SE538596C2 - Metod och anodning vid gjutning - Google Patents

Abstract

En metod för framställning av en flytande-fast metallkomposition, en s.k. slurry, inne-fattar stegen att en första bestämd mängd av en metall i flytande fas tillsätts till ett kärl,en andra, bestämd mängd av en metall i fast fas tillsätts till kärlet och en omrörningutförs. Den första och den andra mängden väljs så att en väsentlig mängd fasta partiklarbildas i den flytande metallen, och den fasta metallen smälts, så att en slurry bildas. Imetoden hälls metall i flytande fas i en separat form och gjuts till ett stycke innehållandeden andra, bestämda mängden av metallen. Stycket används i sin tur för framställning av ytterligare slurry. En anordning för gjutning med en metallslurry innefattar en gjutmaskin, vari slurryngjuts till en detalj, en ugn för smältning av metall samt ett kärl, vari smält metall är på-fyllbar. Anordningen också innefattar en enhet för gjutning av metallstycken i fast fas,med flera stationer, för stegvis gjutning, bearbetning och användning av metallstyckena för slurryframställning. Fig 2

Description

Uppfinningen avser en metod för framställning av en flytande-fast metallkomposition,en s.k. slurry, innefattande stegen att en första bestämd mängd av en metall i flytande fastillsätts till ett kärl, en andra, bestämd mängd av en metall i fast fas tillsätts till kärlet, enomröming utförs, varvid den första och den andra mängden väljs så att en väsentligmängd fasta partiklar bildas i den flytande metallen, och den fasta metallen smälts, så atten slurry bildas, en metall i flytande fas hälls i en separat kokill, vari en on1rörare införts,och gjuts till ett stycke som är fastgjutet på omröraren, varvid stycket innehåller denandra, bestämda mängden av metallen; och stycket i sin tur, i ett senare steg, används förframställning av ytterligare slurry, varvid metallstycket på omröraren omsluts av metall i flytande fas i kärlet och omröming påbörjas.

Uppfinningen avser också en metod för gjutning innefattande en slurryframställning.

Slutligen avser uppfinningen en anordning för gjutning med en metallslurry, innefat-tande en gjutmaskin, vari slurryn gjuts till en detalj, en ugn för smältning av metall samtett kärl, vari smält metall är påfyllbar varvid anordningen också innefattar en enhet medflera stationer, för pågjutning av metallstycken i fast fas på en omrörare, som upptas i enkokill, för stegvis gjutning, bearbetning och användning av metallstyckena förslurryframställning, varvid metallstycke är nedsänkbart i smältan med en samtidig omröming. ÄLDRE TEKNIK Det är välkänt att tillverka detalj er eller komponenter genom gjutning av ett semiso littmaterial, d. v. s. ett material som vid gjutningen består dels av metall i flytande fas ochdels av metall i fast fas, företrädesvis i form av en mängd små partiklar, så att en s.k.slurry bildas. Materialet som gjuts kan vara en ren metall eller en legering av flera metaller.

Fördelarna med att gjuta detalj er av en metallslurry är att de färdiga detalj erna ofta harfärre defekter, bättre mekaniska egenskaper, etc. Framställning av en metallslurry, ochytterligare äldre teknik på detta område beskrivs i detalj i det svenska patentet SE528376.

I SE528376 beskrivs i detalj de temperatur- och mängdvillkor som gäller för att en slurryska kunna framställas, och man påvisar fördelar med att använda en on1rörare, som ärfast förbunden med den metall i fast fas som tillsätts till metallen i flytande fas för att framställa slurryn.

Tekniken som beskrivs fungerar i och för sig väl, men förefaller främst vara använd ilaboratoriemilj ö eller småskalig produktion. Man anger att den slurry som framställsenligt patentet skulle kunna användas i olika typer av gjutningsoperationer, men angerinte hur detta ska gå till i praktiken, och de praktiska problem som är förenade medsådana operationer förblir olösta i SE528376. Ett exempel på ett sådant problem är in-fästningen av metallstycket i fast fas vid omröraren. Det anges att stycket är förbundetmed omröraren med hjälp av svetsning eller liknande, vilket sannolikt är tidsödande och inte lämpar sig för serieproduktion i större skala.

PROBLEMSTÄLLNING Man önskar således anpassa den befintliga tekniken för gjutning med en metallslurry, så att den fungerar för serieproduktion.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås om den inledningsvisantydda metoden för slurryframställning kännetecknas av att i steget efter det attmetallen tillsatts till kärlet via en doserränna, doseras också metallen i kokillen med omröraren, via den vridbara doserrännan, som inriktats mot kokillen.

Beträffande gjutmetoden uppnås målsättningen om slurryframställningen sker enligt OVElII.

