FI66551C - Foerfarande foer gjutning av metall i gasgenomslaeppliga formar - Google Patents

Description

- rwi rt1. KUULUTUSJULKAISU . _ JSpi w ^1) UTLÄCGNINCSSIUIIFT 66551

Jgg C ^ Patentti oy!;r:r.s?Uy 1Z 11 1934 ^ ^ (S1) K*Jt/totCt3 B 22 D 18/06 SUOMI-FINLAND 793036 (n) HillAmBlml—l·· 01.10.79 (13) Clfclilfcilrft 01.10.79 (41) TwM* Bg«W» 03.04.80 PMMtti- μ rtktorthftllMM fin -f 1 L—Τ|"**τ*ι— i in 7, 07 84

PitMt- och mlrterrtywlww 1 * Mm *» 31.07.04 (32)(33)(31) Ρχτ«·βχ·η*«Α—tortut 02.10.78, 12.09.79 USA(US) 947621, 75169 (71) Hitchiner Manufacturing Co., Inc., Milford, New Hampshire, USA(US) (72) George D. Chandley, Amherst, New Hampshire, Richard L. Sharkey,

Amherst, New Hampshire, USA(US) (74) Oy Kolster Ab (54) Menetelmä metallin valamiseksi kaasualäpäisevissä muoteissa -Förfarande f5r gjutning av metal 1 i gasgenomsläppliga formar Tämän keksinnön kohteena on menetelmä metallin valamiseksi jäykässä, itse kantavassa, kaasua läpäisevässä, alhaisessa lämpötilassa sidotussa hiekkamuotissa, johon on sijoitettu ainakin yksi muottionkalo, jossa on valukanava, joka lähtee onkalosta ja jonka avoin alapää päättyy muotin alapintaan, jossa menetelmässä kehitetään alipaine muotin yläpintaan, valukanavan avoin alapää upotetaan alla olevan sulan metallin pinnan alle muottionkalon täyttämiseksi sulalla metalilla.

Vaikkakin menetelmät, jotka esitetään US-patenteissä 3 863 706 ja 3 900 064 ovat useita vuosia olleet menestyksellä kaupallisessa käytössä, on käynyt ilmi, että kun niitä käytetään kaasualäpäisevissä, alhaisessa lämpötilassa sidotuissa hiekkamuo-teissa korkeaa lämpötilaa kestävien keraamisten muottien sijasta, joissa käytettäviksi ne alunperin oli tarkoitettu, esiintyy tiettyjä ongelmia.

2 66551 Näitä ongelmia esiintyy, koska vaikka alhaisessa lämpötilassa sidotut hiekkakuorimuotit, kuten Croning-tyyppiset, joissa hiek-kajyvät tai samankaltaiset hiukkaset sidotaan yhteen pienellä suhteellisella määrällä epäorgaanista tai orgaanista, plastista, lämmössä tai kemiallisesti kuivuvaa, hartsia tai vastaavaa materiaalia, ovat paljon halvempia valmistaa kuin keraamiset muotit, on niissä keraamisiin muotteihin verrattuna kaksi merkittävää varjopuolta sikäli, että niiden muottionkalon sisäpinta on suhteellisen pehmeä ja ne kuluvat myös nopeasti loppuun korkeissa lämpötiloissa, koska niiden alhaisessa lämpötilassa kovettuvat sideaineet hajoavat lämpötiloissa,jotka ovat alhaisempia kuin sula valumetalli, erityisesti rautametalleja valettaessa.

Sikäli kun kysymyksessä on ensimmäinen varjopuoli, läpäisee sula metalli noiden patenttien tekniikan edellyttämässä voimakkaassa tyhjiössä, jota tarvitaan sulan metallin nostamiseksi ylös pitkin yhtä pitkää, pystysuoraa nousua, josta se virtaa monikertaisiin muottionkaloihin pystysuorien valuaukkojen kautta, alhaisessa lämpötilassa sidotun hiekkamuotin pehmeän muottipinnan siinä määrin, että valun laatua ei voida hyväksyä.

