PL B1. HAPAX SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Jawor, PL BUP 02/10

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B22D 15/00 ( ) B22C 9/28 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/10 (73) Uprawniony z patentu: HAPAX SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Jawor, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/13 (72) Twórca(y) wynalazku: GRZEGORZ JÓZEF PYCIA, Jawor, PL JACEK HENRYK MORDAL, Jawor, PL MAREK JACEK SKOCZYLAS, Wrocław, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich, zwłaszcza do odlewania niskociśnieniowego stopu AlSi7Mg, wykonana z żeliwa niskostopowego ferrytycznego. Kokila znana z polskiego opisu patentowego nr , składa się z dwóch symetrycznych połówek, które zbudowane są z dwóch rozłącznych elementów. Jeden z nich wewnętrzny jest roboczym elementem i zużywalnym, a drugi zewnętrzny jest usztywniającym elementem. Oba elementy są ze sobą tak łączone, aby utworzyła się między nimi szczelina odprowadzająca ciepło. Forma odlewnicza, zwłaszcza do formowania kół pojazdów drogowych znana z polskiego zgłoszenia patentowego nr , ma trzy części dolną, górną i boczną tworzące odwzorowanie koła pojazdu. Forma jest wypełniana roztopionym materiałem i zawiera co najmniej dwa punkty n a- pełniania formy, rozmieszczone przy dwóch otworach modelu koła, przy czym dolna część formy odlewniczej i górna część formy odlewniczej są połączone ze sobą kiedy forma znajduje się w położeniu zamkniętym. Forma przeznaczona zwłaszcza dla kół samochodowych znana jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr Forma zawiera dolną część formy, górną cześć formy i obwodowe części formy, które tworzą matrycę wypełnianą stopionym materiałem. Forma zawiera też jednostkę rozprowadzającą, która jest umieszczona poniżej dolnej części formy i jest przeznaczona do łączenia się z przynajmniej jedną rurą pionową. Rura jest tak ukształtowana, aby tworzyć jedną lub więcej szczelin ukształtowanych jako łuki koła, służących do wtryskiwania stopionego materiału do matrycy. Szczeliny są umieszczone, kiedy forma jest zamknięta, na zewnętrznej przedniej krawędzi matrycy. Jedna albo większa ilość szczelin jest rozmieszczona obwodowo, tak, aby umożliwiać zrównoważone wtryskiwanie względem środka matrycy. Znana z polskiego opisu patentowego nr kokila do odlewania z metali obręczy kół samochodowych z lekkich metali. Kokila składa się z części dolnej z centralnym rdzeniem dolnym, płytowej części górnej z centralnym rdzeniem górnym i z szeregiem bocznych segmentów rdzeniowych, które utrzymywane są na górnej części z możliwością przesuwu poprzecznego. Przy czym górna część jest przestawialna względem dolnej części w położenie odlewania, w którym pomiędzy górną częścią, dolną częścią i bocznymi segmentami rdzeniowymi powstaje wnęka odlewnicza. Górna część jest odstawialna od dolnej części w położenie wyjmowania, pozwalające na wyjęcie odlewu z formy a dolną część stanowi płyta. Ponadto do przesuwania bocznych segmentów rdzeniowych, służą trzpienie prowadzące, które są rozmieszczone parami przeciwlegle do siebie i wystają rozbieżnie z płyty, przez przelotowe kanały prowadzące ukształtowane w bocznych segmentach rdzeniowych i przebiegające skośnie odpowiednio do ukierunkowania trzpieni prowadzących, oraz przez otwory w płytowej części górnej, w które wchodzą końce trzpieni prowadzących kokili, znajdującej się w położeniu odlewania. Znana ze stosowania kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali lekkich ma część dolną z centralnym rdzeniem dolnym, część górną z centralnym rdzeniem górnym oraz cztery boczne segmenty rdzeniowe z możliwością przesuwu poprzecznego. Boczne segmenty rdzeniowe nazywane szczękami kokilowymi, wykonane są z żeliwa szarego zwykłego, którego skład chemiczny zawiera węgiel w postaci grafitu płatkowego, ulegają one szybkiemu zużyciu. Powodem zużycia jest wypalanie się węgla z żeliwa pod wpływem zalewania kokili stopem AlSi7Mg o temperaturze około 780 C, co skutkuje bardzo szybkim zużywaniem się szczęk kokilowych. Na szybkość zużywania się szczęk kokilowych wpływa nierównomierny rozkład temperatury oraz istniejące punktowe węzły cieplne. Skuteczność odprowadzania