PL244657B1 - Sposób eliminacji wad w odlewach ze stopu aluminium odlewanych pod niskim ciśnieniem poprzez zastosowanie miejscowego doprasowania i kokila do odlewania niskociśnieniowego z miejscowym doprasowaniem - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób eliminacji wad odlewniczych w postaci jam skurczowych osłabiających odpowiedzialne i krytyczne części w odlewach odlewanych pod niskim ciśnieniem poprzez zastosowanie lokalnego, miejscowego doprasowania. Sposób charakteryzuje się tym, że zdefiniowane cechy termo-kinetyczne i technologiczne odlewu (9) do odlewania niskociśnieniowego wprowadza się do bazy zbioru danych komputerowego modułu symulacji odlewania niskociśnieniowego i w wyniku symulacji otrzymuje się parametry procesu odlewania, w tym wielkość objętościową jam (13) skurczowych powstałych w odlewie (9), następnie przenosi się te same cechy termo-kinetyczne i technologiczne odlewu (9) do zbioru bazy danych komputerowego modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem, otrzymane wyniki symulacji odlewu (9) porównuje się, a następnie dane z tych symulacji, cechy termo-kinetyczne wprowadza się do modułu komputerowego odlewania pod wysokim ciśnieniem z doprasowaniem, oblicza się objętość porcji ciekłego stopu niezbędnego do wtłoczenia podczas zalewania niskociśnieniowego w odlewie (9), po czym opracowuje się procedurę technologiczną zalewania niskociśnieniowego odlewu (9) jednocześnie definiując miejsca doprasowania (10) w celu likwidacji jam (13) skurczowych powstających podczas zalewania. Kokila do odlewania niskociśnieniowego z miejscowym doprasowaniem ma płytę (1) górną z wałkami montażowymi, deskę wypychaczy (2) z wypychaczami (16), wałki montażowe (3), szczękę górną (15), szczękę boczną (14), górny rdzeń (8), płytę (5, 6) dolną, szczęki (14) boczne, szczękę (15) górną, układ (7) wlewowy charakteryzuje się tym, ze zawiera specjalne miejscowe moduły (12) doprasowujące oraz czujniki (4) temperatury zamontowane lokalnie, miejscowo w zdefiniowanych miejscach powstania jam (13) skurczowych w odlewie (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób eliminacji wad odlewniczych w postaci jam skurczowych osłabiających odpowiedzialne i newralgiczne części w odlewach odlewanym pod niskim ciśnieniem poprzez zastosowanie lokalnego, miejscowego doprasowania z wykorzystaniem symulacji komputerowej modułu symulacji procesu i baz danych do odlewania pod niskim ciśnieniem i baz danych po wysokim ciśnieniem z doprasowaniem oraz kokila do odlewania pod niskim ciśnieniem z miejscowym doprasowaniem.

Znane są procesy odlewania nisko ciśnieniowego aluminium gdzie stopiony metal jest pobierany w porcjach z pieca dozującego, a następnie metal jest wytłaczany w formie za pomocą hydraulicznie napędzanego tłoka. Znane publikacje w sposób ogólny określają sposób przygotowania stopu, parametry cieplne stopu i maszyny odlewniczej, sposób doprowadzenia metalu do formy lub i umiejscowienie nadlewów ale nie uwzględniają specyfiki wykonywania odlewów ze stopów aluminium od których wymaga się szczelności i wytrzymałości w miejscach newralogicznych ze względu na specyfikę pracy. W odlewnictwie szczególnie nisko ciśnieniowym w wyniku doprowadzenia strugi metalu do formy następują m. innymi zawirowania strugi czy zatrzymanie fazy gazowej w wyniku czego powstają po skrzepnięciu jamy skurczowe dyskwalifikujące odlew w miejscach newralogicznych co jest niekorzystne szczególnie kiedy odlewy podlegają obróbce mechanicznej.