Mitä toiseen varjopuoleen tulee, on johtuen siitä, että alhaisessa lämpötilassa sidotun hiekkamuotin kestoikä ennen sen turmeltumista on mitattavissa sekunneissa, kun ollaan tekemisissä sulan rautametallin kanssa, valun jähmettymiseen jäävä aika noissa patenteissa usein pituudeltaan sellainen, että alhaisessa lämpötilassa sidottu hiekkamuotti kuluu loppuun, ennenkuin sula metalli on valuonkaloissa riittävästi jähmettynyt.

Johtuen näistä ongelmista ei monissa tapauksissa, erityisesti rautametalliosia valettaessa, voida käyttää alhaisessa lämpötilassa sidottuja hiekkamuotteja noiden patenttien tekniikalla, vaan niiden sijasta on käytettävä paljon kalliimpia keraamisia kuori-muotteja, jotta saataisiin aikaan hyväksyttäviä valoksia.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että muotti irroitetaan kosketuksesta alla olevaan sulan metallin pintaan, ennen kuin muotti pettää.

Tapauksessa, jossa sula metalli on rautamelli, joka on kuumennettu ainakin 1093°C lämpötilaan, on edullista, että muotti pidetään kosketuksessa alla olevan sulan metallin pintaan alle 30 sekuntia.

3 66551

Olemme nimittäin havainneet, että käytettäessä jäykkää, vapaasti seisovaa, alhaisessa lämpötilassa sidottua hiekkamuottia, jossa on yksi tai useampia muottionkaloita, joissa valukanavat tai osat valukanavista ovat poikkeuksellisen ahtaita, toisin sanoen, niiden suurin leveys tai halkaisija on alle 19,05 mm ja mieluimmin alle 12,7 mm, jähmettyvät sulan metallin ohuet osat suhteellisen ahtaissa valoaukoissa nopeasti sen jälkeen kun muottionkalot ovat täyttyneet sulalla metallilla muotissa vallitsevan alipaineen johdosta, koska muotit eivät ole lämmitettyjä ja ovat huoneen lämpötilassa, mutta vain lyhyeksi aikaa, ennenkuin ne sulavat uudelleen allaolevassa altaassa olevan sulan metallin lämmön johdosta.

Olemme havainneet että tämä lyhyt vaihe, jolloin valukanavat ovat jähmettyneet, tekee mahdolliseksi nostaa nopeasti muottia, niin että se ei ole kosketuksessa allaolevan sulan metallin pintaan, siitäkin huolimatta, että sula metalli ei muottionkaloissa olisikaan täysin jähmettynyt, ennenkuin jähmettynyt metalli ahtaissa valukanavissa sulaa uudelleen ja päästää muottionkaloissa olevan sulan metallin valumaan takaisin altaaseen. Erityisesti olemme havainneet, että valettaessa korkeassa lämpötilassa sulavia metalleja, kuten lämpötilassa 1100°C tai yli, valettavia rautametalleja, voidaan siirtämällä nopeasti muotti eroon allaolevasta sulasta metallipinnasta, sen jälkeen kun metalli ensin on alkanut jähmettyä valukäytävien ahtaissa osissa, estää lämmön enempi siirtyminen muottiin ja muotin kestoaika pitenee riittävästi, niin että valokset muottionkaloissa ehtivät jäähtyä. Se mahdollistaa myös epätavallisen lyhyen valuaikajakson, mikä alentaa tuotantokustannuksia .

Jos muottien onkalot ovat suhteellisen pieniä, niin että sisäpaksuus on alle 12,7 mm, olemme todenneet, että sulan metallin täyttäminen ja jähmettyminen sekä muottionkalossa että siihen liittyvässä ahtaassa valukanavassa tai sen osassa tapahtuu riittävän nopeasti, niin että muotti voidaan poistaa, ennenkuin se pettää. Jos muottionkalot ovat suurempia, voidaan ainakin metalleilla, jotka eivät kutistu jähmettyessään, käyttää useampaa kuin yhtä ahdasta valukanavaa, jotta muottionkalo täyttyisi nopeammin, niin että muotti voidaan irroittaa, ennenkuin se pettää.

