NO319939B1 - Fremgangsmate og anordning for a fylle et stopeverktoy med metallsmelte - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fylling av støpeverktøy med en metallsmelte ifølge ingressen til krav 1 henholdsvis krav 2.

Ved støping av godsstykker, hvis diameter er stor i forhold til den aksielle lengden, f. eks. ved rotasjonssymmetriske støpestykker, slik som lettmetallhjul for kjøretøy, anvendes i de fleste tilfeller et sentralt innløp, med hvilket metallsmelten tilføres sentralt i støpeverktøyets formhulrom. Ved siden av dette anvendes også sideveis innløp og fler-dobbelte innløp. Alle disse fremgangsmåtene har det til felles at metallsmelten tilføres via en tilførselskanal med en relativt liten diameter på omtrent 30 mm til 50 mm. For at metallsmelten før den stivner skal kunne flyte tilstrekkelig fra dette innløpet til alle ste-der i støpeverktøyets formhulrom, er det nødvendig med en høy temperatur på det fly-tende smeltede metallet. Dette betyr en høy varmeinngang i tilførselsområdet og dermed en partiell overoppheting av støpeverktøyet i innløpsområdet. Denne overopphetingen har til følge en sterk slitasje av verktøy hhv. innløpshylsen, hvorigjennom støpeverktøy-ets holdbarhetstider forringes. Den høye temperaturen på metallsmelten forlenger dessuten avkjølingssyklusen, slik at som regel må kostbare ytterligere kjøletiltak settes i verk.

Fra JP 54 115 628 A, fra hvilken oppfinnelsen tar utgangspunkt, er det kjent først å til-føre metallsmelten desentralt i et ringkammer. Ringkammeret er langs sin omkrets for-bundet med støpeverktøyets formhulrom, slik at metallsmelten kan flyte fra ringkammeret inn i formhulrommet jevnt fordelt over omkretsen. Herigjennom skal det bevirkes en roligere smelteflyt, som reduserer gassinneslutninger i det ferdige produktet. Videre har man imidlertid det problemet at metallsmelten kan flyte relativt langsomt inn i formhulrommet, slik at fortsatt er det nødvendig med en høy temperatur på det smeltede flyten-de metallet med de ovenfor beskrevne ulemper.

Oppfinnelsen legger den oppgave til grunn å forbedre fyllingen av støpeverktøyet med en metallsmelte slik at kortere syklustider kan forenes med en bedre kvalitet på støpe-stykket.

Denne oppgaven løses ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte med de kjennetegnende trekk fra krav 1 samt en anordning med de kjennetegnende trekk fra krav 2.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene.

Oppfinnelsens grunntanke består i å fortrenge metallsmelten ut av ringkammeret og inn i formhulrommet ved hjelp av et stempel, som er forskyvbart opplagret i ringkammeret. Herigjennomsikres at ved av slutten av fyllesyklusen avbrytes en ytterligere tilførsel av metallsmelte. Stempelet skyver metallsmelten foran seg og fortrenger den ut av ringkammeret og inn i formhulrommet.

Metallsmelten kan på denne måten tilføres uten turbulens, hvorigjennom lunkerdannelse reduseres og støpestykkets kvalitet forhøyes. Videre fordeles varmeinngangen gjennom metallsmelten på hele ringkammerets omkrets ved den ringformede desentrale tilførse-len av metallsmelten. Den jevne fordelingen av varmeinngangen fører til at det unngås lokale overopphetninger, som fører til en spesielt sterk slitasje av støpeverktøyet. Dessuten muliggjøres en hurtigere tilførsel av metallsmelte og metallsmeltens kortere flytstrekninger i formhulrommet muliggjør en redusering av temperaturen i den tilførte met-allsmelten. Dette betyr en ytterligere redusering av slitasjen og en energi innsparing. Til slutt kan metallsmelten stivne hurtigere, noe som på den ene siden betyr en ytterligere forkortelse av den totale syklustiden og dessuten reduserer veksten av dendritter, slik at støpestykket oppviser bedre mekaniske verdier som følge av mindre dendrittarmav-stander.

