NO158050B - Fremgangsmaate for sproeytestoeping av et metallprodukt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for sprøyte-støping av et metallprodukt med et innstøpt, hult metallelement, slik som et rør av kobber, messing, rustfritt stål, aluminium eller lignende, og som har relativt liten veggtykkelse, slik at elementet har en tendens til å kollabere.

Det er kjent en fremgangsmåte for sprøytestøping av et metallprodukt som inneholder et hult metallelement. Ved den kjente

fremgangsmåte har imidlertid det hule element en tendens til å kollabere under støpeoperasjonen, på grunn av det høye trykk i støpemetallet, hvilket kan være f.eks. i området mellom 200 og 1000 kp/cm2 , ved bruk av en aluminiumlegering som støpemetall, og når det hule element har relativt liten veggtykkelse, slik at det har utilstrekkelig styrke.

For å unngå den nevnte ulempe er det tidligere foreslått å innføre en kompakt stålstang i det hule element, som en uttag-bar kjerne, og etter støpingen trekkes stålstangen ut av det hule element, slik at det frembringes et støpt produkt som inneholder et hult element.

Ved en slik fremgangsmåte kan imidlertid det støpte produkt bare inneholde et hult element i form av et rett rør.

Det har derfor vært umulig å fremstille et støpt produkt som inneholder et bøyd rør ved sprøytestøping.

Det har også vært foreslått å øke veggtykkelsen til det hule, bøyde rør, eller å lage det hule element av et material med større styrke, for å oppnå høy motstandsevne mot sammentryk-ning eller kollaps under støpingen.

Derved er det imidlertid nødvendig med stor veggtykkelse i det hule element, eller elementet blir kostbart, hvilket gjør at den nevnte løsning ikke er brukbar i praksis.

Videre er det foreslått å anvende et vesentlig redusert støpe-trykk for metallet for å unngå kollaps av det hule rør. Ved en slik fremgangsmåte blir imidlertid fyllingen av støpe-metallet i formhullrommet ufullstendig, eller det oppnås dårlig sammenheng mellom de hule rør og det støpte metall, slik at kvaliteten til det ferdige produkt, f.eks. med hensyn til varmeledningsevne mellom støpemetallet og det hule rør, blir nedsatt, slik at produktet ikke er egnet til bruk som f.eks. en radiator eller varmeveksler som krever høy varmeledningsevne .

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de nevnte ulemper ved sprøytestøping av et metallisk produkt som inneholder et hult, metallisk element.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd med en fremgangsmåte for sprøytestøping av et metallprodukt med et innstøpt, hult metallelement, idet fremgangsmåten kjennetegnes ved at det hule elementet anbringes på plass i et hulrom som er dannet mellom et par formdeler av metall, at en væske som motstår trykk fylles i det indre av det hule elementet, at smeltet metall innsprøytes i hulrommet, at det dannes indre trykk i det hule elementet ved termisk ekspansjon av væsken på grunn av varmen som overføres fra det smeltede metall, at en forskyvbar tetningsplugg monteres tettsluttende i det minste i en åpen ende av det hule elementet, slik at væsken innelukkes i det hule elementet, at en skyver i en fluid-påvirket dempemekanisme bringes til å beveges mot den for-skyvbare pluggen, slik at bevegelse av pluggen under inn-sprøytning av metallet i hulrommet motvirkes, og at det hule elementet trykkavlastes ved at.pluggen forskyves mot kraften fra dempemekanismen når det indre trykket stiger til en viss grense.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen innesluttes således en væske som motstår trykk inne i det hule element ved at det anvendes i det minste en tettende plugg i en åpen ende av det hule element, og pluggen holdes på plass slik at det bare muliggjøres et indre trykk i metallelementet inntil en viss grense, hvilket trykk må være tilstrekkelig til at det hule element tåler innsprøytningen av støpemetall i formhulrommet.