Jos valetaan metalleja, jotka kutistuvat jähmettyessään tai jos muottionkalot ovat suuria, niin että sisäpaksuus on yli 12,7 mm, 4 66551 joita ei voida täyttää keksinnön valukanavien ahtaitten osien kautta, ennenkuin muotti alkaa turmeltua, voidaan käyttää umpi-kupua yhden tai useamman pystysuoran valukanavan ja muottionkalon välillä, niin että ainakin osa umpikuvussa ja muottionkalossa olevasta metallista pysyy sulana ja virtaa muottionkalocn, sen jälkeen kun muotti on erotettu allaolevasta sulan metallin pinnasta.

Kun tavanomaista jäykkää, vapaasti seisovaa alhaisessa lämpötilassa sidottua hiekkamuottia siten, kuin tämän keksinnön menetelmä edellyttää, olemme todenneet, että pisin sallittu upo-tusaika, eli pisin aika, jonka muotti saa olla kosketuksessa alla-olevaan sulan metallin pintaan, ennenkuin valukanavien ahtaissa osissa oleva jähmettynyt metalli sulaa uudelleen tai muotti alkaa pettää, riippuu suuresti lämpötilasta, jossa allaoleva sula metalli on pidettävä.

Jos kysymyksessä ovat rautametallit, kuten valurauta ja teräs, jotka valetaan yli 1100°C lämpötilassa, on aika suhteellisen lyhyt, enimmillään noin 30 sekuntia, niin että tarkoituksenmukaisiksi on todettu upotusajat, jotka eivät ylitä 5-15 sekuntia. Jotta myös estettäisiin tunkeutuminen onkalon pintaan pitäisi käyttää vain 0,07-0,21 barin alipainetta rautametallin nostamiseksi muot-tionkaloihin enintään 150-200 mm:n korkeudelle säiliössä olevasta sulan metallin pinnasta. Jos metallin sulamispiste on alhaisempi, kuten kuparilla ja alumiinilla sekä niiden seoksilla, voidaan käyttää pitempiä aikoja suurempia muottionkalon korkeuksia.

Keksintömme on tehnyt mahdolliseksi tuottaa korkealuokkaista valua, erityisesti rautametalleista, käyttäen erittäin yksinkertaista ja taloudellista tekniikkaa, mistä on seurauksena tuotantokustannusten olennainen aleneminen.

Jotta keksintömme ylläolevia ja muita ominaisuuksia voitaisiin täydellisemmin selittää, viitataan nyt seuraavaan keksinnön suosittujen suoritusmuotojen selitykseen, joka liittyy oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on kaavamainen, osittain leikattu, sivukuva muotista ja laitteesta keksinnön menetelmien noudattamista varten, kuvio 2 on leikattu sivukuva kuvion 1 laitteen kammio-osasta, kuvio 3 on kuvion 1 muotin yläkuva, kuvio 4 on osittain leikattu sivukuva kuvion 3 muotista, 5 66551 kuvio 5 on osittain leikattu kuvioiden 3 ja 4 muotista, asennettuna laitteen kammiolle, niin että muotin alapinta on säiliössä olevan sulan metallipinnan alapuolella, kuvio 6 on sivupoikkileikkaus keksinnön mukaan valetusta metalliosasta, kuvio 7 on osittain leikattu sivukuva kuvion 1 muotin muunnoksesta, kuvio 8 on osittain leikattu yläkuva kuvion 7 muotista pitkin kuvion 7 viivaa 8-8, kuvio 9 on osittain leikattu sivukuva kuvion 1 muotin eräästä toisesta muunnoksesta, ja kuvio 10 on osittain leikattu sivukuva kuvion 1 muotin eräästä muusta muunnoksesta.

Viitaten kuvioon 1 käsittää keksinnön laite yleensä jalustan 12, jolle on asennettu pylväs 14, jolle on asennettu mäntä ja sylinteri 16, koneellisesti pystysuunnassa liikkuvaksi, sekä vaakasuora varsi 18. Kammion 20, jota selitetään tämän jälkeen täydellisemmin, on asennettu kannattimella 19, joka lähtee alaspäin varren 18 vapaasta päästä sulaa metallia sisältävän säiliön yläpuolella.

