RS1514U1 - Uređaj za livenje pod niskim pritiskom - Google Patents

Abstract

Pronalazak se odnosi na uređaj (10) za livenje pod niskim pritiskom sa kalupom (11) koji može da se puni preko najmanje jednog uliva (12) materijalom za livenje pomoću nadpritiska gasa. U ulivu (12) i /ili na ulivu (12) postavljen je najmanje jedan modul (20) za hlađenje, pomoću koga se u ulivu (12) strujeći materijal koji se lije može tako ohladiti, da ovaj očvrsne i uliv (12) zatvori i/ili da je u ulivu (12) postavljen najmanje jedan nepovratni ventil (22), pomoću koga se uliv (12) prilikom pada pritiska gasa može mehanički zatvoriti. Ovim uređajem (10) za livenje pod niskim pritiskom mogu da se proizvedu tankozidne komponente (40, 44) visokog kvaliteta.

Description

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi je „Livenje metala pod pritiskom”, prema oznaci po Međunarodnoj klasifikaciji patenata: B22D 18/04.

Pronalazak se odnosi na uređaj za livenje pod niskim pritiskom i postupak za njegov rad, pri čemu uređaj za livenje pod niskim pritiskom obuhvata najmanje jedan kalup za livenje koji preko uliva može da se puni materijalom koji se lije uz pomoć nadpritiska gasa. Pronalazak se dalje odnosi na odlivak proizveden uz primenu ovog uređaja za livenje.

Iz DE 90 15 025 U1 poznat je zatvarački čep za sudove za topljenje i livenje. Čep za zatvaranje obuhvata telo za zatvaranje i jednu na njemu pričvršćenu šipkastu vođicu, pri čemu zatvarački čep ima gustinu koja mu dopušta da pliva na rastopu. Zatvarački čep je napravljen kao kugla a šipka vođica je povezana sa područjem kugle koje je uronjeno u rastop.

Predmetnim pronalaskom se rešava tehnički problem kako konstruisati uređaj za livenje pod niskim pritiskom koji bi bio poboljšan u odnosu na stanje tehnike. Pronalasku u osnovi leži dalje zadatak da predstavi odlivak, naročito kućište turbopunjača izduvnim gasom, koje bi moglo da se proizvede primenom ovakvog uređaja, odnosno jednog ovakvog postupka.

Zadatak se rešava prema pronalasku, što se tiče uređaja za livenje pod niskim pritiskom onim u zahtevu 1, što se tiče postupka onim u zahtevu 5, navedenim karakteristikama, i što se tiče odlivka onim u zahtevu 10 navedenim karakteristikama.

Povoljne dalje varijante pronalaska su predmet podzahteva.

Uređaj za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku obuhvata najmanje jedan kalup u koji preko uliva može da se puni materijal koji se lije pomoću nadpritiska gasa. U ulivu je postavljen najmanje jedan modul za hlađenje, pomoću koga se na taj način može ohladiti materijal koji se lije koji struji u ulivu, da ovaj očvrsne i da je uliv zatvoren i/ili da je u ulivu postavljen najmanje jedan nepovratni ventil, pomoću koga je moguće mehanički zatvoriti dovod za livenje pri smanjenju pritiska gasa.

Pomoću uređaja za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku moguće je na naročito povoljan način, posle završenog punjenja kalupa, sniziti pritisak, bez da rastop izađe iz kalupa i da teče nazad u dovod za livenje. Procesno vreme procesa livenja sa punjenjem kalupa nasuprot teži može time da se skrati na način koji donosi dobitak: naime čim je uliv zatvoren preko modula za hlađenje odnosno nepovratnim ventilom, tečni materijal koji se lije ne može više da curi natrag iz kalupa. Kalup znači može da se odvoji od uređaja pod niskim pritiskom, a na postrojenje za livenje može neposredno da se postavi neki drugi kalup. Na ovaj način mogu da se redukuju neproduktivna sporedna vremena a odlivci, na primer čelični odlivci, da se proizvedu uporedivo troškovno povoljnije.

