SE533042C2 - Förfarande för kompositgjutning av ett stycke gjutet verktyg - Google Patents

Description

20 25 30 533 G42 2 Genom WO 03/ 041895 är det tidigare känt ett i ett stycke kompositgjutet verktyg, som består av två olika materialkvalitéer, samt ett förfarande för framställning av ett sådant verktyg.

Enligt den kända tekniken gjuts i en och samma gjutform två olika materialkvali- téer, varvid stål gjuts för bildande av arbetsdelar i verktyget, medan gråjärn gjuts för framställning av sj älva verktygsstommen. Mellan de båda materialkvalitéerna bildas en bindningszon, där till viss del en blandning av de båda materialkvalitéerna kan ske. Den kända tekniken är behäftad med flera problem då den inte erbjuder någon möjlighet att placera bindningszonen i verktyget på ett sådant sätt, att bindnings- zonens hållfasthet kan optimeras.

För att bindningszonen skall få erforderlig kvalitet krävs noggrann styrning av temperaturen på det material, som gjuts först innan gjutning kan ske av det material, som gjuts sist. Den kända tekniken erbjuder inga sådana möjligheter.

Slutligen erbjuder den kända tekniken ingen möjlighet att på ett lämpligt sätt orien~ tera bindningszonen i en gjutforrn för framställning av verktyget.

PROBLEMSTÄLLNING Den föreliggande uppfinningen har till ändamål att så utforma det inledningsvis antydda förfarandet, att detta undanröjer problemen vid tidigare, känd teknik.

Speciellt avser uppfinningen att så utforma förfarandet att bindningszonens läge kan optimeras med hänsyn till hållfasthetsmåssiga aspekter. Uppfinningen har också till ändamål att så utforma förfarandet att en god kontroll av temperaturförhållandena i och vid bindningszonen skapas vid gjutningen av det sist gjutna materialet. Slut- ligen har uppfinningen till ändamål att utforma förfarandet på så sätt, att bindnings- zonens orientering i en gjutform lätt kan kontrolleras. 10 l5 20 25 30 UT w v33 PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås om det inlednings- vis antydda förfarandet kännetecknas därav, att i beroende av antalet och storleken på verktygets första parti eller partier formges detta eller dessa partier genom dator- simulering så, att temperaturfordelningen på det gjutna stålet vid bindningszonen blir så jämn som möjligt och den tid beräknas från avslutandet av stålgjutningen till gråj ämsgjutningen som krävs för uppnående av en första temperatur på stålet vid bindningszonen motsvarande den valda stålkvalitetens likvidustemperatur minus ca 3 O°- 15 0° C.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar.

På dessa visar: fig 1 ett schematiskt tvärsnitt genom en gjutforrn för tillämpning av förfarandet enligt uppfinningen; fig 2 ett schematiskt tvärsnitt av en modifierad utföringsforrn av en gjutform för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen; fig 3 ett detalj snitt genom en gjutform for tillämpning av förfarandet enligt upp- finningen; fig 4 ett verktyg gjutet enligt förfarandet enligt uppfinningen, sett i perspektiv snett underifrån jämfört med läget under gjutningsförfarandet; fig 5 en alternativ vy motsvarande fig 4; och lO 15 20 25 533 G42 4 fig 6 en planvy av ett verktyg gjutet enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Ifrg 1 avser hånvisningsbeteckningen 1 ett underlag, varpå en gjutforrn 2 fór tillämpning av uppfinningen vilar. Underlaget l är företrädesvis ett horisontellt golv. Om ett sådant inte skulle kunna uppbringas måste någon utjämningsplattforrn eller liknande vara placerad på underlaget, så att ovansidan blir horisontell och således gjutformen vilar på ett horisontellt underlag.

Gjutformen innefattar en formflaska 3, vilken inom sig innesluter ett första modell- parti 4 och ett andra modellparti 5. Härvid är det första modellpartiet 4 utformat för gjutning av verktygets arbetsdel genom gjutning av stål. Det skall understrykas redan här att verktyget mycket väl kan ha mer ån en arbetsdel och sålunda gjut- formen flera första modellpartier 4.

