PL248528B1 - Układ wlewowy piaskowej formy odlewniczej z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej - Google Patents

Abstract

Układ wlewowy piaskowej formy odlewniczej, z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej, zawierający zbiornik wlewowy i wlew główny, charakteryzuje się tym, że zbiornik wlewowy składa się z dwóch połączonych komór: górnej komory (1) i dolnej komory (6), przy czym górna komora (1) posiada dno nachylone pod kątem α, wynoszącym co najmniej 10° do poziomu. Ponadto w dnie usytuowane jest gniazdo filtra (8), pod którym znajduje się dolna komora (6). Gniazdo posiada powierzchnię podparcia filtra (8) nachyloną pod kątem β, wynoszącym co najmniej 10° do poziomu i usytuowaną poniżej poziomu dna górnej komory (1) zbiornika wlewowego co najmniej o wielkość grubości filtra (8). Powierzchnię podparcia filtra (8) stanowi powierzchnia czołowa wynikająca ze skokowej różnicy wymiarów gniazda i dolnej komory (6). Dolna komora(6) połączona jest u dołu z wlewem głównym (7).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wlewowy piaskowej formy odlewniczej z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej metodą bezskrzynkową. Układ wlewowy wyposażony jest w rozwiązania umożliwiające filtrację metalu w procesie wytwarzania odlewów i jest przeznaczony do stosowania w odlewniach metali.

Stosowanie filtrów ceramicznych przy wytwarzaniu odlewów metalowych, a głównie żeliwnych w formach odlewniczych jest powszechne i wynika z dążenia do ponoszenia jakości wyrobów, czystości struktury wewnętrznej i oczekiwań rynku. W procesie filtracji stosowane są najczęściej filtry ceramiczne umieszczane na drodze metalu od kadzi do wnęki formy odtwarzającej odlew. Ponieważ filtry spowalniają przepływ metalu nawet czterokrotnie, dlatego aby nie stanowiły wąskiego gardła w układzie wlewowym (we wlewie głównym lub rozprowadzającym), powiększa się zwykle jego przekrój i buduje specjalne komory filtracji, o przekroju kilkukrotnie większym niż przekrój pozostałych elementów układu wlewowego. W takim przypadku komory filtracji stanowią dodatkowy element układu wlewowego.

Stosowanie filtrów we wlewach rozprowadzających lub na połączeniu wlewów rozprowadzających i doprowadzający jest przedmiotem wielu patentów. W opisie patentowym PL/EP2364229 T3 ujawnionych jest szereg wariantów konstrukcji komór filtracji i ułożenia w nich filtrów na połączniu wlew główny - wlew rozprowadzający. Rozwiązanie dotyczy form z poziomym podziałem formy, a umieszczanie filtra odbywa się przed złożeniem połówek formy. W opisie patentowym PL243361 B1 ujawniono rozwiązanie dotyczące form z dowolnym podziałem (pionowym lub poziomym), w którym filtr umieszczany jest w specjalnej komorze filtracji przed złożeniem połówek formy. Umieszczanie filtra w zbiorniku również jest rozwiązaniem rozpowszechnionym w wielu technologiach stosownych przez firmy SQ Shengquan Group, Foseco, a także Huttenes Alberus. W tych rozwiązaniach, w zbiornikach nadstawnych, filtry umieszcza się ręcznie nad wlewem głównym, prostopadle do osi wlewu. W technologii form z pionowym podziałem, kształt wlewów głównych jest „znormalizowany” lub stypizowany, a jego opis zawarty jest w instrukcjach technologicznych firmy DISAMATIC (DISA 280-C System formowania masy formierskiej. Instrukcja zastosowania nr rej. 10215275-16), czy też firmy LORAMENDI. Konstrukcje znormalizowanych lub stypizowanych zbiorników wlewowych uniemożliwiają umieszczanie w nich filtrów.