Kod proizvodnje metalnih komponenti postupkom livenja postoji u opšte opasnost stvaranja takozvanih šupljina, zbog kontrakcije, što znači smanjenja zapremine rastopa, posebno prilikom brzog očvršćavanja istog. Za prihvatanje onog iz deficita zapremine šupljina rezultujućeg viška rastopa i za smanjenje broja šupljina kalupi sadrže takozvane dodavače, koji se posle očvršćavanja odlivka uklanjaju. Radi daljeg smanjenja opasnosti od šupljina povoljno je u zoni otvora za punjenje

kalupa i/ili dodavača pre punjenja tečnog materijala koji se puni, postaviti neku egzotermno reagujuću materiju ili egzotermno reagujuću smešu materija, na primer takozvani prah protiv poroznosti; na ovaj način brzina očvršćavanja materijala koji se lije može da se smanji, a time produži vreme očvršćavanja.

U čauru se na podesan način postavlja egzotermno reagujuća materija ili egzoternmo reagujuća smeša materija, koji se u dodiru sa tečnim materijalom koji se lije razori na taj način da se egzotermno reagujuća materija ili egzotermno reagujuća smeša materija transportuje u najmanje jedan dodavač i/ili kalup. Pripremljene egzotermno reagujuće materije ili smeša materija u čauri omogućava za proces sigurno postavljnje i upravljanje količinom egzotermno reagujuće materije ili smeše materija u zonama punjenja. Na ovaj način se dejstvo dodavača može značajno povećati. Prilikom upotrebe ovakvog rezervoara, materija ili smeša materija može u konstantnoj i definisanoj količini i koncentraciji da se postavi u zonu otvora za punjenje tako da proces ima veoma malu širinu izrade i osetljivost na greške. Stvaranje nemetalnih inkluzija u odlivku koji treba proizvesti može značajno da se smanji. Dejstvo dodavača se takođe vidno povećava, čime se takođe može realizovati redukovanje mesta grešaka u odlivku izazvanih skupljanjem, što znači nemetalnih inkluzija. Time je dalje moguće, redukovati zapreminu dodavača bez gubljenja dejstva dodavanja.

Primenom uređaja za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku i postupka prema pronalasku mogu da se proizvedu odlivci na troškovno povoljan način sa kratkim procesnim vremenima u visokom kvalitetu i malih debljina zidova. Na ovaj način mogu na primer da se proizvedu tankozidni odlivci, posebno kućišta za turbopunjače koji najmanje u delu područja, prvenstveno od najmanje 20%, imaju debljinu zida od 1 do 3,5 mm.

Na osnovu redukovane debljine zida može biti redukovana upotreba materijala pri proizvodnji jednog takvog turbopunjača što dovodi do značajne uštede u težini. Tako je na primer težina jednog na ovaj način proizvedenog kućišta turbopunjača

za četvorocilindrični motor manja za više od 30 % nego odgovarajuće kućište turbopunjača konvencionalne izrade. Osim toga se smanjenom debljinom zidova smanjuje potreban prostor prevoznom sredstvu za postavljanje kućišta turbopunjača.

U poređenju sa gravitacionim postupkom, za kućište turbopunjača proizvedeno postupkom pod niskim pritiskom, smanjen je otpad proizvedenih kućišta turbopunjača tako da i to donosi prihod. Na primer postupkom prema pronalasku se kvota otpada signifikantno smanjila na manje od 10% otpada u poređenju sa tipičnom kvotom otpada od više od 15 % otpada kod odgovarajućeg livenja gravitacionim postupkom.

Primeri izvođenja će biti bliže objašnjeni na osnovu crteža.

Pri tome pokazuje:

Slika l šematski aksonometrijski izgled jednog uređaja za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku, sa modulom za hlađenje postavljenim na uliv;

Slika 2 šematski aksonometrijski izgled uređaja za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku, sa nepovratnim ventilom, postavljenim u uliv;

Slika 3 šematski aksonometrijski izgled odlivka napravljenog u uređaju za livenje pod niskim pritiskom slike 1 ili slike 2.

Međusobno odgovarajući delovi su na slikama obeleženi istim odnosnim brojevima.

Na slici 1 predstavljen je uređaj 10 za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku. Uređaj 10 za livenje pod niskim pritiskom obuhvata najmanje jedan kalup 11, čija je ne bliže predstavljena šipljina kalupa napravljena na taj način, da ova odgovara obliku odlivka 40 koji treba da se proizvede, na primer jednog (šematski predstavljenog na slici 3) kućišta 44 turbopunjača. Uređaj 10 za livenje pod niskim pritiskom obuhvata dalje u predloženim primerima izvođenja prema slikama 1 i 2 dva uliva 12 i na primer jednu peć 13 za topljenje.

