(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) PL B1 (13)B1. (54) Sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13)B1 (5 1 )IntCl7 B22D 37/00 B22D 39/02 (54) Sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych (73) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 17/00 (73) Uprawniony z patentu: ABB Sp. z o.o., Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/05 (72) Twórcy wynalazku: Tomasz Nowak, Uraz, PL Karol Kaczmarek, Twardogóra, PL Piotr Saj, Kraków, PL Jan Wertz, Kraków, PL Adam Nowarski, Kraków, PL Stanisław Rubelek, Elbląg, PL PL B1 (5 7 ) 1 Sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych polegający na opróżnianiu kadzi wylewowej według założonej teoretycznej krzywej odlewania, sporządzonej dla zadanych poziomów wypełnienia ustalonych we wnęce formy, a wypływ ciekłego materiału odlewniczego z kadzi odbywa się poprzez otwieranie zatyczek usytuowanych w dnie kadzi lub poprzez zmianę średnicy otworu wylewowego kadzi, znam ienny tym, że po otwarciu pierwszej zatyczki lub otworu wylewowego mierzy się za pomocą odpowiedniego urządzenia pomiarowego rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi oraz sygnalizuje się za pomocą urządzenia sygnalizacyjnego, moment czasowy rzeczywistego wypełnienia części układu wlewowego, usytuowanej poniżej poziomu dna wnęki formy, odpowiednie sygnały pomiarowe z obu urządzeń przesyła się do komputera, gdzie zarejestrowaną uprzednio teoretyczną krzywą odlewania przekształca się w projektowaną krzywą odlewania, z której wyznacza się projektowane czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmiany średnicy otworu wylewowego, a następnie otwiera się drugą zatyczkę lub zmienia się średnicę otworu wylewowego oraz mierzy się rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi 1 na podstawie wyników pomiaru zarejestrowanych w komputerze, dokonuje się korekty projektowanej krzywej odlewania, z której wyznacza się rzeczywiste czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego, uwzględniając kolejne wydatki materiału odlewniczego z kadzi, przy czym wyznaczone ze skorygowanej projektowanej krzywej odlewania rzeczywiste czasy otwarcia zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego wykorzystuje się do sterowania urządzeniem otwierającym kolejne zatyczki lub zmieniającym średnice otworu wylewowego Fig.1

2 Sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych polegający na opróżnianiu kadzi wylewowej według załozonej teoretycznej krzywej odlewania, sporządzonej dla zadanych poziomów wypełnienia ustalonych we wnęce formy, a wypływ ciekłego materiału odlewniczego z kadzi odbywa się poprzez otwieranie zatyczek usytuowanych w dnie kadzi lub poprzez zmianę średnicy otworu wylewowego kadzi, znamienny tym, że po otwarciu pierwszej zatyczki lub otworu wylewowego mierzy się za pomocą odpowiedniego urządzenia pomiarowego rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi oraz sygnalizuje się za pomocą urządzenia sygnalizacyjnego, moment czasowy rzeczywistego wypełnienia części układu wlewowego, usytuowanej poniżej poziomu dna wnęki formy, odpowiednie sygnały pomiarowe z obu urządzeń przesyła się do komputera, gdzie zarejestrowaną uprzednio teoretyczną krzywą odlewania przekształca się w projektowaną krzywą odlewania, z której wyznacza się projektowane czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmiany średnicy otworu wylewowego, a następnie otwiera się drugą zatyczkę lub zmienia się średnicę otworu wylewowego oraz mierzy się rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi i na podstawie wyników pomiaru zarejestrowanych w komputerze, dokonuje się korekty projektowanej krzywej odlewania, z której wyznacza się rzeczywiste czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego, uwzględniając kolejne wydatki materiału odlewniczego z kadzi, przy czym wyznaczone ze skorygowanej projektowanej krzywej odlewania rzeczywiste czasy otwarcia zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego wykorzystuje się do sterowania urządzeniem otwierającym kolejne zatyczki lub zmieniającym średnice otworu wylewowego. