NO834034L

NO834034L - PROCEDURE FOR CASTING OF ALUMINUM CONTAINERS

Info

Publication number: NO834034L
Application number: NO834034A
Authority: NO
Inventors: Jean Charbonnier
Original assignee: Pechiney Aluminium
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1983-11-04
Also published as: AR231703A1; EP0103602A1; IT8319995A1; FR2523004A1; FR2523004B1; DK513683D0; PT76376A; GR77949B; AU1337983A; DK513683A; IL68120A0; BR8306480A; IT8319995A0; WO1983003213A1; AU558067B2; JPS59500167A; KR840003969A; MX157586A; IT1161104B; ES520565A0

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for kokillestøping i serie av gjenstander på aluminiumbasis under hvilke man for hver gjenstand heller metallet i kokillen og lar det oppholde seg der for å sikre størkning før fjerning av gjenstanden. The present invention relates to a method for mold casting in a series of objects on an aluminum basis, under which for each object the metal is poured into the mold and allowed to remain there to ensure solidification before removal of the object.

Blant de forskjellige metoder for forming av aluminium og legeringer derav er fagmannen på området kjent med den metode som omfatter å helle metall i smeltet tilstand opp i en lukket metallform med gitt utforming, deretter å la metallet størkne i en viss tid ved å fjerne noe av varmen til det omgivende medium, deretter å åpne formen for å fjerne den formede del og til slutt å lukke formen igjen etter å ha renset den for en ny cyklus. Among the various methods for forming aluminum and its alloys, the person skilled in the art is familiar with the method which comprises pouring metal in a molten state into a closed metal mold of a given design, then allowing the metal to solidify for a certain time by removing some of the heat of the surrounding medium, then opening the mold to remove the molded part and finally closing the mold again after cleaning it for another cycle.

Under hvert av de ovenfor angitte trekk er støperiarbeideren stilt ovenfor det problem å vite hvor lenge han skal la metallet befinne seg i formen. Tatt i betraktning ønsket om maksimal effektivitet er han klar over at hvis han åpner formen etter at det har gått en viss tid etter at den støpte del har nådd en egnet størkningstilstand vil utbyttet for installeringen ligger under den virkelige produksjonskapasitet men hvis han på den annen side åpner formen for tidlig kan det hende at delen som befinner seg i den ikke er tilstrekkelig størknet eller i det minste ikke har nådd en tilstand med tilstrekkelig termisk og mekanisk stabilitet, i hvilket tilfelle den støpte del vil lide under defekter som kan føre til at den blir kassert. Under each of the above-mentioned features, the foundry worker is faced with the problem of knowing how long he should leave the metal in the mold. Considering the desire for maximum efficiency, he is aware that if he opens the mold after a certain time has passed after the molded part has reached a suitable state of solidification, the yield for the installation will be below the real production capacity, but if, on the other hand, he opening the mold too early may result in the part contained within it not being sufficiently solidified or at least not having reached a state of sufficient thermal and mechanical stability, in which case the molded part will suffer from defects that may cause it to fail is discarded.

Derfor synes det tidsrom metallet skal forbli i formen å være en vesentlig faktor ved riktig drift i et støperi. Therefore, the length of time the metal must remain in its shape seems to be an important factor in correct operation in a foundry.

Det er riktig å si at det tidsrom metallet skal forbli i formen avhenger av typen anvendt form, formutforingen, den måte det hele avkjøles på, nemlig naturlig eller fremtvunget avkjøling, og sammensetning og temperatur i legeringen som støpes, men når disse forskjellige parametre er fiksert synes det å være viktig å finne en måte for å bestemme den optimale tidsperiode som metallet skal forbli i formen og som kan anvendes på serier av støping, slik at fremgangsmåten for bestemmelse av den optimale tid i henhold til dette kan ekstrapoleres for tilpasning til installasjoner der visse parametre er forandret ved å foreta en antall korreksjoner. It is correct to say that the length of time the metal must remain in the mold depends on the type of mold used, the mold lining, the way the whole is cooled, namely natural or forced cooling, and the composition and temperature of the alloy being cast, but once these various parameters are fixed it appears to be important to find a way to determine the optimum period of time that the metal should remain in the mold and which can be applied to series of castings, so that the method of determining the optimum time according to this can be extrapolated for adaptation to installations where certain parameters are changed by making a number of corrections.