Pod livenjem niskog pritiska podrazumeva se postupak pri kome materijal koji se lije, na primer aluminijum ili čelik, pomoću uliva 12, nazvanog takođe i usponska cev, odozdo, znači nasuprot sili teže, iz peći 13 za topljenje istiskuje u šupljinu oblika kalupa 11. Pri tome kod kalupa 11 može da se radi na primer o kokili, peščanom kalupu ili finom kalupu.

Kretanje na gore materijala koji se lije se pri tome vrši suprotno sili teže prvenstveno na principu nadpritiska gasa. Predviđeno je da posle jednog postupka livenja, što znači posle jednog punjenja šupljine oblika kalupa 11, uliv 12 bude zatvoren, da bi se sprečilo izlaženje materijala koji se lije iz kalupa 11.

U predloženom primeru izvođenja prema slici 1 uređaj 10 za livenje pod niskim pritiskom obuhvata, kako je gore opisano, dva uliva 12, kroz koje se materijal koji se lije na osnovu nadpritiska gasa utiskuje u kalup 11. Nešto oko sredine duž dužnog prostiranja uliva 12 poprečni presek dotičnog uliva 12 povećan je u deonici 24. Prvenstveno je na ovoj deonici 24 povećanog poprečnog preseka postavljen modul 20 za hlađenje.

Modul 20 za hlađenje postavljen je na dotični uliv 12 na taj način, da podudarno obliku naleže na uliv 12, posebno je na njemu pričvršćen saglasno materijalu, obliku ili sili. Pri tome je modul 20 za hlađenje tako pričvršćen za uliv, da ovaj na primer nije potpuno obuhvaćen modulom 20 za hlađenje. Na primer deo područja površine 25 uliva 12 leži slobodno. Pri tome se posebno usklađuje geometrija modula 20 za hlađenje prema geometriji dotičnog uliva 12.

Sam modul 20 za hlađenje napravljen je, na primer, od peska za kalupe za metal i/ili neke keramike, pri čemu i drugi materijali mogu da budu podesni.

Modul 20 za hlađenje služi tome da u ulivu 12 ohladi, naročito kroz odeljak 24 povećanog poprečnog preseka, tekući materijal koji se lije posle punjenja šupljine oblika, znači posle završetka postupka livenja. Radi ovoga se toplota materijala koji se puni dovodi preko povećanog poprečnog preseka uliva 12, modulu 20 za hlađenje, pa se od ovoga odvodi prema spolja. Hlađenjem materijala koji se lije ovaj očvršćava, čime se odgovarajući uliv 12 zatvara pa tako materijal koji se lije ne može da teče iz kalupa 11 nazad u uliv 12.

U posebno povoljnom oblikovanju uređaja 10 za livenje pod niskim pritiskom, može na modulu 20 za hlađenje, na primer na donjoj strani 21 modula 20 za hlađenje, da bude postavljena naprava za hlađenje, na primer u obliku nekog gvožđa za hlađenje (nije predstavljeno), čime se tranfer toplote ubrzava. Pri tome na naročito povoljan način odgovara površina donje strane 21, modula 20 za hlađenje, jednoj, donjoj strani 21, okrenutoj površini hlađenja naprave za hlađenje. Takođe je moguće u okviru kalupa 11, posebno na mestu dodiras između kalupa 11 i uliva 12, postaviti dalji modul 20 za hlađenje, na primer sa napravom za hlađenje, koja naročito pogodno može već prema potrebi da se uključi ili isključi.

Moguće je dalje, površinu hlađenja modula 20 za hlađenje, koja naleže neposredno na uliv 12, što znači da je na ovom postavljena, izvesti u obliku luka, čime je hlađenje materijala koji se lije strujnotehnički optimizovano.

Slika 2 pokazuje jedan drugi mogući oblik izvođenja uređaja 10 za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku.

U predloženom primeru izvođenja prema slici 2 je za zatvaranje uliva 12, koji su predstavljeni transparentno, u svakom od ovih postavljen nepovratni ventil 22 u obliku kugle 23. Pri tome je geometrija kugle 23 kao i geometrija uliva 12 naročito povoljno izabrana tako da kugla 23 pri u ulivu 12 vladajućem nadpritisku gasa ne zatvara uliv 12 u pravcu strujanja 27 kalupa 11. Za to je predviđen na primer jedan nepredstavljeni elemenat za zatvaranje, koji ne pogoršava strujanje materijala koji se lije u pravcu strujanja 27.