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rzeczywisty wydatek materiału z kadzi potrzebny do zapełnienia odpowiednich zadanych poziomów wypełnienia wnęki formy mierzy się za pomocą urządzenia pomiarowego reagującego na zmianę poziomu lustra ciekłego metalu w kadzi wylewowej. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ze urządzeniem pomiarowym reagującym na zmianę poziomu lustra ciekłego metalu jest czujnik optyczny, czujnik ultradźwiękowy lub czujnik mikrofalowy. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób grawitacyjnego zalewania form odlewniczych, znajdujący zastosowanie zwłaszcza do zalewania form piaskowych ciekłym metalem. W procesie grawitacyjnego zalewania form, materiał odlewniczy znajdujący się w stanie płynnym w kadzi odlewniczej, wprowadza się płynną strugą do wnęki formy piaskowej lub do kokili, poprzez odpowiedni przechył kadzi odlewniczej lub poprzez otwieranie kolejnych zatyczek usytuowanych w dnie kadzi albo przez zmianę wielkości średnicy otworu wylewowego kadzi. W celu przeprowadzenia prawidłowego procesu grawitacyjnego zalewania zazwyczaj sporządza się tak zwaną teoretyczną krzywą odlewania, według której odbywa się zarówno zapełnianie formy jak i wydatkowanie ciekłego metalu z kadzi. Na podstawie sporządzonej teoretycznej krzywej odlewania, ustala się czasy otwarcia kolejnych zatyczek w kadzi lub reguluje się wypływem płynnego metalu poprzez zmianę wielkości średnicy otworu wylewowego albo poprzez zmianę wychyłu kadzi. W praktyce podczas grawitacyjnego wypływu metalu z kadzi odlewniczej oraz wypełniania wnęki formy, nie uwzględnia się chwilowych zmian prędkości podnoszenia się lustra ciekłego metalu w formie. Prędkość ta ma istotne znaczenie dla warunków krzepnięcia odlewu, a w konsekwencji dla jego jakości. Z tego powodu właściwe sterowanie wielkością wypływu ciekłego metalu z kadzi, a więc tak zwane sterowanie wielkością nadawy jest niezwykle ważne dla całego procesu grawitacyjnego odlewania.

3 Z polskiego opisu patentowego nr znane jest urządzenie do grawitacyjnego zalewania metalem ciekłym piaskowych form odlewniczych, w którym ilość jak również prędkość zalewania wypływającego metalu ciekłego może być dostosowana, bez stosowania kosztownych elementów dozujących, do przepustowości formy odlewniczej. W urządzeniu tym zbiornikowi wlewowemu każdej formy odlewniczej jest przyporządkowana pośrednia wkładka lub nakładka, która w położeniu zalewania przylega do wylewu dennego kadzi do zalewania i do zbiornika wlewowego formy odlewniczej. Pojemność wydrążenia, utworzonego przez zbiornik wlewowy i/lub pośrednią nakładkę musi być większa od pojemności otworu wylewowego wylewu dennego zamkniętego zatyczką. Jednakże jakkolwiek opisane urządzenie usprawnia proces odlewania grawitacyjnego, to jednakże za pomocą tego urządzenia nie można dokonywać ciągłego różnicowania wydatku ciekłego metalu z kadzi. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest sposób automatycznie sterowanego zalewania grawitacyjnego form płynnym metalem, przy równoczesnym ważeniu płynnego metalu przeznaczonego do zalewania formy. Sposób ten polega na tym, że przed rozpoczęciem zalewania waży się formę wraz z częściami z nią współdziałającymi, a zalewanie formy kończy się po osiągnięciu przez nią określonego ciężaru. W pierwszej odmianie przedstawionego sposobu płynny metal doprowadza się do wnęki formy z kadzi pośredniej poprzez dwa otwory spustowe zamykane zatyczkami, przy czym przepływ metalu przez jeden otwór przerywa się zatyczką po osiągnięciu przez formę części zadanego ciężaru, natomiast przepływ przez drugi otwór przerywa się zatyczką po osiągnięciu przez formę całego zadanego ciężaru. W drugiej odmianie przedstawionego sposobu płynny metal doprowadza się do wnęki formy z kadzi pośredniej poprzez dwa otwory spustowe zamykane zatyczkami, przy czym przepływ metalu przez jeden otwór przerywa się zatyczką po upływie ustalonego czasu, a przepływ przez drugi otwór przerywa się drugą zatyczką po osiągnięciu przez formę całego