Znany jest z opisu patentowego PL217369 sposób wytwarzania odlewów ze stopów aluminium o podwyższonej szczelności. Istotą wynalazku jest zastosowanie o właściwym przekroju lub/i dodatkowych kanałów odpowietrzających umożliwiających szybką ewakuację fazy gazowej z układu wlewowego i wnęki formy, doboru parametrów technologicznych odlewania oraz doboru temperatury i jakości stopu. W sposobie według wynalazku odlew wykonuje się na maszynie do odlewania pod ciśnieniem w metalowej formie, w której stosuje się kanały odpowietrzające o przekroju minimum dwukrotnie większym od przekroju szczelin wlewowych. Proces kształtowania odlewu w formie ciśnieniowej ze stopu aluminium gatunku EN AC-AISi9, w którym zawęża się zawartość krzemu do zakresu 9,5-10,5% i żelaza do maksymalnej wartości 0,5%, przy zachowaniu zawartości manganu również na poziomie 0,5%, przebiega przy temperaturze metalu nie wyższej niż 680°C, przy ciśnieniu prasowania powyżej 75 MPa.

Znany jest z opisu patentu EP nr 2308662 pt. „Method for casting using simulation of casting process, system for casting using simulation of casting process and data base” sposób odlewania z użyciem symulacji procesu odlewania polegającym na zdefiniowaniu cech odlewu na podstawie otrzymanych informacji dotyczących odlewu, opracowaniu symulacji procesu odlewania, przeprowadzeniu symulacji i przeprowadzeniu procesu odlewania po zadawalającym badaniu symulacyjnym, na podstawie cech odlewu, zdefiniowanych na podstawie otrzymanych informacji, określa się kryteria początkowe wyszukiwania, na podstawie których przeszukuje się bazę danych w celu otrzymania listy projektów, z których każdy jest zbiorem informacji definiujących technologię wykonania odlewu przy użyciu parametrów termo-kinetycznych i technologicznych, i spełniających najlepiej kryteria wyszukiwania, przy czym baza jest utworzona z danych odnoszących się do przeprowadzonych symulacji procesów odlewania, rzeczywistych procesów odlewania, zawiera dane dotyczące odlewni i dane konstrukcyjne oraz materiałowe odlewów, opisy technologii wykonania odlewów, wyniki opracowanych symulacji procesów odlewania, opisy wykonanych odlewów i relacje pomiędzy danymi dotyczącymi odlewni, danymi konstrukcyjnymi odlewów, opisami procedur technologicznych wykonania odlewów i wynikami opracowanych symulacji i opisami wykonanych odlewów, przy czym przynajmniej jeden projekt z listy projektów odlewów spełniających najlepiej kryteria wyszukiwania i będący zbiorem informacji definiujących technologię wytwarzania odlewu przy użyciu parametrów termo-kinetycznych i technologicznych, po wyszukaniu w bazie danych, stanowi dane wejściowe do opracowania symulacji procesu odlewania odlewu, który ma być wytworzony.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie taniego sposobu eliminacji jam skurczowych powstałych podczas odlewania pod niskim ciśnieniem czy grawitacyjnie, osłabiających odpowiedzialne i newralgiczne części odlewów poprzez wykorzystanie i zastosowanie znanych metod symulacji komputerowych stosowanych w odlewnictwie do odlewania pod wysokim ciśnieniem z doprasowaniem i wykorzystanie ich po dopracowaniu i adaptowaniu do odlewania pod niskim ciśnieniem. Taką znaną metodą jest wykorzystanie symulacji komputerowej procesu i bazy danych odlewania pod wysokim ciśnieniem z programu komputerowego Magma soft, modułu HDPC stosowanego w odlewnictwie na maszynach pod wysokim ciśnieniem z doprasowaniem i modułu LDPC do odlewania pod niskim ciśnieniem. Na podstawie przeprowadzonych prób symulacji komputerowych w programie Magma soft moduł