Ovanför det första modellpartiet 4 finns ett andra modellparti 5, vilket är avsett för gjutning av gråjärn, så att en verktygsstomme bildas. Det andra modellpartiet kan på sedvanligt sätt förses med formkärnor, så att hålrum 6 bildas i den av gråjäm gjutna verktygsstommen. Vidare är på sedvanligt sätt forrnflaskan 3 fylld med formsand 7 som packats och härdats.

De båda rnodellpartierna 4 och 5 har en plan kontaktyta där de berör varandra eller där de är sammanfogade. Denna kontaktyta 8 är det önskade läget för den bind- ningszon, som bildas i gränsorrtrådet mellan stålet, som gjuts i det första modell- partiet 4 och gråjärnet, som gjuts i det andra modellpartiet 5. Kontaktytan 8 år parallell med forrnflaskans 3 undre kant 9, så att kontaktytan 8 blir horisontell när formflaskan vilar på ett horisontellt underlag. 10 15 20 25 30 533 042 5 Vid framställning av gjutformen enligt fig 1 är först en överdel 12 till giutflaskan avlågsnad och gjutflaskan 3 år placerad på ett plant, horisontellt underlag med sin övre kant vänd nedåt. Därefter placeras den totala modellen, som alltså består av ett eller flera förstapartier 4 och ett andra parti 5, på ett underlag 1, på vilket gjut- flaskans 3 övre kant vilar. Detta förutsätter emellertid att kontaktplanet 8 är paral- lellt med den övre ytan på det andra modellpartiet 5. Det viktiga är att kontaktplanet 8 kommer att bli horisontellt i gjutformens gjutningsläge, i den i fig 1 visade formen, parallellt med gjutflaskans undre kant 9.

Det kan vara lämpligt att sammanfoga det andra modellpartiet 5 med det eller de första modellpartierna 4, så att de tillsammans bildar en hanterbar enhet.

Därefter fylls formtlaskan 3 med gjutsand av lämplig kvalité, varvid det skall understrykas att denna giutsand inte behöver ha samma kvalité omkring det andra modellpartiet 5 och det eller de första modellpartiema 4. När på detta sätt gjut- flaskan 3 fyllts med giutsand och denna tillpackats och tillåtits hårda, vändes gjut- flaskan 3 till gjutningsläget, varvid tillses att kontaktplanet 8 är horisontellt genom att det underlag, på vilket formflaskan placeras också är horisontellt. Därefter place- ras överdelen 12 på formflaskan 3 och formen fardigställes med ingjöten 10 och 11.

Om det andra partiet 5 av modellen inte skulle ha sin ovansida 5 (enligt fig 1) parallell med kontaktplanet 8, så måste det andra modellpartiet 5 pallas upp till en korrekt lutning, som kompenserar för icke-parallelliteten mellan kontaktplanet 8 och den övre ytan, så att därigenom, i den färdiga gjutformen 2, alltid kontaktplanet 8 blir horisontellt när gjutflaskan 1 står på ett horisontellt underlag.

I fig 1 avser hänvisningsbeteckningen 10, såsom antytts ovan, ett ingj öt för det stål, som skall gjutas i det första modellpartiet 4. Även om det inte framgår av tig 1 är det ingjötssystem, som används för gjutning av stålet utformat på ett sådant sätt att det åtminstone delvis sträcker sig in under det första modellpartiet 4 och ansluter sig 10 15 20 25 30 533 (342 6 till detta för att ge en gjutningsriktning for stålet nedanifrån och uppåt mot kontakt- ytan 8, som representerar det önskade läget för den bindningszon, som skall bildas mellan de båda olika materialkvalitéerna.

Utfonrmingen av ingjötssystemet för gråjärnet kan ske på konventionellt sätt. För att uppåt sluta forrnflaskan 3 och inrymma delar av ingjötssystemen är det ovanpå fonnflaskan 3 anordnat en ovandel 12, vilken innefattar fonnsand 7.

De båda modellpartier 4 och 5, som ingår i den totala gjutmodellen i fig 1 är vid gjutningen forstörbara modeller, exempelvis framställda av expanderad polystyren. Ävenledes på sedvanligt sätt är de försedda med blackning för att förbättra yt- fmishen på det gjutna materialet.

