PL214113B1 - Sposób wytwarzania precyzyjnych wyrobów ze stopów aluminiowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania precyzyjnych wyrobów ze stopów aluminiowych, w którym stosuje się odlewanie ciśnieniowe, znajdujący zastosowanie w zakładach wytwarzających wyroby dla przemysłu motoryzacyjnego, elektromaszynowego, dla potrzeb gospodarstwa domowego i innych.

Z książki Białobrzeski A.: Odlewnictwo ciśnieniowe, Wyd. WNT Warszawa 1992 znany jest sposób wytwarzania wyrobów ze stopów metali nieżelaznych, w którym stosuje się odlewanie ciśnieniowe wyrobów do formy metalowej z użyciem maszyn ciśnieniowych. Do produkcji wyrobów ze stopów aluminiowych stosuje się stopy, zawierające poza aluminium takie pierwiastki jak miedź, krzem, żelazo, mangan, które topi się w piecu. Przykładowo często stosowany stop odlewniczy typu EN AC AISi12(Fe) podgrzewa się do temperatury od 730°C do 760°C. Gazy wchodzące w kontakt ze stopami aluminium podczas ich topienia są przez metal pochłaniane. Wodór wykazuje dużą zdolność do rozpuszczania się w ciekłym stopie, dlatego też stop poddaje się procesowi odgazowania przez przepuszczenie przez niego przez kilka minut azotu lub argonu. Z pieca roztopiony stop aluminium wlewa się do kadzi z żaroodpornego betonu, skąd po przetransportowaniu do miejsca odlewania wlewa się stop do ogrzewanego elektrycznie pieca maszyny odlewniczej. W maszynie odlewniczej następuje wprowadzenie odpowiedniej ilości roztopionego stopu do formy przy pomocy tłoka. Przykładowo stop odlewniczy typu EN AC - AISi 12(Fe) o temperaturze od 710°C do 730°C wprowadza się do formy przy pomocy tłoka, który przemieszcza się w cylindrze maszyny odlewniczej ze wzrastającą prędkością od 0 do 5,5 m/s. Po zmniejszeniu się temperatury odlewu do około 300°C wyjmuje się go z formy wraz z układem wlewowym i przelewami, a potem oddziela się i usuwa niepotrzebne elementy. Do usuwania układów wlewowych i zalewek usytuowanych w płaszczyźnie podziału używa się prasy i okrojniki. Dla zwiększenia trwałości okrojnika smaruje się jego krawędzie tnące. Następnie przeprowadza się przez kilkanaście minut oczyszczanie powierzchni wyrobu przez śrutowanie na sucho z użyciem kulek stalowych lub w urządzeniach wibracyjnych w obecności wody i środków chemicznych z użyciem elementów ceramicznych w kształcie stożków, stożków ściętych, ostrosłupów. Po oczyszczeniu wyroby się suszy. Często odlewy się poleruje i ewentualnie poddaje procesowi galwanizacji.

Znaczna część znanych sposobów wytwarzania wyrobów ze stopów aluminiowych dotyczy rozwiązań związanych z urządzeniami do odlewania ciśnieniowego i sposobem korzystania z tych urządzeń podczas odlewania.

Z opisu patentowego PL132008 znany jest sposób odlewania ciśnieniowego, w którym kąpiel przetacza się pod działaniem ciśnienia lub różnicy ciśnień z hermetycznie zamkniętej komory z kadzią poprzez przewód do przetłaczania materiału i wypełnia się nią formę odlewniczą, w której kąpiel ta krzepnie. Bezpośrednio po wypełnieniu formy odlewniczej kąpielą lub bezpośrednio po jej skrzepnięciu wytwarza się w przewodzie do przetłaczania materiału nad kąpielą ciśnienie gazu za pomocą tej samej fazy gazowej co w hermetycznie zamkniętej komorze z kadzią. Przed rozpoczęciem kolejnej operacji odlewania przestrzeń formy odlewniczej przepłukuje się za pomocą fazy gazowej znajdującej się w przewodzie do przetłaczania materiału i w hermetycznie zamkniętej komorze z kadzią.

