NO333177B1 - Fyllingsror - Google Patents

Abstract

En fyllingsrør-sammenstilling for en VRC/PRC-støpemaskin inkluderer en støpeform (200), idet sammenstillingen omfatter et fyllingsrør (100) og en fastklemmingsinnretning (300). Fyllingsrøret. (100) haren støpeforminngrepsende (110), en avsmalnende skulder (101) på sin utvendige overflate korresponderende til en avsmalnende overflate (311) på en lastring (310), hvor fyllingsrøret (100) strekker seg fra støpeforminngrepsenden (110) gjennom lastringen (310) og en sentral boring (301) i en fastklemmingsplate (305) festet til bunnen av støpeformen (200). Lastringen (310) er permanent fastholdt til fastklemmingsplaten. (305).

Description

Oppfinnelsens område

[0001]Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fyllingsrør-sammenstilling for bruk i trykkassisterte støpeprosesser. Oppfinnelsen vedrører også et fyllingsrør for bruk i sammenstillingen og en fremgangsmåte som benytter sammenstillingen.

Beslektet og kjent teknikk

[0002]Den eldste fremgangsmåte for metallstøping er gravitasjonsstøping, hvor smeltet metall, kalt smelte, helles fra en digel inn i en støpeform som har et hulrom med den tilnærmede form av den ønskede faste metallkomponent. Dette er en rimelig prosess som fremdeles er i utstrakt bruk for mange formål. Gravistasjons-støping har imidlertid en rekke kjente begrensninger, inkludert farer for forurens-ning og inneslutning av innestengt luft når smeiten avkjøles til den ønskede støpte metallkomponent.

[0003]Det er ofte ønskelig å støpe homogene deler av aluminium og andre lett-metaller, hvor inneslutninger av faststoffer eller gasser er uakseptabelt. For eksempel, vil hjulfelger eller maskindeler som utsettes for store og/eller gjentagende krefter trolig brytes i stykker hvis de inneholder gassbobler eller andre inneslutninger.

[0004]Noen av begrensningene ved gravitasjonsstøping overvinnes ved å an-ordne digelen som inneholder smeiten nedenfor formen, og å bruke en trykkforskjell for å presse smeiten inn i formens hulrom gjennom minst ett fyllingsrør i bunnen av formen. Etter fylling av formen, kan smelte i fyllingsrøret strømme til-bake inn i digelen istedenfor å størkne inne i fyllingsrøret, slik at man unngår for-urensning og metallurgiske defekter forårsaket av fast metall som må fjernes fra fyllingsrøret. Støpeprosesser av denne art er innen teknikken kjent som bunn-trykksstøping, reversert støping eller lavtrykks trykkstøping.

[0005]En slik teknikk er kjent som Vacuum Riserless Casting/Pressure Riserless Casting (VRC/PRC). I denne prosessen blir trykket inne i formens hulrom redusert, og smeiten presses inn i formens hulrom av et utvendig luft- eller gasstrykk påført i digelen eller ved hjelp av en elektromagnetisk pumpe. Det reduserte trykk i formens hulrom, eller "vaacum", øker trykkforskjellen mellom det utvendige trykk og trykket i hulrommet, og fremmer følgelig transport av smeltet metall fra digelen opp og inn i formens hulrom eller støpeformen. VRC/PRC-prosessen tilveiebringer en renere støping av bedre kvalitet enn lavtrykks støpemaskiner med permanent støpeform ifølge kjent teknikk, fordi den jevne metallstrømmen inkluderer den korte og konsistente avstand mellom det flytende metallet i støpe-digelen og støpeformens hulrom.

[0006]Fyllingsrør-sammenstillinger til bruk i trykkassistert støping, inkludert VRC/PRC, må være i stand til å håndtere alle forskjeller i varmeutvidelse av materialene i termisk kontakt med smeiten, og forbli tette eller lufttette under støpeprosessen. Fyllingsrør-sammenstillingen omfatter ofte keramiske materialer, som motstår varmen fra smeiten, og som ikke forurenser smeiten. For eksempel, kan fyllingsrørene lages helt og holdent av keramiske materialer, eller de kan lages av titanrør med eller uten keramiske innsatser.

[0007]Keramer er imidlertid typisk sprø, og brytes forholdsvis lett i stykker, hvis f.eks. boltene som klemmer den fast til støpeformen trekkes til for mye, hvis varmeutvidelsen og -sammentrekkingen som er et resultat av temperaturvariasjo-ner under støpeprosessen fremkaller store spenninger, hvis de fremstilte kompo-nenter er litt for store på grunn av fremstillingstoleranser, hvis komponentene skjevinnrettes under sammensetting, hvis komponentene forringes under bruk, og så videre.