Dersom en væske for å motstå trykket fylles i hele volumet inne i det hule element, slik at det ikke finnes noe tomrom, gir dette den fordel at det trengs meget kort tid for væsken for å oppnå trykk, fordi det innvendige trykk dannes på grunn av ekspansjon av væsken. På den annen side er dette ufor-delaktig på grunn av at den økning i det innvendige trykk som oppstår deretter er meget høy, og medfører eventuelt deformasjon eller brudd i det hule element, i partier med relativt liten styrke. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen hindrer dette, ved at trykket begrenses.

Væsken som anvendes for å motstå trykket har fortrinnsvist relativt lavt smeltepunkt og relativt høyt kokepunkt. Dette gjør det mulig å holde trykket i væsken hovedsakelig konstant hele tiden under støpeoperasjonen.

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse av et produkt og utstyr for utførelse av fremgangsmåten, vist på de vedføyde tegning-er . Fig. 1 viser et eksempel på et støpt produkt som inneholder et bøyd, metallisk rør, fremstilt ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser produktet i fig. 1 sett fra siden.

Fig. 3 viser i perspektiv en støpeform for fremstilling av produktet vist i fig.l og 2. Fig. 4 viser et snitt gjennom det buede rør som er innstøpt i produktet vist i fig. 1. Fig. 5 viser i perspektiv* en plugg som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 6 viser en dempemekanisme som festes til formen og aktiveres av et fluiddrevet system i henhold til oppfinnelsen, idet dempemekanismen er vist i passiv stilling. Fig. 7 viser mekanismen i fig. 6 sett fra siden og delvis i snitt. Fig. 8 viser dempemekanismen vist i fig. 6, i aktiv stilling. Fig. 1 og 2 viser et eksempel på et støpt produkt i form av en varmeveksler 1 fremstilt ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Varmeveksleren 1 omfatter en plate 2 som inneholder et tynnvegget, siksakbøyd rør 3 som er innstøpt i platen, idet flere ribber 4 for varmeveksling er utformet innbyrdes parallellt på den ene siden av platen 2, fremstilt ved støpeoperasjonen.

Det støpte produkt 1 er fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnélse ved anvendelse av et par metalliske form-déler 6 og 9 som hver er festet til en bevegelig plate 7 og en stasjonær plate 8 i en støpemaskin på en i og for seg kjent måte, vist i fig. 3. Et innsprøytningsmunnstykke 10 for støpemetall og med et innsprøytningsstempel 11 er festet til den stasjonære plate 8 og kommuniserer med formdelen 9, slik at når en forutbestemt mengde av støpemetall er innsprøy-tet i hulrommet 12 mellom formdelene 6 og 9 som holdes tett mot hverandre, gjennom munnstykket 10, ved at stempelet 11 drives mot formdelen 9 etter at støpemetallet er tilført munnstykket 10 gjennom en fylleåpning 10a, frembringes et støpt produkt med en utformning som tilsvarer formen av hulrommet 12, på i og for seg kjent måte.

Det metalliske hule element som det støpte produkt skal inneholde er vist som et sikksakkbøyd, tynnvegget rør 2 i fig. 1. Imidlertid kan det hule element ha hvilken som helst form, og kan ha ribber på utsiden, og det hule element har i det minste en åpen ende som gjør at det indre av det hule element kan kommunisere med omgivelsene.

I henhold til foreliggende oppfinnelse fylles en væske i røret 3, og et par tettende plugger 5 og 16 anbringes tett i de åpne ender av røret 3 . Væsken kan f.eks. være vann eller alkohol som er beregnet til å fordampe ved den temperatur som oppstår når støpemetallet innsprøytes i formhulrommet 12, eller det kan være f.eks. natriumbikarbonat som er oppløst i vann, idet oppløsningen er beregnet til å danne gass ved den temperatur som oppstår på grunn av støpemetallet, eller det kan være et slikt stoff som silikonolje, som øker trykket inne i røret 3 på grunn av ekspansjon når temperaturen øker.