Z opisu patentowego PL143490 znany jest sposób odlewania pod ciśnieniem stopów metali, zwłaszcza stopów aluminium, w którym do wnęki formy ciśnieniowej, przed jej wypełnieniem ciekłym metalem po obniżeniu we wnęce ciśnienia atmosferycznego, wprowadza się gaz aktywny ze zbiornika, w którym wytworzono ciśnienie rzędu 0,03-0,05 MPa.

Z opisu patentowego EP1472027 znane jest urządzenie i sposób wytwarzania przedmiotów ze stopów aluminiowych i ze stopów metali lekkich. Według ujawnionego sposobu zamyka się górną część matrycy względem dolnej części matrycy, dozuje się płynny metal do wnęki formującej matrycy w takiej ilości, aby jej nadmiar przelał się przez otwór przelewowy.

Niedogodnościami znanych sposobów wytwarzania wyrobów precyzyjnych ze stopów aluminiowych jest porowatość gazowa i skurczowa uzyskiwanych wyrobów, brak zachowania odpowiedniej płaskości powierzchni wyrobów i często niespełnienie wymagań odnośnie chropowatości powierzchni wyrobu. Te dwie ostatnie niedogodności często zmuszają producentów do stosowania dodatkowej obróbki wyrobów poprzez skrawanie i polerowanie. W przypadku produkcji radiatorów stosowanych w urządzeniach elektronicznych w przemyśle motoryzacyjnym zachowanie odpowiedniej płaskości i gładkości powierzchni jest bardzo istotne ze względu na wartość rezystancji cieplnej a tym samym na niezawodne obniżanie temperatury elementów półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych. Ze względu na występującą porowatość w przypadku odlewów stanowiących obudowę i tym samym brak

PL214 113 Β1 wystarczającej szczelności takiej obudowy, wyroby takie nie nadają się do stosowania w urządzeniach wymagającej wysokiej niezawodności.

Pozbawiony dotychczasowych wad jest sposób wytwarzania precyzyjnych wyrobów ze stopów aluminiowych, w którym według wynalazku podczas odlewania, na odcinku zasadniczym o długości o kilka milimetrów mniejszej od długości wystarczającej do odlania wyrobu, zwiększa się w sposób ciągły prędkość przemieszczania tłoka w cylindrze maszyny odlewniczej, a następnie zmniejszając prędkość przemieszcza się tłok o dodatkowy odcinek. Do odcinania układu wlewowego i przelewów od wyrobu stosuje się okrojnik ze stali o twardości około 34 HRC, w którym luz pomiędzy stemplem a matrycą wynosi (30±3) pm.

Oczyszczanie przeprowadza się przez śrutowanie kulkami ceramicznymi o średnicy około 350 pm wyrzucanymi z turbiny narzutowej na wyroby cyklicznie zanurzane w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 μδ/cm i o temperaturze (55±2)°C z dodanym środkiem myjącym i środkiem odpieniającym.

Następnie wyroby umieszcza się w koszu urządzenia do mycia, po czym myje w obracającym się koszu częściowo zanurzonym w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego co najmniej w jednym cyklu, podczas którego wyroby dodatkowo natryskuje się wodą zmiękczoną o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego. Następnie usuwa się wodę ze zbiornika, w którym są wyroby, a potem impulsowo przedmuchuje się obracający się kosz z wyrobami gorącym powietrzem o temperaturze około (70±2)°C. Po umyciu wyroby płucze w zmiękczonej wodzie o temperaturze około (65±2)°C, a po płukaniu odmuchuje się je impulsowo przez co najmniej 60 s gorącym powietrzem o temperaturze około (70±2)°C, po czym wyroby suszy się komorze, w której wytwarza się podciśnienie około 0,1 MPa.

Korzystnie na wyroby stosuje się stop odlewniczego typu EN AC - AISi 12(Fe), w którym zawęża się tolerancje zawartości krzemu do przedziału od 10,5% do 11,5%, żelaza do przedziału od 0,7% do 1%, manganu do przedziału od 0,001% do 0,4%, zaś do formy odlewniczej dozuje się ten stop o temperaturze od 715°C do 725°C.