Ringkammeret er forsynt med minst et stempel, som kan trykkes inn i ringkammerets volum. Dette stempelet lukker derved metallsmeltens tilførselskanal og trykker den i ringkammeret gjenværende metallsmelten inn i formhulrommet.

Fremgangsmåten og anordningen kan fortrinnsvis anvendes ved rotasjonssymmetriske støpedeler, for eksempel for fremstilling av lettmetallhjul for kjøretøyer.

Fremgangsmåten og anordningen kan anvendes ved alle kjente trykkstøpefremgangs-måter, spesielt ved lavtrykksstøpemaskiner, ved mottrykksstøpemaskiner, ved presstø-pemaskiner, med "squeeze"-effekt og ved vakuumstøpemaskiner.

I det etterfølgende forklares oppfinnelsen nærmere ved hjelp av et i tegningen vist utfø-relseseksempel. Tegningens eneste figur viser i aksielt snitt støpingen av et lettmetallhjul for et kjøretøy, hvorved den høyre halvdelen viser tilstanden ved åpent støpeverktøy og den venstre halvdelen viser tilstanden ved lukket støpeverktøy.

I tegningen er fremstillingen av et lettmetallhjul for et motorkjøretøy vist.

Støpeverktøyet består av en stålkokille, som er satt sammen av en nedre verktøydel 10, en øvre verktøydel 12 med en sentralinnsats 14 og skyvere 16. Den nedre verktøydelen 10 er fast montert på en basisplate 18. Den øvre verktøydel 12 og dennes sentralinnsats 14 er vertikalt bevegelig. Eventuelt kan den øvre verktøydel 12 også være utformet i et stykke med sentralinnsatsen 14. Sentrisk gjennom basisplaten 18 og den nedre verktøy-del 10 er et slagstempel 20 ført.

På basisplaten 18 er det montert en holdering 22, som koaksielt omslutter den nedre verktøydel 10. Holderingen 22 er plassert i radiell avstand i forhold til den nedre verk-tøydels 10 ytre omkrets, slik at mellom den nedre verktøydels 10 ytre omkrets og en på basisplaten 18 seg radielt til denne tilsluttende avsats på den ene siden og holderingens 22 indre omkrets på den andre siden, dannes et sylindrisk ringkammer 24. På bunnsiden er ringkammeret 24 lukket av basisplaten 18, hvorved en fluidtrykkanal 26 fører gjennom basisplaten 18 nedenfra og inn i ringkammeret 24. Nederst i ringkammeret 24 er det opplagret et ringformet stempel 28, som fyller ut hele ringkammerets 24 horisontale tverrsnitt og oppviser halve aksielle høyden av ringkammeret 24. Stempelet 28 er ført tett glidende i ringkammeret 24 på sin ytre omkrets og på sin indre omkrets. Stempelet 28 kan ved trykkpåvirkning via fluidtrykkanalen 26 trykkes oppover i ringkammeret 24. Alternativt kan stempelet 28 trykkes oppover ved hjelp av flere hydraulisk betjente hev-stempler.

Gjennom holderingen 22 strekker det seg en tilførselskanal 30 over stempelet 28 inn i ringkammeret 24. Tilførselskanalen 30 forløper radielt gjennom holderingen 22 og sti-ger aksielt utenfra og innover. Et tilløpsrør 32, som er påvirket av et trykkstempel, er kraftsluttende og tett innsatt tilsluttende i holderingen med et kalottformet munnstykke på tilførselskanalens 30 radielt ytre ende.

Ringkammeret 24 munner ved sin øvre ende over hele sin omkrets og over hele sin radielle bredde ut i støpeverktøyets formhulrom med dettes ytre omkrets. I det i tegningen viste utførelseseksemplet, ved hvilket støpestykket er et kjøretøyhjul, munner ringkammeret 24 ut i den nedre verktøydel 10 og skyveme 16 danner formhulrommets område, som danner hjulets ytre felghorn.