LDPC moduł do odlewania pod niskim ciśnieniem i moduł HDPC odlewanie pod wysokim ciśnieniem z doprasowaniem, opracowano technologię, sposób eliminacji wad w postaci jam skurczowych w odlewach odlewanych pod niskim ciśnieniem lub i grawitacyjnie poprzez zastosowanie lokalnego, miejscowego doprasowania. Nadmienia się, że program Magma soft LDPC odlewanie pod niskim ciśnieniem nie posiada modułu symulacji odlewania z doprasowaniem, natomiast w odlewaniu niskociśnieniowym czy grawitacyjnym powstają wady w postaci jam skurczowych, które można zlokalizować niekiedy dopiero po wykonaniu obróbki skrawaniem, a naprawa takich odlewów jest trudna i kosztowna. Zastosowanie miejscowego doprasowania podczas odlewania niskociśnieniowego powoduje otrzymanie odlewów lepszych jakościowo, z eliminacją jam skurczowych odlewniczych w krytycznych, newralogicznych miejscach odlewu.

Sposób eliminacji wad w odlewach ze stopu aluminium odlewanych pod niskim ciśnieniem poprzez zastosowanie miejscowego doprasowania w danym odlewie o zdefiniowanych cechach termokinetycznych i technologicznych odlewu: typ stopu, typ odlewania, temperatura zalewania, czas zalewania, czas krzepnięcia, geometria odlewu polegający na wprowadzeniu tych cech do bazy zbioru danych komputerowego modułu symulacji odlewania niskociśnieniowego i w wyniku symulacji otrzymuje się parametry procesu symulacji odlewania, w tym w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu wielkość objętościową i miejsce jam skurczowych powstałych w danym odlewie, następnie te same cechy termo-kinetyczne i technologiczne danego odlewu przenosi się do zbioru bazy danych komputerowego modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem i otrzymujemy parametry procesu symulacji odlewania w tym w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu wielkość objętościową i miejsce jam skurczowych odlewu charakteryzuje się tym, że otrzymane parametry w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu, wielkości objętościowe i miejsca jam skurczowych odlewania z procesu symulacji odlewania niskociśnieniowego i otrzymane z procesu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem parametry w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu, wielkości objętościowe i miejsca jam skurczowych porównuje się wizualne, wzrokowo, po czym jeśli wielkości objętościowe i miejsca jam skurczowych pokrywają się, potwierdzają się, to z modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem oblicza się objętość porcji ciekłego stopu niezbędnego do wtłoczenia podczas zalewania pod niskim ciśnieniem w celu likwidacji tych jam skurczowych w odlewie poprzez doprasowanie miejscowe, definiuje się, zaznacza miejsca doprasowania w dokumentacji odlewu dla zalewania niskociśnieniowego i określa się ilość dodatkowo wtłaczanego stopu w celu likwidacji tych jam skurczowych powstających w miejscach krytycznych odlewu, opracowuje się i wykonuje kokilę, instaluje na maszynie niskociśnieniowej i podczas zalewania kokili prowadzi się proces doprasowania miejscowego tych jam skurczowych dla tego danego odlewu. Doprasowanie miejscowe odlewu polega na wtłaczaniu zadanej objętościowej porcji stopu ciekłego aluminium w zdefiniowane miejsce doprasowania powstającej jamy skurczowej oznaczonej na rysunku odlewu w czasie 65-70 sekundy od czasu startu zalewania przy temperaturze w zakresie 280°C-380°C mierzonej czujnikiem temperatury podczas zalewania przy powstawaniu ścianki zakrzepowej, które prowadzi się tak precyzyjnie aby materiał dodatkowy w postaci ciekłego stopu aluminium nie został wtłoczony w głąb odlewu, a w miejsce krytyczne, zdefiniowane, doprasowywane, gdzie tworzy się jama skurczowa.

Korzystnie doprasowanie miejscowe likwidacji jam skurczowych podczas zalewania stopu prowadzi się za pomocą specjalnych modułów doprasowujących mocowanych w kokili, gdzie wtłaczana objętościowa porcja ciekłego stopu aluminium w zdefiniowane miejsce doprasowania oznaczone na rysunku odlewu zależna jest od wielkości powstałej jamy skurczowej.