Beträffande anordningen uppnås målsättningen om den kännetecknas av att den också innefattar en vridbar ränna är anordnad för dosering av metall till kärlet och till kokillen.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen ska nu beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar. På dessa visar: f1g l en schematisk skiss, sedd ovanifrån, av en anordning enligt uppfinningen; och f1g 2 ett flödesdiagram som visar de viktigaste stegen i metoden för slurryframställ- ning och gjutning med den framställda slurryn.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I figur l visas i grova drag en anordning 6, som är utformad för en serieproduktion av gjutna komponenter med utgångspunkt från en metallslurry.

Förutom en gjutmaskin l, som gjuter den färdiga komponenten, innehåller anordningenen ugn 2A för smältning av metall, en vridbar enhet 3 för framställning av ett metall-stycke i fast fas, en robot 4 med ett kärl eller en skopa, vari metallslurryn framställs ochdärefter doseras till gjutmaskinen l, samt en värmare för förvärrnning av kärlet vari metallslurryn framställs.

Gjutmaskinen l kan vara av många olika typer och fabrikat som finns på marknaden,men i den föredragna utföringsforrnen rör det sig om en maskin l som är särskilt ägnadåt att gjuta detalj er eller komponenter av en metallslurry. I allmänhet är en sådan maskinl en pressgjutmaskin, som är försedd med organ för att pressa in metallslurryn i gjut- formen och bibehålla detta tryck medan metallen stelnar helt till en färdig komponent.

Valet av gjutmaskin l är delvis beroende av den typ och storlek av komponenter som man önskar framställa, och kan överlåtas till fackmannen på området.

För framställningen av en slurry krävs, såsom nämnts inledningsvis, en metall somsmälts till flytande fas, och detta sker i ugnen 2A. Ugnen 2A är med fördel täckt och välisolerad, så att värrnen i största möjliga utsträckning stannar kvar i ugnen 2A, vilketminskar energiförlustema till omgivningen och därrned energiförbrukningen. Ugnen 2Aär vidare försedd med en termostat, så att den smälta metallen kan hållas vid en konstant temperatur, som är vald för att uppnå ett gott resultat vid slurryframställningen.

Doseringen av metall från ugnen 2A till kärlet, vari slurryn framställs, sker i den före-dragna utföringsforrnen med hjälp av en doserränna 2B, varunder kärlet placeras medhjälp av roboten 4. Ugnen 2A har en doserenhet, som doserar ut en förutbestämd mängdmetall i flytande fas i rännan 2B, varifrån metallen rinner ner i kärlet. Rännan 2B ärvridbar eller på annat sätt rörlig, så att dosering även kan göras till en nedan beskriven enhet 3.

För att temperaturen på den flytande metallen ska vara förutsägbar och inte sjunka på ettokontrollerat sätt efter det att metallen doserats i kärlet, finns en förvärnmingsenhet 5,som förvärrner kärlet till en bestämd temperatur, så att temperaturen på metallsmältanblir förutsägbar, vilket ger en av förutsättningama för att slurryframställningen ska vara möjlig att utföra med ett gott resultat.

För framställningen av slurryn finns en enhet 3 med flera stationer 3A-3F. Vid stationen3F finns en omrörare med ett pågjutet stycke av metall i fast fas. Metallstycket är ned-sänkbart i smältan med en samtidig omröming. I den föredragna utföringsforrnen är ävenanordnat organ för att styra och övervaka temperaturen på metallstycket, så att en slurrymed optimala egenskaper är framställbar. Stationen 3F har också organ, såsomskraporgan, för rensning av eventuella metallrester från omröraren när slurryn är fram- ställd.

Roboten 4 år rörlig så att den når fram till gjutmaskinen 1, förvårrnningsenheten 5,ugnens 2A doserrånna 2B, omrömingsstationen 3F. Stationen 3A år en station med enöppningsbar kokill för gjutning av ett nytt stycke av metall på en on1rörare. Kokillen vidstationen 3A upptar också en av en serie omrörare på enheten 3. Ett metallstycke årsåledes pågjutningsbart på en omrörare når smålt metall hålls i kokillen vid stationen 3A, från ugnen 2A via rånnan 2B, som inriktats mot kokillen.

Antalet omrörare i serien motsvarar antalet stationer 3A-3F i enheten 3, i den föredragnautföringsforrnen sex stycken. Omrörama på enheten 3 år stegvis vridbara från en station3A-3F till nåsta i ett kretslopp mellan de olika stationema 3A-3F. Detta innebår också attett antal metallstycken hinner gjutas på motsvarande antal omrörare, innan det först gjutna stycket anvånds för en slurrytillverkning.