I fig 2 visas en alternativ utföringsform av en gjutform 2 för tillämpning av upp- finningen. Hänvisningsbeteckningama i denna figur överensstämmer med hänvis- ningsbeteckningarna i ñg 1 men det framgår tydligt att de båda modellpartierna 4 och 5 har helt olika utseenden. Även i utforingsformen enligt fig 2 kan det fore- komma flera första modellpartier 4, vilka antingen direkt är förbundna med ingjöts- systemet 10 eller indirekt via förbindelser mellan de olika första modellpartierna.

Av såväl fig l som fig 2 framgår att vid gjutning av stålet i det eller de första modellpartierna 4 kommer dessa att förstöras av stâlsmältan eftersom modellparti- erna är framställda av expanderad polystyren. Detta gäller emellertid även en del av 'det andra modellpartiet 5, åtminstone i området rakt över det första modellpartiet 4.

Detta innebär att efter gjutningen av stålet kommer de partier av formsanden, som är exponerade neråt mot det eller de första modellpartierna 4 att utsättas for en mycket kraftig värmestrålning som möjligen skulle kunna bryta ner bindemedlet i fonnsanden. Av denna anledning har det andra modellpartiet 5, åtminstone på de delar som är utsatta för denna värmestrålning ett extra skydd i form av ett eller flera extra lager av blackning. 10 15 20 25 30 533 G42 7 Oavsett om gjutformen 2 ser ut som i fig l eller 2 gjuts alltid stålet först vid en temperatur i storleksordningen l550°C. Sedan stålgjutningen avslutats och stålets övre yta placerats vid nivån för kontaktytan 8 göres ett uppehåll i gjutningsförfaran- det, så att det gjutna stålet tillåtes svalna. Härvid har man tillsett att stålet sist sval- nari området för kontaktytan 8 genom att det första modellpartiet givits en utform- ning, som innebär att det i någon mån avsmalnar neråt (enligt fi g l och 2) i riktning bort från kontaktytan 8. Härigenom fås en riktad avsvalning, där avsvalningen först sker i det första modellpartiets 4 undre delar och sist i området vid kontaktytan 8.

Vid kontaktytan 8 har de delar av det första och det andra modellpartiet 4 respektive 5 givits en jämn tjocklek utöver hela längden (längden i riktning vänster-höger i fig 1 och 2). Den jämna tj ockleken innebär att temperaturfördelningen över hela kontaktytan 8 där modellpartierna möter varandra blir förhållandevis jämn, vilket är en viktig förutsättning för god kvalité i bindningszonen. I själva verket är det så, att man genom datorsimulering formger de båda modellpartiernas, i närheten av kontaktytan liggande delar 16, 17 på ett sådant sätt att det i det undre modellpartiet gjutna stålet skall ha en så likfonnig temperaturfördelning vid kontaktytan 8 som överhuvudtaget går att uppnå. På samma sätt görs genom en datorsimulering en beräkning av den tid, som krävs för uppnående av en temperatur på det i det första rnodellpartiet 4 gjutna stålet vid kontaktytan 8, vid en första temperatur mot- svarande den valda stålkvalitetens likvidustemperatur minus ca 30°-l50°C, ofta i området l440°-l320°C.

Detta uppehåll i gjutprocessen kan uppgå till någon eller ett par minuter men kan också vara så långt som 15-20 minuter, allt beroende på storleken av det eller de första modellpartierna 4.

Gjutningen av gråj ärnet genomföres när den beräknade uppehållstiden löpt till ända vid en andra temperatur, som motsvarar gråjämets likvidustemperatur plus ca l00°- l50°C, ofta ca 1320°C. 10 15 20 25 30 533 *342 8 Vid bindningszonen kan, om gjutning av gråjärnet sker vid en hög första tempera- tur, dvs vid eller över den övre änden av det exemplifierade temperaturintervallet på ca l440°-l320°C, en viss sarnmanblandning av de båda materialen ske samtidigt som en diffusionsprocess äger rum, där delar av det ena materialet vandrar in i det andra och vice versa. Om däremot gjutningen sker vid en låg första temperatur, dvs vid eller under den undre änden av det exemplifierade temperaturintervallet, sker fortfarande en diffusionsprocess, som innebär att bindningszonen även då får en viss sammanblandning av de båda materialen och fortfarande en tjocklek på åtminstone någon millimeter men företrädesvis något mer, eventuellt upp mot 2,5- 3,0 mm.