Det metalliske, tynnveggede rør 3 fylles med en passende

mengde av væsken som skal motstå trykket, og tettes ved hjelp av pluggene 5 og 16 samt settes på plass i de samvirkende spor 13 som er dannet i formhulrommet 12 (sporene 13 er vist i fig. 3), og formdelene 6 og 9 lukkes tett sammen, idet styrepinner 14 som er festet til formdelen 6 føres inn i styrehull 15 (fig. 6) i formdelen 9, for å bringe formdelen 6 i nøyaktig stilling i forhold til formdelen 9.

Anbringelsen av røret 3 i formen kan utføres på forskjellige måter ved hjelp av midler for posisjonering som anordnes i den stasjonære formdel 9, avhengig av utformningen av formdelene 6 og 9. I det viste eksempel holdes pluggen 5 på plass av indre vegger utformet i hulrommet 12 i den ene eller begge av formdelene 6 og 9, slik at pluggen positivt hindres i å bevege seg ut av røret 3 på grunn av trykket i væsken i røret 3 under støpingen. Den annen plugg 16 tilkobles en dempemekanisme, vist i fig. 6, 7 og 8.

Støpingen kan utføres på konvensjonell måte ved bruk av en vertikal eller horisontal sprøytestøpemaskin. Innsprøytnings-trykket for støpemetallet velges vanligvis mellom 200 og 1000 kp/cm<2> når støpemetallet er aluminium.

Støpemetallet som innsprøytes i hulrommet 12 fylles omkring røret 3 , og en del av den varme som avgis av støpemetallet overføres til væsken inne i røret 3 , slik at denne ekspan-derer eller delvis går over til dampform, eller en oppløsning som utgjør væsken dekomponeres, slik at trykket i væsken øker. Det således økede trykk i mediet i røret 3 virker til positivt å hindre at røret 3 kollaberer på grunn av innsprøytnings-trykket i støpemetallet, idet trykket begrenses av dempemekanismen.

Som beskrevet ovenfor kan et hult element innstøpes i det støpte produkt uten at det oppstår deformasjon eller kollaps, også når det hule element er tynnvegget og når det har buet form.

Etter at støpemetallet er størknet og nedkjølt til en passende temperatur, fjernes pluggene 5 og 16 og væsken fjernes fra det hule element, for å brukes ved den neste støpeopera-sjon.

EKSEMPEL 1

En varmeveksler som vist i fig. 1 og 2 ble fremstilt ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, idet et kobberrør med en slik bøyd form som vist og med en ytterdiameter på 12 mm ble fylt med vann som det medium som skal motstå trykk, og plugger ble anbragt i de åpne ender. Veggtykkelsen til kob-berrøret ble valgt til henholdsvis 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm og 1,4 mm.

Røret ble deretter bragt på plass i formhulrommet, slik at den ene pluggen hadde anlegg mot de indre vegger i hulrommet og den annen plugg var tilkoblet dempemekanismen. Etter lukking av formen ble en mengde på omtrent 2 kg av en aluminium-støpelegering, med temperatur 650°C, innsprøytet i hulrommet ved hjelp av stempelet etter at legeringen ble tilført munnstykket ved hjelp av øse. Innsprøytningstrykket for legeringen ble valgt til henholdsvis 200, 3 00, 500 og 600 kp/cm<2>.

EKSEMPEL 2

Det ble utført lignende forsøk som i eksempel 1, med det unn-tak at det ble anvendt et aluminiumrør med ytterdiameter på 12 mm og veggtykkelse på henholdsvis 1,2 og 1,6 mm, i stedet for kobberrørene. Det ble benyttet silikonolje som medium for å motstå trykk i røret.

Etter at formen var lukket, ble 2 kg av den samme legering, med temperatur 650°C, innsprøytet i formhulrommet på lignende måte som i eksempel 1.

Det oppsto ikke noe kollaps i aluminiumrøret i noen av rørene, og det ble oppnådd god kontakt mellom røret og støpemetallet.

Fig. 4 til 8 viser blant annet dempemekanismen i utstyr for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, og der en av pluggene, 16, som er anbragt i den åpne ende av det tynnveggede rør 3 kan bevege seg i avhengighet av økning i trykket i væsken inne i røret 3 under støpingen, idet pluggen påvirkes av et fluiddrevet stempel 17 i dempemekanismen, slik at stempelet utøver en dempende virkning på den bevegelige plugg 16.