[0008] Fyllingsrør ifølge kjent teknikk og fyllingsrør-sammenstillinger har typisk et stivt grensesnitt mellom fyllingsrør og støpeform med trange toleranser. Dette er tilbøyelig til å frembringe en stor spenning og et stort område utsatt for slik spenning. I tillegg, krever mange kjente fyllingsrør og fyllingsrør-sammenstillinger en fastklemmings-sammenstillings-design som krever svært trange toleranser i produksjonen av fyllingsrør, med økt produksjonskostnad. De trange pasninger påkrevet for lufttett støping øker derfor muligheten for skjevinnsetting og spenninger som forårsaker at keramene brytes i stykker. Selvsagt, kan et fyllingsrør som er brutt i stykker ikke opprettholde den trykkforskjell som er påkrevet for VRC/PRC-støping.

[0009] Det er ofte nødvendig å bytte ut et fyllingsrør på grunn av vedlikehold, slitasje eller detektert lekkasje. Fyllingsrøret er typisk varmt og tungt, og utbytting er derfor en besværlig prosedyre. På grunn av varmen i støpeprosessen, vekten av fyllingsrør-sammenstillingen og andre sikkerhetsanliggende, er det påkrevet at en person holder en føringsinnretning for å sørge for paknings-posisjonering, og innretter flensene fra undersiden av støpeformen. Det er påkrevet med en annen person for å holde et forvarmet rør med en grafittpakning og rette inn flensene fra oversiden av støpeformen, og det er påkrevet med en tredje person for å fastgjøre fyllingsrøret til flensene ved tiltrekking av monteringsboltene. Det er derfor påkrevet med tre arbeidere for denne prosessen. Fjerningen av fyllingsrørene er ganske vanskelig. Ofte brytes monteringsbolter av, hvilket sinker prosessen. Den tid som er nødvendig for å kople til et fyllingsrør i støpemaskiner ifølge kjent teknikk er ca. seks minutter, mens fråkopling av et fyllingsrør krever fire minutter. Disse to operasjoner utgjør til sammen totalt ti minutter nedetid for å bytte fyllings-røret.

[0010]US-patentsøknad 2010/0218910 tilhørende Klingensmith et al., offentliggjør en fyllingsrør-sammenstilling for en støpeform hvor et fyllingsrør har en avsmalnende flens og er fastklemt til støpeformen med en fastklemmings-sammenstilling som inkluderer en pakning, en lastring, en fastklemmingsplate og et forbelast-ningsgap mellom fastklemmingsplaten og støpeformen. Når den trekkes til, forbe-laster fastklemmingsplaten lastringen mot flensen og sørger for en jevn last mot støpeformen. Forbelastningsgapet fremmer en kompensasjon og justering av trykk og opprettholder en hovedsakelig lekkasjesikker forbindelse til tross for en dimen-sjonsmessig variasjon i fyllingsrørets skjøt. Skjøten kan inkludere en dimensjons-kompensasjonsring.

[0011]Fyllingsrør-sammenstillingen ifølge Klingensmith et al., reduserer den spenning som er fremkalt av tidligere fastklemmingsmekanismer, men har et antall løse deler som kan være vanskelige å håndtere under utbytting, særlig fordi de kan ha en overflatetemperatur godt over 100 °C under utbyttingsprosedyren. Videre er pakningene kanskje ikke i stand til å ta opp varmeutvidelse og -sammentrekking. Det er også et behov for løsgjøring av fyllingsrøret og fastklemmings-sammenstillingen hvis de setter seg fast under støping.

[0012]Hovedmålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fyllingsrør-sammenstilling som overvinner i det minste ett av disse problemer, samtidig som man beholder den nytte og de fordeler som er tilveiebrakt av de ovenfor omtalte fyllingsrør-sammenstillinger.

