SE513287C2 - Metod och anordning för kokillgjutning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 287 2 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Det är därför ett allmänt syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod och en anordning för kokill- gjutning av gjutjärnsdetaljer med varierande tvärsnitt- stjocklek och relativt komplicerade geometrier där de mekaniska egenskaperna hos det gjutna materialet inte enbart styrs och begränsas av tillsatta legeringsämnen.

Ett ytterligare syfte med gjutmetoden enligt uppfinningen är att tillhandahålla en ökad möjlighet att påverka kyl- ningshastigheten hos gjutgodset framförallt genom materia- lets perlitomvandlingstemperaturområde, vilket ger möjlig- het att erhålla ytterligare förbättrade mekaniska egenska- per. Ökad kylhastighet ger också högre produktivitet, d.v.s. större antal gjutna produkter per tidsenhet och utrustningsenhet.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att nå högt ställda miljökrav såsom låga utsläpp av förorenande ämnen, låg energiåtgång, ren arbetsmiljö, minskad åtgång av formmassa eller sand, räknat per viktenhet gjutgods med tillhörande minskat behov av deponi av formmassa eller sand, samt signifikant förbättrad återvinning av tillsatt energi.

Dessa syften nås enligt föreliggande uppfinning genom en anordning för gjutning av gjutjärn vilken innefattar en metallkokill vilken har ytterväggar och innerväggar, där innerväggarna står i kontakt med en form, kännetecknad av att nämnda anordning ytterligare innefattar trycksättningsmedel för varierbar trycksättning av nämnda metallkokills ytterväggar, samt kokillkylmedel för var- ierbar kylning av nämnda metallkokills innerväggar.

Formens väggtjocklek väljs så att önskad värmeöverförings- hastighet för att nå önskad mekaniska egenskaper på det 10 15 20 25 30 35 513 287 3 gjutna ämnet erhålls. Formen består företrädesvis av en härdande formmassa eller råsand.

Vidare kan nämnda trycksättningsmedel fördelaktigt in- nefatta hydrauliska eller pneumatiska pressar anordnade att verka på nämnda metallkokills ytterväggar.

Nämnda kokillkylmedel innefattar företrädesvis ett flertal kylkretsar anordnade i nämnda metallkokill, en kylmediumbe- hållare, en värmeväxlare samt en kylmediumpump varvid nämnda kylmediumpump cirkulerar ett kylmedium genom en kylmediumledning vilken förbinder nämnda kylkretsar med varandra samt med nämnda kylmediumbehållare, nämnda värmeväxlare och nämnda kylmediepump.

Dessa syften nås enligt föreliggande uppfinning genom ett förfarande enligt uppfinningen för framställning av gju- tjärnsgods, där en metallkokill, vilken har ytterväggar och innerväggar och där innerväggarna står i kontakt med en form, påfylles med smält gjutjärn, där förfarandet känne- tecknas av att trycksättningsmedel varierbart trycksätter nämnda metallkokills ytterväggar, samt att kokillkylmedel varierbart kyler nämnda metallkokills innerväggar under avsvalnandet av gjutgodset.

Nämnda form utgöres företrädesvis av en härdande formmassa eller råsand. Eormväggarnas tjocklek väljs så att önskad kylhastighet erhålles.

Gjutmetoden medger gjutning av material med låg C-ekviva- lent, samtidigt kan också nmterial med höga halter av karbidstabiliserande legeringsämnen användas för att erhålla gjutgods vilket uppvisar en avsevärt högre brott- gräns, utmattningshållfasthet och elasticitetsmodul vilket sammantaget ger bra mekaniska egenskaper. 10 15 20 25 30 35 513 287 4 Genom att gjuta material med låg C-ekvivalent och genom tillsats av måttliga mängder karbidstabiliserande ämnen kan ett starkt næterial erhållas vilket är, i stort sett, karbidfritt och därigenom fortfarande har en mycket bra be- arbetbarhet.

Gjutmetoden ger också ndndre nåttspridning jämfört med konventionell råsandsgjutning.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER: Uppfinningen kommer nedan att åskådliggöras mer fullstän- digt genom beskrivande utföringsformer samt med hänvisning till bifogade figur, där: Fig. 1 är ett schematiskt längdsnitt genom en anordning för kokillgjutning av gjutjärn enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: I Fig. 1 visas en anordning 100 för kokillgjutning av gjutjärn enligt föreliggande uppfinning. Anordningen består av en oeftergivlig, tjockväggig metallkokill 100 vilken har sidoelement 200, toppelement 205 samt bottenelement 207.

