PL201548B1 - Urządzenie do obróbki cieplnej i sposób przeprowadzania takiej obróbki - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego przedmioty (14, 20) formowane s a w maszynie odlewniczej (50) posiadaj acej dzielony element formuj acy (10, 11), w którym wykonana jest przestrze n odlewnicza (40) przeznaczona do wype lnienia ciek lym materia lem odlewniczym (30), urz adzenie posiada element realizuj acy obróbk e (1, 21) posiadaj acy przynajmniej jedn a powierzchni e czynn a (3), której kszta lt przynajmniej w cz esci odpowiada przestrzeni odlewniczej (40) oraz elementy (7) lacz ace wytworzony w przestrzeni odlewniczej (40) przedmiot (14, 20) z elementem realizuj acym obróbk e (1, 21), znamienne tym, ze posiada element przenosz a- cy (12) przemieszczaj acy element realizuj acy obróbk e wraz z przedmiotem (14, 20) z elementu formuj acego (10, 11) w po lo zenie znajduj ace si e poza maszyn a odlewnicz a (50), przy czym w urz adzeniu przeprowadzana jest obróbka cieplna wy zej wymienionego przedmiotu (14, 20), poza maszyn a odlewnicz a (50). 14. Sposób obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego ciek ly materia l odlewniczy (30) wprowadzany jest do dzielonego elementu formuj ace- go (10, 11), w którym wykonana jest przestrze n odlewnicza (40), przy czym materia l odlewniczy znajduje si e w przestrzeni odlewniczej (40) dopóki przy- najmniej zewn etrzna warstwa wytwarzanego przedmiotu (14, 20) nie osi agnie pewnej stabilno sci, za s przedmiot (14, 20) po laczony jest z elementem realizu- j acym obróbk e (1, 21) posiadaj acym powierzchni e czynn a, której kszta lt przy- najmniej w cz esci odpowiada przestrzeni odlewniczej (40), znamienny tym, ze przedmiot (14, 20) wyjmowany jest z elementu formuj acego (10, 11) i poddawany obróbce cieplnej poza maszyn a odlewnicz a, za s w tym samym czasie kolejna porcja ciek lego materia lu odlewniczego wprowadzana jest do przestrzeni odlewniczej (40) w celu wytworzenia nast epnego przedmiotu. 21. Maszyna odlewnicza przeznaczona do wytwarzania przedmiotów (14, 20) posiadaj aca dzielony element formuj acy, w którym wykonana jest prze- strze n odlewnicza (40) przeznaczona do wype lnienia ciek lym materia lem odlewniczym, znamienna tym, ze posiada osobne urz adzenie, w którym przeprowadzana jest obróbka cieplna wed lug zastrz. 1 do 13. PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201548 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356659 ^{1 * * * * * * * * * * * (13)} (22) Data zgłoszenia: 17.04.2001 ^{(51) Int.Cl.}

B29C 71/02 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: B22D 30/00 (2006.01)

17.04.2001, PCT/SE01/00844 B29C 45/00 (2006.01) (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

25.10.2001, WO01/78970 PCT Gazette nr 43/01 (54) Urządzenie do obróbki cieplnej i sposób przeprowadzania takiej obróbki

(30) Pierwszeństwo: 13.04.2000,SE,0001388-8	(73) Uprawniony z patentu: CAVITOOL AB,Vasteras,SE
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 28.06.2004 BUP 13/04	(72) Twórca(y) wynalazku: Mikael Wennberg,Vasteras,SE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Łazewska Sławomira, Łazewska i Łazewski

1. Urządzenie do obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego przedmioty (14, 20) formowane są w maszynie odlewniczej (50) posiadającej dzielony element formujący (10, 11), w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40) przeznaczona do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym (30), urządzenie posiada element realizujący obróbkę (1, 21) posiadający przynajmniej jedną powierzchnię czynną (3), której kształt przynajmniej w części odpowiada przestrzeni odlewniczej (40) oraz elementy (7) łączące wytworzony w przestrzeni odlewniczej (40) przedmiot (14, 20) z elementem realizującym obróbkę (1, 21), znamienne tym, że posiada element przenoszący (12) przemieszczający element realizujący obróbkę wraz z przedmiotem (14, 20) z elementu formującego (10, 11) w położenie znajdujące się poza maszyną odlewniczą (50), przy czym w urządzeniu przeprowadzana jest obróbka cieplna wyżej wymienionego przedmiotu (14, 20), poza maszyną odlewniczą (50).

14. Sposób obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego ciekły materiał odlewniczy (30) wprowadzany jest do dzielonego elementu formującego (10, 11), w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40), przy czym materiał odlewniczy znajduje się w przestrzeni odlewniczej (40) dopóki przynajmniej zewnętrzna warstwa wytwarzanego przedmiotu (14, 20) nie osiągnie pewnej stabilności, zaś przedmiot (14, 20) połączony jest z elementem realizującym obróbkę (1, 21) posiadającym powierzchnię czynną, której kształt przynajmniej w części odpowiada przestrzeni odlewniczej (40), znamienny tym, że przedmiot (14, 20) wyjmowany jest z elementu formującego (10, 11) i poddawany obróbce cieplnej poza maszyną odlewniczą, zaś w tym samym czasie kolejna porcja ciekłego materiału odlewniczego wprowadzana jest do przestrzeni odlewniczej (40) w celu wytworzenia następnego przedmiotu.