[0013]Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å forbedre monte-ringssammenstillingen for fyllingsrør, dvs. at montering utføres på en hurtig, enkel og effektiv måte. Den nye løsning gjør det mulig for kun én mann å montere hele fyllingsrør-sammenstillingen alene fra støpeformens underside.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0014]Dette oppnås ved å tilveiebringe en fyllingsrør-sammenstilling for en VRC/PRC-støpemaskin som inkluderer en støpeform, idet sammenstillingen omfatter et fyllingsrør og en fastklemmingsinnretning, hvor fyllingsrøret har en støpeform-inngrepsende, og en avsmalnende skulder på sin utvendige overflate korresponderende til en avsmalnende overflate på en lastring, hvor fyllingsrøret strekker seg fra støpeform-inngrepsenden gjennom lastringen og en sentral boring i en fastklemmingsplate festet til bunnen av støpeformen, kjennetegnet ved at lastringen er permanent fastholdt til fastklemmingsplaten.

[0015]Foretrukne utførelser av fyllingsrør-sammenstillingen er videre spesifisert i de avhengige krav 2-5.

[0016]Fyllingsrør-sammenstillingen kan inkludere to pakninger for forbedret trykkfordeling. En pakning er anordnet mellom fyllingsrøret og støpeformens overflate, og den andre er anordnet mellom den avsmalnende overflate av lastringen og den avsmalnende skulder av fyllingsrøret. Fastklemmingsplaten kan videre ha avfasede bolthull for å hjelpe til med sentrering av festeboltene og øke toleransen for varmeutvidelse og -sammentrekking. Fastklemmingsplaten kan også omfatte et ekstra sett av bolthull som ikke korresponderer til gjenger i støpeformen. Disse sistnevnte bolthull er innvendig gjenget, og brukes av et verktøy for hurtig utbytting av fyllingsrør-sammenstillingene og for å presse fyllingsrøret bort fra formen hvis eller når den setter seg fast under støping.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0017]Oppfinnelsen vil bli beskrevet i detalj nedenfor med henvisning til de led-sagende tegninger, hvor: Fig. 1a er et riss nedenfra av en fyllingsrør-sammenstilling; Fig. 1b er et tverrsnittsriss av sammenstillingen på fig. 1a; Fig. 2a-c illustrerer detaljer ved sammenstillingen på fig. 1; Fig. 3 er et tverrsnittsriss av et fyllingsrør; Fig. 4 er et riss nedenfra av en fastklemmingsring; Fig. 5 er et tverrsnitt av fastklemmingsringen langs linjen A-A på fig. 4;

Fig. 6 er et partielt tverrsnitt av fastklemmingsringen langs linjen B-B

på fig. 4;

Fig. 7a-b viser en festebolt; Figurene 8a-d viser en sammenstilling med en forholdsvis lang belastnings-ring; og Figurene 9a-d viser en sammenstilling med en forholdsvis kort belastnings-ring.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0018]Fig. 1a er et riss nedenfra av en fyllingsrør-sammenstilling omfattende et fyllingsrør 100 fastklemt til en støpeform 200 med en fastklemmingsring 300. Fast-klemmingsbolter 400 fastholder fastklemmingsringen til støpeformen 200 ved hjelp av utvendig gjengede festebolter 400. Støpeform-inngrepshodet av fyllings- røret 100 har form av en avkortet kjegle som passer inn i en korresponderende mottaksåpning i støpeformen 200. Fyllingsrøret 100 kan med fordel fremstilles av et keramisk materiale som er i stand til å motstå varmen fra smeltet metall, mens fastklemmingsringen 300 kan fremstilles av stål eller et annet materiale som er forholdsvis enkelt å forme. Fastklemmingsringen er ikke vist i direkte kontakt med det smeltede metall inne i røret, og den trenger følgelig ikke å motstå temperatur-ene i smeiten.

[0019]Fig. 2a er et forstørret riss av fastklemmings-mekanismen på figurene 1a, b. En første pakning er anordnet mellom fyllingsrøret og støpeformen, som vist med henvisningstall 4 og avbildet på fig. 2b. En annen pakning er anordnet ved den avsmalnende flens vist med henvisningstall 6, hvor et rørformet fremspring av fastklemmingsringen, heretter lastringen, er i inngrep med den avsmalnende flens av fyllingsrøret. Disse to pakninger sørger for en forbedret trykkfordeling, og reduserer strekkspenningen påtvunget på fyllingsrøret fra fastklemmingsringen selv når fyllingsrøret 100 og fastklemmingsringen 300 utvides eller trekker seg sammen i svært forskjellig grad når de utsettes for varme, dvs. når de har svært forskjellige varmeutvidelses-koeffisienter. Den første pakning 4 har primært en tettende funksjon og sekundært en trykkbalanserende funksjon ved sammensetting av stigere, mens den annen pakning 6 har en sentrerende overflate-trykkbalanserende funksjon for minimering av mulig skade på stigeren.