W odlewnictwie, a szczególnie w jego części, która wytwarza na masową skalę odlewy dla motoryzacji z żeliwa wysokojakościowego, produkcja form piaskowych odbywa się na zautomatyzowanych liniach formowania bezskrzynkowego, z pionowym podziałem formy. Powszechną praktyką tej technologii, w której wykonuje się nawet 400 form/h, jest umieszczanie filtra we wlewie głównym (w komorze filtracji pod zbiornikiem wlewowym) lub we wlewie rozprowadzającym, w górnym lub dolnym odcinku. Komory filtracji stanowią dodatkowy element układu wlewowego i zwykle mają stosunkowo dużą objętość, co powoduje znaczące zwiększenie masy układu wlewowego oraz obniżenie efektywności wykorzystania ciekłego metalu.

W dotychczasowych rozwiązaniach, filtry ceramiczne umieszczane są w komorach filtracji, które są odformowane z płyty modelowej w pakiecie (połówce) formy. Umieszczenie filtra w jednej z połówek formy zachodzi przed procesem połączenie sąsiadujących pakietów i w tym celu proces formowania musi zostać zatrzymany na klika sekund (2-3) co, jeśli uwzględnić, że w najbardziej wydajnych automatach cykl wykonania formy trwa poniżej 10 sekund, generuje znaczące spowolnienie procesu. Innym rozwiązaniem na liniach DISA MATIC jest umieszczanie filtra techniką „od góry” w gnieździe komory filtracji umieszczonej we wlewie głównym w pakiecie za komorą prasowania przy pomocy manipulatora dostosowanego do tej operacji.

Problemem wynalazczym jaki rozwiązuje wynalazek jest zmniejszenie objętości/masy układu wlewowego piaskowych form odlewniczych z pionowym podziałem, wytwarzanych na automatycznych liniach formierskich oraz jego ukształtowanie w sposób umożliwiający ciągłą pracę linii formierskiej i wyeliminowanie konieczności jej zatrzymywania w celu ręcznego zamontowania filtrów.

Istota układu wlewowego piaskowej formy odlewniczej, z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej, zawierającego zbiornik wlewowy i wlew główny, charakteryzuje się tym, że zbiornik wlewowy składa się z dwóch połączonych komór: górnej komory i dolnej komory, przy czym górna komora posiada dno, nachylone pod kątem a wynoszącym co najmniej 10° do poziomu. W dnie usytuowane jest gniazdo filtra, pod którym znajduje się dolna komora. Gniazdo posiada powierzchnię podparcia filtra nachyloną pod kątem β wynoszącym co najmniej 10° do poziomu i usytuowaną poniżej poziomu dna górnej komory zbiornika wlewowego, co najmniej o wielkość grubości filtra. Powierzchnię podparcia filtra stanowi powierzchnia czołowa wynikająca ze skokowej różnicy wymiarów gniazda filtra i dolnej komory zbiornika wlewowego. Dolna komora połączona jest u dołu z wlewem głównym.

Korzystnie kąt a nachylenia powierzchni dna górnej komory zbiornika wlewowego do poziomu, jest równy lub większy od kąta β odchylenia powierzchni podparcia filtra od poziomu od 5° do 10°.

Korzystnie kształt gniazda odwzorowuje kształt filtra.

Korzystnie powierzchnia podparcia filtra stanowi nie więcej niż 25% powierzchni roboczej filtra.

Korzystnie objętość górnej komory zbiornika wlewowego stanowi co najmniej 5% objętości metalu przeznaczonego do wytworzenia całego odlewu.