I de fleste kjente prosesser har det vært gjort forsøk på å løse problemer ved å benytte en metalloppholdstid som er konstant og beregnet å være meget generøs for å forhindre enhver vanskelighet på grunn av for tidlig fjerning av den støpte del fra formen. I praksis er det tilstrekkelig å ha en tidsmåler som settes på den valgte tidsperiode og som settes i drift ved begynnelsen av støpetrinnet. Slike prosesser lider under den ulempe at man ikke tar i betraktning variasjoner i temperaturen i formen. I virkeligheten og når man starter opp en serie støpeoperasjoner befinner formen seg ved relativt lav temperatur på det øyeblikket metallet helles, i løpet av hver støping beholder formen en del av den varme som tilføres på grunn av metallet og i henhold til dette vil ved begynnelsen av hver ny helling temperaturen i formen progressivt stige inntil den når en likevektsverdi, man sier da at formen er "på temperatur". På samme måte ved tilfeldig eller tilsiktet stans vil temperaturen i formen synke før den igjen senere når likevektsverdien. In most known processes attempts have been made to solve problems by using a metal residence time which is constant and calculated to be very generous to prevent any difficulty due to premature removal of the cast part from the mold. In practice, it is sufficient to have a timer which is set to the selected time period and which is put into operation at the beginning of the casting step. Such processes suffer from the disadvantage that variations in temperature in the mold are not taken into account. In reality and when starting a series of casting operations the mold is at a relatively low temperature at the moment the metal is poured, during each casting the mold retains part of the heat supplied due to the metal and accordingly at the beginning of each new tilt the temperature in the mold progressively rises until it reaches an equilibrium value, the mold is then said to be "at temperature". In the same way, in case of accidental or intentional stopping, the temperature in the mold will drop before it again later reaches the equilibrium value.

I en prosess som benytter en konstant oppholdstid for metallet i formen talte ikke hensyn til slike variasjoner og dette resulterer i forskjellige betingelser med henblikk på avkjøling og størkning av den faste komponent, noe som igjen gir grunn til en vesentlig mangel på homogenitet i de fremstilte komponenters kvalitet. In a process that uses a constant residence time for the metal in the mold, such variations were not taken into account and this results in different conditions for cooling and solidification of the solid component, which in turn gives rise to a significant lack of homogeneity in the manufactured components quality.

Andre prosesser er basert på temperaturen ved hvilken den støpte komponent fjernes fra formen for å fiksere den optimale oppholdstid. Arbeideren venter inntil temperaturen i formen etter at den er fyllt, har sunket til under en viss verdi som fjerner den støpte komponent fra formen. Other processes are based on the temperature at which the molded component is removed from the mold to fix the optimum dwell time. The worker waits until the temperature in the mold after it has been filled has dropped below a certain value which removes the cast component from the mold.

Andre prosesser igjen kombinerer de to ovenfor angitte konsepter, det med konstant oppholdstid så lenge temperaturen i formen ved fyllingsøyeblikket ikke er stabilisert og deretter konseptet med henvisning til den temperatur ved hvilken den støpte komponent skal fjernes fra formen når formen er på temperatur. Other processes again combine the two concepts stated above, that of constant residence time as long as the temperature in the mold at the moment of filling is not stabilized and then the concept with reference to the temperature at which the cast component must be removed from the mold when the mold is at temperature.

Den sistnevnte prosess gjør det mulig å redusere den tid som er nødvendig for støpeoperasjonen og i en viss grad gjøre det mulig å aksellerert å bringe formen til temperatur, men slike prosesser tar ikke skikkelig hensyn til variasjonen i den opprinnelige temperatur-formen på det tidspunkt hellingen av metallet begynner og som konsekvens derav den virkelige størkningsperiode. The latter process makes it possible to reduce the time required for the casting operation and to a certain extent make it possible to accelerate bringing the mold to temperature, but such processes do not properly take into account the variation in the original temperature of the mold at the time of pouring of the metal begins and, as a consequence, the real solidification period.