Korzystnie doprasowanie miejscowe zdefiniowanych miejsc krytycznych w odlewie jest stosowane podczas zalewania grawitacyjnego.

Kokila do odlewania niskociśnieniowego z miejscowym doprasowaniem ma płytę górną z wałkami montażowymi, deskę wypychaczy z wypychaczami, wałki montażowe, szczękę górną, szczękę boczną, górny rdzeń, płytę dolną, szczęki boczne, szczękę górną, układ wlewowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że dodatkowo zawiera specjalne miejscowe moduły doprasowujące oraz czujniki temperatury zamontowane lokalnie, miejscowo w zdefiniowanych krytycznych miejscach powstania jam skurczowych w odlewie.

Korzystnie moduł doprasowujący ma postać siłownika z tłokiem.

Korzystnie moduł doprasowujący i czujnik temperatury włączony jest w system sterowania maszyny niskociśnieniowej

Korzystnie tłok modułu ma zdefiniowany wysuw zależny od wielkości jamy skurczowej i objętości porcji ciekłego stopu aluminium do wtłoczenia w zdefiniowane miejsce doprasowania powstawania jamy skurczowej odlewu oznaczonej na rysunku odlewu.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania odlewania niskociśnieniowego z doprasowaniem miejscowym odlewu, gdzie na rysunku na którym fig. 1 przedstawia wydruk z program LPDC Magma soft zdefiniowanych cech termo-kinetycznych odlewu dla odlewania pod niskim ciśnieniem z określeniem i porównaniem węzła jamy skurczowej odlewu według technologii odlewania pod niskim wysokim ciśnieniem z doprasowaniem z programu HPDC Magma soft, fig. 2 przedstawia schematycznie kokilę z węzłem i odlewem oraz miejscem doprowadzenia metalu z modułem z tłokiem doprasowującym, fig. 3 przedstawia odlew wykonany według technologii odlewania pod niskim ciśnieniem z doprasowaniem.

Sposób eliminacji wad w odlewach ze stopu aluminium odlewanym pod niskim ciśnieniem z zastosowaniem miejscowego doprasowania według wynalazku charakteryzuje się tym, że zdefiniowane cechy termo-kinetyczne odlewu 9: temperatura stopu, objętość stopu do zalania i skład, czas zalewania, czas krzepnięcia do odlewania niskociśnieniowego o określonej geometrii konstrukcji, w postaci prostokątnej obudowy z nabami w odlewie wprowadza się do zbioru bazy danych komputerowego modułu symulacji odlewania niskociśnieniowego Magma soft LDPC i w wyniku symulacji otrzymuje się obraz symulacji modelu odlewania, symulację obrazową odlewania danego odlewu, w tym miejsca i wielkość objętościową jam 13 skurczowych powstałych w odlewie 9, następnie przenosi się te same cechy termokinetyczne i technologiczne odlewu 9 do zbioru bazy danych modułu komputerowego symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem Magma soft HDPC, otrzymane wyniki w tym obrazowo miejsca i wielkość objętościową jam 13 skurczowych powstałych w odlewie 9, porównuje się wizualnie-wzrokowo z obrazem symulacji modelu odlewania komputerowego modułu symulacji LDPC, odlewanie pod niskim ciśnieniem, po czym jeśli z porównania wizualnego, wzrokowego parametrów obrazu symulacji modelu odlewu 9 miejsca i wielkość jam 13 skurczowych pokrywają się, potwierdzają się to z modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem Magma Soft HDPC oblicza się objętość dodatkowo porcji ciekłego stopu niezbędnego do wtłoczenia podczas zalewania pod niskim ciśnieniem z doprasowaniem miejscowym w celu likwidacji tych jam 13 skurczowych które powstają w odlewie 9 ze względu na różnice grubości konstrukcji odlewu, szybkość krzepnięcia stopu w odlewie w obrębie nab, po czym następnie definiuje się, zaznacza się te miejsca jam 13 w dokumentacji odlewu 9 celem ich likwidacji podczas zalewania niskociśnieniowego poprzez doprasowanie 10 miejscowe, określa się ilość wtłaczanego dodatkowo stopu w celu likwidacji jam 13 skurczowych powstających w miejscach krytycznych odlewu 9 oraz opracowuje się procedurę technologiczną zalewania, wykonuje kokilę z doprasowaniem 10 miejscowym dla tego danego odlewu 9, instaluje kokilę na maszynie niskociśnieniowej i podczas zalewania kokili stopem prowadzi się proces doprasowania 10 miejscowego jam 13 skurczowych dla tego odlewu. Doprasowanie miejscowe odlewu 9, likwidacji jam 13 skurczowych w obrębie nab, miejsc doprasowania 10 polega na wtłaczaniu zadanej objętościowej porcji stopu ciekłego aluminium w zdefiniowane miejsce doprasowania 10 powstającej jamy skurczowej 13 oznaczonej na rysunku odlewu 9 w czasie 65-70 sekundy od czasu startu zalewania przy temperaturze 280°C-380°C mierzonej czujnikiem 4 temperatury podczas zalewania przy powstaniu ścianki zakrzepinowej. Doprasowanie prowadzi się za pomocą specjalnych modułów 12 doprasowujących tak precyzyjnie aby materiał w postaci ciekłego dodatkowo stopu aluminium nie został wtłoczony w głąb odlewu 9, a w miejsce krytyczne, zdefiniowane doprasowywane 10 oznaczone na rysunku odlewu 9 w obrębie nab gdzie tworzy się jama 13 skurczowa. Wtłoczona objętościowa porcja ciekłego stopu aluminium w zdefiniowane, zaznaczone miejsce doprasowania 10 do jam 13 skurczowych w obrębie nab zależna jest od wielkości objętości powstałej jamy 13 skurczowej.

