1. Symulacja procesów odlewniczych

2. Piece

3. Transport pneumatyczny

4. Formy i masy formierskie

5. Badanie struktur (mikroskop)

6. Odlewanie precyzyjne

Ad. 1

Po co stosujemy symulację: określa pola temperatur w krzepnącym odlewie ->Przy przejściu w stygnącej masie następuje szereg przemian, odlew się kurczy, powstają jamy skurczowe, porowatość, gorący metal może wykruszać formę (karby wewnętrzne, piasek, gazy) naprężenia cieplne (podobne występują podczas spawania) - symulacja pozwala śledzić te przemiany - itd...

Dyskretyzacja elementów skończonych :

MES - metoda różnic skończonych

MEB - metoda elementów brzegowych

MRS - metoda różnic skończonych

Nakładamy siatkę po to aby we wszystkich kawałkach zaobserwować w postaci graficznej zmiany zachodzące w odlewie podczas stygnięcia (naprężenia).

warunki początkowe: zadajemy jaka temp. początkowa ma metal, jaka temp. pocz. ma forma. Warunki brzegowe 4 rodzaju, Równanie Furiera przepływu ciepła q=-λ*grad*T gdzie: T temperatura, q jednostkowa ilość ciepła, λ współczynnik materiałowy przewodzenia ciepła, grad operator różniczkowania. Równanie to pozwala wyznaczyć jednostkowy przepływ ciepła

W symulacji krzepnięcia wybieramy:

• materiał

• masa

• w ukł. wsp. ustalamy wymiary

• na planszy rysujemy element (mazanie, rysowanie, przesuwanie)

• opisujemy element, np. „O” - odlewanie

• symulacja

Ad. 2

Piece i proces topienia

Piece na paliwo stałe, gazowe i ciekłe
Szybowe	Płomieniowe	Tyglowe
Żeliwniak	Płomienniki: stałe,obrotowe,marteno-wskie	Tygle_metalowe tygle z material ognoitrwalych
Piece elektryczne
Łukowe	Oporowe	Indukcyjne
O działaniu pośrednim jednofazowe O działaniu. bezpośrednim trójfazowe	Tyglowe (wszystkie metody niezależnie) Trzonowe (z prądem grafitowym)	Rdzeniowe małej częstotliwości Bezrdzeniowe
Piece specjalne
próżniowe; elektronowy; plazmowe

Proces topienia:

1)Oczyszczenie i naprawa wymurówki pieca

2) Ładowanie wsadu : ręczne, mech. (kosze, wózki, skipy, wsadzarki)

3)Roztopienie- pełna moc pieca.

4) Wybieranie kąpieli wsadowej metalowej [mieszanie ściąganie żużlu prowadzenie pom. temp. Skład chemiczny uzupełnienie dodatków stopowych, próba klinowa]

5) Spust do kadzi (dobrze wygrzanej)

6) Pozapiecowa obróbka ciekłego metalu Modyfikacja (FeSi 75) Sferoidyzacja (Si Mg 10+ FeSi 75)

7) zalanie formy

Ad. 3

TRANSPORT PNEUMATYCZNY

Cechy przesyłania materiałów w zamkniętych przewodach transportowych: zabezpieczenie materiałów przed środowiskiem i odwrotnie, elastyczność prowadzenia trasy w zadanych warunkach, możliwość prostych połączeń do pobierania i odbierania materiału, bezpieczeństwo transportu w przypadku zagrożenia toksycznego i wybuchowego, wysoki stopień niezawodności i możliwość pełnej automatyzacji.

Zalety: szybkość, pewność, brak strat materiałowych(transport zamknięty), brak zanieczyszczenia środowiska, brak kontaktu z otoczeniem, wydajność, · zabezpieczenie materiałów przed środowiskiem i odwrotnie ·elastyczność prowadzenia trasy w zadanych warunkach · możliwość prostych połączeń do pobierania i odbierania materiałów · bezpieczeństwo transportu w przypadku zagrożenia toksycznego i wybuchowego · wysoki stopień niezawodności i możliwość pełnej automatyzacji.