Det er av denne grunn at foreliggende søkere, som har funnet at de foreslåtte løsninger ikke på egnet måte integrerer den ovenfor angitte indikasjon i støpetemperaturen og tilsvarende ikke tillater at det kan oppnås optimale betingelser med henblikk på kvalitet og produksjon, har søkt og utviklet en fremgangsmåte for avkjølingsstøping av aluminiumbaserte deler der metallet i smeltet tilstand helles inn i formen, det hele blir avkjølt slik at metallet størkner, formen åpnes for å fjerne den støpte del og lukkes igjen for ny cyklus, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det tidsrom metallet forblir i formen forbindes ved temperaturen i formen på det tidspunkt hellingen starter. It is for this reason that the present applicants, who have found that the proposed solutions do not appropriately integrate the above-mentioned indication into the casting temperature and correspondingly do not allow that optimal conditions can be achieved with regard to quality and production, have sought and developed a method for cooling casting of aluminum-based parts where the metal in a molten state is poured into the mold, the whole is cooled so that the metal solidifies, the mold is opened to remove the cast part and closed again for a new cycle, and this method is characterized by the period of time the metal remains in the mold is connected at the temperature in the mold at the time the pour starts.

Således beveger fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen seg tilsvarende enkelte tidligere prosesser bort fra konseptet med konstant oppholdstid, men har forbindelse med den kjente teknikk med henblikk på temperaturen. Imidlertid er temperaturen som er involvert den opprinnelige temperatur for formen, det vil si temperaturen i formen på det øyeblikket hellingen begynner og ikke temperaturen på det tidspunkt den støpte del fjernes fra formen selv om dette konsept bibehold-es for visse anvendelsesbetingelser ved fremgangsmåten. Thus, the method according to the invention similarly to certain previous processes moves away from the concept of constant residence time, but is connected with the known technique with regard to the temperature. However, the temperature involved is the initial temperature of the mold, i.e. the temperature in the mold at the moment the pouring begins and not the temperature at the time the molded part is removed from the mold although this concept is retained for certain application conditions of the method.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at varigheten av oppholdstiden bestemmes på hellingsøyeblikket ved å måle temperaturen i kokillen på dette øyeblikk og å sammenligne verdien med en på forhånd fastlagt korrelasjonstabell for temperatur-varighet for på denne måte å bestemme varigheten. According to this, the present invention relates to a method of the kind mentioned at the outset and this method is characterized by the duration of the residence time being determined at the moment of pouring by measuring the temperature in the mold at this moment and comparing the value with a previously established correlation table for temperature-duration for in this way to determine the duration.