Zaletą wynalazku jest możliwość wytwarzania wyrobów o dużej powtarzalności wymiarów, o dużej gładkości i o dużej płaskości bez konieczności stosowania obróbki skrawaniem i polerowania. Wyroby, w porównaniu z wyrobami dotychczas wytwarzanymi, oznaczają się zmniejszoną porowatością skurczową i gazową co świadczy o tym, że sposób nadaje się do zastosowania przy wytwarzaniu obudów o dużej szczelności. Zastosowanie śrutowania kulkami ceramicznymi oraz zastosowanie mycia i płukania z użyciem wody zmiękczonej sprawia, że sposób będący przedmiotem wynalazku umożliwia uzyskanie wysokiej czystości wyrobów, co jest szczególnie istotne w wyrobach stosowanych do urządzeń elektronicznych ze względu na możliwość powstawania ścieżek przewodzących wywołanych pozostawionymi zanieczyszczeniami metalicznymi. Zastosowanie do odcinania układu wlewowego i przelewów od wyrobu okrojnika ze stali o twardości około 34 HRC, w którym luz pomiędzy stemplem a matrycą wynosi (30±3) pm zwiększa trwałość okrojnika i pozwala na uniknięcie cyklicznego smarowania jego krawędzi tnących.

Poniżej przedstawiony jest przykład sposobu stosowania wynalazku.

Do wytwarzania wyrobów stosuje się stop odlewniczy typu EN AC - AISi 12(Fe), w którym zawężono tolerancje zawartości krzemu do przedziału od 10,5% do 11,5%, żelaza do przedziału od 0,7% do 1%, zaś manganu do przedziału od 0,001% do 0,4%. Stop ten topi się w piecu szybowym, który odgrzewa się palnikami gazowymi utrzymując temperaturę stopu w przedziale od 730°C do 760°C. Stop poddaje się przez 4 minuty procesowi odgazowania, przez przepuszczenie przez stop azotu. Podczas odgazowania temperatura stopu wynosi od 740°C do 750°C. Odgazowanie powoduje usunięcie ze stopu wodoru mającego wpływ na porowatość stopu. Po odgazowaniu ciekły stop wlewa się do kadzi wykonanej z żaroodpornego betonu i wyposażonej w osłonę termiczną i czujnik do kontroli temperatury. W kadzi ciekły stop transportuje się do miejsca, w którym znajduje się maszyna odlewnicza do odlewania ciśnieniowego. Z kadzi stop przelewa się do pieca maszyny odlewniczej, z którego stop dozowany jest do formy umieszczanej w maszynie odlewniczej. Piec ten jest ogrzewany elektrycznie, a temperatura dozowanego do formy stopu wynosi od 715°C do 725°C. Płynny stop podawany jest do formy za pomocą tłoka, w który wyposażona jest maszyna odlewnicza.

Podczas odlewania wyrobu, na odcinku zasadniczym o długości 290 mm zwiększa się w sposób ciągły prędkość przemieszczania się na tłoka w cylindrze maszyny odlewniczej od 0 do 5,8 m/s, przy czym na odcinku od 0 do 232 mm prędkość przemieszczania tłoka wzrasta wolno od 0 do 0,35 mm/s,

PL214 113 Β1 a na odcinku od 230 mm do 290 mm wzrasta szybciej od wartości 0,35 mm/s do 5,8 m/s. Następnie tłok przemieszcza się o dodatkowy odcinek o długości 30 mm zmniejszając prędkość w sposób ciągły do wartości 3,5 m/s.

Forma wyposażona jest w kanały chłodzące oraz przelewy i odpowietrzenia. Po zakrzepnięciu stopu w formie, przy osiągnięciu temperatury około 300°C wyjmuje się odlew z formy i za pomocą okrojnika odcina się układ wlewowy i przelewy. Do odcinania stosuje się okrojnik ze stali o twardości około 34 HRC, w którym luz pomiędzy stemplem a matrycą wynosi około 30 pm. Układ wlewowy i przelewy wprowadza się do pieca szybowego w celu wtórnego przetopienia, zaś odcięte wyroby oczyszcza się z powstałych zabrudzeń. Oczyszczanie przeprowadza się przez śrutowanie kulkami ceramicznymi o średnicy około 350 pm wyrzucanymi z turbiny narzutowej na wyroby cyklicznie zanurzane w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (55±2)°C z dodanym środkiem myjącym o nazwie Surtec i środkiem odpieniającym o nazwie Hebrospum.