Kokila do odlewania niskociśnieniowego z miejscowym doprasowaniem ma płytę 1 górną z wałkami montażowymi, deskę wypychaczy 2 z wypychaczami 16, wałki montażowe 3, szczękę górną 15, szczękę boczną 14, górny rdzeń 8, płytę 6, 5 dolną, szczęki 14 boczne, szczękę 15 górną, układ 7 wlewowy według wynalazku zawiera dodatkowo specjalne miejscowe moduły 12 doprasowujące oraz czujniki 4 temperatury zamontowane lokalnie, miejscowo w miejscach krytycznych powstania jam 13 skurczowych w odlewie 9 w obrębie nab, które określa rysunek.

Moduł 12 doprasowujący ma postać siłownika z tłokiem 11 i połączony jest z czujnikiem temperatury 4 oraz włączony jest w system sterowania maszyny niskociśnieniowej.

Tłok 11 modułu 12 ma zdefiniowany wysuw zależny od wielkości jamy 13 skurczowej i objętości wtłoczenia porcji ciekłego stopu aluminium do wtłoczenia w zdefiniowane miejsce krytyczne doprasowania 10 w obrębie nab, gdzie powstaje jama 13 skurczowa w odlewie 9.

Claims (8)

1. Sposób eliminacji wad w odlewach ze stopu aluminium odlewanych pod niskim ciśnieniem poprzez zastosowanie miejscowego doprasowania w danym odlewie o zdefiniowanych cechach termo-kinetycznych i technologicznych: typ stopu, typ odlewania, temperatura zalewania ,czas zalewania, czas krzepnięcia, geometria odlewu, polegający na wprowadzeniu tych cech do bazy zbioru danych komputerowego modułu symulacji odlewania niskociśnieniowego i w wyniku symulacji otrzymuje się parametry procesu symulacji odlewania, w tym w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu (9) wielkość objętościową i miejsce jam (13) skurczowych powstałych w odlewie (9), następnie te same cechy termo-kinetyczne i technologiczne odlewu (9) przenosi się do zbioru bazy danych komputerowego modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem i otrzymujemy parametry procesu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem, w tym w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu (9) wielkość objętościową i miejsca jam (13) skurczowych odlewania odlewu (9) znamienny tym, że otrzymane w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu (9), wielkości objętościowe i miejsca jam (13) skurczowych, parametry procesu odlewania z procesu symulacji odlewania niskociśnieniowego i otrzymane z procesu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem parametry w formie obrazu symulacyjnego modelu odlewu (9), wielkości objętościowe i miejsca jam (13) skurczowych porównuje się wizualne, wzrokowo, po czym jeśli wielkości objętościowe i miejsca jam (13) skurczowych pokrywają się, potwierdzają się, to z modułu symulacji odlewania wysokociśnieniowego z doprasowaniem oblicza się objętość porcji ciekłego stopu niezbędnego do wtłoczenia podczas zalewania pod niskim ciśnieniem