PL249400B1 - Sposób pionowego zalewania form wielkogabarytowych masywnych odlewów płytowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób pionowego zalewania form wielkogabarytowych masywnych odlewów płytowych. Sposób polega na tym, że wykonuje się dwie przystające do siebie części formy, każdą z nich w niezależnej skrzyni formierskiej ustawionej na płycie podmodelowej z umieszczonym w niej modelem wraz z elementami centrującymi, wyposażonej w zamocowany w jej wnętrzu co najmniej jeden aktywny segment chłodzący o kształcie dopasowanym do odlewu i znanej pojemności cieplnej, przy czym w trakcie zasypywania modelu formuje się układ wlewowy i rozpoczyna proces wibracyjnego zagęszczania masy formierskiej wprowadzając cały układ w drgania o częstotliwości okołorezonansowej. Po związaniu masy formierskiej zespala się ze sobą obie skrzynie formierskie, a następnie podnosi się do pozycji pionowej i instaluje się zbiornik zalewowy na górnej ścianie skrzyni i podpina przewody łączące kolektor z aktywnymi segmentami chłodzącymi, po czym zalewa się formę ciekłym metalem i rozpoczyna się proces chłodzenia odlewu mgłą wodną.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pionowego zalewania form wielkogabarytowych masywnych odlewów płytowych.

Odlewy wielkogabarytowe, w szczególności masywne odlewy płaskie wykonuje się standardowo w pozycji poziomej. Wiąże się to z istnieniem wielu problemów, takich jak na przykład nierównomierna krystalizacja czy nierównomierne krzepnięcie odlewów, co skutkuje licznymi wadami gotowych od lewów trudnymi do uniknięcia. Podstawowymi niedoskonałościami są wady górnej powierzchni odlewu odwzorowanej w górnej części wnęki formy takimi jak: miejscowe wybrzuszenia, zapadnięcia, wykrzywienia i skręcenia odlewu, które występują w wyniku dużego promieniowania cieplnego oddziałującego na wnękę formy. Promieniowanie cieplne ciekłego metalu na powierzchnię górnej części formy, powoduje liczne wady powierzchni takie jak przyżarcia, spieki, przypalenia. Natomiast wewnątrz odlewów mogą występować rozrzedzenia struktury metalu (zwane rzedziznami), a nawet powstawanie tak zwanych jam skurczowych.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wykonuje się dwie przystające do siebie części formy, każdą z nich w niezależnej skrzyni formierskiej ustawionej na płycie podmodelowej z umieszczonym w niej modelem wraz z elementami centrującymi, wyposażonej w zamocowany w jej wnętrzu co najmniej jeden aktywny segment chłodzący o kształcie dopasowanym do odlewu i znanej pojemności cieplnej. Każdy model zasypuje się najpierw masą przymodelową o zwiększonej wytrzymałości, a następnie masą wypełniającą, przy czym w trakcie zasypywania modelu formuje się układ wlewowy i rozpoczyna proces wibracyjnego zagęszczania masy formierskiej wprowadzając cały układ w drgania o częstotliwości okołorezonansowej, kontynuując go jeszcze przez czas odpowiadający 10% całkowitego czasu napełniania skrzyni formierskiej. Następnie po związaniu masy formierskiej usuwa się modele i na wewnętrzne fragmenty części formy nanosi się powłokę formierską, na bazie alkoholu izopropylowego po czym po jego odparowaniu z powłoki formierskiej składa się obie części formy znajdujące się w dwóch skrzyniach formierskich i skleja ze sobą za pomocą kleju uszczelniającego, po czym zespala się ze sobą obie skrzynie formierskie śrubo-klinowymi elementami klamrującymi. Po związaniu kleju uszczelniającego całość podnosi się do pozycji pionowej, po czym instaluje się zbiornik zalewowy na górnej ścianie skrzyni i podpina przewody łączące kolektor z aktywnymi segmentami chłodzącymi, a następnie zalewa formę ciekłym metalem. Po zalaniu formy ciekłym metalem rozpoczyna się proces chłodzenia odlewu mgłą wodną.