Det faktum at den opprinnelige temperatur i formen tas med i betraktning gjør det bedre mulig å fastslå den virkelige tidsperiode for størkning for metallet da det er slik at hvis metallet helles i en form med lav temperatur vil størknings-tiden være kortere enn hvis metallet helles i en form med en noe forhøyet temperatur. Ved derfor å referere til den opprinnelige temperatur er det bedre mulig å få fastslå den tid som vil være nødvendig for å sikre at størkning av metallet skjer, og det er derfor mulig å optimalisere tidsrommet i hvilket metallet befinner seg I formen. Det er også nødvendig å fastslå forholdet mellom den opprinnelige temperatur og størkningstiden. Dette forhold er fastslått eksprimentelt på følgende måte: Flere serier prøvestykker ble støpt med et termopar forbundet med en temperaturskriver anordnet i sentrum av den kalibrerte del. To andre termopar ble anbragt i sidedeler av formen på nivået for sentrum av prøvestykket og i en avstand av to mm fra den opprinnelige veggoverflate. Det var således mulig å fastslå både den opprinnelige temperatur i formen og størkningstiden idet den siste var ferdig i det øyeblikket det skjedde en forandring I hellingen på temperatur-tid kurven. Da det imidlertid ikke er mulig å fjerne den støpte komponent fra formen direkte ved slutten av størkningen av komponenten fordi det er nødvendig å bære de støpte komponenter, ble en korrosjonskoeffisient anvendt på størknings-tiden, det vil si at oppholdstiden for metallet i formen settes til k x størkningsperioden der k er fra 1 til 1,5, avhengig av sammensetningen av legeringen og typen fremstilt del. The fact that the initial temperature of the mold is taken into account makes it better to determine the real solidification time period for the metal as it is the case that if the metal is poured into a low temperature mold the solidification time will be shorter than if the metal is poured into a form with a somewhat elevated temperature. By therefore referring to the original temperature, it is better possible to determine the time that will be necessary to ensure that solidification of the metal takes place, and it is therefore possible to optimize the time period in which the metal is in the mold. It is also necessary to establish the relationship between the initial temperature and the solidification time. This relationship is established experimentally in the following way: Several series of test pieces were cast with a thermocouple connected to a temperature recorder arranged in the center of the calibrated part. Two other thermocouples were placed in side parts of the mold at the level of the center of the test piece and at a distance of two mm from the original wall surface. It was thus possible to determine both the original temperature in the mold and the solidification time, as the latter was finished at the moment a change occurred in the slope of the temperature-time curve. However, since it is not possible to remove the cast component from the mold directly at the end of solidification of the component because it is necessary to carry the cast components, a corrosion coefficient was applied to the solidification time, i.e. the residence time of the metal in the mold is set to k x the solidification period where k is from 1 to 1.5, depending on the composition of the alloy and the type of manufactured part.

De ovenfor angitte målinger ble tatt for forskjellige formtemepraturer på øyeblikket for fylling av formen. Deretter var det også mulig å utvide disse målinger til former som er utstyrt for eksempel med egne kjøleinnretninger ved bruk av sirkulasjon av luft eller vann, til legeringer med forskjellige sammensetninger, heilt ved forskjellige temperaturer, og på formutforinger av forskjellig art og tykkelse. The measurements given above were taken for different mold temperatures at the moment of filling the mold. Subsequently, it was also possible to extend these measurements to molds that are equipped, for example, with their own cooling devices using air or water circulation, to alloys with different compositions, completely at different temperatures, and on mold linings of different types and thicknesses.

Dette ga således tabeller med henblikk på korrelasjonen mellom temperatur og oppholdstid. Når som en konsekvens alle støpefaktorene er kjent er det kun nødvendig å notere den opprinnelige temperatur til formen og så benytte tabellen for å oppnå den optimale oppholdstid for metallet i formen. This thus produced tables with a view to the correlation between temperature and residence time. When, as a consequence, all the casting factors are known, it is only necessary to note the original temperature of the mold and then use the table to obtain the optimal residence time for the metal in the mold.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen karakteriseres således ved at oppholdstiden for metallet i formen fastslås ved å måle temperaturen i formen på det øyeblikk hellingen begynner og deretter å sammenligne denne verdi med den på forhånd fastlagte temperatur-tid korrelasjonstabell. The method according to the invention is thus characterized in that the residence time for the metal in the mold is determined by measuring the temperature in the mold at the moment the tilting begins and then comparing this value with the temperature-time correlation table established in advance.