Viitaten kuvioihin 3 ja 4 on jäykkä, vapaasti seisova, kaasua läpäisevä, alhaisessa lämpötilassa sidottu hiekkamuotti, jota merkitään yleisesti numerolla 30 ja jota kutsutaan tavallisesti Croning-kuorimuotiksi, tehty tekniikan tasossa hyvin tunnetuilla menetelmillä ja laitteilla hiekanjyvistä tai vastaavista hiukkasista sekä vähäisestä määrästä, tavallisesti noin 5 %, orgaanista tai epäorgaanista, lämmössä tai kemiallisesti kuivuvaa, sideainetta, levittämällä irtonaista hiekan ja sideaineen seosta erotustasona toimivalla metallipohjalevyllä oleville, lämmitetyille metalli-muottipuoliskoille, joille seos kovettuu jäykäksi, vapaasti seisovaksi kuorimuottipuoliskoksi, joka sitten irroitetaan metallimuot-tipuoliskosta ja pohjalevystä käyttöä varten.

Kuten kuviossa 4 näkyy, muodostuu muotti 30 kahdesta sellaisesta kuorenpuoliskosta, ylemmästä ja alemmasta, jotka sitten liimataan yhteen pitkin muotin vaakasuoraa erotustasoa 29, niin että syntyy yhtenäinen, kertakäyttöinen, jäykkä, vapaasti seisova muotti 30. Muotissa 30 on kehämäiset sivupinnat 32, jotka kulkevat pystysuorassa toisistaan pystysuorassa suunnassa erillään olevien ylä- 6 66551 pinnan 31 ja alapinnan 33 välillä, jotka ovat epäsäännöllisiä ja niiden ulkopinta on epätasainen, koska ne tehtiin yleisesti saman-paksuisena lämmitetyn mallin epäsäännölliselle pinnalle.

Muotin 30 kannattamiseksi ja alipaineen aikaansaamiseksi sen yläpinnalle 31, muodostetaan sen yläpinnan ulkoreuna puristamalla sitä, sen vielä ollessa plastinen, niin että syntyy jatkuva vaakasuora kehämäinen, tasainen tiivistyspinta 38, joka sopii tiivistämään vasten kammiota 20, kuten tämän jälkeen täydellisemmin selitetään.

Ylä- ja alapinnan välissä on joukko yksittäisten osien muot-tionkaloita, jotka ulottuvat poikki muotin erotustasoa 29, kuten kuvioissa 3 ja 4 näkyy, kahden muottionkalon ollessa esitetty kuviossa 4. Muottionkalot voivat myös olla moninkertaisia, kuten tuonnempana yksityiskohtaisemmin selitetään. Kaupallisessa käytössä olisi sellaisten muottionkaloiden lukumäärä tavallisesti 6-20, ja kuviossa 3 näkyy seitsemäntoista. Tällaiset yksinkertaiset tai moninkertaiset osamuottionkalot on jaettu muotin 30 kehän sisäpuolelle olevalle vaakasuoralle alueelle, niin että joukko niistä on poikki muotin 30 pituutta ja leveyttä, sen ylä- ja alapintojen 31 ja 33 välissä. Onkalot 34 ovat vaakasuorasti toisistaan erossa vaakatasossa ja ulottuvat poikki erotustason 29. Kussakin muottionkalossa 34 on erillinen pystysuora valukanava 35, joka on yleisesti kohtisuora erotustasoon 29 ja joka lähtee tason alapuolelta, niin että sellaisten pystysuorien valuaukkojen 35 avoimet alapäät ovat toisistaan erillään sekä leveys- että pituussuunnassa ja päättyvät yleisesti vaakasuoraan tasoon, joka on erotustason 29 suuntainen, muotin 30 alapinnalle 33.

