NO834034L - Fremgangsmaate for formstoeping av aluminiumholdige stykker - Google Patents

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.

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.

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.

Derfor synes det tidsrom metallet skal forbli i formen å være en vesentlig faktor ved riktig drift i et støperi.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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-^,

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^.

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,

en magnetisk bærer for notering av korrelasjonstabeller, et program i hjernen forbundet med mikroprosessoren og en kontrollboks.

Det hele er via konverteren forbundet med termoparene på formen og via kontrollboksen til de elektrisk drevne ventiler.

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.

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.

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.

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:

Gjennomføring av støpingen av de 13 deler tok 13,5 minutter.

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.

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.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for kokillestøping i serie av gjenstander på aluminiumbasis under hvilken man for hver gjenstand heller metallet i kokillen, lar det oppholde seg der for å sikre størkning før fjerning av gjenstanden, karakterisert ved at varigheten av oppholdstiden bestemmes på hellingsøyeblikket ved å måle temperaturen i kokillen på dette øyeblikk og å sammmenligne verdien med en på forhånd fastlagt korrelasjonstabell for temperatur-varighet for på denne måte å bestemme varigheten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man under oppstarting eller gjenoppstarting ved en serie gjenstander, mens temperaturen i kokillen er relativt lav, forlenger oppholdstiden inntil kokilletemperaturen har nådd en maksimal verdi.