21. Maszyna odlewnicza przeznaczona do wytwarzania przedmiotów (14, 20) posiadająca dzielony element formujący, w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40) przeznaczona do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym, znamienna tym, że posiada osobne urządzenie, w którym przeprowadzana jest obróbka cieplna według zastrz. 1 do 13.

PL 201 548 B1

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do obróbki cieplnej w procesie odlewania, przy czym przedmioty są wytwarzane w maszynie odlewniczej posiadającej dzielony element formujący ze znajdującą się w nim przestrzenią odlewniczą przeznaczoną do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym. Materiał odlewniczy może być na przykład tworzywem sztucznym, metalem lekkim, metalem lub metalem szlachetnym.

Wynalazek dotyczy również maszyny odlewniczej posiadającej odrębne urządzenie do obróbki cieplnej.

W procesie odlewania przedmioty formowane s ą w maszynie odlewniczej przez wprowadzenie ciekłego materiału odlewniczego do elementu formującego, w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza, przy czym kształt tej przestrzeni odpowiada kształtowi wytwarzanego przedmiotu. Element formujący składa się zwykle z dwóch części, z których jedna jest nieruchoma zaś druga ruchoma. Element formujący posiada zazwyczaj elementy chłodzące, takie jak na przykład kołnierze chłodzące lub kanały chłodzące. Wytwarzany przedmiot przebywa w elemencie formującym dopóki nie ochłodzi się on na tyle, że możliwe jest na przykład transportowanie go za pomocą przenośnika taśmowego bez niebezpieczeństwa odkształcenia przedmiotu. Gdy przedmiot ochłodzi się w stopniu umożliwiającym jego dalszą obróbkę, element formujący jest otwierany przez przemieszczenie w bok jego ruchomej części, po czym przedmiot wyjmowany jest z wnętrza maszyny odlewniczej. Po wykonaniu tej czynności możliwe jest odlewanie kolejnego przedmiotu.

Czas potrzebny na odlanie przedmiotu nazywany jest czasem cyklu, a więc czas cyklu określa liczbę przedmiotów, które mogą być wykonane w jednostce czasu. W przypadku procesów odlewania dużej liczby przedmiotów istotne jest skrócenie czasu cyklu, ponieważ krótszy czas cyklu oznacza większą wydajność procesu. Okazało się, że możliwości skrócenia czasu cyklu są poważnie ograniczone pewnymi przeszkodami fizycznymi takimi jak to, że przed wprowadzeniem materiału odlewniczego do elementu formującego element ten musi osiągnąć określoną temperaturę, lub konieczność ochłodzenia przedmiotu w elemencie formującym w celu uzyskania pewności, że wytworzony przedmiot dokładnie zachowa pożądany kształt. Jeżeli przedmiot zostanie zbyt wcześnie wyjęty z elementu formującego istnieje niebezpieczeństwo powstanie asymetrii i odchyłek wymiarowych. Czas cyklu został skrócony dzięki optymalizacji czasów otwierania, zamykania, chłodzenia i napełniania. Zasadniczą część czasu cyklu stanowi czas chłodzenia wytwarzanego przedmiotu, przy czym czas ten wymagany jest jedynie w celu zapewnienia dokładności wymiarowej i jakości przedmiotu. W pewnych procesach odlewania czas chłodzenia może stanowić 70 - 80% całkowitego czasu cyklu.

Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie urządzenia oraz sposobu pozwalających na skrócenie czasu cyklu procesu odlewania, dzięki czemu zwiększona może być liczba przedmiotów wyprodukowanych w jednostce czasu. Szczególnie pożądane jest urządzenie do obróbki cieplnej, które znajduje zastosowanie w procesie odlewania i umożliwia współpracę z maszyną odlewniczą.

Cechy charakterystyczne urządzenia i sposobu według wynalazku określone są przez załączone zastrzeżenia patentowe.

Dzięki przemieszczeniu wytwarzanego przedmiotu z elementu formującego do elementu realizującego obróbkę posiadającego umieszczoną poza maszyną odlewniczą powierzchnię czynną, której kształt przynajmniej częściowo odpowiada kształtowi przestrzeni odlewniczej, przynajmniej część czasu potrzebnego do ochłodzenia przedmiotu może mieć miejsce poza maszyną odlewniczą, co oznacza że czas cyklu ulegnie skróceniu. Dzięki takiemu rozwiązaniu w tym samym czasie może być chłodzony jeden lub kilka przedmiotów, podczas gdy w maszynie odlewniczej wytwarzany jest kolejny przedmiot.