zadanego ciężaru. Jednakże przedstawiony sposób grawitacyjnego zalewania form w dalszym ciągu nie uwzględnia chwilowych zmian prędkości podnoszenia się lustra ciekłego metalu w formie. Prędkość podnoszenia się lustra ciekłego metalu w formie jest uwzględniana podczas pionowego zalewania ciągłego form. I tak z polskiego opisu patentowego nr znany jest sposób uruchamiania urządzenia do ciągłego odlewania wlewków, w którym stopiona stal przepływa z kadzi pośredniej poprzez sterowany zawór wylewu do krystalizatora, a rosnący w nim rzeczywisty poziom napełnienia jest regulowany wzdłuż zadanej uprzednio krzywej odlewania i nastawiany jest na utrzymywany podczas odlewania właściwy poziom odlewania, za pomocą urządzeń pomiarowych i sterujących, poprzez włączenie napędu klatki ciągnącej odlewanego wlewka na określonym poziomie rzeczywistym. Sposób ten charakteryzuje się tym, że w trakcie wlewania ciągłego metalu do kadzi pośredniej całkowicie otwarty zawór wylewu, przed rosnącym w krystalizatorze rzeczywistym poziomem napełnienia, nastawia się na pierwszym poziomie sygnalizacyjnym w określonej pozycji dławiącej zaworu, wynikającej z wymiarów poprzecznych krystalizatora, a dalszy wzrost rzeczywistego stanu napełnienia kontroluje się i koryguje na drugim poziomie sygnalizacyjnym zadanej charakterystyki czasowej poprzez odpowiednią zmianę pozycji dławiącej zaworu wylewu. Dzięki temu przy napełnianiu kadzi pośredniej ciekły metal przepływa natychmiast do krystalizatora bez obawy wystąpienia zakłócającego pomiar rosnącego poziomu metalu, który tylko w przypadku kontroli i korekty zostaje w prosty i łagodny sposób doprowadzony do wartości zadanej. Opisany sposób znajduje zastosowanie do ciągłego odlewania wlewków, w którym kształt odlewanego wyrobu nie jest zbyt skomplikowany, zaś jego przekrój poprzeczny jest stały. Istota sposobu grawitacyjnego zalewania form odlewniczych według wynalazku, w którym opróżniania się kadź wylewową według założonej krzywej odlewania, sporządzonej dla zadanych poziomów wypełnienia ustalonych we wnęce formy, a wypływ ciekłego metalu z kadzi odbywa się poprzez otwieranie zatyczek usytuowanych w dnie kadzi lub poprzez zmianę średnicy otworu wylewowego kadzi, polega na tym, że po otwarciu pierwszej zatyczki lub otworu wylewowego mierzy się za pomocą odpowiedniego urządzenia pomiarowego rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi wylewowej oraz sygnalizuje się za pomocą urządzenia sygnalizacyjnego, moment czasowy rzeczywistego wypełnienia części układu wlewowego, usytuowanej poniżej poziomu dna wnęki formy. Odpowiednie sygnały pomiarowe z obu urządzeń przesyła się do komputera, gdzie zarejestrowaną uprzednio teoretyczną

4 krzywą odlewania przekształca się w projektowaną krzywą odlewania, z której wyznacza się projektowane czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmiany średnicy otworu wylewowego. Następnie otwiera się drugą zatyczkę lub zmienia się średnicę otworu wylewowego oraz mierzy się rzeczywisty wydatek materiału odlewniczego z kadzi. Na podstawie wyników pomiaru zarejestrowanych w komputerze, dokonuje się korekty projektowanej krzywej odlewania, z której wyznacza się rzeczywiste czasy otwarcia kolejnych zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego, uwzględniając kolejne wydatki materiału odlewniczego z kadzi wylewowej. Wyznaczone ze skorygowanej projektowanej krzywej odlewania rzeczywiste czasy otwarcia zatyczek lub zmian średnic otworu wylewowego wykorzystuje się do sterowania urządzeniem otwierającym kolejne zatyczki lub zmieniającym średnice otworu wylewowego. Rzeczywisty wydatek materiału z kadzi potrzebny do zapełnienia odpowiednich zadanych poziomów wypełnienia wnęki formy mierzy się za pomocą urządzenia pomiarowego reagującego na zmianę poziomu lustra ciekłego metalu w kadzi wylewowej. Urządzeniem pomiarowym reagującym na zmianę poziomu lustra ciekłego metalu może być czujnik optyczny, czujnik ultradźwiękowy lub czujnik mikrofalowy. Zaletą sposobu zalewania form według wynalazku jest stworzenie możliwości sterowania