Wady · wysoki koszt urządzeń do transportu pneumatycznego( sprężarki itp.) · zużywanie się elementów przewodów rurowych zwłaszcza na łukach

Transport pneumatyczny polega na przemieszczaniu materiałów sypkich przewodami rurowymi za pomocą strumienia gazu. Ruch materiału jest wywołany różnicą ciśnień w

urządzeniach transportowych.

Charakterystyczne zakresy pracy transportu pneumatycznego: - przez unoszenie ciała stałego w strumieniu gazu; - przez przetłaczanie: - przez upłynnianie (sfluidyzowanie) materiału; - pulsacyjny.

Własności transportowanego materiału sypkiego: 1. Wilgotność materiału - wpływa na skłonność do zbrylania i przylepiania się do ścianek. 2. Wytrzymałość ziaren - określa maksymalną prędkość przemieszczania materiału, przy której ziarna nie ulegają kruszeniu. 3. Twardość - podstawowe kryterium oceny erozyjnego oddziaływania na instalację. 4. Temperatura - określa rodzaj stosowanego wyposażenia instalacji transportowej, zwłaszcza elementów uszczelnień, napędu i sterowania. 5. Płynność - dla suchych materiałów drobnoziarnistych - gdy po napowietrzeniu nabierają właściwości cieczy. 6. Gęstość właściwa.

W czasie transportu może następować jednocześnie: - spulchnianie przerobionych mas formierskich; - rozdrabnianie brył masy wybitej z form (przyspiesza regenerację); - ochłodzenie suszonych piasków formierskich oraz masy wybitej z form; - suszenie piasków, gdy temperatura gazu transportującego jest wyższa od temperatury materiału transportowanego.

Linie transportowe należy prowadzić możliwie prostą trasą, łącząc poszczególne elementy (proste odcinki rur, łuki, zawory rozdzielające) szybkomocującymi uchwytami. Doświadczenia eksploatacyjne dowodzą, że po pneumatycznym przetransportowaniu 10000 m3 materiału, ubytek grubości ścianki wzdłuż prostego rurociągu transportowego wynosi przeciętnie 0,5 - 2,5 mm w zależności od intensywności jego erozyjnego oddziaływania. Przy łukach wielkość ubytków może być 20 - 30 razy większa. Na łukach rury zuzywaja się ok. 300 razy szybciej niż na odcinku prostym.

Rodzaje przenośników (podajników):

1. Ssące (podciśnieniowe) pracują praktycznie przy podciśnieniu do 0,05 MPa. Zakres ich stosowania jest więc ograniczony do transportu materiałów suchych (zwłaszcza toksycznych),

łatwo transportujących się, przy odległości transportu do 100m (maks. 200m). 2. Tłoczące (nadciśnieniowe) zasilane powietrzem o sprężu do 0,8 MPa. Ze względu na wielkość stosowanych ciśnień rozróżnia się instalacje nisko- , średnio- i wysokociśnieniowe. Współczesne rozwiązania urządzeń są stosowane do transportu na odległość do 3 km.

Transport pneumatyczny pojemnikowy - służy do transportu materiałów lub przedmiotów w pojemnikach wewnątrz przewodów. Ruch pojemnika wewnątrz rurociągu jest wymuszony przez wytworzenie różnicy ciśnień przed i za pojemnikiem (np. przesyłanie próbek do badania składu chemicznego). Najdłuższa instalacja "Lito 2" w Rosji transportuje piasek i żwir rurociągiem o średnicy 1220 mm na odległość 49 km. Wyposażona jest w 25 pociągów, każdy złożony z 8 pojemników o długości 3,5 m i średnicy 1000 mm. Ładowność jednego pociągu wynosi ok 35 ton, a prędkość ich przemieszczania ok. 45 km/godz. Istnieją propozycje zastosowania transportu pneumatycznego dla potrzeb gospodarstw domowych: dostarczanie towarów oraz usuwanie odpadów komunalnych.