Podczas ochładzania wytwarzany przedmiot kurczy się, co prowadzi do zmian jego kształtu. Przedmiot przemieszczany jest do elementu realizującego obróbkę, jak tylko kształt przedmiotu osiągnie pewną stabilność, czyli w momencie gdy stabilność osiągnie zewnętrzna warstwa przedmiotu. Wnętrze przedmiotu nie musi być skrzepnięte, przez co kształt przedmiotu nie jest całkowicie stabilny i moż e nastąpić jego dalsze kurczenie się. Korzystnie takie kurczenie się zachodzi w czasie, gdy przedmiot znajduje się w elemencie realizującym obróbkę. W zależności od kształtu przedmiotu, element realizujący obróbkę musi częściowo lub całkowicie odpowiadać przestrzeni odlewniczej. W przypadku nieskomplikowanego kształtu może się okazać, że wystarczające jest by jedynie jedna część lub wybrane części elementu realizującego obróbkę odpowiadały kształtowi odpowiednich części przestrzeni odlewniczej. Wystarczające może być również zapewnienie kształtu podobnego jedynie do

PL 201 548 B1 jednej części elementu formującego (na przykład ruchomej części tego elementu) albo do niektórych obszarów jednej z części elementu formującego. Wymiary elementu formującego muszą być zachowane z wielką precyzją, co powoduje wysokie koszty wytwarzania elementu. Kształt elementu realizującego obróbkę nie musi być tak precyzyjnie wykonany, ponieważ kształt przedmiotu osiąga pewną stabilność podczas przemieszczania przedmiotu do elementu. Dzięki temu wyprodukowanie elementu realizującego obróbkę jest znacznie tańsze. Powszechne jest również wykorzystywanie podczas procesu odlewania wysokich ciśnień co wiąże się z koniecznością precyzyjnego wymiarowania elementów, szczególnie w przypadku na przykład formowania wtryskowego. W celu jak najszybszego wypełniania przestrzeni odlewniczej, roztopiony materiał o dużej lepkości musi być dostarczany pod bardzo wysokim ciśnieniem. Jeżeli pożądane jest dobre odwzorowanie kształtu przedmiotu, konieczne jest skompensowanie przyrostu objętości związanego z przechodzeniem materiału ze stanu ciekłego do stanu stałego odpowiadającego temperaturze, przy której przedmiot jest wyjmowany z maszyny odlewniczej. W konsekwencji stosowanie wysokich ciś nień powoduje wysokie koszty wytwarzania elementów formujących wykorzystywanych podczas produkcji dużych partii przedmiotów. Najlepszym materiałem do wykonania elementu realizującego obróbkę jest materiał o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła, taki jak na przykład aluminium, magnez lub stal. Inne możliwe do wykorzystania materiały to metalizowane tworzywa sztuczne, na przykład tworzywa sztuczne posiadające metalowe powłoki, albo tworzywa sztuczne o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła, tj. tworzywa sztuczne z domieszką metali powodującą poprawienie właściwości przewodzenia ciepła. Jeżeli element realizujący obróbkę wykonany jest z litego materiału o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła, obróbka cieplna może oznaczać pewien czas przebywania wytwarzanego przedmiotu w elemencie realizującym obróbkę, przy czym podczas tego czasu następuje oddanie ciepła za pośrednictwem materiału termicznego. W celu przyspieszenia procesu chłodzenia i szybszego osiągnięcia pożądanej temperatury element realizujący obróbkę może posiadać elementy chłodzące, na przykład zwiększające przewodzenie ciepła kołnierze chłodzące lub kanały wypełnione czynnikiem chłodzącym.

W jednym z wykonań wynalazku element realizujący obróbkę posiada jeden lub kilka kanał ów rozmieszczonych tak, by przepływał nimi czynnik chłodzący, którego zadaniem jest dostarczanie lub odprowadzanie energii cieplnej. Temperatura tego czynnika określa czy przedmiot jest chłodzony czy ogrzewany. W ten sposób element realizujący obróbkę może być wykorzystywany zarówno do chłodzenia jak i ogrzewania przedmiotu. W pewnych przypadkach niezbędne jest bowiem ogrzanie elementu realizującego obróbkę przed umieszczeniem w nim gorącego przedmiotu, ma to na celu zmniejszenie różnicy temperatur, która mogłaby doprowadzić do popękania wytwarzanego przedmiotu. Kanały mogą być umieszczone zarówno we wnętrzu elementu jak i na jego powierzchni, zaś czynnik chłodzący może być cieczą, gazem lub powietrzem. W jednym z wykonań wynalazku element realizujący obróbkę posiada pewną liczbę kanałów, w których krąży czynnik chłodzący, którego temperatury w poszczególnych kanałach różnią się od siebie. Zadaniem kanałów zawierających czynnik chłodzący o różniących się od siebie temperaturach jest umożliwienie wykorzystywania urządzenia w zastosowaniach, w których wymagane jest uż ycie różniących się od siebie procesów chłodzenia w róż nych częściach wytwarzanego przedmiotu. Przykładowo, jeżeli poszczególne części przedmiotu mają różną grubość, cieńsze jego fragmenty ochładzają się szybciej niż części grubsze, co może doprowadzić do zachodzenia niepożądanych zmian materiału, z którego wykonany jest przedmiot, na przykład do jego pękania. Stosując intensywniejsze chłodzenie grubszych części przedmiotu niż jego cieńszych fragmentów, można osiągnąć tą samą szybkość ochładzania całego przedmiotu. Dzięki opisanym kanałom i znajdującemu się w nich czynnikowi chłodzącemu można sterować obróbką cieplną, co stwarza możliwości kontrolowania wewnętrznych naprężeń w przedmiocie.