Stationen 3B år en kontrollstation för kontroll av att tillråckligt mycket smålt metall harhållts i kokillen. Ett eller flera stigrör upptar ett visst överskott av den smålta metallen,och om denna krymper under avsvalningen, kan en del av överskottet sjunka ner ikokillen innan metallen har svalnat helt. Kontrollorgan år anordnade vid station 3B, föratt kontrollera att nivån i stigrören inte understigit en viss nivå. Hårigenom såkerstållt att det metallstycke som tillverkas ikokillen inte understiger en viss storlek.

Stationema 3C och 3D har båda organ för kylning av det gjutna stycket av metall i fastfas. Kylning sker till dess att en förutbeståmd temperatur på metallstycket uppnåtts,låmplig för att metallstycket inom en nåra framtid ska kunna anvåndas för framstållning av en ny slurry.

Stationen 3E har organ för mekanisk bearbetning av det gjutna stycket av metall i fastfas. I den föredragna utföringsforrnen ar detta organ för avlågsnande av ”stigarna”,bestående av det material som stelnat i kokillens stigrör under gjutningen. Stigamaslångd kan variera något beroende t.ex. på osåkerhet vid doseringen av metallen i kokil-len. Stigama avlågsnas genom slag, brytning eller kapning på annat sått, så att mångden metall i stycket i fast fas blir förutbeståmd, och en slurry med den önskade kvaliteten ska resultera når metallstycket på omröraren sånks ned i den smälta metallen vid nästa station 3F.

I figur 2 visas processen för tillverkningen av slurryn stegvis i ett flödesschema. Efter-som enheten 3 har sex stationer 3A-3F, iden föredragna utföringsforrnen, kommer alladelar av processen att utföras synkront varje gång omrörama på enheten 3 vrids ett stegframåt till en ny station. För tydlighetens skull betraktas dårför processen med utgångs-punkt från ett enda metallstycke i fast fas, vilket utnyttjas för framstållning av en slurry.Efter det att smålt metall doserats i ett kårl för slurryframstållning doseras också småltmetall i en kokill, för tillverkning av ett nytt metallstycke i fast fas, och detta stycke följsfram till dess att en ny slurry framstålls.

Eftersom processen år avsedd att fortgå kontinuerligt under långre perioder vålj es start-punkten till att skopan eller kårlet, vari den smålta metallen doseras, förvårrns i ett förstasteg 7. Detta sker i den föredragna utföringsforrnen med en gasollåga, men andra vårrn-ningsanordningar, som år tillråckligt snabba för att vara anvåndbara i tillverknings- processen utan att sakta ner denna, kan också utnyttjas.

Når skopan vårrnts tillråckligt, vilket kan avgöras med en temperaturgivare, doseras enförutbestämd mångd av den smålta metallen från ugnen 2A i nåsta steg 8 i processen.Metallen, som håller en kånd temperatur, rinner via doserrånnan 2B ned i skopan eller kårlet, som dårefter förflyttas till stationen 3F för omröming.

Stycket av metall i fast fas, som år anordnat på omröraren vid omrömingsstationen 3Fkommer att omslutas av metallen i flytande fas, och omröming påbörjas i steget 9. Efter-som såvål mångdema som temperaturema på metallen i de båda fasema år förutbeståm-da för att ge en metallslurry med goda egenskaper efter en viss tid av omröming,kommer slurryns egenskaper inte att behöva testas i sig sj ålva, utan följer av de noggrantbeståmda och kontrollerade förutsåttningama (omrömingstid, mångder och tempera- turer) .

I nästa steg 10 fylls en mindre mängd metallsmälta från ugnen 2A, via den vridbararännan 2B, i en öppningsbar kokill som invändigt har forrnen och storleken av ett sådantmetallstycke som används för att framställa slurryn. En omrörare är införd i kokillen, såatt metallstycket gjuts fast på denna. Kokillen har också minst ett stigrör som fylls åt-minstone delvis, för att säkerställa att den del av det invändiga utrymmet som motsvarardet färdiga metallstycket helt fylls med smält metall, medan ett visst överskott upptas i stigröret.

När omrömingen i kärlet med slurryn har pågått så länge att metallen i fast fas kan antasvara upptagen i slurryn förs kärlet till gjutmaskinen 1 för påfyllning i processteget 11 iden gjutform som ska framställa den önskade detalj en. Ungefär samtidigt utförs också enrensning i steget 12 av den omrörare som använts i den just framställda slurryn.Eventuella metallrester skrapas bort från omröraren, och resultatet blir att omröraren är redo att föras in i kokillen vid nästa pågjutning av ett metallstycke.