[0020]Fig. 3 er et tverrsnitt gjennom en alternativ utførelse av det fyllingsrør, hvor støpeform-inngrepshodet 103 er en sylinder som har en større utvendig diameter enn hoveddelen 100 av røret. I bruk, er det anordnet en pakning mellom den avsmalnende flens 101 og en korresponderende overflate på det rørformede fremspring (lastring) av fastklemmingsplaten (fig. 5). Pakningen korresponderer til pakningen vist på fig. 2c. Den innvendige diameter ID er normalt uforandret over hele lengden av fyllingsrøret. En kort konisk form innvendig ved den øvre ende av røret vil forekomme i noen tilfeller.

[0021]Fig. 4 viser en fastklemmingsplate betraktet nedenfra. Den viste utførelse har fire nøkkelformede hull 320 korresponderende til gjengede hull i støpeformen. Den større del av hvert hull 320 har en diameter som er litt større enn hodet av en festebolt, og den smalere del har en diameter som er litt mindre enn hodet av en festebolt. Fastklemmingsringen kan fjernes ved løsning av festeboltene, dreiing av fastklemmingsringen medurs, og trekke fastklemmingsringen over hodene av festeboltene, dvs. ut av papirplanet på fig. 4. Den nye fyllingsrør-sammenstillingen kan monteres på en korresponderende måte, dvs. uten at det er nødvendig å fjerne festeboltene fullstendig. Den smalere del 321 av hvert hull 320 er avfaset, og er i inngrep med en korresponderende avfaset flate under hvert hode av festeboltene. Dette trekk justerer fastklemmingsringen nøyaktig, og reduserer faren for skjevinnretting av fyllingsrøret. Fastklemmingsringen 300 omfatter også et par av gjengede bolthull 330, hvorav ett er vist i tverrsnitt på fig. 6. De gjengede bolt hull 330 brukes til å feste et verktøy brukt til utbytting av fyllingsrør-sammenstillingen, og korresponderer ikke til et gjenget hull i støpeformen. Hvis fastklemmingsringen setter seg fast, kan bolter skrus inn i de gjengede hull 330, og brukes til å presse fastklemmingsringen 300 bort fra støpeformen.

[0022]Fig. 5 er et tverrsnittsriss av en fastklemmingsring 300 tatt langs linjen A-A på fig. 4. Fastklemmingsringen består essensielt av en fastklemmingsplate 305 med en lastring 310 ragende ut fra dens overside. Lastringen 310 og fastklemmingsplaten 305 er med fordel fremstilt som en enkelt enhet, eller de er permanent festet til hverandre for å redusere antallet av deler i fyllingsrør-sammenstillingen. Forskjellige fastklemmingsringer kan ha en felles tykkelse T av fastklemmingsplaten, slik at et sett av festebolter kan brukes forflere sammen-stillinger og forskjellige høyder H for å passe inn i støpeformen i bruk. Den avsmalnende overflate 311 bærer i hovedsak den avsmalnende skulder 101 på utsiden av fyllingsrøret når fyllingsrør-sammenstillingen er satt sammen. En sentral boring 301 mottar fyllingsrøret. Den sentrale boring 301 har en litt større diameter ved bunnen av sammenstillingen, dvs. til venstre på fig. 5. Kontakten mellom fastklemmings-sammenstillingen 300 og fyllingsrøret er således overvei-ende gjennom pakningen mellom den avsmalnende overflate 311 ved toppen av lastringen 310 og en avsmalnende skulder 101 under hodet av fyllingsrøret. Dette reduserer muligheten for skjevinnretting og uønsket strekkspenning på et keramisk fyllingsrør.

[0023]Fig. 6 er et snitt langs B-B på fig. 4, og viser et sekundært, innvendig gjenget bolthull gjennom fastklemmingsplaten 305. Dette hullet brukes av et monteringsverktøy (ikke vist), og/eller for tilveiebringelse av en kraft parallell med aksen i hullet 330 ved rotering av en skrue som er i inngrep med de innvendige gjenger, som beskrevet kort ovenfor.

[0024]Fig. 7a viser en festebolt 400 sett ovenfra. En sekskantet fordypning 401 i hodet er tilpasset til å motta en sekskantet nøkkel for rotering av bolten om sin lengdeakse, og diameteren 0 av hodet 410 er mellom diametrene av de brede og smale deler av nøkkelhullene 320 omtalt ovenfor.