W przypadku wytwarzania dużych partii przedmiotów proces taki musi być zautomatyzowany. W jednym z wykonań wynalazku wykorzystano element przenoszą cy, który przemieszcza przedmiot z elementu formującego do elementu realizują cego obróbkę. Element przenoszący może być na przykład robotem, robotem bramowym lub maszyną posiadającą ruchome ramię. W jednym z wykonań element realizujący obróbkę jest na stałe umieszczony poza maszyną odlewniczą. Przedmiot jest pobierany z wnętrza elementu formującego przez element przenoszący, przemieszczany, a następnie umieszczany w elemencie realizującym obróbkę w celu ochłodzenia lub ogrzania przedmiotu.

W jednym z korzystnych wykonań wynalazku element przenoszący jest wymiennie połączony z elementem realizują cym obróbkę . Oznacza to, ż e element realizują cy obróbkę towarzyszy elementowi przenoszącemu podczas wyjmowania przedmiotu z elementu formującego, oraz że przedmiot jest

PL 201 548 B1 przenoszony bezpośrednio z elementu formującego do elementu realizującego obróbkę. Element przenoszący podtrzymuje element realizujący obróbkę również podczas trwania obróbki cieplnej. Jedną z zalet przenoszenia przedmiotu do elementu realizującego obróbkę, którego kształt odpowiada kształtowi przedmiotu jest to, że w ten sposób można osiągnąć bardzo precyzyjnie określone położenie przedmiotu, co umożliwia i ułatwia ciągłe automatyczne manipulowanie przedmiotem. Przykładowo, jeżeli następny etap procesu obejmuje precyzyjne dopasowanie przedmiotu do innego obiektu, niezwykle istotne jest ściśle określone położenie wytwarzanego przedmiotu.

W jednym z wykonań wynalazku element realizują cy obróbkę posiada element łączą cy, który łączy wytwarzany przedmiot z elementem realizującym obróbkę w celu wyciągnięcia przedmiotu z przestrzeni odlewniczej, a takż e zapobież eniu wypadnięciu przedmiotu z elementu realizującego obróbkę podczas przenoszenia przedmiotu z elementu formującego. W jednym z korzystnych wykonań wynalazku połączenie przedmiotu z elementem realizującym obróbkę wykorzystuje działanie podciśnienia. Podciśnienie takie może być uzyskane na przykład przez wykorzystanie wgłębień ssących, z których usunię to powietrze. Połączenie może być również zrealizowane z wykorzystaniem elementu chwytającego, na przykład chwytaka palcowego, lub przywierania osiągniętego na przykład przez zastosowanie kleju lub taśmy klejącej.

W jednym z wykonań wynalazku element realizują cy obróbkę posiada umieszczone na powierzchni czynnej elementy pozwalające na korygowanie i zmienianie kształtu elementu wraz ze zmianami kształtu przedmiotu zachodzącymi podczas obróbki cieplnej. Podczas ochładzania się przedmiotu, następują pewne zmiany jego kształtu, które związane są z jego kurczeniem. W celu zapewnienia odpowiedniej powierzchni styku wytwarzanego przedmiotu z elementem realizującym obróbkę pomimo zmian kształtu przedmiotu, element realizujący obróbkę posiada elementy dostosowujące jego kształt do zmieniającego się kształtu przedmiotu. Elementy takie mogą być elastyczne, wykonane z odpowiedniego tworzywa sztucznego.

Niekiedy istotne jest zachowanie precyzyjnych wymiarów niektórych części przedmiotu, podczas gdy dokładność wykonania innych jego fragmentów nie jest już tak ważna. Istnieją również bardzo wydłużone lub tyczkowate przedmioty, które muszą być do siebie dopasowane. W jednym z wykonań wynalazku element realizujący obróbkę posiada elementy unieruchamiające podczas obróbki cieplnej przynajmniej niektóre części przedmiotu. Elementy te mają za zadanie unieruchomienie wybranych części przedmiotu i zapewnienie odpowiedniej dokładności wymiarów tych części. Unieruchomienie przedmiotu może też być potrzebne podczas jego przenoszenia z elementu formującego.

W pewnych zastosowaniach wymagany czas przebywania wytwarzanego przedmiotu w elemencie realizującym obróbkę jest większy niż czas cyklu odlewania. Jeżeli element realizujący obróbkę posiada dwie lub kilka powierzchni czynnych, możliwe jest jednoczesne ochładzanie kilku przedmiotów. Tak więc w takim wypadku istnieje możliwość pobrania kolejnego przedmiotu, podczas gdy jeden lub kilka wcześniejszych przedmiotów poddawanych jest chłodzeniu.

W innym wykonaniu wynalazku, obejmuje on paletę z pewną liczba obszarów, w których przeprowadzana jest obróbka, przy czym ich układ umożliwia poddawanie jednoczesnej obróbce kilku przedmiotów, podczas gdy kolejne przedmioty powstają w zewnętrznej maszynie odlewniczej. Wyżej wymieniona paleta może być obrotowa, na przykład rewolwerowa, przy czym element przenoszący przemieszcza przedmioty o stabilnym kształcie zewnętrznym do poszczególnych obszarów, w których przeprowadzana jest obróbka.