Væsken er fylt slik at den helt utfyller det indre av røret 3 og er tettet mot omgivelsene ved hjelp av en faststående plugg 5 og den bevegelige plugg 16, slik at det ikke finnes noe tomrom i røret.

Den bevegelig plugg 16 er fortrinnsvis en sylinder med sirkel-formet tverrsnitt og laget av hard gummi på grunn av økono-miske forhold, eller av polyuretan, som sikrer god holdbarhet, eller av polyfluoretylen, som sikrer stor nøyaktighet, og dia-meteren til pluggen 16 er valgt slik at den tilsvarer eller er litt større enn innerdiameteren til røret 3 , slik at det oppnås tilstrekkelig motstand mot det indre trykk i væsken når pluggen 16 anbringes i røret 3 .

Den effektive lengde D til pluggen 16 er summen av en lengde A som tilsvarer volumøkningen til væsken på grunn av temperaturøkningen, en minimumslengde B som trengs for å holde væsken på plass i røret 3 ved et forutbestemt indre trykk samt en lengde C som trengs for å gi væsken et utgangstrykk. Pluggen 16 er dessuten utstyrt med et parti 16a som rager ut fra den åpne ende av røret 3 når pluggen er bragt på plass i røret 3.

Dempemekanismen for utøvelse av en kraft mot stempelet 17 for å bevirke dempende eller fjærende effekt mot den bevegelige plugg 16 beskrevet ovenfor omfatter en fluiddrevet sylinder-anordning 18 med et stempel 19 som kan forskyves i sylinderen, idet stempelet 17 er utformet i ett med stempelstangen til stempelet 19. Sylinderanordningen 18 er festet til en bære-brakett 20, som igjen er festet til en side av den stasjonære formdel 9. Alternativt kan sylinderanordningen 18 være festet til den bevegelige formdel 6. Sylinderanordningen 18 er slik plassert at aksen til stempelet 17 er innrettet etter aksen til den åpen ende av røret 3, hvilken ende er anbragt i en halvsylindrisk utsparing 9a i formdelen 9, og den bevegelige plugg 16 er trykket inn slik at den gir tetning for væsken inne i røret 3 , idet en halvsylindrisk utsparing 9b som er koaksial med utsparingen 9a inneholder partiet 16a av den bevegelige . plugg 16, og er beregnet til innføring av endepartiet av stempelet 17 slik som vist i fig. 6, med en viss avstand mellom pluggen 16 og stempelet 17, slik som beskrevet i det følgende.

De respektive trykkammere som befinner seg på begge sider av stempelet 19 i sylinderanordningen 18 er forbundet med hver sin ende av ledningene 21 og 22, idet den annen ende av led-ningen 22 via en trykkregulerende ventil 23 er forbundet med atmosfæren. Ventilen 23 er tilkoblet en innretning 25 som skaper trykk, slik som en kompressor, via en strupeventil 26 (hastighetsregulator), en tilbakeslagsventil 27 og en stenge-ventil 28, slik som vist i fig. 6. Når således kompressoren 25 er i drift, med stengeventilen 28 åpen og strupeventilen 26 og reguleringsventilen 24 passende innstilt, beveger stempelet 19 og derved stempelet 17 i sylinderanordningen 18 seg til inntrukket stilling, slik som vist i fig. 6, eller det beveges til aktiv stilling slik som vist i fig. 8, der stempelet 17 støter mot den bevegelige plugg 16 og driver denne innover i røret 3, i avhengighet av stillingen til solenoidventilen 23.

Når den bevegelige formdel 6 bringes til kontakt med formdelen 9 vil den åpne ende av røret 3 som befinner seg i den halvsylindriske utsparing 9a og det utragende parti 16a av pluggen 16 som befinner seg i den halvsylindriske utsparing 9b i formdelen 9 føres inn i de respektive, halvsylindriske ut-sparinger utformet i den bevegelige formdel 6.