Støpefremgangsmåten forløper som følgende:

Først befinner den øvre verktøydelen 12 seg med sentralinnsatsen 14 i den hevede øvre stillingen og stempelet 28 ligger nederst i ringkammeret 24, slik dette er vist i den høyre halvdel av tegningen. Via tilløpsrøret 32 og tilførselskanalen 30 tilføres metallsmelten radielt utenfra i ringkammeret 24 over stempelet 28. Metallsmelten fyller ringkammeret 24 og den nedre verktøydels 10 formhulrom, slik at det i den nedre verktøydel 10 inn-stiller seg en karakteristisk sumpdybde i metallsmelten. Den på denne måten tilførte mengden av metallsmelte er dosert tilsvarende støpelegemets form og vekt.

Til slutt skyves stempelet 28 oppover, inntil den lukker tilførselskanalens 30 innløps-tverrsnitt i ringkammeret 24 og avbryter metalltilførselen til ringkammeret 24. Her fortrenger stempelet 28 den mengde av metallsmelte som befinner seg ringkammeret 24, oppover i den nedre verktøydels 10 formhulrom. Stempelet 28 befinner seg nå i den i tegningens venstre halvdel viste posisjon.

Deretter k jøres den øvre verktøydelen 12 og sentralinnsatsen 14 nedover til den i den venstre halvdelen av tegningen viste posisjon. Her fortettes den deigaktige metallsmelten og fortrenges inn i de frie verktøyhulrommene, spesielt inn i de hulrommene som danner felgbasisen og det indre felghornet.

Alternativt til den felles nedkjøringen av den øvre verktøydel 12 og sentralinnsatsen 14 kan også først sentralinnsatsen 14 kjøres nedover, slik at verktøyet lukkes i navområdet. Deretter kjøres den øvre verktøydel 12 nedover og fortrenger og fortetter metallsmelten i ekeområdet.

Fortettingen i navområdet skjer ved heving av hevestempelet 20 nedenfra i det midtre navområdet, i hvilket senere navboringer anbringes.

Fortrinnsvis munner tilførselskanal 30 ikke ut i ringkammeret 24 med sirkelformet tverrsnitt, men utvider seg ved innmunningen i ringkammeret 24 deltaformet i ringkammerets 24 omkretsretning. Derigjennom fordeler den seg gjennom tilførselskanal 30 i ringkammeret 24 innstrømmende metallsmelten jevnt til begge sider i omkretsretningen og en laminær strømning av metallsmelten ved innstrømningen i ringkammeret 24 begunstiges.

I stedet for en enkelt tilførselskanal kan også flere tilførselskanaler være anordnet fordelt over ringkammerets 24 omkrets.

Stempelet 28 kan være utformet som et lukket ringlegeme i et stykke. Det er også mulig å oppdele stempelet 28 ved en eller flere radielle delefuger, som opptar termiske uttøy-ninger av stempelet 28 i omkretsretningen.

Stempelet 28 kan dessuten være oppdelt i flere (fortrinnsvis 2) koaksielt i hverandre opplagrede og aksielt i forhold til hverandre forskyvbare ringlegemer, som kan trykkpå-virkes og beveges adskilt fra hverandre. Det ytre ringlegeme påvirkes først, for å lukke tilførselskanalen 30 og avbryte metalltilførselen. Det indre ringlegeme tjener til å fortrenge metallsmelten ut av ringkammeret 24 i formhulrommet og spesielt å fortette inn-løpsområdet.

Det er åpenbart at ringkammeret 24 ikke munner ut fritt i formhulrommet over hele sin omkrets. Det er imidlertid vesentlig at et størst mulig tilflytstverrsnitt eksisterer mellom ringkammeret 24 og formhulrommet.