Sidoelementen 200 har vardera en yttervägg 210, vänd bort från ett formutrymme 150 vari smält gjutjärn hälles, och en innervägg 220, vänd mot formen 300. Toppelementet 205 har på motsvarande sätt en yttersida 206 och en innersida 212.

Likaledes har bottenelementet 207 en yttersida 208 och en innersida 213. Formväggens 330 tjocklek väljs så att önskat värmeövergångstal erhålls. Formmaterial, väggtjocklek, tryck och temperatur styr värmeövergångstalet, varvid en tunn vägg ger snabb kylning och en tjock vägg långsam kylning. Formen 300 framställs på konventionellt sätt, alternativt i kärnskjutmaskin, i formmaskin eller genom manuell tillverkning och utgörs företrädesvis av en härdande isolerande formmassa, med lämpligt känt organiskt eller oorganiskt bindemedel, eller råsand. Formningen 10 15 20 25 30 35 513 287 5 utföres med hjälp av en schablon vilken skapar formutrymmet 150. Formväggens 330 tjocklek skapas på konventionellt sätt alternativt i kärnlådan eller genom formramens höjd. Formen 300 utgörs företrädesvis av en första formhalva 310 och en andra formhalva 320. Efter kärnmontering om så erfordras monteras formhalvorna 310 och 320 samman, exempelvis genom limning eller genom bultförband. Formen 300 placeras i kokillen 100 varpå kokillens sidoelement 200, toppelement 205 och bottenelement 207 genom trycksättning av ett eller ett flertal trycksättningsmedel 400 sluter sig runt formen 300. Smälta hälls i formen genom ett nedlopp 160 som står i förbindelse med formutrymmet 150. Nedloppet 160 utformas enligt konventionella metoder.

Kokillens sidoelement 200, toppelement 205 och bottenele- ment 207 kan således varierbart trycksättas av trycksätt- ningsmedlen 400 anordnade i anslutning till kokillen.

Trycksättningsmedlen 400 innefattar företrädesvis hydrau- liska eller pneumatiska pressar vilka är anordnade att verka på kokillens ytterväggar 206, 208 respektive 210.

Under smältans stelnande i kokillen 100 sker volymminsk- ningar (exempelvis vid austenitbildning) och volymökningar (exempelvis vid grafitbildning) vid olika fasomvandlingar.

Dessa volymändringar är större eller mindre beroende dels på storleksförhållandet mellan smälta, form och eventuella kärnor och dels på grundmaterialets kemiska sammansättning, ympning, smältbehandling m.m. Genon1möjligheten att reglera trycket på kokillens ytterväggar 206, 208 respektive 210 är det möjligt att delvis styra med vilken kraft restsmälta skall transporteras från ett volymökningsområde till ett volymminskningsområde utan att smälta trycks in i form eller kärna eller att sugningsporositeter uppstår.

Anordningen enligt uppfinningen är vidare utrustad :ned varierbar kylning, genom ett kokillkylmedel 500 vilket verkar på kokillens innerväggar 212, 213 respektive 220. 10 15 20 25 30 35 5.13 287 6 Kokillkylmedlen 500 innefattar företrädesvis ett flertal, företrädesvis sex, kylkretsar 520 anordnade i. eller på kokillens sidoelement 200, toppelement 205 och bottenele- ment 207. Kokillkylmedlen 500 innefattar företrädesvis en kylmediumbehållare 530 vari ett kylmedium, exempelvis vatten, lagras, en värmeväxlare 540 för återvinning av värme från kylmediet samt en kylmediepump 550 vilken cirkulerar kylmediet genom en kylledning 510 till och från kylkretsarna 520.

Formutrymmet 150 kyls under hela gjutprocessen av kylmediet i kokillen 100. Kylhastigheten regleras av värmeövergångs- talet på formväggen 330, värmeövergångstalet på kokillens innervägg 220, på formrummet 150 och på kylmedlets tempera- tur. Även trycksättningen genom tryckmedlen 400 påverkar värmeöverföringshastigheten. Under hela svalningsförloppet till och med genomförd perlitomvandling styrs kylhastig- heten så att de önskade mekaniska egenskaperna hos gjut- godset erhålls: en hög kylhastighet ger en hög hållfasthet.