W układzie wlewowym piaskowej formy odlewniczej z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej, według wynalazku filtr umieszczany jest w zbiorniku wlewowym w sposób zmechanizowany, w formach po złożeniu pakietów. Czynność ta realizowana jest w tym samym czasie co prasowanie kolejnego pakietu. Nie zachodzi potrzeba budowania specjalnych komór filtracji w układzie wlewowym jako jego dodatkowych elementów, co zmniejsza masę układu i zwiększa uzysk metalu z formy. Przeniesienie procesu filtracji metalu bezpośrednio do zbiornika wlewowego powoduje, że na płycie modelowej pozostanie więcej miejsca/powierzchni, które można wykorzystać dla umieszczenia kolejnego modelu i odlewu w formie. Ponadto operacja umieszczanie filtra w dotychczasowej wersji najczęściej realizowana w otwartej formie (po zatrzymanej linii formowania), jest zastąpiona operacją umieszczania filtra po zespoleniu pakietów formy i poza komorą prasowania. Włożenie filtra będzie się odbywać w formach, które opuściły komorę prasowania, w tym samym czasie, kiedy wytwarzany jest następny pakiet. Dzięki temu rozwiązaniu linia formowania może pracować z pełną wydajnością, bez wstrzymywania na czas wkładania filtra. Operacje wykonywania kolejnego pakietu (formy) i wkładania filtra do formy przebiegają w tym samym czasie rzeczywistym (równolegle), a nie jak dotychczas jedna po drugiej (szeregowo). Ponadto, ręczne wkładanie filtrów do formy lub za pomocą pośredniej płyty do rdzeniowani form, może być realizowane przez zastosowanie specjalnego podajnika filtrów, łatwego do przystosowania do pracy w pełni zautomatyzowanej. Dodatkowo, pochylone ułożenie filtra w dnie zbiornika wlewowego sprawia, iż efektywność filtracji jest większa, a zatem można stosować mniejsze filtry.

Rozwiązanie z uwagi na swoją prostotę z jednej strony i potencjał generowania dużych korzyści ekonomicznych z drugiej, może być atrakcyjne dla firm z branży motoryzacyjnej i innych, stosujących technologię formowania bezskrzynkowego na liniach zautomatyzowanych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym na fig. 1 przedstawiono widok z góry wycinka zespolonych pakietów formy ze zbiornikiem wlewowym, na fig. 2 przedstawiono widok układu wlewowego w przekroju pionowym, na fig. 3 przedstawia widok z góry wycinka zespolonych pakietów formy ze zbiornikiem wlewowym i umieszczonym w nim filtrem, a na fig. 4 - widok perspektywiczny przekroju zbiornika wlewowego z umieszczonym w nim filtrem.

Z klasycznej, wilgotnej masy formierskiej wykonano formę 5 (fig. 1, fig. 2) układu wlewowego o wymiarach każdej połówki (pakietu) 5a i 5b: AxBxh = 400x500x150 mm. Forma 5 z pionowym ułożeniem płaszczyzny podziału 9 została przystosowana do zalewania. Zbiornik wlewowy zawiera górną komorę 1 z dnem 4 pochylonym pod kątem a=30° do poziomu, stanowiącego płaszczyznę prostopadłą do pionowej płaszczyzny podziału 9 formy 5. U góry zbiornika wlewowego wykonane jest obrzeże 10, zapobiegające rozlewaniu się metalu po powierzchni formy 5. W dnie 4 usytuowane jest gniazdo 2 filtra 8 o kształcie kwadratowym i wymiarach 52x52 mm, posiadające powierzchnię podparcia 3 filtra 8 nachyloną pod kątem β=25° do poziomu i usytuowaną poniżej poziomu dna 4 górnej komory 1 zbiornika wlewowego o 15 mm, co stanowi grubość filtra 8. Powierzchnię podparcia 3 filtra 8 stanowi powierzchnia czołowa wynikająca ze skokowej różnicy wymiarów gniazda 2 i dolnej komory 6. Dolna komora 6 usytuowana jest pod gniazdem 2 filtra 8. Wlot do dolnej komory 6 ma kształt kwadratu o wymiarach 44x44 mm, co daje czołową powierzchnię podparcia 3 filtra 8 stanowiącą około 22,5% powierzchni roboczej filtra 8. Wymiary poprzeczne dolnej komory 6 zwężają się ku dołowi, gdzie połączona jest ona z wlewem głównym 7.

Po wykonaniu i złożeniu pakietów formy 5a i 5b, w gnieździe 2 umieszczono ceramiczny piankowy filtr 8 (fig. 3, fig. 4), odwzorowujący kształt gniazda 2 o wymiarach 50x50x15 mm i wielkości porów 20 PPI (por per inch). Ten typ filtrów, z uwagi na parametr PPI dedykowany jest dla żeliwa szarego. Wymiary gabarytowe zbiornika wlewowego to: długość L = 90 mm, szerokość B = 70 mm i wysokość h = 80 mm. Górna komora 1 zbiornika wlewowego miała objętość około 300 cm².