W innym wykonaniu wynalazku obróbka cieplna polega na chł odzeniu formowanych wtryskowo detali z tworzywa sztucznego. Konwencjonalny element formujący wtryskarki posiada kanały chłodzące, w których znajduje się ciecz chłodząca umożliwiająca ochłodzenie znajdującego się w elemencie formującym roztopionego tworzywa sztucznego. Jeżeli na przykład zachodzi potrzeba wykonania prostokątnego przedmiotu z przechodzącym przez niego prostokątnym otworem, odpowiedni element formujący jest wypełniany przez otwór wlotowy, przy czym roztopiony materiał spływa swobodnie wzdłuż ścian elementu formującego. Tak więc strumienie roztopionego tworzywa sztucznego łączą się ze sobą na ścianie położonej naprzeciwko otworu wlotowego. Połączenie to jest najsłabszym miejscem wytworzonego przedmiotu ponieważ temperatura docierających na miejsce połączenia strumieni tworzywa sztucznego jest znacznie obniżona. Zaletą niniejszego wykonania, w którym zasadnicza część czasu ochładzania przypada na przebywanie przedmiotu poza wtryskarką, jest stworzenie możliwości podgrzewania elementu formującego, co pozwala na wykonanie wyżej wymienionego połączenia o znacznie wyższej jakości.

PL 201 548 B1

Zwykle jeżeli roztopiony materiał jest względnie szybko ochładzany do osiągnięcia stałego stanu skupienia, w materiale tym występują naprężenia wewnętrzne. Naprężenia wewnętrzne typu cieplnego mogą spowodować odkształcenie przedmiotu lub nawet jego pęknięcie. Naprężenia takie zawsze występują w przedmiotach, jeżeli proces chłodzenia przedmiotu nie był przeprowadzany bardzo wolno. Dotychczas tak mała szybkość chłodzenia nie była uzasadniona ekonomicznie, jednak niniejszy wynalazek pozwala przezwyciężyć opisaną powyżej wadę, ponieważ obróbka cieplna ma miejsce w czasie cyklu procesu odlewania.

Urządzenie i sposób według wynalazku są szczególnie użyteczne w przypadku formowania wtryskowego, w którym przedmiot powstaje przez wprowadzenie ciekłego tworzywa sztucznego do przestrzeni odlewniczej, a następnie ochłodzenie utworzonego przedmiotu po jego częściowym zestaleniu na zewnątrz przestrzeni odlewniczej.

Poniżej zostanie opisane przykładowe wykonanie urządzenia i sposobu według wynalazku. Opis ten oparty jest na rysunkach, na których:

fig. 1 przedstawia element realizujący obróbkę cieplną wytwarzanych przedmiotów;

fig. 2a - 2c przedstawiają sposób obróbki cieplnej wytwarzanych przedmiotów w urządzeniu według wynalazku;

fig. 3a przedstawia przedmiot wytworzony w maszynie odlewniczej; i fig. 3b przedstawia element realizujący obróbkę z elementami unieruchamiającymi części przedmiotów podczas ich obróbki cieplnej.

Figura 1 przedstawia element realizujący obróbkę 1 przeznaczony do chłodzenia przedmiotów wytwarzanych w procesie odlewania. Element realizujący obróbkę posiada przestrzeń 2 oraz powierzchnię 3, która tworzy powierzchnię stykającą się z przedmiotem podczas procesu chłodzenia, przy czym kształt powierzchni stykowej odpowiada kształtowi wytwarzanego obiektu. Powierzchnia 3, która podczas procesu chłodzenia styka się z przedmiotem jest w dalszej części opisu nazywana powierzchnią czynną 3. Kształt powierzchni czynnej 3 określony jest przez kształt odlewanego przedmiotu, Jeżeli wytwarzany przedmiot jest na przykład czaszą, element realizujący obróbkę będzie posiadał wystającą część, której powierzchnia tworzy powierzchnię czynną. Element realizujący obróbkę posiada przeznaczone dla czynników chłodzących element wlotowy 4 i element wylotowy 5, oraz pewną liczbę kanałów chłodzących 6, którymi przemieszcza się czynnik chłodzący.

Element realizujący obróbkę 1 posiada ponadto pewną liczbę kanałów łączących 7 prowadzących do powierzchni czynnej 3, przy czym istnieje możliwość usunięcia z tych kanałów powietrza, dzięki czemu w kanałach powstaje podciśnienie. Kanały łączące 7 tworzą elementy łączące, których zadaniem jest połączenie przedmiotu z elementem realizującym obróbkę 1 i dalsze utrzymywanie tego przedmiotu. Przedmiot łączy się z powierzchnią czynną dzięki sile ssącej, która powstaje w wyniku usunięcia powietrza z kanałów łączących, przy czym dopóki w kanałach panuje podciśnienie, przedmiot ten jest utrzymywany przy powierzchni czynnej 3.