Vid praktiska hållfasthetsprov, som genomförts, har inget brott, varken vid dragning eller vid böjning, uppstått i själva bindningszonen, utan alltid inträffat i gråjärnet.

Såsom nämndes ovan var kontaktytan 8, dvs det teoretiska läget for bindningszonen i höjdled, horisontell. Då bindningszonen definieras av den övre fria ytan på stål- smältan inses att denna kommer att bli plan och ävenledes horisontell.

Det finns vissa problem med att noggrant beräkna den mängd stålsmälta, som skall gjutes i gjutformen 2. Av denna anledning har man försett gjutformen med ett elier flera upptagningsutrymmen 13, till vilket eller vilka ett eventuellt överskott av stål tillåtes rinna, så att därigenom nivån for det gjutna stålet alltid hamnar vid kontakt- ytan 8. I fig 3 visas i tvärsnitt en detalj genom en gjutfonn, där ett sådant upptag- ningsutrymme 13 är anordnat. Upptagningsutrymmet 13 är via en kanal 14 fór- bundet med gjutformens forrnrum i området vid kontaktytan 8. Kanalen 14 har en undre vägg 15, som vid formrummet mynnar på nivån för kontaktytan S. Tvärsnitts- arean på kanalen 14 är så stor, att den överstiger den sammanlagda tvärsnittsarean för ingjötssystemet för stål, företrädesvis med åtminstone en faktor 1,5. Det framgår också av fig 3 att den undre kanalväggen 15 lutar från kontaktytan 8 i riktning neråt mot upptagningsutrymmet 13. 10 15 20 25 533 G42 9 Beroende på utformningen, storleken och antalet första modellpartier 4 kan flera olika upptagningsutrymmen 13 användas. Härvid kan ett upptagningsutrymme direkt eller indirekt via kanaler betjäna två eller flera första modellpartiet 4 men även omvändningen är möjlig.

För att ge bindningszonen den korrekta utformningen, dvs jämn bredd över hela utsträckningen, har det första mode1lpartiet4 ett övre område 16, som bildar en järnntjock vägg eller utskott, som är riktat i höjdled i gjutformen 2 och som sträcker sig upp mot det andra modellpartiet 5. På motsvarande sätt har det andra modell- partiet 5 en jämntjock vägg 17 eller utskott, som sträcker sig neråt i riktning mot det första modellpartiet 4. Bindningszonen placeras mellan dessa båda väggpartier 16, 17 som har en i huvudsak konstant tvärsnittsarea i området för bindningszonen, dvs kontaktytan 8. Vidare anligger den undre ändytan (i fig 1 och 2) på den övre väggen 17 mot den övre ändytan på den undre väggen 16 och vidare sammanfaller dessa ändytor väsentligen både vad gäller storlek och form.

Fig 4 visar (i ett läge inverterat i förhållande till läget under gjutningen) i perspektiv ett verktyg giutet enligt uppfinningen och det framgår att detta har ett stålparti 18, som är gjutet i det första modellpartiet 4 och ett gråj ärnsparti 19, som är gjutet i det andra modellpartiet 5. Figuren visar också ett upptagningsutrymme 13 och tvâ kanaler 14, medelst vilka det är förbundet med det första modellpartiet 4 (stålpartiet 18).

Det stål, som eventuellt hamnar i det eller de upptagningsutrymmen 13, som finns i gjutformen avlägsnas i efterhand efter gjutningen av hela verktyget.

Fig 5 visar (i ett läge inverterat i förhållande till läget under gjutningen) i perspektiv ett enligt uppfinningen gjutet verktyg. Det framgår tydligt att gråjärnspartiet 19 har en mot stålpartiet 18 uppåtriktad vägg 17, som har jämn tjocklek utöver hela sin 10 15 20 533 C142 10 utsträckning. På motsvarande sätt framgår att stålpartiet 18 har en mot gråjärns- partiet 19 riktad vägg 16, som har samma storlek och utsträckning som väggen 17.