Kuten yllä on selitetty, on ainakin osan kustakin valukana-vasta 35 oltava suhteellisen ahdas ainakin toisessa suunnassa, enintään 19,05 mm ja mieluimmin enintään 12,7 mm, jotta kanava toimisi keksintömme mukaisesti. Nämä ahtaat kanavat tai kanavan osat ovat tarkoituksenmukaisesti pystysuoria ja poikkipinnaltaan pyöreitä, vaikka myös muita muotoja voidaan käyttää.

Viitaten kuvioihin 1, 2 ja 5, muodostaa kammio 20 ainoan kannattimen muotin 30 pitämiseksi vasten kammiota 20 ja alipaineen aikaansaamiseksi tyhjiöpumpusta 24 sopivan venttiilin 26 ja letkun 28 kautta muotin yläpinnalle 31. Kuten kuviossa 2 voidaan, nähdä 7 66551 on kammion yläseinä yhdistetty kannattimen 19 alapäähän ja varustettu tulokanavalla 58, johon on liitetty tyhjiöletku 28 alipai-nen aikaansaamiseksi kammion 20 sisälle sekä muotin 30 yläpinnalle 30 tarvittaessa.

Lisäksi on kammiossa 20 pohja-aukko, jonka määrittelee sen alaspäinsuuntautuva kehänmuotoinen ulkosenä 40 ulottuu alaspäin kammion yläseinästä 44 ja muodostaa kammion 20 sisäosan. Kuten parhaiten näkyy kuvioissa 2, 4 ja 5, voi ulkoseinän 40 alapää olla varustettu vaakasuoralla tiivistyspinnalla 42 kammion tiivistämiseksi pitkin muotin 30 vaakasuoraa ylätiivistyspinnan 38 kehää, niin että tiivistyspinta on yleisesti samanlaajuinen kuin muotin 30 vaakasuora alue, jossa muottionkalot ovat osan muotin 30 kehän-muotoisesta sivupinnasta 32 ja pohjapinnan 32 ulottuessa alaspäin kammion 20 ohi.

Käytössä, kun kammio 20 on kuvio 1 esittämässä yläasennossa, sijoitetaan muotti 30 käsin tai automaattisesti niin, että sen kehänmuotoinen tiivistyspinta 38 on vasten kammion 20 tiivistys-pintaa 42. Sitten käytetään venttiiliä 26, niin että saadaan aikaan voima, joka pitää muottia 30 vasten kammiota 20 toiminta-asennossa ja muotin koko yläpinnalle 31 mieluimmin vain noin 0,07-0,21 barin alipaine kanavan 58 kautta, joka johtaa kammion 20 sisäosaan sekä muotin 30 yläpintaan 31 tiivistyspinnan 39 sisäpuolella ja muotin sille alueelle, jossa muottionkalot ovat.

Työmäntää ja sylinteriä 16 käytetään sitten siirtämään kammiota 20, jonka alla muotti 30 on, alaspäin kohti säiliötä 22, jotta muotin 30 alapinta 33, jossa kaikkien pystysuorien valukana-vien avoimet alapäät ovat, painuisi säiliössä 22 olevan sulan metallin pinnan alle.

Siten esitetään kuvioissa 7 ja 8 osa monionkaloisesta muotista, jota yleisesti merkitään numerolla 65 ja jossa on, kuten yllä on selitetty, sijoitettuna sen yläpinnan 67 ja alapinnan 69 välissä sekä sen kehänmuotoisen sivuseinän 71 sisäpuolella joukko moniosaisia muottionkaloita, joista yksi näkyy kuvioissa 7 ja 8.

Kukin moniosainen muottionkalo käsittää kaksi osaonkaloa 73 ja 75, joissa on vaakasuorat valusuppilot 77 ja 79 vastaavasti, jotka molemmat on yhdistetty keskellä olevaan umpikupuun 78, joka vuorostaan on liitetty ahtaaseen pystysuoraan valukanavaan 80.