Zastosowanie (przenoszenia materiałów na bliskie i dalekie odległości):

1. Torkretowanie pieców i wyrobisk górniczych.

2. Wdmuchiwanie proszków do ciekłego metalu.

3. Transportowanie materiałów w przemyśle spożywczym (Mokate) i farmaceutycznym.

4. Pneumatyczne mieszanie i klasyfikacja materiałów itp.

5. Transport próbek, pieniędzy itp. (tzw. poczta pneumatyczna).

Bardzo istotnym elementem decydującym o wykorzystaniu transportu pneumatycznego są własności transportowanego materiału sypkiego. Należą do nich: · wilgotność materiału- wpływa na skłonność do zbrylania i przylepiania się do ścianek ·wytrzymałość ścianek- określa maksymalną prędkość przemieszczana materiału, przy której ziarna nie ulegają kruszeniu · twardość- podstawowe kryterium oceny erozyjnego oddziaływania na instalację · temperatura- określa rodzaj stosowanego wyposażenia instalacji transportowej, zwłaszcza elementów uszczelnień, napędu i sterowania · płynność- dla suchych materiałów drobnoziarnistych- gdy po napowietrzeniu nabierają właściwości cieczy · gęstość właściwa ( pn= 1013,25 hPa; T~ 273,16 °C; K=0; pn= 1,2829 kg/m3 )

Parametry: -wydatek powietrza, -wydajność (średnica rury); -zachowanie mat. w rurociągu;

Aby zapobiec wycieraniu łuków· wykonuje się łuki z materiałów bardziej odpornych na ścieranie niż materiał z którego wykonany jest cały układ · na łukach stosuje się grubsze ścianki

Ad. 4

Materiały formierskie

Materiały stosowane na osnowę: piaski kwarcowe, mączki kwarcowe, cyrkonit, chromit, magnezyt, korund Al₂O₃, karborund SiC, ceramiczne (cementyt, perlit), węgiel, grafit.

Temp. miękczenia, ciepło właściwe, wsp. akumulacji ciepła, wsp. przewodzenia ciepła, piaski kwarcowe - krystobalit przy temp. do 1470°, cyrkonit tlenki i siarczany występowanie - plaża, temp. stos 1700°, chromit - tlenki chromu, magnezyt - tlenki magnezu, korund, karborund - węglik krzemu, keramzyt.

Osnowy przenoszą obciążenia cieplne, a spoiwa kształtują własności mechaniczne

Materiały na spoiwa

1) Nieorganiczne - (bentonit, gipsy, szkło wodne, krzemian etylu)

2) Organiczne - (olejowe, skrobiowe, węglowodorowe, syntetyczne żywice: fenolowe, furfurylowe, formaldehydowe, smołowe, epoksydowe, poliuretanowe, akrylowe, silikonowe)

Wymagania stawiane modelom odlewniczym:

-stabilność wymiarów i kształtów,

-odp. na kor. i erozję wywołane mat. formierskimi,

-wysoka gładkość powierzchni,

-pochylenia odlewnicze,

-naddatki na obróbkę skrawaniem,

-znormalizowane zaokrąglenia,

-żebra skurczowe.

-skurcze od 0,5-2,5%

Model odlewniczy: drewno, żywice (epoksyd., akrylowe kauczuki silikonowe), tworzywa termoplastyczne, (PCV, PP, PS, PE), gips, beton, metale i stopy

METODY WYKONYWAMA FORM ODLEWNICZYCH I MAS FORMIERSHICH

PODZIAŁ MATERIAŁÓW FORMIERSKICH: Materiał na osnowę głównym ich zadaniem jest przenoszenie obciążenia cieplnego.

Własności:

· odporność na działanie wysokich temp.

· mała rozszerzalność cieplna

· określony skład ziarnowy (ziarno drobne regularne, jednorodne, nie zawierające zanieczyszczeń)

· obojętność chemiczna

· przepuszczalność

· dobre odprowadzanie ciepła.

RODZAJE PIASKÓW:

· piasek kwarcowy- temp. topnienia 1713°C, stosowany do Al., Zu, Cu, Mg, żeliwa, zanieczyszczenia obniżają temp. Topnienia

· piasek cyrkonowy- temp. topnienia 2200- 2400°C, stosowany do staliw, drogi nie zwilżany przy ciekłym metalu, czysta powierzchnia metalu, szybkie odprowadzanie ciepła

· piasek oliwnowy- temp. top. 1700°C, stosowany do staliwa manganowego, żeliwa i metali nieżelaznych, jest silnie zasadowy, mała rozszerzalność cieplna