Następnie przeprowadza się proces mycia wyrobów w dwóch cyklach. W tym celu wyroby umieszcza się w obracającym się koszu częściowo zanurzonym w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego, podczas którego wyroby dodatkowo natryskuje się wodą zmiękczoną o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego. Usuwa się wodę ze zbiornika, w którym są wyroby, po czym impulsowo przedmuchuje się przez 15 s obracający się kosz z wyrobami gorącym powietrzem o temperaturze około 70°C. W drugim cyklu mycia proces powtarza się, z tym, że stosuje się w nim wodę zmiękczoną o takich samych parametrach jak w cyklu pierwszym, zaś środek myjący w mniejszej ilości.

Po drugim cyklu mycia wyrobów, usunięciu wody ze zbiornika i impulsowym osuszeniu gorącym powietrzem wyroby poddaje się procesowi płukania. Wyroby płucze się w obracającym się koszu częściowo zanurzonym w zmiękczonej, bez środka myjącego, wodzie o parametrach jak w poprzednich cyklach mycia i natryskuje się tą wodą z dysz przez 60 s. Następnie usuwa się ze zbiornika wodę i umożliwia ociekanie wody z wyrobów, po czym impulsowo odmuchuje się przez 120 s wyroby gorącym powietrzem o temperaturze 70°C przy jednoczesnym obracaniu się kosza.

Po odmuchaniu wyroby suszy się przez 120 s w dwóch cyklach w komorze próżniowej, w której wytwarza się podciśnienie około 0,1 MPa.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania precyzyjnych wyrobów ze stopów aluminiowych, w którym po uprzednim stopieniu stopu i odgazowaniu wyroby odlewa się ciśnieniowo do formy z użyciem maszyny do odlewania ciśnieniowego wyposażonej w przemieszczający się tłok tłoczący ciekły stop do formy dozując ilość dostarczanego ciekłego stopu, następnie po zestaleniu odlew wyjmuje się z formy, za pomocą okrojnika odcina się układ wlewowy i przelewy, po czym oczyszcza się wyroby poprzez śrutowanie, znamienny tym, że podczas odlewania wyrobu, na odcinku zasadniczym o długości o kilka milimetrów mniejszej od długości wystarczającej do odlania wyrobu, zwiększa się w sposób ciągły prędkość przemieszczania tłoka w cylindrze maszyny odlewniczej, a następnie zmniejszając prędkość przemieszcza się tłok o dodatkowy odcinek, do odcinania stosuje się okrojnik ze stali o twardości około 34 HRC, w którym luz pomiędzy stemplem a matrycą wynosi (30±3) pm, zaś oczyszczanie przeprowadza się przez śrutowanie kulkami ceramicznymi o średnicy około 350 pm wyrzucanymi z turbiny narzutowej na wyroby cyklicznie zanurzane w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 μδ/cm i o temperaturze (55±2)°C z dodanym środkiem myjącym i środkiem odpieniającym, po czym wyroby umieszcza się w koszu urządzenia do mycia, a następnie myje w obracającym się koszu częściowo zanurzonym w wodzie zmiękczonej o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego co najmniej w jednym cyklu, podczas którego wyroby dodatkowo natryskuje się wodą zmiękczoną o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 pS/cm i o temperaturze (65±2)°C z użyciem środka myjącego, następnie usuwa się wodę ze zbiornika, w którym są wyroby, impulsowo przedmuchuje się obracający się kosz z wyrobami gorącym powietrzem o temperaturze około (70±2)°C, po umyciu wyroby płucze w zmiękczonej wodzie o twardości 3 stopni niemieckich, o konduktywności około 650 μδ/cm i temperaturze około (65±2)°C, a po płukaniu odmuchuje się je impul-

PL214113B1 5 sowo przez co najmniej 60 s gorącym powietrzem o temperaturze około (70±2)°C, po czym wyroby suszy się w komorze, w której wytwarza się podciśnienie około 0,1 MPa.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na wyroby stosuje się stop odlewniczego typu EN AC - AISi12(Fe), w którym zawęża się tolerancje zawartości krzemu do przedziału od 10,5% do 11,5%, żelaza do przedziału od 0,7% do 1%, zaś manganu do przedziału od 0,001% do 0,4%.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do formy odlewniczej dozuje się stop o temperaturze od 715°C do 725°C.