Kugla 23 je posebno postavljenja kao nepovratni ventil 22 u oko polovine uliva 12 između na primer peći 13 za topljenje i kalupa 11. Uliv 12 ima naročito u zoni kugle 23 prostor 26 u obliku ispupčenja, koje se prema svakoj strani, što znači u pravcu strujanja 27 i njemu nasuprot, sužava. U tom prostoru 26 postavljena je kugla 23 kao nepovratni ventil 22.

Kugla 23 je na primer napravljena od metala, keramike i/ili nekog drugog podesnog materijala.

Ako se pritisak gasa uređaja 10' za livenje pod niskim pritiskom, naročito posle punjenja šupljine oblika spusti, kugla 23 se pritiska suprotno pravcu strujanja 27 materijala koji se lije unutar prostora 26 prema otvoru 28 uliva 12, pri čemu najmanje jedno područje kugle 23 zatvara otvor 28 a tako i uliv 12, pa materijal koji se lije ne može da teče nazad iz kalupa 11 u uliv 12. Kugla 23 zatvara na primer otvor 28 uliva 12 na taj način, da u prostoru 26, u ulivu 12 kao i u šupljem prostoru kalupa 11 i dalje vlada nadpritisak gasa.

Pomoću uređaja 10,10' za livenje pod niskim pritiskom prema pronalasku, na posebno povoljan način je moguće sniziti pritisak gasa posle punjenja kalupa 11, bez da materijal koji se lije curi iz kalupa 11, čime može da se skrati procesno vreme postupka livenja. To znači da se kalup 12 može ukloniti sa uređaja 10,10' za livenje pod niskim pritiskom bez toga da materijal koji se lije teče napolje iz kalupa 11. Uređaj 10, 10' za livenje pod niskim pritiskom sa drugim na njemu postavljenim kalupom može na primer nakon toga da se upotrebi za proizvodnju nekog drugog odlivka.

Slika 3 pokazuje aksonometrijski izgled kućišta turbopunjača 44 kao primer odlivka 40, koji je proizveden primenom uređaja 10" za livenje pod niskim pritiskom slike 1 ili 2. Kućište 44 turbopunjača sastoji se od livenog čelika i ima najmanje delimično debljinu 43 zida između od 1 mm i 3,5 mm.

Da bi se napravila unutrašnja šupljina 42 turbopunjača 44 u toku procesa livenja, upoterbljava se na podesan način izgubljeno jezgro, koje se pravi u takozvanom Cold Box postupku. Kod Cold Box-postupka pomeša se pesak za jezgro (najčešće kvarcni pesak) sa vezivom kao i očvršćivačem i hladno očvrsne a zatim kao jezgro postavi u kalup. Uz primenu jezgra za livenje proizvedenog po Cold Box-postupku unutrašnji prostor 42 odlivka 40 može se proizvesti na posebno povoljan način

Postupak livenja pod niskim pritiskom za proizvodnju kućišta turbopunjača 44 predviđa da se pritiskom, temperaturom i/ili brzinom punjenja kalupa čeličnim rastopom i/ili nekim drugim materijalom koji se lije najtačnije upravlja. Upravljanjem brzinom punjenja kalupa posebno je moguće realizovati laminarno punjenje kalupa. To znači, da se rastop čelika u prvcu glavne struje presuje u kalup i da tako nema turbulencija i/ili poprečnih strujanja u šupljinama oblika. Takvim laminarnim punjenjem kalupa može da se proizvede kućište turbopunjača 44 u visokom kvalitetu materijala. Dalje je povoljno ako se postupak za livenje pod niskim pritiskom za proizvodnju kućišta turbopunjača 44 izvodi u atmosferi zaštitnog gasa.

Opisani postupak livenja pod niskim pritiskom omogućava rast produktivnosti pri izradi kućišta turbopunjača 44. Postupak dalje omogućava procesno sigurno pravljenje tankozidnih struktura na odlivcima 40, čime se redukuje upotreba materijala, naročito upotreba troškovno intenzivnih temperaturno postojanih materijala prilikom proizvodnje. Ovim redukovanim korišćenjem materijala pri proizvodnji kućišta turbopunjača 44 ostvarljiv je način lake izrade i sa njim ušteda u težini kućišta turbopunjača 44. U poređenju sa proizvodnjom gravitacionim postupkom livenja, pri upotrebi opisanog postupka livenja pod niskim pritiskom rata odbačaja pri proizvodnji kućišta turbopunjača 44 se značajno smanjuje.

