring av en tiksotrop metallbolt 20 i fyllekammerhulrommet 14. Forskyvningen av metallbolten 20 inne i fyllekammerhulrommet 14 skjer ved hjelp av et stempel 16 som er anordnet inne i fyllekammeret 12 og som kan beveges i retning langs fyllekammeraksen x.

Fyllekammeret 12 ender i en fast formplate 22, som står overfor en bevegelig formplate 24. De to formplatene 22, 24 holder hver sin formhalvdel 26, 28, som i lukket tilstand danner et formhulrom 30, i hvilket en formdel 32 dannes etter størkning av metallet.

Formhulrommet 30 oppviser en eller flere utluftingskanaler 34, som eventuelt går sammen i en samlekanal. I den bevegelige formplaten 24 er det anordnet en styreinn-sats 36 med en styrebolt 38. Styrebolten 38 oppviser et stengehode 40 for henholdsvis åpning og stengning av utluftingskanalen 34. Forskyvningen av styrebolten 38 skjer ved hjelp av en drivsylinder 42 som ved hjelp av en flens er festet til utsiden av den bevegelige formplaten 24. Med denne anordning kan tvangsutluftingen opprettholdes helt til fullstendig fylling av formen. Først når fyllingen av formen er utført stenges utluftingskanalen 34 ved enden av formhulrommet 30 ved hjelp av stengehodet 40 på styrebolten 38. Til styreinnsatsen 36 er tilknyttet en vakuumledning 44, som via en ventil 46 er forbundet med en vakuumbeholder 48. Vakuumbeholderen 48 evakueres med en vakuumpumpe 50 og holdes på undertrykk. For kontroll av trykket er det anordnet manometre 52.

Stengehodet 40 på styrebolten 38 som virker som ventil har flere oppgaver:

- Før fylling av formen er ventilen stengt, og vakuumpumpen 50 danner et undertrykk i vakuumbeholderen 48. - Under en første fyllefase skjer en styrt åpning av ventilen og dermed starten av tvangsutluftingen. - Når fyllingen av formen er utført stenges ventilen, slik at ikke noe metall kommer inn i vakuumdelen av anlegget. Stengningen av ventilen er også nødvendig for at formhalvdelene 26, 28 skal kunne skilles og formen åpnes, og for at undertrykket i vakuumbeholderen 48 på nytt skal kunne dannes.

Tvangsutluftingen starter tidligst når stempelet 16 har stengt åpningen 18 i fyllekammeret 12, og avsluttes senest når formen på nytt åpnes ved adskillelse av formhalvdelene 26, 28. Fortrinnsvis og hensiktsmessig avsluttes tvangsutluftingen så snart fyllingen av formen er avsluttet, dvs. at stempelet 16 ikke lenger beveger seg. Tvangsutluftingen kan selvsagt også avsluttes tidligere. Tidspunktene for start og stopp av tvangsutluftingen kan bestemmes ved hjelp av lengdeavfølere anordnet på stempelstangen. Start og stopp kan imidlertid også skje ved tids- hastighets-, henholdsvis trykkstyring. En annen mulighet er bruken av metallfrontfølere, som utløser en kobling når metallfronten kommer til et bestemt sted.

Fig. 2 viser en typisk fylleprosess i et tiksoformeanlegg med tvangsutlufting. Under en første fyllefase fører stempelet metallet til innløpet, og i en andre fyllefase, som starter på tidspunktet tE for innstrømning av metallet i formhulrommet;'fylles formhulrommet med metall. Vanligvis er ved tiksoforming de to fyllefasene omtrent like lange og utgjør f.eks. hver 0,5 sek. Evakueringstiden utgjør dermed mindre enn 1 sek. Utsugingen av gassene kan først begynne når stempelet har stengt fylleåpningen. På den annen side kan hastigheten til stempelet ikke minskes vilkårlig, idet det dermed kan størkne for mye metall i fyllekammeret.

Opprettholdelsen av et meget høyt vakuum er ikke nødvendig. Det er tilstrekkelig å suge ut de gasser som befinner seg i formhulrommet før og under fyllingen av formen, slik at det dannes et lite eller intet mottrykk på grunn av disse gasser. Ved forsøk kan det fastslås at et meget høyt vakuum ikke er tvingende nødvendig for oppnåelse av meget gode resultater med hensyn til porøsitet.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av formdeler av metall ved innpressing av en tiksotrop metallbolt (20) med et stempel (16), fra et fyllekammer (12) og inn i et formhulrom (30), karakterisert vedat formhulrommet (30) tvangsutluftes i det minste inntil tids-punktet (tE) for innstrømning av metallet i formhulrommet (30) og stempelhastigheten økes etter tidspunktet (tE) for innstrømning av metallet i formhulrommet (30).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet tvangsutluftingen opprettholdes inntil fullstendig fylling av formen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, idet fyllekammeret (12) utføres varme-isolerende og/eller oppvarmes.