W tak przygotowanej formie został wykonany odlew z żeliwa EN GJS 250 o składzie chemicznym: C - 3,25%, Si - 1,70%, Mn - 0,65%, S - 0,08%, P - 0,12%, reszta Fe i domieszki. Wykonany testowy odlew miał kształt płyty o grubości 400x250x18 mm i masie około 12,0 kg. Pozostałe, oprócz zbiornika wlewowego, elementy układu wlewowy zostały dobrane wg. klasycznych zasad projektowania. Układ wlewowy pozwalał zapełnić formę w czasie około 8,0 sek. Metal wytopiony został w piecu indukcyjnym w tyglu o pojemności 2,0 dm³. Zalewania formy przeprowadzono przy zachowaniu temperatury żeliwa T=1380°C. Kontrolowano czas zalewania formy i przepływ metalu w zbiorniku. Przy zachowaniu zasady utrzymania pełnego zbiornika metalu podczas zalewania formy, wykonano pomiar czasu zalewania. Jak wiadomo z praktyki przemysłowej, komory filtracji projektowane są w taki sposób, aby natężenie strumienia metalu wpływającego do formy nie zostało zmienione. Jeśli komory filtracji są źle zaprojektowane, to obserwuje się wydłużanie czasu zalewania formy, co może skutkować jej niecałkowitym wypełnieniem. W opisanych warunkach czas zalewania wynosił 7,5 sek. i odpowiadał w przybliżeniu obliczonemu czasowi 8,0 sek. Potwierdza to, że nowy sposób filtracji metalu w zbiorniku wlewowym z pochylonym dnem i pochylonym filtrem dedykowany dla form z pionową powierzchnią podziału, działa prawidłowo z punktu widzenia kinetyki przepływu metalu ze zbiornika do wnęki formy.

Wykonany odlew charakteryzował się dobrą jakością powierzchni bez takich wad jak: zapiaszczenie, zażużlenia czy też inne wtrącenia niemetaliczne. Zmiana sposobu i miejsca umieszczenia filtra nie ma wpływu na czas jego przepływu w układzie wlewowym, a to jest podstawowe kryterium zasad projektowania układów filtracji w formach odlewniczych.

Claims (5)

1. Układ wlewowy piaskowej formy odlewniczej, z pionowym podziałem, wytwarzanej na automatycznej linii formierskiej, zawierający zbiornik wlewowy i wlew główny, znamienny tym, że zbiornik wlewowy składa się z dwóch połączonych komór: górnej komory (1) i dolnej komory (6), przy czym górna komora (1) posiada dno (4), nachylone pod kątem (a) wynoszącym co najmniej 10° do poziomu, a ponadto w dnie (4) usytuowane jest gniazdo (2) filtra (8), pod którym znajduje się dolna komora (6), zaś gniazdo (2) posiada powierzchnię podparcia (3) filtra (8) nachyloną pod kątem (β) wynoszącym co najmniej 10° do poziomu i usytuowaną poniżej poziomu dna (4) górnej komory (1) zbiornika wlewowego co najmniej o wielkość grubości filtra (8), a powierzchnię podparcia (3) filtra (8) stanowi powierzchnia czołowa wynikająca ze skokowej różnicy wymiarów gniazda (2) i dolnej komory (6), z kolei dolna komora (6) połączona jest u dołu z wlewem głównym (7).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt (a) nachylenia powierzchni dna górnej komory zbiornika wlewowego do poziomu jest równy lub większy od kąta (β) odchylenia powierzchni podparcia filtra od poziomu od 5° do 10°.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że kształt gniazda (2) odwzorowuje kształt filtra (8).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia podparcia (3) filtra (8) stanowi nie więcej niż 25% powierzchni roboczej filtra (8).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość górnej komory (1) zbiornika wlewowego stanowi co najmniej 5% objętości metalu przeznaczonego do wytworzenia całego odlewu.