w celu likwidacji tych jam skurczowych (13) w odlewie (9) poprzez doprasowanie miejscowe, definiuje się tj. zaznacza miejsca doprasowania (10) w dokumentacji odlewu (9) dla zalewania niskociśnieniowego i określa się ilość dodatkowo wtłaczanego stopu w celu likwidacji tych jam (13) skurczowych powstających w miejscach krytycznych odlewu (9), opracowuje się i wykonuje kokilę, instaluje na maszynie niskociśnieniowej i podczas zalewania kokili prowadzi się proces doprasowania (10) miejscowego tych jam (13) skurczowych poprzez wtłaczanie zadanej objętościowej porcji stopu ciekłego aluminium w czasie 65-70 sekundy od czasu startu zalewania przy temperaturze 280°C-380°C mierzonej czujnikiem (4) temperatury podczas zalewania przy powstawaniu ścianki zakrzepowej i prowadzi się tak precyzyjnie, aby materiał dodatkowy w postaci ciekłego stopu aluminium nie został wtłoczony w głąb odlewu (9), a w zaznaczone miejsce krytyczne, doprasowywane (10) miejscowo, gdzie tworzy się jama (13) skurczowa.

2. Sposób według zastrz. 1 i 2 znamienny tym, że doprasowanie (10) miejscowe likwidacji jam (13) skurczowych podczas zalewania stopu prowadzi się za pomocą specjalnych modułów (12) doprasowujących mocowanych w kokili.

3. Sposób według zastrz. 1 i 2 zamienny tym, że wtłaczana objętościowa porcja ciekłego stopu aluminium w zdefiniowane, zaznaczone miejsce doprasowania (10) odlewu zależna jest od wielkości powstałej jamy (13) skurczowej.

4. Sposób według zastrz. 1 i 2 zamienny tym, że doprasowanie miejscowe zdefiniowanych, zaznaczonych miejsc krytycznych w odlewie (9) jest stosowane także podczas zalewania grawitacyjnego.

5. Kokila do odlewania niskociśnieniowego z miejscowym doprasowaniem według zastrzeżenia 1 do 5 ma płytę (1) górną z wałkami montażowymi, deskę wypychaczy (2) z wypychaczami (16), wałki montażowe (3), szczękę górną (15), szczękę boczną (14), górny rdzeń (8), płytę (6, 5) dolną, szczęki (14) boczne, szczękę (15) górną, układ (7) wlewowy znamienna tym, że zawiera dodatkowo specjalne miejscowe moduły (12) doprasowujące oraz czujniki (4) temperatury zamontowane lokalnie, umocowane w kokili w zaznaczonych miejscach krytycznych powstania jam (13) skurczowych w odlewie (9).

6. Kokila według zastrz. 6 znamienna tym, że moduł (12) doprasowujący ma postać siłownika z tłokiem (11).

7. Kokila według zastrz. 6 znamienna tym, że moduł (12) doprasowujący i czujnik (4) temperatury włączony jest w system sterowania maszyny niskociśnieniowej.

8. Kokila według zastrz. 6 znamienna tym, że tłok (11) modułu (12) ma zdefiniowany, określoną długość wysuwu zależą od wielkości jamy (13) skurczowej i objętości porcji ciekłego stopu aluminium do wtłoczenia w miejsce doprasowania (10) powstawania jamy (13) skurczowej odlewu (9).