Korzystnie stopień zagęszczenia masy wypełniającej wynosi nie mniej niż 1,5 g/cm², a jej wytrzymałość po 24 h nie mniej niż 260 N/mm².

Korzystnie strzałka ugięcia skrzyni formierskiej na długości 1 m wynosi nie więcej niż 0,5 mm.

W korzystnym wykonaniu aktywny segment chłodzący złożony jest z co najmniej dwóch płyt stalowych o kształcie dopasowanym do odlewu i znanej pojemności cieplnej, połączonych trwale z wężownicą rurową połączoną przewodem elastycznym o odpowiednim przekroju z modułem zasilania sprężonym powietrzem, wyposażonym w kolektor zasilający podłączony do sieci pneumatycznej, proporcjonalny regulator przepływu powietrza oraz strumienicę, która połączona jest z proporcjonalnym regulatorem przepływu wody, podłączonym do sieci wodnej.

Korzystnie masa przymodelowa składa się z piasku świeżego oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy.

Korzystnie masa wypełniająca składa się z piasku świeżego w ilości lub regeneratu w ilości nie mniejszej niż 85 części wagowych oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy w ilości nie większej niż 15 części wagowych.

Korzystnie składnikiem powłoki formierskiej jest mączka cyrkonowa.

Korzystnie drgania o częstotliwości okołorezonansowej wywołuje się za pomocą wibratorów elektrycznych przymocowanych do ścian zewnętrznych skrzyni formierskiej w sposób zapewniający generowanie siły wymuszonej w kierunku poziomym równoległym do płaszczyzny płyty podmodelowej.

Korzystnie ilość i rozmieszczenie amortyzatorów uzależnione jest od masy i gabarytów formy.

W korzystnym wykonaniu amortyzatory umieszczone są wzdłuż przeciwległych boków płyty podmodelowej.

Korzystnie prędkość obrotowa wibratorów elektrycznych jest zmienna w zakresie od 0 do 12 000 obr/min.

Korzystnie wartość maksymalnej siły wymuszonej jest regulowana poprzez zmianę ilości i wielkości mas mimośrodowych przez rozpoczęciem procesu zagęszczania masy formierskiej.

Korzystnie wartość przyspieszeń wibrowanego zestawu mierzona w każdym jego punkcie zawiera się w przedziale od 80 do 120 m/s².

Korzystnie chłodzenie mgłą wodną prowadzi się w ten sposób, że do wężownic rurowych wprowadza się sprężone powietrze, po czym kontroluje w sposób ciągły jego temperaturę, a po osiągnięciu temperatury powietrza na wysokości 105°C do układu wprowadza się wodę i miesza ją ze sprężonym powietrzem wytwarzając mgłę wodną, która stanowi medium chłodzące; w dalszym ciągu procesu kontroluje się i reguluje ciśnienie i przepływ czynnika chłodzącego oraz stopień nasycenia powietrza wodą, zmieniając w ten sposób intensywność odbierania ciepła z płyt stalowych, natomiast gdy temperatura medium chłodzącego spada poniżej 105°C zamyka się dopływ wody, a proces chłodzenia kończy się gdy temperatura czynnika chłodzącego spada poniżej 80°C.

Najkorzystniej sprężone powietrze wprowadza się do wężownic z prędkością w granicach od 300 do 1000 l/min.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest uzyskiwanie odlewów wielkogabarytowych pozbawionych takich wad jak zażużlenie, zapiaszczenie i wtrącenia niemetaliczne. Odpowiedzialne części odlewu znajdują się praktycznie w dolnej części formy. Sporządzanie odlewów według opisanego sposobu ogranicza naddatki technologiczne na obróbkę mechaniczną, w związku z czym wydatnie zmniejsza się wagę odlewów surowych i skraca znacznie czas obróbki skrawaniem. Dzięki zastosowaniu przedmiotowej technologii eliminuje się lub zmniejsza w znacznym stopniu wady geometryczne odlewów związane z płaskością czy prostolinijnością.