grawitacyjnym procesem zalewania, który może odbywać się według rzeczywistej krzywej odlewania, dzięki czemu uzyskuje się optymalną prędkość podnoszenia się lustra metalu we wnęce formy, co przyczynia się do poprawy jakości odlewu oraz obniża koszty jego dalszej obróbki. Przedmiot wynalazku jest dokładniej objaśniony na podstawie jego realizacji, w oparciu o rysunek na którym fig. 1 przedstawia schemat procesu zalewania wnęki formy, a fig. 2 - wykresy krzywych odlewania: teoretycznej qt(t), projektowanej qp(t) i rzeczywitej qr(t). Przed przystąpieniem do procesu grawitacyjnego zalewania wnęki formy 1 z kadzi odlewniczej 2 sporządza się modelową krzywą odlewania qt(h) charakteryzującą wymagany wydatek materiału odlewniczego 3 z kadzi 2 w zależności od wysokości h wnęki formy 1. Krzywą qt(h) wyznacza się na podstawie modelowej krzywej S(h), korzystając z trójwymiarowego modelu komputerowego odlewu, co nie jest uwidocznione na rysunku. Krzywa ta uwzględnia zmiany przekroju poprzecznego wnęki formy 1 w zależności od wysokości h, na której usytuowany jest rozwazany przekrój S, oraz założoną prędkość podnoszenia się lustra materiału odlewniczego - W. Krzywą qt(h) wyznacza się według wzoru: qt(h) = S(h) W gdzie h = zmienna wysokość wnęki formy S = pole przekroju poprzecznego wnęki formy obliczona dla wysokości h W = załozona prędkość podnoszenia się lustra materiału odlewniczego we wnęce formy Następnie modelową krzywą qt(h), będącą funkcją zmiennej h, przelicza się jako funkcję zmiennej czasowej t, wykonując proste obliczenia matematyczne dla założonych uprzednio przedziałów czasowych. Otrzymana funkcja jest teoretyczną krzywą odlewania qt(t), za pomocą której charakteryzuje się wydatek materiału odlewniczego z kadzi 2. Rzeczywisty proces zalewania grawitacyjnego rozpoczyna się w chwili otwarcia pierwszej zatyczki Z1 umieszczonej w dnie kadzi 2. Po jej otwarciu roztopiony materiał odlewniczy 3, pod wpływem siły grawitacji wypływa z kadzi 2 i wypełnia najpierw układ wlewowy 4. Jednocześnie czujnik urządzenia pomiarowego 7 mierzy zmieniający się poziom lustra ciekłego materiału odlewniczego 3 w kadzi 2. Po dopłynięciu płynnej strugi materiału odlewniczego do dna wnęki formy 1, co następuje po czasie tl, czujnik pomiarowy urządzenia sygnalizacyjnego 5, rejestruje i przekazuje odpowiedni sygnał do do komputera 6. Na podstawie sygnałów z urządzeń: pomiarowego 7 i sygnalizacyjnego 5, w komputerze 6 sporządza się krzywą wydatku projektowanego qp(t). Krzywa qp(t) określa projektowane czasy: t2, t3,..., tn otwarcia poszczególnych zatyczek: 22, Z3,..., Zn. Poprzez całkowanie krzywej qp(t) w kolejnych przedziałach czasowych: /tl - t2/, /t2 - t3/,...,/tn - tk/, wyznacza się objętości materiału wylewanego z kadzi 2 w odpowiednich przedziałach VI, V 2,..., Vn. Następnie, gdy z kadzi 2 wypłynie materiał o wyznaczonej objętości VI po czasie rzeczywistym t'2, czujnik poziomu urządzenia pomiarowego 7, mierzący poziom lustra materiału odlewniczego 3 w kadzi odlewniczej 2, przekazuje odpowiedni sygnał do komputera 6, który

5 sprzężony jest z układem sterującym 8. W komputerze 6 dokonuje się rejestracji czasu t'2, który koryguje projektowaną krzywą odlewania qp(t), poprzez uwzględnienie rzeczywistego wydatku materiału odlewniczego 3 z kadzi 2 i jednocześnie, za pomocą układu sterującego 8 otwiera się zatyczkę 72. Po wylaniu z kadzi kolejnej objętości Vi po czasie t'i z czujnika poziomu 7 przekazywany jest kolejny sygnał do komputera 6, po czym przy pomocy układu sterującego 8 otwiera się następną zatyczkę Zi. Cykl ten powtarza się do całkowitego zalania wnęki formy 1. Czasy t'i wyznaczają rzeczywistą krzywą zalewania qr(t). Przykład wykonania wynalazku dotyczy kadzi odlewniczej wyposażonej w kilka zatyczek usytuownych w dnie kadzi. Zamiast zatyczek można zastosować otwór wylewowy o zmiennej średnicy, co nie jest uwidocznione na rysunku, a proces zalewania sposobem według wynalazku należy prowadzić przy odpowiednim zwiększaniu średnicy tego otworu.

6 Fig.1 Fig.2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł