Właściwości stopów odlewniczych.
Lejność - zdolność stopów w stanie ciekłym do wypełniania wnęki formy odlewniczej i dokładnego odtworzenia zarysów odlewu. Skurcz - zmniejszenie liniowych i objętościowych wymiarów materiału w procesie krzepnięcia, skłonność do tworzenia jam skurczowych (jama - puste miejsce w odlewie. skoncentrowana lub rozproszona), skłonność do tworzenia naprężeń i pęknięć - naprężenia podczas stygnięcia: cieplne, skurczowe, fazowe. Segregacja - powstaje z braku czasu na dyfuzję składników stopu podczas stygnięcia: dendrytyczna, strefowa, grawitacyjna.
Piece:
Szybowe (żeliwiaki) - koks (rzadko gaz lub ropa); wytapiany metal styka się bezpośrednio z paliwem. Zast: żeliwo szare, białe, sferoidalne, do procesu dupleks
Płomienne - węgiel kamienny, gaz, ropa, mazur, pył węglowy. Zast: żeliwo szare, ciągliwe, stopowe
Tyglowe - koks, gaz, ropa, mazur. Zast: stopy aluminium, cynku, magnezu, miedzi
Elektryczne łukowe - Zast: żeliwo wysokojakościowe, staliwa wszelkiego rodzaju
Elektryczne indukcyjne - Zast. Żeliwo wysokojakościowe, wszelkie stopy metali nieżelaznych
Masa formierska - osnowa (piasek kwarcowy 80-90%), materiał wiążący ziarna osnowy (lepiszcze iłowe np. bentonit sodowy 5-10%), woda(aktywuje lepiszcze w wyniku oddziaływania typu elektrostatycznego) + specjalne dodatki (pył węgla kamiennego - zmniejszają skłonność masy do przypalania się). Właściwości mas formierskich: wilgotność, wytrzymałość (spoistość - odporność masy na nacisk wywierany przez ciekły metal), przepuszczalność (zdolność do odprowadzania gazów), podatność (zdolność do poddawania się naciskowi krzepnącego odlewu), osypliwość (skłonność do wykruszania się ziaren piasku), gazotwórczość, ogniotrwałość, wybijalność (zdolność do utraty pierwotnej wytrzymałości przy usuwaniu odlewu z formy), higroskopijność (absorpcja wilgoci z otoczenia), płynność (równomierne zagęszczenia w całej objętości). Czynniki wpływające na właściwości mas formierskich. Kształt ziaren - im bardziej kuliste (wytrzymałość -, przepuszczalność +) Wielkość ziaren - im drobniejsze (wytrzymałość +, przepuszczalność -) Jednorodność ziaren (wytrzymałość -, przepuszczalność +) Zawartość lepiszcza - im więcej (wytrzymałość +, przepuszczalność -)Stopień zagęszczenia - im większy (wytrzymałość +, przepuszczalność -)
Modele odlewnicze - służą do odwzorowania w formie kształtó wnęki formy, kanałów układu wlewowego. Rdzennice - odtwarza wewnętrzne kształty odlewu. Materiały do wytwarzania modeli i rdzennic: drewno, metale i ich stopy, tworzywa sztuczne, masy ceramiczne, wosk.
Formowanie maszynowe. Zalety: skrócenie czasu wykonania, bardziej prawidłowy, z mniejszymi odchyłkami wymiarów, możliwość stosowania modeli o mniejszych zbieżnościach, rzadsze oberwania formy, lepsze wykorzystanie powierzchni odlewni, poprawa warunków BHP i wyeliminowanie ciężkiej pracy fizycznej. Wady: duży koszt zespołów modelowych, ograniczona wielkość odlewów i stopień ich skomplikowania, brak możliwości stosowania różnych gatunków mas, konieczność zainwestowania większych pieniędzy przed rozpoczęciem produkcji.
Zagęszczanie masy.
Prasowanie - 1)niskimi naciskami do 0,4Mpa, 2)średnimi 0,4-0,8Mpa, 3)dużymi (0,8-2,5Mpa)
Wstrząsanie - polega na zamianie siły bezwładności wstrząsanej masy formierskiej na pracę potrzebną do jej zagęszczenia.
Narzucanie - polega na narzucaniu z dużą prędkością 30m/s małych porcji masy początkowo na model, a później na warstwę masy wrzuconą wcześniej.
Nadmuchiwanie - polega na transporcie masy ze zbiornika do skrzynki formierskiej lub rdzennicy strumieniem sprężonego powietrza.
Wstrzeliwanie - otwarcie zaworu powoduje szybki wzrost ciśnienia powietrza nad powierzchnią masy formierskiej znajdującej się w komorze strzelarki oraz w szczelinach znajdujących się wokół komory. Wskutego nagłego działania spr. Powietrza masa w komorze uzyskuje stan fluidalny i zostaje wstrzelona do rdzennicy lub skrzynki formierskiej. Koncentracja may formierjskiej w strumieniu powietrza jest wielokrotnie większa niż przy nadmuchiwaniu.
Impulsowe - zagęszczanie masy formierskiej falą sprężonego powietrza (0,4-0,6Mpa), wywołaną nagłym otwarciem zaworu o dużym przekroju lub detonacją ładunku wybuchowego.
Proces podciśnieniowy wytwarzania form. Wyeliminowanie materiału wiążącego z mas formierskich daje: możliwość pełnego wykorzystania wł. Osnowy, poważnie ogranicza, a nawet eliminuje gazotwórczość masy, poważnie ogranicza proces przygotowania surowców, wyraźnie upraszcza proces regeneracji masy, umożliwia stosowanie masy składającej się z samego regeneratu, zmniejsza ilość sprowadzanych i zużywanych materiałów, zmniejsza koszty, zmniejsza szkodliwość dla otoczenia.
Technologia pełnej formy. Charakterystyka. Nie usuwa się modeli przed zalaniem formy ciekłym metalem. Modele mogą się w znaczący sposób odróżniać w swym wykonaniu od modeli stosowanych w tradycyjnej technice odlewania. Model wytwarzany jest jako naturalny, odpowiadający pod względem wymiarów i kształtu dokładnie surowemu odlewowi. Nie występuje płaszczyzna podział, pochylenia odlewnicze i znaki rdzeniowe. Nie potrzebne rdzenie = zbędne rdzennice. Możliwe nawet skomplikowane układy wlewowe.
W PPF niezbędny jest: model wykonany z materiału podatnego na zgazowanie za pom. Temp. Ciekłego metalu. Materiał formierski zapewniający możliwość wiernego odtworzenia modelu. Odpowiedni materiał oddzielający (pokrycie ochronne). Technologia pełnej formy. Grubość ścianki odlewów 5mm-1m. Ciężar 1kg-50t. Jakość uzależniona od jakości zastosowanego modelu oraz jakośći materiału formy. Odchyłki wymiarowe takie jak w technikach tradycyjnych lub mniejszych. Możliwość wykonania części maszyn z prawie wszystkich stopów żelaza i metali nieżelaznych.
Masy ze szkłem wodnym. Szkło wodne - roztwór wodny krzemianu sodu lub krzemianu potasu. Charakteryzuje go: rodzaj, moduł, gęstość. Masy ze szkłem wodnym - Zalety: mniejsza praca zagęszczenia, mniejsza pracochłonność wykonania form i rdzeni, wyeliminowanie suszenia, zmniejszona ilość skrzynek form w obiegu, możliwość otrzymania form o stosunkowo dużej wytrzymałości i dobrej przepuszczalności, możliwość otrzymania ciężkich odlewów o dużych gabarytach, krótki czas utwardzania, łatwość sporządzania masy, dostępność i taniość surowców, łatwa mechanizacja procesu, brak szkodliwości dla środowiska. Wady : gorsza wybijalność form, małą podatność, bardzo duża przylepność mas do pow. Modeli, duża wrażliwość na działanie dwutlenku węgla, ograniczone wykorzystanie wybitej masy, kosztowna jej regeneracja i utylizacja, schorzenia skóry.
Ciekłe masy samoutwardzalne CMS. KORZYŚCI stosowania: 3-5 zmniejszenie pracochłonności, możliwość pełnej automatyzacji, likwidacja suszarni, obniżenie kosztów wytwarzania odlewów, poprawa war. BHP. WADY - większa chropowatość odlewów, duża skłonność masy do przywierania do pow. Modeli i rdzennic.
Formy skorupowe.
Forma skorupowa - cienkościenna forma odlewnicza o grubości ścianki 6-10mm, wykonana ze specjalnej masy formierskiej, w której jako spoiwo osnowy zastosowano syntetyczną żywicę samoutwardzalną. Skład masy formierskiej: osnowa masy (drobnoziarnisty piasek kwarcowy, cyrkonowy lub oliwinowy), spoiwo (żywica), utwardzacz (urotropina), materiał zwilżający (nafta). W procesie wytwarzania form i rdzeni stosuje się prawie wyłącznie gotową masę. Korzyści: odpada całkowicie proces przygotowania mas, nie występuje segregacja żywicy, piasek powleczony ma bardzo dobrą płynność. Proces wiązania: Żywica jest produktem nie ulegającym dalszej polimeryzacji pomimo nagrzewania, a dopiero dodatek utwardzacza(rozkłada się na amoniak i formaldehyd) powoduje że przechodzi ona w subst. Twardą, nietopliwą i chemicznie nieczynną.
Metoda Croninga. 1)podgrzanie płyty modelowej do 230-280 2)nałożenie płyty na zbiornik z piaskiem powlekanym 3)obrócenie płyty wraz ze zbiornikiem o 180stopni. Żywica topi się i wiąże ziarna w początkowo plastyczną, a potem twardą i wytrzymałą skorupę. Grubość formy skorupowej większa jest gdy wyższa jest temp płyty i dłuższy jest czas przetrzymywania masy na płycie 4)po 15-40s zbiornik z płytą odwraca się do początkowego położenia. 5)utwardzenie skorupy w piecu przez ok. 2 min w 300stopniach.
Metoda Dietera. Korzyści: Założona stała grubość wytwarzanej formy skorupowej, jednoczesne dwustronne nagrzewanie masy (skrócenie czasu wytwarzania), 30% większa wytrzymałość dzięki zagęszczaniu masy formierskiej, oszczędność masy formierskiej.
FORMOWANIE SKORUPOWE - Zalety: duża dokładność wymiarowa, wysoka gładkość powierzchni, całkowita lub częściowa eliminacja obróbki skrawaniem, odlewy nawet o bardzo cienkich ściankach, zmniejszone zużycie materiałów, obniżenie kosztów produkcji i wybijania form, łatwość mechanizacji, eliminacja skrzynek formierskich. Wady: ograniczony zakres stosowania do 100kg, wysoki koszt oprzyrządowania, wysoki koszt materiałów formierskich, trudność z utylizacją zużytej masy skorupowej, trudności z neutralizacją szkodliwych gazów.
Metoda wytapianych modeli.
Cechy: umożliwia wytwarzanie przedmiotów i części maszyn o dowolnym kształcie, całkowite wyeliminowanie obróbki mechanicznej dzięki dużej gładkości powierzchni, stosowane jest do seryjnej i masowej produkcji odlewów, jest szczególnie przydatne w przypadkach gdy stosowane tworzywa metalowe są trudno lub praktycznie nieobrabialne, stosowane jest w przemyśle lotniczym, zbrojeniowym, energetycznym, motoryzacyjnym. Drogie materiały, duża pracochłonność.
Właściwości mas modelowych woskowych i woskowych z dodatkami tworzyw sztucznych. Temperatura topnienia w zakresie 60-100, skurcz masy jak najmniejszy, zawartość popiołu jak najmniejsza, gęstość masy mniejsza od 1g/cm3, czas krzepnięcia matrycy jak najkrótszy, twardość i wytrzymałość duża, nie powinna reagować chemicznie z materiałem matrycy, nie powinna zmieniać właściwości po kilkakrotnym użyciu.
Odlewanie kokilowe
Wytwarzanie odlewów w formach metalowych nazywanych kokilami. Cechy: w wyniku znacznej przewodności cieplnej formy następuje szybkie krzepnięcie i stygnięcie odlewu, całkowity brak podatności formy metalowej powoduje silne hamowanie skurczu odlewu, brak przepuszczalności formy metalowej zwiększa niebezpieczeństwo zagazowania odlewu. Proces wykonania odlewu w kokili. 1) wstępne podgrzanie kokili do 100st, 2)naniesienie na pow. Wnęki formy kanałów układu wlewowego i rdzeni powłoki izolacyjnej. 3) podgrzanie kokili 4)montaz rdzeni i złożenie kokili 5) wlanie stopu do wnętrza formy 6)otwarcie kokili i wyjęcie rdzeni z odlewu 7)wyjęcie odlewu. Zalety odlewania kokilowego: duża dokładność wymiarowa, małą chropowatość i duża czystość pow, dobra jakość tworzywa, wydatne ograniczenie obiegu masy rdzeniowej, lepsze warunki pracy, wzrost wskaźników wydajności na jednego pracownika, mniejsze nakłady $, łatwa mechanizacja, duża stabilizacja procesu odlewania. . Wady odlewania kokilowego: ograniczona trwałość formy, znaczne naprężenia odlewów, możliwość zagazowania odlewu, większa wrażliwość na zmiany parametrów procesu, trudności w uzyskiwaniu odl. Cienkościennych, większa niejednorodność własności w przekroju ścianki odlewu, ograniczona wielkość odlewu.