Dzięki wykorzystaniu częstotliwości okołorezonansowych pochodzących z niewielkich wibratorów osiąga się w nieskomplikowanym i w pełni zautomatyzowanym procesie optymalnie zagęszczoną masę formierską w formach wielkogabarytowych odlewów masywnych.

Zastosowanie aktywnych segmentów chłodzących zapewnienia stabilny procesu chłodzenia odlewów wielkogabarytowych, możliwość precyzyjnego sterowania tym procesem, jak również poprawę mikrostruktury krzepnącego odlewu, a także własności geometrycznych, wymiarowych, użytkowych i jakościowych gotowego wyrobu.

Rozwiązanie według wynalazku zilustrowane zostało przykładem wykonania.

Przykład I

Formę z masy furanowej wykonuje się w pozycji poziomej. Układ wlewowy tworzony jest z kształtek ceramicznych odtwarzających wlewy główne, rozprowadzające i doprowadzające w celu uniknięcia ewentualnych zapruszeń pochodzących z układu wlewowego i erozji formy. Do zasypania modelu stosuje się dwie warstwy różnych mas formierskich, masy przymodelowej o większej wytrzymałości, której zadaniem jest zwiększenie sztywności formy w rejonie kontaktu metal-forma oraz masy o normalnej wytrzymałości, wypełniającej pozostałą przestrzeń formy. Masa przymodelowa składa się z piasku świeżego oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy. Masa wypełniająca składa się z w proporcji 15 do 85 części wagowych kolejno piasku świeżego lub regeneratu w ilości 15 części wagowych oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy. Celem poprawy stopnia zagęszczenia masy formierskiej, w miejsce zagęszczania ręcznego, zastosowano zagęszczanie mechaniczne z wykorzystaniem dwóch elektrycznych asynchronicznych zestawów wibracyjnych. Podczas formowania w skrzyniach formierskich zamontowano instalacje rurowe (wężownice) do chłodzenia mgłą wodną wraz z aktywnymi ochładzalnikami. Zasada działania systemu została opracowana tak, aby oddziaływanie pojemnościowych elementów sterujących (ochładzalników) było ukierunkowane na określone powierzchnie odlewu, natomiast wężownice chłodzące mają wspomagać ochładzalniki, ale przede wszystkim przyspieszać odprowadzanie ciepła z całej formy. Technologia formy ściśle określa rodzaj masy formierskiej użytej do wykonania formy odlewniczej, jej skład oraz parametry. Do pomiaru kinetyki wiązania masy stosuje się nowatorską metodę badania masy za pomocą przenośnego urządzenia określającego stopień utwardzenia masy formierskiej wykonanej w technologii mas samoutwardzalnych. Badania stopnia zagęszczenia masy wykonano poprzez wycinanie próby z gotowej formy odlewniczej a stopień zagęszczenia wyznaczono na podstawie obliczonej gęstości pobranych próbek.

Claims (15)

1. Sposób pionowego zalewania form wielkogabarytowych masywnych odlewów płytowych, znamienny tym, że wykonuje się dwie przystające do siebie części formy, każdą z nich w niezależnej skrzyni formierskiej ustawionej na płycie podmodelowej z umieszczonym w niej modelem wraz z elementami centrującymi, wyposażonej w zamocowany w jej wnętrzu co najmniej jeden aktywny segment chłodzący o kształcie dopasowanym do odlewu i znanej pojemności cieplnej, następnie każdy model zasypuje się najpierw masą przymodelową o zwiększonej wytrzymałości, a następnie masą wypełniającą, przy czym w trakcie zasypywania modelu formuje się układ wlewowy i rozpoczyna proces wibracyjnego zagęszczania masy formierskiej wprowadzając cały układ w drgania o częstotliwości okołorezonansowej, kontynuując go jeszcze przez czas odpowiadający 10% całkowitego czasu napełniania skrzyni formierskiej, a po związaniu masy formierskiej usuwa się modele i na wewnętrzne fragmenty części formy nanosi się powłokę formierską na bazie alkoholu izopropylowego, po czym po jego odparowaniu z powłoki formierskiej składa się obie części formy znajdujące się w dwóch skrzyniach formierskich i skleja ze sobą za pomocą kleju uszczelniającego, po czym zespala się ze sobą obie skrzynie formierskie śrubo-klinowymi elementami klamrującymi, a następnie po związaniu kleju uszczelniającego całość podnosi się do pozycji pionowej, po czym instaluje się zbiornik zalewowy na górnej ścianie skrzyni i podpina przewody łączące kolektor z aktywnymi segmentami chłodzącymi, po czym zalewa się formę ciekłym metalem i rozpoczyna się proces chłodzenia odlewu mgłą wodną.