Denne prosess anvendes i praksis på alle de suksessive støpinger som er nødvendig for fremstilling av en serie komponenter. Hva imidlertid angår oppstartingsperioden eller det tidsrom som følger en lengre stopp, når temperaturen for formen er relativt lav, er det funnet at de støpte deler var utilstrekkelig kompakte. For å begrense antall slike utilfredsstillende deler er det nødvendig å søke å øke temperaturen i formen så hurtig som mulig. Således utgjør den ovenfor beskrevne optimaliserte prosess det mulig å redusere de ovenfor nevnte tidsrom der temperaturen stiger, men den kan aksellereres ytterligere på basis av det faktum at når man anvender optimal oppholdstid med en relativ kold form vil det øyeblikk på hvilken den støpte komponent skal fjernes fra formen inntre når temperaturen i formen fremdeles er stigende til forskjell fra en form som er på temperatur, når temperaturen er i ferd med å falle. Hvis derfor stigningen av temperaturen i formen må aksellereres er det nødvendig å søke å gjenvinne all varme som tilveiebringes av metallet og derfor å fjerne den støpte del fra formen kun på det øyeblikk der temperaturen i formen når maksimum. This process is used in practice for all the successive castings that are necessary for the production of a series of components. However, with regard to the start-up period or the period of time following a longer stop, when the temperature of the mold is relatively low, it was found that the molded parts were insufficiently compact. In order to limit the number of such unsatisfactory parts, it is necessary to seek to increase the temperature in the mold as quickly as possible. Thus, the above-described optimized process makes it possible to reduce the above-mentioned time periods during which the temperature rises, but it can be further accelerated on the basis of the fact that when using an optimal residence time with a relatively cold mold, the moment at which the cast component is to be removed from the mold entering when the temperature in the mold is still rising as opposed to a mold that is at temperature, when the temperature is about to fall. If therefore the rise of the temperature in the mold must be accelerated, it is necessary to seek to recover all the heat provided by the metal and therefore to remove the cast part from the mold only at the moment when the temperature in the mold reaches its maximum.

Fremgangsmåten karakteriseres derfor også ved at under oppstarting eller gjenstarting når temperaturen er relativt lav på det øyeblikket hellingen skal starte, den optimale oppholdstid utvides inntil temperaturen i formen har nådd sitt maksimum. The method is therefore also characterized by the fact that during start-up or restart when the temperature is relatively low at the moment the slope is to start, the optimal residence time is extended until the temperature in the mold has reached its maximum.

I tillegg har formen etter et antall suksessive støpinger en tendens til å bli varmere og varmere, noe som øker størk-ningstiden og som et resultat forårsaker et fall i de mekaniske egenskaper for de støpte komponenter. Temperaturen i formen kan begrenses på to måter: enten ved å utvide det tidsrom etter hvilket formen lukkes etter støpingen, eller ved å forhindre formlukking etter at den støpte komponent er fjernet fra formen inntil temperaturen igjen har falt under en grenseverdi som avhenger av den benyttede legeringstype. Mens en slik prosess kan gjennomføres ved enkle hjelpemidler, kan den også underkastes mekanisering og automatisering i avansert grad. Således er de involverte funksjoner kon-vensjonelle, nemlig: Detektering av en temperaturvariasjon for å bestemme tiden tQved hvilken hellingen begynner og tiden tm når den passerer gjennom et maksimum (differensial koeffisient 0), notering av den opprinnelige temperatur tQi formen, sammenligning av denne med et temperaturmønster i en fastslått temperaturtid korrelasjonstabell for å bestemme oppholdstiden A-^, igangsetting av en tidsmåler ved tiden tQog innstilling av den til A-^, In addition, after a number of successive castings, the mold tends to get hotter and hotter, which increases the solidification time and, as a result, causes a drop in the mechanical properties of the cast components. The temperature in the mold can be limited in two ways: either by extending the time period after which the mold is closed after casting, or by preventing mold closure after the cast component has been removed from the mold until the temperature has again fallen below a limit value that depends on the type of alloy used . While such a process can be carried out with simple aids, it can also be subjected to mechanization and automation to an advanced degree. Thus, the functions involved are conventional, namely: Detection of a temperature variation to determine the time tQ at which the slope begins and the time tm when it passes through a maximum (differential coefficient 0), recording the initial temperature tQi form, comparing this with a temperature pattern in a fixed temperature-time correlation table to determine the residence time A-^, starting a timer at time tQ and setting it to A-^,

kontinuerlig kontrollering av temperaturen på en slik måte at man detekterer temperatur tm over hvilken den støpte komponent ikke kan fjernes fra formen eller formen lukkes, og å kontrollere de elektrisk drevne ventiler for åpning og lukking av formen ved tidene tm, t^=t0+A-t;, og å forhindre åpning av formen når T>Tj^. continuously controlling the temperature in such a way as to detect the temperature tm above which the molded component cannot be removed from the mold or the mold is closed, and to control the electrically operated valves for opening and closing the mold at the times tm, t^=t0+A-t ;, and to prevent opening of the mold when T>Tj^.