Kylhastigheten genom perlitomvandlingen kan ökas genom öppnande av kokillen när temperaturen i det gjutna ämnet ligger över temperaturen för perlitomvandlingen. Den härigenom uppkomna luftkylningen ökar kylhastigheten ytterligare och ett ännu högre hållfasthet erhålls. Omvänt kan också kylhastigheten minskas genon1öppnande av kokillen när temperaturen i det gjutna ämnet ligger i ett austeni- tiskt tillstånd men gjutgodset förs då omedelbart efter öppnandet ned i och täcks av ett isolerade medium och hålls i detta tillstånd tills temperaturen i gjutstycket sjunkit under perlitomvandlingstemperaturen. Denna teknik kan användas när man vill reducera gjutspänningarna i gjut- godset men gjutgodset skall då hållas i detta isolerade medium tills temperaturen på gjutstycket är lägre än ca 200 °C för gjutjärn. öppnande av kokillen kan ske både före och efter perlitomvandlingen beroende på önskade materiale- genskaper. 513 287 7 Uppfinningen är inte begränsad till de i figuren visade samt ovan beskrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom omfattningen av de bifogade patentkraven. Till exempel, är det tänkbart att utföra formen med fler än två formdelar, exempelvis tre eller fyra delar vilka samman- fogas till en formenhet.

Claims (10)

513 287 PATENTKRAV:

1. En anordning för gjutning av gjutjärn vilken innefattar en metallkokill (100) vilken har ytterväggar (206, 208, 210) och innerväggar (212, 213, 220), där nämnda innerväggar står i kontakt med en form (300), kännetecknad av att nämnda anordning ytterligare innefattar trycksättningsmedel (400) för varierbar trycksättning av nämnda metallkokills ytterväggar (206, 208, 210), i syfte att styra volymförändringar i en av kokillen innesluten smälta, samt kokillkylmedel (500) för varierbar kylning av nämnda metallkokills innerväggar (212, 213, 220).

2. Anordningen enligt patentkrav l, kännetecknad av att nämnda trycksättningsmedel (400) innefattar hydrauliska eller pneumatiska pressar anordnade att verka på nämnda metallkokills ytterväggar (206, 208, 210).

3. Anordningen enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda kokillkylmedel (500) innefattar ett flertal kylkretsar (520) anordnade i nämnda metallkokill (100), en kylmediumbehàllare (530), en värmeväxlare (540) samt en kylmediumpump (550) varvid nämnda kylmediumpump cirkulerar ett kylmedium genom en kylmediumledning (510) vilken förbinder nämnda kylkretsar (520) med varandra samt med nämnda kylmediumbehàllare (530), nämnda värmeväxlare (540) och nämnda kylmediepump (550).

4. Anordningen enligt patentkrav 1 till 3, kännetecknad av att nämnda form har en vägg (330) vars tjocklek väljs så att önskad värmeöverföringshastighet erhàlls för att uppnà önskade mekaniska egenskaper hos det gjutna materialet. 513 287 9

5. Anordningen enligt patentkrav l till 4, kännetecknad av att nämnda form (300) bestàr av en härdande formmassa eller ràsand.

6. Förfarande för framställning av gjutjärnsgods, där en metallkokill (100), vilken har ytterväggar (206, 208, 210) och innerväggar (212, 213, 220) och där nämnda innerväggar står i kontakt med en form (300), pàfylles med smält gjutjärn, känne- tecknat av att trycksättningsmedel (400) varierbart trycksätter nämnda metallkokills ytterväggar (206, 208, 210), i syfte att styra volymförändringar i en av kokillen innesluten smälta, samt att kokillkylmedel (500) varierbart kyler nämnda metallkokills innerväggar (212, 213, 220) under avsvalnandet av gjutgodset.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att nämnda form (300) utgöres av en härdande formmassa eller ràsand.

8. Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknat av att nämnda trycksättningsmedel (400) innefattar hydrauliska eller pneumatiska pressar anordnade att verka pà nämnda metallkokills ytterväggar (206, 208, 210).

9. Förfarande enligt patentkrav 6 till 8, kännetecknat av att nämnda kokillkylmedel (500) innefattar ett flertal kylkretsar (520) anordnade i nämnda metallkokill (100), en kylmediumbehàllare (530), en 'värmeväxlare (540) samt en kyl- mediumpump (550) varvid nämnda kylmediumpump cirkulerar ett kylmedium genom en kylmediumledning (510) vilken förbinder nämnda kylkretsar (520) med varandra samt med nämnda kylmediumbehàllare (530), nämnda värmeväxlare (540) och nämnda kylmediepump (550). 513 287 10

10. Förfarande enligt patentkrav 6 till 9, kànnetecknat av att nämnda form (300) har en vägg (330) vars tjocklek väljs sä att önskad kylhastighet av gjutgodset erhàlles.