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że stopień zagęszczenia masy wypełniającej wynosi nie mniej niż 1,5 g/cm², a jej wytrzymałość po 24 h nie mniej niż 260 N/mm².

3. Sposób według zastrz. 1 lub 2 znamienny tym, że strzałka ugięcia skrzyni formierskiej na długości 1 m wynosi nie więcej niż 0,5 mm.

4. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że masa przymodelowa składa się z piasku świeżego oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy.

5. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że masa wypełniająca składa się z w proporcji 15 do 85 części wagowych kolejno piasku świeżego i regeneratu oraz spoiwa z żywicami zawierającymi alkohol furfurylowy.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składnikiem powłoki formierskiej jest mączka cyrkonowa.

7. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że drgania o częstotliwości okołorezonansowej wywołuje się za pomocą wibratorów elektrycznych przymocowanych do ścian zewnętrznych skrzyni formierskiej w sposób zapewniający generowanie siły wymuszonej w kierunku poziomym równoległym do płaszczyzny płyty podmodelowej.

8. Sposób według zastrz. 1 zamienny tym, że ilość i rozmieszczenie amortyzatorów uzależnione jest od masy i gabarytów formy.

9. Sposób według zastrz. 1 lub 8 znamienny tym, że amortyzatory umieszczone są wzdłuż przeciwległych boków płyty podmodelowej.

10. Sposób według zastrz. 1 lub 7 znamienny tym, że prędkość obrotowa wibratorów elektrycznych jest zmienna w zakresie od 0 do 12 000 obr/min.

11. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wartość maksymalnej siły wymuszonej jest regulowana poprzez zmianę ilości i wielkości mas mimośrodowych przez rozpoczęciem procesu zagęszczania masy formierskiej.

12. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wartość przyspieszeń wibrowanego zestawu mierzona w każdym jego punkcie zawiera się w przedziale od 80 do 120 m/s².

13. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że aktywny segment chłodzący złożony jest z co najmniej dwóch płyt stalowych o kształcie dopasowanym do odlewu i znanej pojemności cieplnej, połączonych trwale z wężownicą rurową połączoną przewodem elastycznym o odpowiednim przekroju z modułem zasilania sprężonym powietrzem, wyposażonym w kolektor zasilający podłączony do sieci pneumatycznej, proporcjonalny regulator przepływu powietrza oraz strumienicę, która połączona jest z proporcjonalnym regulatorem przepływu wody, podłączonym do sieci wodnej.

14. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że chłodzenie mgłą wodną prowadzi się w ten sposób, że do wężownic rurowych wprowadza się sprężone powietrze, po czym kontroluje w sposób ciągły jego temperaturę, a po osiągnięciu temperatury powietrza na wysokości 105°C do układu wprowadza się wodę i miesza ją ze sprężonym powietrzem wytwarzając mgłę wodną, która stanowi medium chłodzące; w dalszym ciągu procesu kontroluje się i reguluje ciśnienie i przepływ czynnika chłodzącego oraz stopień nasycenia powietrza wodą, zmieniając w ten sposób intensywność odbierania ciepła z płyt stalowych, natomiast gdy temperatura medium chłodzącego spada poniżej 105°C zamyka się dopływ wody, a proces chłodzenia kończy się gdy temperatura czynnika chłodzącego spada poniżej 80°C.

15. Sposób według zastrz. 14 znamienny tym, że sprężone powietrze wprowadza się do wężownic z prędkością w granicach od 300 do 1000 l/min.