Efter en viss stelningstid öppnas kokillen i steget 13, och det på en omrörare fastgjutnametallstycket förs vidare till stationen 3B för kontroll av att stigama som bildats i stig-rören är så långa att man kan utgå från att kokillen varit fylld till en tillräcklig nivå och mängden metall i fast fas i metallstycket är tillräckligt stor.

Därefter påbörjas en kylning av metallstycket i steget 14. Kylningen sker företrädesvisgenom att luft eller någon annan gas eller vätska sprutas mot metallstycket, men det ärockså tänkbart att metallstycket doppas i ett bad, förutsatt att föroreningar som kan på-verka den senare slurryframställningen inte tillförs. I den föredragna utföringsforrnensker kylningen vid båda stationema 3C och 3D, eftersom en väsentlig temperatursänk-ning krävs för att man ska få de önskade egenskapema i slurryn som ska tillverkas medhjälp av detta metallstycke. Metallstyckets temperatur registreras så att kylningen kan avbrytas när önskad temperatur uppnåtts.

I det sista steget 15, eventuellt i samband med ytterligare kylning, avlägsnas stigarnafrån metallstycket i stationen 3E. Även annan mekanisk bearbetning kan genomföras i detta steg eller ytterligare steg iprocessen. Metallstycket innefattar nu en noga bestämd mängd av metall i fast fas med känd temperatur, och är därrned användbart for fram- ställning av ytterligare slurry genom att processtegen 7-15 upprepas.

Uppfinningen kan modifieras ytterligare inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (12)

1. Metod för framställning av en flytande-fast metallkomposition, en s.k. slurry, inne-fattande stegen att - en forsta bestämd mängd av en metall i flytande fas tillsätts (8) till ett kärl, - en andra, bestämd mängd av en metall i fast fas tillsätts (9) till kärlet, - en omröming utfors (9), varvid den forsta och den andra mängden väljs så att en väsentlig mängd fasta partiklarbildas i den flytande metallen, och den fasta metallen smälts, så att en slurry bildas, - en metall i flytande fas hälls i en separat kokill, vari en omrörare inforts, ochgjuts till ett stycke som är fastgjutet på omröraren, varvid stycket innehållerden andra, bestämda mängden av metallen; och - stycket i sin tur, i ett senare steg (9), används for framställning av ytterligareslurry, varvid metallstycket på omröraren omsluts av metall i flytande fas ikärlet och omröming påbörjas, kännetecknad av att i steget (10) efter det att metallen tillsatts (8) till kärlet via endoserränna (2B), doseras också metallen i kokillen med omröraren, via den vridbara doserrännan (2B), som inriktats mot kokillen.

2. Metod enligt kravet 1, kännetecknad av att de nämnda stegen (8, 9, 10) upprepas,så att ett flertal stycken gjuts, innan det först gjutna stycket används for slurryframställningen.

3. Metod enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av steget (14) att det gjutna stycket kyls innan det används for slurryframställningen.

4. Metod enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av steget (15) att respektivegjutna stycke genomgår en mekanisk bearbetning, såsom avgradning eller avbrytning av s.k. stigare.

5. Metod enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknad av steget (12) att omrörarenrensas från eventuellt kvarvarande rester av metall innan den på nytt införs i den separata formen för gjutning av ett metallstycke i fast fas.

6. Metod enligt något av kraven 1 till 5 kännetecknat av steget (7) att kårlet förvårrns innan metallen i flytande fas tillförs.

7. Metod för gjutning innefattande en slurryframstållning enligt något av kraven 1 till 6.

8. Anordning för gjutning med en metallslurry enligt kravet 7, innefattande en gjut-maskin, vari slurryn gjuts till en detalj, en ugn för småltning av metall samt ett kårl, varismålt metall år påfyllbar varvid anordningen också innefattar en enhet med flerastationer, för pågjutning av metallstycken i fast fas på en omrörare, som upptas i enkokill, för stegvis gjutning, bearbetning och anvåndning av metallstyckena förslurryframstållning, varvid metallstycke år nedsånkbart i småltan med en samtidigomröming kännetecknad av att en vridbar rånna år anordnad för dosering av metall till kårlet och till kokillen.

9. Anordning enligt kravet 8, kännetecknad av att enheten för gjutning av metall- styckena innefattar ett antal omrörare, motsvarande antalet stationer i enheten.

10. Anordning enligt kravet 8 eller 9, kännetecknad av att enheten för gjutning av metallstyckena innefattar kylorgan vid åtminstone en av stationema.

11. Anordning enligt något av kraven 8 till 10, kännetecknad av att enheten för gjut-ning av metallstyckena innefattar organ för mekanisk bearbetning av styckena vid åtminstone en av stationema.

12. Anordning enligt något av kraven 8 till 11, kännetecknad av att enheten för gjut- ning av metallstycken innefattar organ för att transportera styckena mellan stationema.