Det kan videre ses at ringkammeret 24 ikke nødvendigvis må munne ut i formhulrommets ytre omkrets, men også kan munne ut i det radielt midtre område. Hvor ringkammeret 24 munner ut i formhulrommet fastlegges hensiktsmessig i samsvar med støpele-gemets form. Jo videre radielt utover ringkammeret 24 er anordnet, jo større blir tilflyts-tverrsnittet og jo mer effektivt utnyttes fordelene ifølge oppfinnelsen.

Ringkammeret 24 må ikke oppvise noen rotasjonssymmetrisk form, men kan for eksempel også ha form av et polygon. I dette tilfelle er stempelet eventuelt oppdelt i enkle stempellegemer, som tilsvarer de enkelte polygonsidene.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes ved ikke rotasjonssymmetriske støpestykker.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for fylling av et støpeverktøy med en metallsmelte, ved hvilken først metallsmelten tilføres desentralt i et ringkammer, som over minst den største del av sin omkrets står i forbindelse med støpeverktøyets formhulrom, og deretter metallsmelten flyter fra dette ringkammeret inn i formhulrommet, karakterisert ved at ved slutten av fyllesyklusen avbrytes tilførselen av metallsmelten i ringkammeret ved hjelp av minst et i ringkammeret forskyvbart stempel, hvorved stempelet fortrenger metallsmelten ut av ringkammeret og inn i formhulrommet.

2. Anordning for fylling av et støpeverktøy med en metallsmelte, med minst en tilfør-selskanal (30) for metallsmelten, som er anordnet desentralt i forhold til støpeverktøyets formhulrom og munner ut i et ringkammer (24), hvorved ringkammeret (24) over i det minste den største delen av sin omkrets munner åpent ut i formhulrommet, karakterisert ved at minst et stempel (28) er forskyvbart opplagret i ringkammeret (24) slik at det i sin innskjøvne stilling lukker den minst ene til— førselskanalen (30).

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at stempelet (28) ved innskyvning i ringkammeret (24) kan fortrenge metallsmelte ut av ringkammeret (24) og inn i formhulrommet.

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at ringkammeret (24) er anordnet ved formhulrommets ytre omkrets og slutter seg formlikt til formhulrommets ytterkontur.

5. Anordning ifølge et av kravene 2 til 4, karakterisert v e d at ringkammeret (24) over hele sin omkrets munner åpent ut i verktøyets formhulrom.

6. Anordning ifølge et av kravene 2 til 5, karakterisert v e d at stempelet (28) er et over hele ringkammerets (24) omkrets lukket legeme, hvis tverrsnittsflate er identisk med ringkammerets (24) tverrsnittsflate.

7. Anordning ifølge et av kravene 2 til 6, karakterisert v e d at stempelet (28) er oppdelt med minst en radiell fuge.

8. Anordning ifølge et av kravene 2 til 7, karakterisert v e d at stempelet (28) er oppdelt i minst to koaksielt i forhold til hverandre opplagrede og koaksielt i forhold til hverandre forskyvbare stempellegemer.

9. Anordning ifølge et av kravene 2 til 8, karakterisert v e d at den minst ene tilførselskanalen (30) munner ut i ringkammeret (24) deltaformet utvidende i ringkammerets (24) omkretsretning.

10. Anordning ifølge et av kravene 2 til 9, karakterisert v e d at ringkammeret (24) er utformet sirkelringformet.

11. Anordning ifølge et av kravene 2 til 9, karakterisert v e d at ringkammeret (24) er utformet polygonringformet.

12. Anordning ifølge krav 10 for fremstilling av rotasjonssymmetriske støpestykker, spesielt lettmetallhjul for motorkjøretøy, karakterisert ved at ringkammeret (24) og stempelet (28) har form av rette sirkelsylindere.

13. Anordning ifølge krav 12 for fremstilling av lettmetallhjul for motorkjøretøy, karakterisert ved at ringkammeret (24) munner ut i formhulrommets område som danner det ytre felghomet.