Da bi se tokom procesa livenja predupredilo stvaranje šupljina u odlivku 40, kalup 11 je na podesan način opremljen dodavačima 50, koji se ulivaju u pokrivnu površinu 55 alata za livenje. U pogledu u perspektivi slike 2 naznačeni su crticama dva dodavača 50. Radi smanjenja stvaranja šupljina u odlivku koji treba da se proizvede, zajedno sa rastopom materijala dodaje se u dodavače 50 neka egzotermno reagujuća materija ili egzotermno reagujuća smeša materija, takozvani prah protiv poroznosti. Zbog toga su u području otvora 51 za punjenje dodavača 50 postavljene čaure 53, napunjene egzoternmo reagujućom materijom ili smešom materija.

Čaure 53 mogu da budu napravljene u obliku džepa odnosno kao kese i da potpuno pokrivaju otvore 51 za punjenje dodavača 50. Čaure 53 sa u njima sadržanom materijom ili smešom materija čine pri tome takozvane prigušivače. Ovi se mogu puniti mašinski, tačno odmeriti i potpuno zatvoriti, kao i mašinski (na primer pomoću robota) transportovati i postavljati.

Čaure 53 su napravljene od nekog materijala, na primer papira, koji pri dodiru sa tečnim materijalom koji se lije biva najmanje delimično razoren na taj način da egzotermno reagujuća materija ili egzotermno reagujuća smeša materija biva transportovana sa rastopom materijala u odgovarajući dodavač 50 i/ili u kalup 11. Na posebno povoljan način materijal je napravljen na taj način, da se u dodiru sa rastopom materijala raspada bez ostatka. Na ovaj način se izbegava iz materijala rezultujuća inkluzija stranih materija unutar odlivka 40 koji treba da se proizvede.

U zavisnosti od zapremine dodavača 50 i kalupa 11, u zavisnosti od osobina materije koja se lije i u zavisnosti od parametara procesa, kao na primer temperature i pritiska, količina materije ili smeše materija se varijabilno dodaje odgovarajućoj čauri 53.

U zavisnosti od zapremine dodavača 50, u zavisnosti od zapremine kalupa 11, u zavisnosti od osobina materijala koji se lije i u zavisnosti od parametara procesa, broj postavljenih čaura 53 u zoni otvora 51 za punjenje svakog dodavača 50 se određuje varijabilno. U predstavljenom primeru izvođenja je po dodavaču 50 predviđena jedna jedina čaura 53.

Stavljanje materije ili smeše materija u čauru 53 omogućava tačno dodavanje količine i koncentraciju materije ili smeše materija na svaki otvor za punjenje i osigurava ostajanje materije ili smeše materija na dotičnom otvoru 51 za punjenje sve do najmanje delimičnog razaranja čaure 53 tečnim materijalom koji se lije. Čaure 53 mogu biti napravljene od presovane, praškaste, egzotermno reagujuće materije ili smeše materija; materija ili smeša materija može biti unesena u ove presovane čaure 53 u obliku praha. Oblik izvođenja omogućava dalje smanjenje opasnosti unošenja stranih materija u odlivak 40 koji treba da se proizvede.

Claims (4)

Patentni zahtevi

1. Uređaj (10, 10', 10”) za livenje pod niskim pritiskom koji obuhvata kalup (11), koji može da se puni preko najmanje jednog uliva (12) materijalom koji se lije pomoću nadpritiska gasa, naznačen time, što je u ulivu (12) i/ili na ulivu (12) postavljen najmanje jedan modul (20) za hlađenje, koji je podesan da ohladi u toku punjenja tekući materijal koji se lije tako da ovaj očvrsne i tako zatvori tok livenja i/ili da je u toku livenja postavljen najmanje jedan nepovratni ventil (22) koji je podesan za mehaničko zatvaranje toka livenja pri padu pritiska gasa.

2. Uređaj za livenje pod niskim pritiskom prema zahtevu 1, naznačen time, što je modul (20) za hlađenje napravljen od metala, peska za kalupe, i/ili keramike.

3. Uređaj za livenje pod niskim pritiskom prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što je na modulu (20) za hlađenje postavljena naprava za hlađenje.

4. Uređaj za livenje pod niskim pritiskom prema zahtevu 3, naznačen time, što je naprava za hlađenje gvožđe za hlađenje.