Nevnte gruppefunksjon kan oppnås ved en kontroll innretning som i det vesentlige omfatter: en tavle omfattende en mikroprosessor og perifere enheter, en analog-digital konverter, Said group function can be achieved by a control device which essentially comprises: a board comprising a microprocessor and peripheral devices, an analog-digital converter,

en magnetisk bærer for notering av korrelasjonstabeller, et program i hjernen forbundet med mikroprosessoren og en kontrollboks. a magnetic carrier for recording correlation tables, a program in the brain connected to the microprocessor and a control box.

Det hele er via konverteren forbundet med termoparene på formen og via kontrollboksen til de elektrisk drevne ventiler. It is all connected via the converter to the thermocouples on the mold and via the control box to the electrically operated valves.

Når det gjelder former som avkjøles ved luft eller ved sirkulering av et hvilket som helst annet fluid kan reguler-ingen med henblikk på strømningshastighetene for dette i avhengighet av den ønskede temperatur innarbeides i det ovenfor angitte mønster. In the case of forms that are cooled by air or by circulation of any other fluid, the regulation with regard to the flow rates for this, depending on the desired temperature, can be incorporated into the pattern indicated above.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av det følgende brukseksempel: Ved bruk av en luftkjølt stålform ble 50 deler av et prøvestykke støpt i rekkefølge ved bruk av en aluminiumleger-ing A-S7G. The invention will be better understood with the help of the following application example: Using an air-cooled steel mold, 50 parts of a test piece were cast in sequence using an aluminum alloy A-S7G.

Med henblikk på de første 15 deler forble starttemperaturen for formen under 350°C og den benyttede prosess anvendte venting til temperaturen i formen passerte gjennom et maksimum før åpning av formen, noe som krever 10 minutter. For the first 15 parts, the starting temperature of the mold remained below 350°C and the process used employed waiting until the temperature in the mold passed through a maximum before opening the mold, which required 10 minutes.

Deretter ble 13 ytterligere deler støpt ved bruk av en oppholdstid som omfattet størkningstiden multiplisert med en faktor k = 1,5 der verdiene i avhengighet av starttemperaturen for formen var som følger: Then 13 further parts were cast using a dwell time which included the solidification time multiplied by a factor k = 1.5 where the values depending on the starting temperature of the mold were as follows:

Gjennomføring av støpingen av de 13 deler tok 13,5 minutter. Completing the casting of the 13 parts took 13.5 minutes.

For de følgende deler ble temperaturen ved hvilken de støpte deler ble fjernet fra formen, begrenset til 430°C, noe som ga en produksjonshastighet på 13 min./10 deler. For the following parts, the temperature at which the cast parts were removed from the mold was limited to 430°C, giving a production rate of 13 min./10 parts.

Oppfinnelsen kan benyttes spesielt i aluminiumindustrien hver gang det er behov for å produsere en serie deler med minimum vrakandel og øket produksjonskapasitet ved avkjøllngsstøplng, enten ved tyngdekraft eller under lavt trykk eller under trykk. The invention can be used especially in the aluminum industry whenever there is a need to produce a series of parts with minimum scrap and increased production capacity by cooling casting, either by gravity or under low pressure or under pressure.

Claims

1. Method for mold casting in a series of objects on an aluminum basis during which for each object the metal is poured into the mold, allowed to remain there to ensure solidification before removal of the object, characterized in that the duration of the residence time is determined at the moment of pouring by measuring the temperature in the mold on this moment and to compare the value with a predetermined temperature-duration correlation table in order to determine the duration in this way.

2. Method according to claim 1, characterized in that during start-up or restart at a series of objects, while the temperature in the mold is relatively low, the residence time is extended until the mold temperature has reached a maximum value.