Odlewanie w formach wirujących.
Polega na wykorzystaniu siły odśrodkowej do dynamicznego wypełniania formy ciekłym metalem. 1)odl. Odśrodkowe właściwe - oś symetrii odlewu pokrywa się z osią wirowania formy 2)półodśrodkowe 0 oś odlewu pokrywa się też z osia wirowania formy, ale powierzchnię wew odl odwzorowuje umocowany w formie rdzeń 3)oś wlewu głównego doprowadzającego ciekły metal do formy pokrywa się z osią wirowania formy. Prędkość wirowania formy nf = 300(k/rw )*1/2 obr/min - k - współczynnik ciążenia, rw promień wew powierzchni odlewu.
Zalety odlewania w FW: zwiększenie własności mechanicznych odl, bardziej drobnoziarnista struktura, poprawa własności technologicznych, zmniejszenie lub wyeliminowanie układów wlewowych i prac rdzeniarskich i formierskich, lepsze warunki wypełnienia formy, łatwość wykonania odlewów, zwiększenie wydajności, zmniejszenie powierzchni roboczej, zmniejszenie kosztów wyposażenia. Wady odlewania w FW: niekiedy duży koszt urządzeń, oprzyrządowania i eksploatacji, małą uniwersalność urządzeń, zwiększenie skłonności do segregacji w odlewach, złożony charakter obsługi urządzeń do odlewania odśrodkowego, ograniczone wielkości odlewów.
Odlewanie pod niskim ciśnieniem.
Forma jest wypełniana pod niewielkim ciśnieniem 0,1 Mpa i mniej. ZALETY: zwiększenie uzysku wskutek zmniejszenia wielkości nadlewów, lepsze wypełnienie kokili i odtworzenie szczegółów, lepsza lejność wskutek wyższej temp metalu, łatwa mechanizacja, większa wydajność z 1m^2 powierzchni produkcyjnej. WADY: wysokie koszty urządzenia i eksploatacji.
Odlewanie pod ciśnieniem
Polega na wywieraniu ciśnienia 2-350Mpa na ciekły metal znajdujący się w cylindrze zanurzonym w tyglu pieca grzewczego z roztopionym metalem. ZALETY: bardzo duża dokładność wymiarowa, małą chropowatość powierzchni, możliwość otrzymywania odlewów o cienkich ściankach, wyeliminowanie obróbki skrawaniem, duża jakość, mniejszy ciężar odlewów, korzystny uzysk, duża wydajność, zmniejszenie pracy oczyszczania i wykańczania odlewów. WADY: wysoki koszt oprzyrządowania, długi okres przygotowania produkcji, ograniczona wielkość i masa odlewów, ograniczenie zastosowania niektórych stopów.
Metody RP
1) stereolitografia SL 2) selektywne spajanie laserowe SLS 3)wytwarzanie przedmiotów warstwowych LOM. Wspólna właściwość: nadawanie kształtu przedmiotowi następuje nie przez usuwanie materiału lecz przed dodawanie materiału, lub też prze zmianę jego stanu skupienia z ciekłego w stały. Założenia i wymagania: utworzenie pełnego trójwymiarowego opisu geometrycznego wykonywanej części. Następnie rozbicie geometrii 3D na poszczególne przekroje o zdefiniowanej grubości. ZASTOSOWANIE metod RP w odlewnictwie: wytwarzanie silikonowych form do produkcji jednorazowego użycia, wytwarzanie silikonowych form odlewniczych do odlewów z tworzyw sztucznych, wytwarzanie spec. Form odl. Jednorazowe użycia z mas formierskich ze szkłem wodnym, wytwarzanie technologią pełnej formy, wytwarzanie form i rdzeni z piasku powlekanego żywicą.