nadmiaru ciepła z węzłów cieplnych szczęki kokilowej poprawia się poprzez nawiercanie z zewnątrz nieprzelotowych otworów o średnicy od 14 do 20 mm, w których zainstalowane są dysze sprężonego powietrza chłodzące intensywnie szczęki kokilowe. Niedogodnością tego rozwiązania jest powstawanie dziur w miejscu nawiercenia w postaci nieprzelotowych otworów, spowodowane intensywnym nagrzewaniem i natychmiastowym intensywnym chłodzeniem punktowym szczęk kokilowych. Istota kokili do odlewania obręczy kół samochodowych według wynalazku, polega na tym, że każda szczęka kokilowa odlana w postaci jednolitej formy, we wnęce usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki ma ukształtowane z żeliwa, co najmniej jedno żebro chłodząco-stabilizujące o grubości od 14 mm do 18 mm i wysokości co najwyżej równej 60 mm, przy czym żebra usytuowane

3 PL B1 3 są równolegle do płaszczyzny podstawy szczęki. Przy czym odległość osi pierwszego żebra chłodząco-stabilizującego do płaszczyzny podstawy szczęki wynosi 75 mm. Korzystnym jest, gdy odlewniczy promień zaokrąglenia R pomiędzy zewnętrzną powierzchnią szczęki kokilowej a powierzchnią kolejnego żebra chłodząco-stabilizującego określa zależność R = 0,5 x [0,3 G + 0,5 g], w której G oznacza grubość ścianki szczęki kokilowej w miejscu położenia kolejnego żebra, a g - grubość żebra, natomiast stosunek masy ochładzalnika do masy odlewu szczęki kokilowej wynosi 1 : 2 ± 3%. Korzystnie, przekrój osiowy żebra chłodząco-stabilizującego równoległy do płaszczyzny podstawy szczęki ma kształt wycinka pierścienia korzystnie, symetrycznie malejącego od środka ku jego końcom. Korzystnie, grubość i wysokość żeber chłodząco-stabilizujących jest malejąca wraz ze wzrostem ich odległości od płaszczyzny podstawy szczęki. Kokila według wynalazku ma tak uformowany kształt szczęki kokilowej, że zapewnia skuteczniejsze odprowadzanie ciepła i równomierne rozłożenie temperatury szczęki kokilowej poprzez eliminację tak zwanych gorących punktów. Zastosowanie żeber chłodząco-stabilizujących w szczękach kokilowych, które podczas pracy, poddawane są naprężeniom ściskającym przy zalewaniu kokili ciekłym stopem AlSi7Mg i naprężeniom rozciągającym podczas chłodzenia, co wyeliminowało niszczenie powierzchni roboczej szczęk występujące w postaci pęknięć na granicy ziaren żeliwa, gdyż powierzchnia robocza kokili, podczas zalewania ciekłym stopem AlSi7Mg jest rozciągana, a podczas krzepnięcia jest ściskana. Powyższy charakter pracy powoduje, że szczęka kokilowa jest poddawana cyklicznym termicznym naprzemiennym naprężeniom rozciągającym i ściskającym. Żebra w nowej szczęce kokilowej, stabilizują kształt i zwiększają skuteczność odprowadzania ciepła. Nowe szczęki nie posiadają nawierceń w postaci nieprzelotowych otworów, przez co charakteryzują się znaczną trwałością, a w przypadku uszkodzenia powierzchni roboczej, istnieje możliwość regeneracji szczęk kokilowych. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia szczękę kokilową w widoku od wnęki usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki z ukształtowanym chłodząco-stabilizującym, fig. 2 - przekrój poziomy szczęki kokilowej z ukształtowanymi dwoma żebrami chłodząco-stabilizującymi, fig. 3 - przekrój pionowy szczęki kokilowej z ukształtowanymi trzema żebrami chłodząco-stabilizującymi, a fig. 4 - przekrój pionowy szczęki kokilowej z ukształtowanymi czterema żebrami chłodząco-stabilizującymi. P r z y k ł a d 1 Kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich ma część dolną z centralnym rdzeniem dolnym, część górną z centralnym rdzeniem górnym oraz cztery szczęki kokilowe z możliwością przesuwu poprzecznego. Każda szczęka kokilowa odlana jest w postaci jednolitej formy. We wnęce WN usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki ma ukształtowane jedno żebro ZE chłodząco-stabilizujące o grubości 16 mm i wysokości 60 mm, a przekrój osiowy żebra ZE chłodząco-stabilizującego równoległy do płaszczyzny podstawy PP szczęki ma kształt wycinka pierścienia. Żebra usytuowane są równolegle do płaszczyzny podstawy PP szczęki, a odległość osi żebra ZE chłodząco-stabilizującego do płaszczyzny podstawy PP wynosi 75 mm. P r z y k ł a d 2 Kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich wykonana jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że we wnęce WN usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki ma ukształtowane trzy żebra ZE chłodząco-stabilizujące pierwsze o grubości 18 mm i wysokości 60 mm, drugie o grubości 14 mm i wysokości 50 mm i trzecie o grubości 12 mm i wysokości 40 mm. Odległość osi pierwszego żebra ZE chłodząco-stabilizującego do płaszczyzny podstawy PP wynosi 75 mm. P r z y k ł a d 3 Kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich wykonana jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że we wnęce WN usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki ma ukształtowane cztery żebra ZE chłodząco-stabilizujące pierwsze o grubości 18 mm i wysokości równej 60 mm, drugie o grubości 14 mm i wysokości 50 mm, trzecie o grubości 12 mm i szerokości 40 mm i czwarte o grubości 10 mm i wysokości równej 30 mm. Odległość osi pierwszego żebra ZE chłodząco-stabilizującego do płaszczyzny podstawy szczęki wynosi 75 mm, a przekroje osiowe żeber ZE chłodząco-stabilizujących równoległe do płaszczyzny podstawy szczęki mają kształt wycinka pierścienia symetrycznie malejącego od środka ku jego końcom. Ponadto grubość i wysokość

4 4 PL B1 żeber ZE chłodząco-stabilizujących maleje wraz ze wzrostem ich odległości od płaszczyzny podstawy szczęki. Szczęki kokilowe według wynalazku są wyposażone w żebra ZE chłodząco-stabilizujące o określonym kształcie, grubości, ukierunkowaniu, położeniu i ich ilości we wnęce WN na zewnętrznej powierzchni. Umieszczenie pierwszego żebra ZE, niezależnie od rozmiaru szczęki kokilowej tak, że odległość osi pierwszego żebra chłodząco-stabilizującego do płaszczyzny podstawy szczęki wynosi 75 mm, a płaszczyzna żeber jest równoległa do płaszczyzny podstawy szczęki kokilowej, zapewnia optymalne warunki odprowadzania ciepła i stabilizację jej kształtu. Przy projektowaniu nowej szczęki należy uwzględnić odlewniczy promień zaokrąglenia R pomiędzy zewnętrzną powierzchnią szczęki kokilowej, a powierzchnią kolejnego żebra ZE chłodząco-stabilizującego, który określa zależność R = 0,5 x [0,3 G + 0,5 g], przy czym G jest grubością ścianki szczęki kokilowej w miejscu położenia kolejnego żebra ZE, a g - grubością żebra, jak również stosunek masy ochładzalnika do masy odlewu szczęki kokilowej wynosi 1 : 2 ± 3%. Przykładowo masa ochładzalnika dla odlewu 100 kg musi zawierać się w granicach od 47 do 53 kg. Zastrzeżenia patentowe 1. Kokila do odlewania obręczy kół samochodowych z metali i stopów lekkich mająca część dolną z centralnym rdzeniem dolnym, część górną z centralnym rdzeniem górnym oraz cztery szczęki kokilowe z możliwością przesuwu poprzecznego, znamienna tym, że każda szczęka kokilowa odlana w postaci jednolitej formy, we wnęce (WN) usytuowanej na zewnętrznej powierzchni szczęki ma ukształtowane z żeliwa co najmniej jedno żebro (ZE) chłodząco-stabilizujące o grubości od 14 mm do 18 mm i wysokości co najwyżej równej 60 mm, przy czym żebra (ZE) usytuowane są równolegle do płaszczyzny podstawy (PP) szczęki kokilowej. 2. Kokila według zastrz. 1, znamienna tym, że odległość osi pierwszego żebra (ZE) chłodząco- -stabilizującego do płaszczyzny podstawy (PP) szczęki wynosi 75 mm. 3. Kokila według zastrz. 1, znamienna tym, że grubość i wysokość żeber (ZE) chłodząco- -stabilizujących jest malejąca wraz ze wzrostem ich odległości od płaszczyzny podstawy (PP) szczęki. 4. Kokila według zastrz. 1, znamienna tym, że odlewniczy promień zaokrąglenia R pomiędzy zewnętrzną powierzchnią szczęki kokilowej a powierzchnią kolejnego żebra (ZE) chłodząco-stabilizującego określa zależność R = 0,5 x [0,3 G + 0,5 g], w której G oznacza grubość ścianki szczęki kokilowej w miejscu położenia kolejnego żebra (ZE), a g - grubość żebra. 5. Kokila według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek masy ochładzalnika do masy odlewu szczęki kokilowej wynosi 1 : 2 ± 3%. 6. Kokila według zastrz. 1, znamienna tym, że przekrój osiowy żebra (ZE) chłodząco-stabilizującego równoległy do płaszczyzny podstawy (PP) szczęki ma kształt wycinka pierścienia korzystnie, symetrycznie malejącego od środka ku jego końcom.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)