[0025]Fig. 7b er et sideriss av en festebolt 400 med utvendige gjenger 430 tilpasset til å mottas i korresponderende innvendige gjenger i støpeformen (ikke vist). Hodet 410 har en avsmalnende underside 420 for inngrep med en avfaset overflate i den smale del 321 av et nøkkelhull 320, som omtalt i forbindelse med fig. 4. Den avsmalnende del av festebolten 400 sammen med det korresponderende avsmalnende hull av flensen tilveiebringer en viktig og vital sentrerende funksjon under sammensetting av stigere.

[0026]Fig. 8a viser en montert fyllingsrør-sammenstilling betraktet nedenfra. Festeboltene 400 er i inngrep med de avfasede overflater i de smale deler av nøkkelhullene 320.

[0027]Fig. 8b er et tverrsnitt langs linjen C-C på fig. 8a. Festeboltene 400 er skrudd inn i støpeformen 200, og presser fastklemmingsringen 300 i lengde-retningen til tett kontakt med fyllingsrøret ved de avsmalnende overflater 311 og 101, og fyllingsrøret 100 til tett kontakt med støpeformen. Gapene eller klaringene vist mellom fastklemmingsringen 300 og støpeformen 200 er ment for å tillate varmeutvidelse og -sammentrekking, og for å unngå strekkspenning på et keramisk fyllingsrør 100 forårsaket av skjevinnretting, osv.

[0028]Pakninger er anordnet ved de tettende overflater mellom støpeformen 200 og fyllingsrøret 100 (fig. 8c), og mellom fastklemmingsringen 300 og den avsmalnende skulder på utsiden av fyllingsrøret (fig. 8d). Alle krefter er således tilbøyelige til å komprimere keramene i fyllingsøret 100 gjennom tettende pakninger. Strekk-krefter tilbøyelige til å bryte i stykker sprø keramer unngås.

[0029]Figurene 9a-d korresponderer til figurene henholdsvis 8a-8d, og har essensielt de samme henvisningstall. Hovedforskjellene er de forskjellige tykkelser av bunnen av støpeformen 200, og den korresponderende lengde av lastringen 310.

[0030]Til slutt, skal det nevnes at den løsning som er tilveiebrakt av den foreliggende oppfinnelse representerer en forbedring i forhold til teknikken ifølge kjent teknikk på grunn av blant annet de følgende trekk: Sentreringen av fyllingsrør under sammensetting er betydelig forbedret, hvilket resulterer i at det tettende trykk mellom stigeren og støpeverktøyet blir jevnere fordelt, og dermed reduseres lekkasje og skade. Videre sørger den tykke og stive stålflensen for gjenbruk og forlenget levetid.

Claims (5)

1. Fyllingsrør-sammenstilling for en VRC/PRC-støpemaskin som inkluderer en støpeform (200), hvor sammenstillingen omfatter et fyllingsrør (100) og en fastklemmingsinnretning (300), hvor fyllingsrøret (100) haren støpeform-inngrepsende (110), en avsmalnende skulder (101) på sin utvendige overflate korresponderende til en avsmalnende overflate (311) på en lastring (310), hvor fyllingsrøret (100) strekker seg fra støpeform-inngrepsenden (110) gjennom lastringen (310) og en sentral boring (301) i en fastklemmingsplate (305) festet til bunnen av støpeformen (200), karakterisert vedat lastringen (310) er permanent fastholdt til fastklemmingsplaten (305).

2. Fyllingsrør-sammenstilling som angitt i krav 1, hvor fastklemmingsplaten (305) er festet til bunnen av støpeformen (200) med festebolter (400) som strekker seg gjennom bolthull (320) i fastklemmingsplaten (305) til innvendige gjenger i støpeformen.

3. Fyllingsrør-sammenstilling som angitt i krav 2, hvor bolthullene (320) er langstrakte åpninger med en ende som tillater passasje av hodene av festeboltene (400), og en smalere ende (321) med en avfaset overflate tilpasset til inngrep med en avfaset overflate under hodet av festebolten.

4. Fyllingsrør-sammenstilling som angitt i et av de foregående krav, omfattende en første tettende pakning mellom støpeform-inngrepsenden (110) og støpe-formen (200), og en annen tettende pakning mellom den avsmalnende overflate (311) på lastringen (310) og den avsmalnende skulder (101) på fyllingsrøret.

5. Fyllingsrør-sammenstilling som angitt i et av de foregående krav, hvor fastklemmingsplaten omfatter et ekstra sett av gjengede bolthull (330) som ikke korresponderer til gjenger i støpeformen (200).