Ved bruk av utstyret beskrevet ovenfor fylles det indre av røret fullstendig med en væske som skal motstå trykket, idet den faststående plugg 5 og den bevegelige plugg 16 er ført tettende inn i de åpne ender av røret 3 , og røret anbringes i utsparingen 13 i formhulrommet 12 med den ende av røret 3 som pluggen 16 er ført inn i og det utragende parti 16a av pluggen 16 føres inn i utsparingene 9a og 9b. Således er formdelene 6 og 9 anbragt tett mot hverandre. Solenoidventilen 23 holdes i passiv stilling, slik som vist i fig. 6, idet stempelet 17 holdes tilbaketrukket, slik at det befinner seg i avstand fra pluggen 16.

Deretter føres solenoidventilen 23 til den stilling som er vist i fig. 8, slik at pluggen 16 drives innover i røret 3, og det oppstår et utgangstrykk i væsken i røret 3 .

Deretter innsprøytes støpemetall i formhulrommet 12 ved bruk av stempelet 11.

Når støpemetallet tilføres hulrommet 12 dannes momentant et høyt støpetrykk, og samtidig øker trykket i væsken som befinner seg inne i røret 3 , på grunn av temperaturutvidelsen av væsken som skyldes varmeoverføringen fra støpemetallet til væsken samt økningen av spenningen i røret 3 på grunn av den momentane påkjenning, og således hindres det at røret 3 kollaberer, ved at trykkene på innsiden og utsiden av røret i stor grad utligner hverandre.

Når støpemetallet er halvveis størknet, fortsetter temperatur-økningen mens trykket i støpemetallet er i sin sluttfase, og

trykket i væsken i røret 3 øker ytterligere, og når det indre trykk overstiger et forutbestemt trykk som dempemekanismen er innstilt for, tvinges den bevegelige plugg 16 utover mot virk-ningen stempelet 17, slik at stempelet beveger seg sammen med pluggen 16. Graden av bevegelse av pluggen 16 og stempelet 17 er imidlertid meget liten, fordi den bare forårsakes av eks-pansjonen av væsken på grunn av temperaturutvidelsen.

Til slutt skjer størkning av det innsprøytede støpemetall slik at det inntreffer en krympning i metallet, mens temperatur-stigningen i væsken er liten, slik at sylinderanordningen 18 absorberer eller kompenserer for en fortsatt temperaturutvid-else i væsken og trykket på grunn av kontraksjonen i det størknende metall. Trykket på grunn av kontraksjonen kan lett absorberes eller kompenseres for, fordi røret 3 fremdeles holdes på høy temperatur.

Ved slutten av støkningen av støpemetallet frakobles dempemekanismen, eller solenoidventilen 23 bringes til passiv stilling med hensyn til sylinderanordningen 18, slik at stempelet 17 trekkes tilbake til den stilling som er vist i fig. 6, og trykket i væsken i røret 3 opprettholdes bare på grunn av friksjonen for den bevegelige plugg 16.

Deretter åpnes formdelene 6 og 9, og det støpte produkt tas ut av formhulrommet 12.

Når det støpte produkt er nedkjølt til passende temperatur, fjernes pluggene 5 og 16 fra røret 3 , og væsken i røret tas vare på for å brukes på nytt.

Ved hjelp av den beskrevne fremgangsmåte er det oppnådd et støpt produkt som har et innstøpt, tynnvegget, hult element som ikke er utsatt for noen deformasjon eller noe kollaps.

I henhold til et ytterligere trekk ved oppfinnelsen kan det anordnes midler som positivt sikrer at trykket i mediet inne i røret holdes hovedsakelig konstant under hele støpingen.