Figury 2a -2c przedstawiają jak sposób według wynalazku może być wykorzystany w procesie formowania wtryskowego, w którym wytwarzane są przedmioty z tworzywa sztucznego. Wtryskarka 50 posiada element formujący, który w tym przykładowym wykonaniu składa się z dwóch części, nieruchomej części 10 oraz ruchomej części 11. Element realizujący obróbkę 1 umieszczony jest na elemencie przenoszącym 12, który w tym przykładowym wykonaniu jest robot o sześciu stopniach swobody. Robot ten posiada ramiona 13, które mogą się względem siebie obracać. Po zamknięciu i unieruchomieniu elementu formującego, do jego wnętrza wtłaczane jest ciekłe tworzywo sztuczne 30. Proces chłodzenia przeprowadzany w elemencie formującym trwa aż do momentu, w którym przynajmniej zewnętrzna warstwa przedmiotu 14 osiągnie pewną stabilność, tj. dopóki kształt przedmiotu 14 nie ustabilizuje się w stopniu umożliwiającym przemieszczenie przedmiotu do elementu realizującego obróbkę 1. Po osiągnięciu przez przedmiot 14 opisanej powyżej stabilności kształtu element formujący jest otwierany, tak jak jest to widoczne na fig. 2a. Element realizujący obróbkę 1 przemieszczany jest przez robota do jednej z części elementu formującego, na przykład do ruchomej części 11, w której znajduje się przedmiot 14, tak jak jest to widoczne na fig. 2b. Następnie element realizujący obróbkę 1 dosuwany jest do wytwarzanego przedmiotu w taki sposób, że powierzchnia przedmiotu 16 styka się z powierzchnią czynną 3. Po dopasowaniu do siebie powierzchni usuwane jest powietrze z kanałów łączących 7, dzięki czemu przedmiot łączy się z powierzchnią czynna 3. Następnie robot przemieszcza element realizujący obróbkę 1 wraz z przedmiotem 14 z elementu formującego (10, 11) do odpowiedniego miejsca znajdującego się poza wtryskarką 50, tak jak jest to widoczne na fig. 2c. Robot przez pewien czas pozostaje w tym położeniu podtrzymując element realizujący obróbkę 1,

PL 201 548 B1 w tym czasie następuje ochłodzenie przedmiotu 14. Bok przedmiotu 14 stykający się z elementem realizującym obróbkę 1 jest przez ten element chłodzony, zaś przeciwległy bok chłodzony jest przez otaczające przedmiot powietrze. Po osiągnięciu przez przedmiot 14 oczekiwanej temperatury, tj. w momencie gdy kształt przedmiotu stanie się dostatecznie stabilny by przedmiot nadawał się do dalszej obróbki, jest on przemieszczany przez element przenoszący 12 na przykład na taśmę przenośnika.

Podczas procesu odlewania materiał odlewniczy 30 przechodzi ze stanu roztopionego w stan stały. Mając na uwadze wytrzymałość wytworzonego przedmiotu, pożądane jest by roztopiony materiał był podczas przechodzenia w stan stały ochładzany powoli, co zmniejsza występowanie naprężeń wewnętrznych i minimalizuje niebezpieczeństwo pęknięcia. Z drugiej strony pożądane jest względnie szybkie ochładzanie roztopionego materiału, co pozwala zmniejszyć czas wytwarzania przedmiotu.

Można wyróżnić trzy etapy procesu odlewania. W pierwszym etapie materiał odlewniczy 30 jest roztopiony (jest w stanie ciekłym), tj. etap ten odpowiada wypełnianiu przestrzeni odlewniczej 40 elementu formującego 10, 11 materiałem odlewniczym 30. Roztopiony materiał krzepnie najpierw w pobliżu zimniejszych części ścian elementu formującego 10, 11. Jednakże w tym momencie znajdująca się w środku część materiału nadal jest roztopiona. Drugi etap procesu obejmuje zestalenie zewnętrznej warstwy uformowanego materiału odlewniczego, podczas gdy wnętrze tego materiału ma nadal postać lepkiej cieczy. Podczas zestalania zewnętrzna warstwa materiału kurczy się w pewnym stopniu. Konsekwencją tego zjawiska jest pojawienie się w zewnętrznej warstwie naprężenia rozciągającego, bowiem zewnętrzna warstwa usiłuje skurczyć się bardziej niż materiał we wnętrzu przedmiotu. W drugim etapie kształt zewnętrznej warstwy materiału jest zasadniczo ustabilizowany, w tym momencie uformowany materiał odlewniczy przemieszczany jest do urządzenia według wynalazku w celu dalszej obróbki cieplnej. Trzeci etap procesu formowania rozpoczyna się po pewnym czasie, w którym wewnętrzna część wytwarzanego przedmiotu również ulega zestaleniu i usiłuje się skurczyć. Skurczeniu tej części przeciwstawia się jednak uprzednio zestalona warstwa zewnętrzna, w wyniku czego zewnętrzna warstwa pochłania naprężenia przez zmianę znaku naprężeń zewnętrznej warstwy, tj. wcześniej obserwowane naprężenie rozciągające ulega przekształceniu w naprężenie ściskające.

Urządzenie według wynalazku umożliwia bardzo wczesne wyjmowanie odlewu z przestrzeni odlewniczej, ponieważ odlewany przedmiot może być w optymalny sposób chłodzony poza maszyną odlewniczą, co może na przykład trwać dużo czasu, w którym nie następuje obciążanie maszyny odlewniczej.