Pig 6 visar ytterligare en utföringsform av ett enligt uppfinningen gjutet komposit- verktyg, vilket visas i samma läge, som det har vid gjutningen i gjutforrnen. Det framgår att kontaktytan 8, dvs bindningszonen i det färdiga verktyget, är horisontell.

Vidare framgår det klart av figuren att verktygets gråjärnsparti 19 har en nedåtriktad vägg 17, som motsvaras av en uppåtriktad vägg 16 på verktygets stålparti 18. Även i denna utföringsforrn finns på stålpartiet ett antal klippeggar 20.

Såsom nämnts ovan gjuts stålet underifrån och uppåt som första komponent innan gråj ärnet gjutes. Då modellen 4, 5 är framställd av expanderad polystyren kommer denna att förstöras, förgasas och brinna upp redan under gjutningen av stålet. Detta innebär en ganska stor gasutveckling, som skulle få till följd en okontrollerad och snabb gasutströmning och förbränning av gaserna i ingjötet ll till gråj ärnsdelen.

För att ge ett bättra kontrollerat gjutningsförlopp för stålet men framför allt av arbetsmiljöskäl hålles ingjötet 11 till gråj ärnet blockerat under gjutningen av stålet, så att de bildade gaserna tvingas avgå via andra vägar, exempelvis via ett system av ventileringar eller helt enkelt genom formsanden i gjutflaskan.

Claims (8)

10 15 20 25 ll PATENTKRAV

1. l. Förfarande för kompositgjutning av ett i ett stycke gjutet verktyg, vilket innefattar minst ett första parti (18), som innefattar en arbetsdel till verktyget och som är framställt av stål, och ett andra parti (19), som innefattar en stomdel till verktyget och som består av gråjärn, varvid det mellan stålet och gråj ämet bildas en bindningszon (8), varvid giutningförfarandet genomföres i en enda gjutfonn (2), som hålles oförändrad och sluten under hela giutningförfarandet, varvid stålet gjutes först och i riktning underifrån och uppåt, och varvid efter gjutningen av stålet ett uppehåll göres innan gråjärnet gjutes, k ä n n e t e c k n at därav, att i beroende av antalet och storleken på verktygets första parti eller partier (18) formges detta eller dessa partier genom datorsimulering så, att temperaturfördelningen på det gjutna stålet vid bindningszonen (8) blir så jämn som möjligt och den tid beräknas från avslutandet av stålgjutningen till gråjärnsgjutriingen som krävs för uppnående av en första temperatur på stålet vid bindningszonen motsvarande den valda stålkvalitetens likvidustemperatur minus ca 30°-150°C.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att utformningen av det första partiet (18) optimeras genom datorsimulering med hänsyn till att den del av stålet, som skall stelna sist, skall befinna sig vid bindningszonen (8).

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at därav, att gråjämet gjutes med en andra temperatur motsvarande gråjärnets likvidustemperatur plus 100°-150°C.

4. Förfarande enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n at därav, att bindningszonen (8) placeras i en jämntjock vägg (16, 17) eller pelare, som under gjutningen ges en inriktning, så att den sträcker sig i höjdled. 10 15 533 B42 12

5. Förfarande enligt något av kravet 1-4, k å n n e t e c k n a t därav, att höjdläget for bindningszonen (8) hålles inom ett fórutbestämt intervall genom att eventuellt överskott av stål tappas av vid nivån for bindningszonen (8) och tillåtes strömma till ett härför avsett upptagningsutrymme (13) i gjutforinen.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att stålet gjutes via ett ingjötssystem (10), som i gjutformens (2) användningsläge åtminstone delvis anordnas under det forsta partiet (18).

7. Förfarande enligt något av kravet l-6, k å n n e t e c k n a t därav, att vid framställning av gjutfonnen (2) placeras den tänkta bindningszonen (8) i huvudsak parallellt med gjutformens undersida (9).

8. Förfarande enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n at därav, att gjutformen (2) placeras på ett i huvudsak horisontellt underlag (1).