De nevnte midler omfatter et langsgående spor 16b utformet i den ytre overflate av den bevegelige plugg 16, hvilket spor forløper fra den innerste ende av pluggen til et passende sted slik som vist i fig. 5. Sporet 16b tjener til å slippe ut noe av væsken i røret 3 gjennom sporet 16 når trykket i væsken

øker slik at pluggen 16 drives utover til en stilling der den ytre ende 16b av sporet kommuniserer med det utvendige av rør-et 3 , slik at det indre trykk senkes. Når det indre trykk er senket til en verdi slik at pluggen 16 igjen føres tilbake inn i røret 3 under påvirkning av stempelet 17, slik at kommuni-kasjonen gjennom sporet 16b opphører, øker igjen det indre trykk. Således holdes trykket i væsken hovedsakelig konstant.

Sporet 16b kan erstattes av et langsgående hull som er boret i pluggen 16, og den ytre ende av hullet kan gå over i et radialt hull, slik at noe av væsken kan slippe ut når pluggen 16 har beveget seg en viss avstand utover, på lignende måte som beskrevet ovenfor. Med fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås de følgende fordeler. 1) fordi det anvendes en væske som medium i røret kan et rør-formet element med hvilken som helst utformning innstøpes i et støpt produkt som fremstilles i henhold til fremgangsmåten. 2) graden av bevegelse for stempelet til dempemekansimen er meget liten, og reaksjonstiden for bevegelse av den bevegelige plugg i samsvar med en økning i trykket i røret under støping-en er meget liten, fordi stempelets bevegelse og reaksjonstiden bare avhenger av volumutvidelsen, og kontraksjonen er meget liten på grunn av at den bare skjer i en væske, sammen-lignet med det tilfelle at det anvendes et gassformet medium, og det er således mulig å unngå dekomponering av mediet eller sprengning av røret. 3) dempemekanismen er meget enkel i sin oppbygning og kan lett innbygges i en styrekrets for støpemaskinen. Det vil si at solenoidventilen aktiveres en gang for hver støpesyklus, på et bestemt tidspunkt i hver syklus. 4) væsken som er innesluttet i røret kan utsettes for et utgangstrykk som virker mot innsprøytningstrykket for støpe-metallet under støpingen, og dersom trykket i mediet overvin-ner kraften fra dempemekanismen, beveges den bevegelige plugg slik at noe av væsken slippes ut av røret, hvorved det indre trykk senkes, slik at trykket i væsken kan holdes hovedsakelig konstant. Dette gir sikker drift av støpemaskinen og sikrer høy kvalitet for det element som innstøpes i det støpte produkt.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for sprøytestøping av et metallprodukt med et innstøpt, hult metallelement (3), karakterisert ved at det hule elementet anbringes på plass i et hulrom (12) som er dannet mellom et par formdeler (6, 9) av metall, at en væske som motstår trykk fylles i det indre av det hule elementet, at smeltet metall innsprøytes i hulrommet (12), at det dannes indre trykk i det hule elementet ved termisk ekspansjon av væsken på grunn av varmen som overføres fra det smeltede metall, at en forskyvbar tetningsplugg (16) monteres tettsluttende i det minste i en åpen ende av det hule elementet (3 ), slik at væsken innelukkes i det hule elementet, at en skyver (17) i en fluid-påvirket dempemekanisme bringes til å beveges mot den for-skyvbare pluggen (16), slik at bevegelse av pluggen under innsprøytning av metallet i hulrommet (12) motvirkes, og at det hule elementet trykkavlastes ved at pluggen forskyves mot kraften fra dempemekanismen når det indre trykket stiger til en viss grense. i

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fluidtrykket virker mot et stempel (19) som er i forbindelse med skyveren (17) og befinner seg i en sylinder (18), slik at det dannes et indre trykk i det hule elementet (12) før det smeltede metall inn-sprøytes, og at bevegelse av skyveren (17) under innsprøyt-ning av metallet motvirkes.

3 . Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at trykket i dempemekanismen reguleres ved hjelp av en reguleringsventil (23).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at pluggen (16) forskyves en på forhånd bestemt avstand utover fra det hule elementet (12) når trykket i det indre av elementet overstiger trykket i dempemekanismen, og at væske tillates å lekke ut fra det indre av det hule elementet via et ledningsorgan når pluggen beveger seg utover.