W jednym z wykonań urządzenia według wynalazku jest ono całkowicie oddzielone od maszyny odlewniczej, tak że urządzenie może przeprowadzić obróbkę cieplną przedmiotu nie stykającego się z maszyną odlewniczą. W konsekwencji maszyna odlewnicza jest gotowa do odlewania kolejnego przedmiotu. W czasie gdy formowany przedmiot (14, 20) poddawany jest obróbce cieplnej w elemencie realizującym obróbkę, w elemencie formującym (10, 11) odlewany jest kolejny przedmiot (14, 20). W ten sposób osiągnięto równoległość procesów, tj. formowanie i chłodzenie przedmiotów odbywa się w tym samym czasie, co pozwala na zmniejszenie czasu cyklu procesu odlewania.

W innym wykonaniu wynalazku element realizujący obróbkę 1 posiada dwie części, przy czym każda z nich posiada powierzchnię czynną przynajmniej częściowo odpowiadającą odpowiedniej części elementu formującego (10, 11). Po złożeniu ze sobą dwóch części elementu realizującego obróbkę tworzą one wewnętrzną przestrzeń odpowiadającą przestrzeni odlewniczej w elemencie formującym. Jedna z części elementu realizującego obróbkę umieszczona jest na robocie, podobnie jak w wykonaniu opisywanym powyżej, zaś druga część elementu przymocowana jest na stałe poza maszyną odlewniczą. Po wyjęciu przedmiotu przez robota, jest on dosuwany do nieruchomej części elementu realizującego obróbkę, przy czym cały przedmiot znajduje się wewnątrz elementu realizującego obróbkę. W ten sposób cały przedmiot może być ogrzewany lub chłodzony.

W innym wykonaniu wynalazku element realizujący obróbkę posiada kilka części, których kształt odpowiada elementowi formującemu. W ten sposób możliwe jest jednoczesne chłodzenie pewnej liczby przedmiotów wytworzonych w maszynie odlewniczej, przy czym maszyna odlewnicza jest w tym samym czasie gotowa do odlewania kolejnych przedmiotów.

Podczas chłodzenia przedmiotu 14 w elemencie realizującym obróbkę, przedmiot ten może się w pewnym stopniu skurczyć. W celu zapewnienia dokładności wymiarów pewnych części przedmiotu element realizujący obróbkę 1 może być wyposażony w ruchome części, które mogą być przesuwane w kierunku przedmiotu. W przypadku przedmiotów posiadających wycięcie, na przykład w postaci okrągłego otworu, którego kształt i wymiary muszą być dokładnie odwzorowane, zastosowanie znajduje element w kształcie rury o precyzyjnie dobranych wymiarach zewnętrznych, który może być wprowadzany

PL 201 548 B1 w otwór podczas chłodzenia i wycofywany po osiągnię ciu właś ciwej temperatury; rozwiązanie takie zapewnia precyzję wykonania kształtu przedmiotu. Fig. 3a przedstawia prostokątny przedmiot 20, przez który przechodzi prostokątny otwór. W przypadku tego przedmiotu istotne jest precyzyjne utrzymywanie wymiarów narożników otworu, jak również otrzymanie właściwych kątów między jego ścianami. Fig. 3b przedstawia element realizujący obróbkę 21 przystosowany do chłodzenia przedmiotu 20. Element realizujący obróbkę posiada cztery bloki 22 o kątach prostych, z których każdy przymocowany jest do ramienia 23 mogącego przesuwać się do wewnątrz i na zewnątrz. Gdy element realizujący obróbkę jest pusty, bloki 22 wsunięte są do jego wnętrza. Po umieszczeniu przedmiotu w elemencie realizującym obróbkę bloki wysuwane są do wcześniej określonych położeń, w których pozostają aż do ochłodzenia przedmiotu 20.

Wynalazek dotyczy również urządzenia do odlewania przedmiotów 14, 20, posiadającego dzielony element formujący, w którym znajduje się przestrzeń odlewnicza 40 przeznaczona do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym, przy czym urządzenie to posiada osobny element służący do przeprowadzania obróbki cieplnej, tak jak to opisano powyżej.

Przedstawione wykonania nie ograniczają wynalazku, możliwe jest wprowadzanie w nim różnym zmian nieprowadzących do wyjścia poza zakres zastrzeżeń patentowych. Przykładowo obróbka cieplna może polegać zarówno na chłodzeniu jak i na ogrzewaniu, zaś element przenoszący może oczywiście pobierać przedmioty zarówno z ruchomej jak i nieruchomej części elementu formującego.