β 66551

Valusuppiloiden 77 ja 79 sekä umpikuvun 78 muotoa lukumäärää ja kokoa voidaan muuttaa riippuen kyseessä olevan valoksen muodosta ja koosta. Tämän keksinnön oppien mukaisesti on pystysuoran va-lukanavan 80 halkaisija noin 6,35-12,7 mm. Tietyissä olosuhteissa saatetaan tarvita useampia kuin yksi sellainen pystysuora valuka-nava.

Kuvioissa 7 ja 8 esitetynkaltaiset muotit ovat erityisen käyttökelpoisia valettaessa suuria kappaleita, joiden muottionka-lon mitat ylittävät 12,7 mm, koska muutoin saattaa jäädä liian vähän sulan metallin täydelliseen jähmettymiseen muotin osaonka-loissa, ennenkuin muotti pettää, erityisesti rautametalleilla.

Myös valettaessa metalleja, jotka kutistuvat jähmettyessään, toimii umpikupu sulan metallin varastona metallin jähmettyessä osaon-kaloissa.

Käytössä täytetään muotti 65, kuten yllä on selitetty, ja muotti erotetaan yhteydestä säiliössä olevaan sulaan metalliin, niin pian kuin sula metalli on täyttänyt muottionkalot 73 ja 74 sekä umpikuvun 78 ja on jähmettynyt pystysuorassa valukanavassa 80. Metalli umpikuvussa 78 pysyys kuitenkin sulana riittävän pitkään sen jälkeen kun muotti 65 on erotettu yhteydestä säiliössä olevaan sulaan metalliin, niin että metallia syötetään muotti-onkaloihin 73 ja 75 niiden valusuppiloiden 77 ja 79 kautta jähmettymisen aiheuttaman kutistumisen korvaamiseksi muottionkalois-ta 73 ja 75. Tämän järjestelyn ansiosta voidaan muottijaksoaikaa lyhentää, niin että muotin ennenaikainen pettäminen vältetään. Jähmettymisen jälkeen jäävät erillään olevat metalliosaryhmät yhdistävine valusuppiloineen, umpikuvun osineen sekä valukanavi-neen hajonneeseen muottiin 65.

Kuvioissa 9 esitetään monionkaloinen muotti 81, jonka yläpinnan 82 ja alapinnan 83 välissä on joukko muottionkaloita 84, joista kaksi näkyy kuviossa 9 ja jotka on koottu pystysuoran va-lukanavan 85 ympärille, jossa on ahtaat vaakasuorat valukanavat osat 86, jotka ovat keksinnönmukaisia ja jotka yhdistävät pystysuoran valukanavan 85 muottionkaloihin 84. Tämä järjestely on tyydyttävä, kun valetaan osia, joiden paksuudet eivät ylitä noin 12,7 mm, koska jähmettyminen tapähtuu välittömästi sekä muottionkaloissa 84 että valukanavan ahtaissa osissa 86, sulan metallin valuessa 9 66551 pystysuorasta valukanavasta 85, kun muotti 81 erotetaan yhteydestä allaolevaan sulan metallin pintaan erillisten valuosien aikaansaamiseksi.

Kuvioissa 10 esitetään monionkaloinen muotti 90, jonka yläpinnan 92 ja alapinnan 94 välissä on joukko muottionkaloita 95, joissa kussakin on kaksi pystysuoraa valukanavaa 97 ja 98 suhteellisen suurien muottionkaloiden 95 täyttämiseksi keksinnön mukaisesti nopeammin ahtäitten pystysuorien valukanavien kautta, jptta muot-tionkalot täyttyisivät ja muotti voitaisiin irroittaa heti, kun metalli pystysuorissa valukanavissa jäähtyy ja ennenkuin muotti pettää. Tämäntyyppinen muotti on erityisen käyttökelpoinen valettaessa metalleja, joissa kutistumista ei tarvitse kompensoida, muoteissa, joissa on suuret osaonkalot, joita ei voida täyttää yhden ainoan ahtaan pystysuoran valukanavan kautta, ennenkuin muotti pettää.

Keksintömme menetelmän muut suoritusmuodot, jotka ovat keksinnön hengessä ja puitteissa, ovat ilmeisiä niille, jotka ovat perehtyneitä metallivalutekniikkaan.