Claims (21)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego przedmioty (14, 20) formowane są w maszynie odlewniczej (50) posiadającej dzielony element formujący (10, 11), w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40) przeznaczona do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym (30), urządzenie posiada element realizujący obróbkę (1, 21) posiadający przynajmniej jedną powierzchnię czynną (3), której kształt przynajmniej w części odpowiada przestrzeni odlewniczej (40) oraz elementy (7) łączące wytworzony w przestrzeni odlewniczej (40) przedmiot (14, 20) z elementem realizującym obróbkę (1, 21), znamienne tym, że posiada element przenoszący (12) przemieszczający element realizujący obróbkę wraz z przedmiotem (14, 20) z elementu formującego (10, 11) w położenie znajdujące się poza maszyną odlewniczą (50), przy czym w urządzeniu przeprowadzana jest obróbka cieplna wyżej wymienionego przedmiotu (14, 20), poza maszyną odlewniczą (50).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element realizujący obróbkę (1, 21) jest wymiennie połączony z elementem przenoszącym (12).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że element przenoszący (12) posiada ruchome ramię (13) poruszające się podczas przemieszczania przedmiotu.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 do 3, znamienne tym, że element łączący (7) łączy przedmiot (14, 20) z elementem realizującym obróbkę (1, 21) za pomocą podciśnienia.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 do 4, znamienne tym, że element realizujący obróbką (1, 21) posiada umieszczone na powierzchni czynnej (3) elementy dostosowujące jej kształt do związanych z obróbka cieplną zmian kształtu przedmiotu (14, 20).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1 do 5; znamienne tym, że element realizujący obróbkę (1, 21) posiada elementy (22, 23) unieruchamiające podczas obróbki cieplnej przynajmniej niektóre części przedmiotu (14, 20).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 do 6, znamienne tym, że posiada pewną liczbę powierzchni czynnych (3) dzięki czemu możliwa jest jednoczesna obróbka kilku przedmiotów (14, 20).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1 do 7, znamienne tym, że element realizujący obróbkę (1, 21) wykonany jest z materiału o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła, przy czym przez ten materiał przekazywane jest ciepło.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1 do 8, znamienne tym, że element realizujący obróbkę (1, 21) posiada jeden lub kilka kanałów (6) wypełnionych czynnikiem, którego zadaniem jest dostarczanie lub odprowadzanie energii cieplnej.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że element realizujący obróbkę (1, 21) posiada kilka kanałów (6) wypełnionych czynnikami, których temperatury różnią się od siebie.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 1 do 10, znamienne tym, że ochładza ono przedmiot (14, 20).

    PL 201 548 B1
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1 do 11, znamienne tym, że ogrzewa ono przedmiot (14, 20).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1 do 12, znamienne tym, że wyżej wymieniona maszyna odlewnicza (50) jest wtryskarką, zaś materiał odlewniczy jest tworzywem sztucznym.
14. 14. Sposób obróbki cieplnej w procesie odlewania, podczas którego ciekły materiał odlewniczy (30) wprowadzany jest do dzielonego elementu formującego (10, 11), w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40), przy czym materiał odlewniczy znajduje się w przestrzeni odlewniczej (40) dopóki przynajmniej zewnętrzna warstwa wytwarzanego przedmiotu (14, 20) nie osiągnie pewnej stabilności, zaś przedmiot (14, 20) połączony jest z elementem realizującym obróbkę (1, 21) posiadającym powierzchnię czynną, której kształt przynajmniej w części odpowiada przestrzeni odlewniczej (40), znamienny tym, że przedmiot (14, 20) wyjmowany jest z elementu formującego (10, 11) i poddawany obróbce cieplnej poza maszyną odlewniczą, zaś w tym samym czasie kolejna porcja ciekłego materiału odlewniczego wprowadzana jest do przestrzeni odlewniczej (40) w celu wytworzenia następnego przedmiotu.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jeżeli przynajmniej zewnętrzna warstwa przedmiotu (14, 20) osiągnie pewna stabilność, element formujący jest otwierany, zaś do przedmiotu (14, 20) przykładany jest element realizujący obróbkę (1, 21) w taki sposób, że powierzchnia czynna (3) dopasowana jest do przedmiotu (14, 20), który jest połączony z elementem realizującym obróbkę (1, 21) za pomocą elementów łączących, po czym element realizujący obróbkę (1, 21) odsuwany jest od elementu formującego (10, 11).
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że przedmiot (14, 20) połączony jest z elementem realizującym obróbkę (1, 21) za pomocą podciśnienia.
17. 17. Sposób według zastrz. 14 do 16, znamienny tym, że przedmiot (14, 20) jest ochładzany aż do osiągnięcia pożądanej temperatury.
18. 18. Sposób według zastrz. 14 do 17, znamienny tym, że przedmiot (14, 20) jest ogrzewany aż do osiągnięcia pożądanej temperatury.
19. 19. Sposób według zastrz. 14 do 18, znamienny tym, że proces odlewania jest procesem formowania wtryskowego, przy czym przedmioty (14, 20) o pewnej stabilności zewnętrznej warstwy wytworzone są przez wprowadzenie ciekłego tworzywa sztucznego (30) do przestrzeni odlewniczej.
20. 20. Sposób według zastrz. 14 do 19, znamienny tym, że pewna liczba wykonanych w przestrzeni odlewniczej przedmiotów (14, 20) jest ochładzana przez pewną liczbę elementów realizujących obróbkę (1, 21), zaś w tym samym czasie w elemencie formującym (10, 11) wytwarzane są kolejne przedmioty (14, 20).
21. 21. Maszyna odlewnicza przeznaczona do wytwarzania przedmiotów (14, 20) posiadająca dzielony element formujący, w którym wykonana jest przestrzeń odlewnicza (40) przeznaczona do wypełnienia ciekłym materiałem odlewniczym, znamienna tym, że posiada osobne urządzenie, w którym przeprowadzana jest obróbka cieplna według zastrz. 1 do 13.