· piasek magnezytowy- temp. Top. 1600-1660C duża odporność na działanie tlenków żużli zasadowych, szybkie odprowadzanie ciepła, wadą jest duży współczynnik rozszerzalności

· piaski glinokrzemianowe- sylimonit, mulit, szamot, temp. top. 1800°C chemicznie obojętny ogniotrwały do odlewów staliwnych

· piasek chromitowy temp. top. 1700-1900°C dobra przewodność cieplna , odporny chemicznie, do form i rdzeni, do odlewów staliwnych

· piaski korundowe- temp. top. 1850-2050°C, bardzo twardy, odporny na działanie tlenków , mała rozszerzalność, drogi stosowany do stopów o wysokiej temp. topnienia

MATERIAŁY WIĄŻĄCE:

· spoiwa - są to substancje stałe lub ciekłe wiążąc ziarna osnowy, mogą być organiczne( olejowe, skrobiowe, węglowodorowe, żywice syntetyczne np. fenolowe, formaldehydowe, produkty smołowe), oraz nieorganiczne( gliny, cementy, gipsy, szkło, krzemian etylu)

· lepiszcze - jest to naturalny materiał wiążący piasek kwarcowy, wielkość ziaren lepiszcza wynosi 0,02 mm, składnikiem lepiszcza jest bentonit i kaolinit

PRZYGOTOWAME FORMY:

· tulejka; modele( drewniane, tworzywa sztuczne, papierowe ze znakami rdzeniowymi

· forma ma rdzeń który odwzorowuje środek wykonujemy rdzeń , zbrojenie (kanały odpowietrzające)

· formujemy; składamy tuleje, rdzeń zalewamy (odlewamy) metal

CZĘŚCI ZASIALAJĄCE ODLEW CIEKŁYM METALEM:

· zasilacz

· przelewy- pozwalają na swobodne wypełnianie formy

· nadlewy

SKRZYNKI:

· okrągłe

· prostokątne

Ad. 5

Żeliwo

Żeliwo zawiera 2,0 — 3,6% węgla. Zależnie od składu chemicznego i szybkości stygnięcia węgiel występuje w żeliwie w postaci wolnej, tj. w postaci grafitu, który na­daje przełomowi zabarwienie szare, stąd nazwa żeliwo szare (rys. 5). Natomiast jeśli węgiel zawarty w żeliwie występuje w postaci cementytu (Fe₃C), to żeliwo takie ma przełom biały i jest nazywane żeliwem białym (rys. 6).

Żeliwo szare wykazuje dobre własności odlewnicze, maty skurcz (1%), dobrą obrabialność: jest ono najtańszym stopem odlewniczym. Dlatego około 70% wszystkich odlewów wykonuje się z żeliwa szarego. Na własności żeliwa wpływa głównie skład chemiczny i szybkość stygnięcia. Przy dłuższym czasie stygnięcia (np. przy odlewach grubościennych) ilość grafitu w żeliwie wzrasta, a własności mechaniczne

obniżają się. Natomiast przy dużej szybkości stygnięcia (np. przy odlewach cienkościen­nych lub kokilowych) maleje ilość wydzielonego grafituj a zwiększają się własności wytrzymałościowe. Tę własność żeliwa nazywa się często wrażliwością na grubość ścianek odlewu. Jest ona przyczyną różnych własności mechanicznych żeliwa nawet w ob­rębie jednego odlewu na skutek różnicy grubości ścianek. Skład chemiczny żeliwa prze­znaczonego na odlew będzie zatem uzależniony od przeznaczenia odlewu i wymaganych własności, jak również od grubości ścianek.

Żeliwo sferoidalne otrzymuje się najczęściej przez dodanie do ciekłego żeliwa magnezu lub jego stopów, po czym metal modyfikuje się żelazokrzemem. Grafit w żeliwie sferoidalnym występuje w formie kulistej (sferoidalnej) rys. 7, a nie w postaci płatków jak w przypadku żeliwa szarego. Dzięki temu, żeliwo sferoidalne wykazuje wysokie włas­ności mechaniczne, odporność na ścieranie oraz plastyczność (żeliwo szare nie jest plastyczne). Dlatego niektóre odlewy, które dotychczas musiały być odlewane ze sta-Iiwa₃ wykonuje się z żeliwa sferoidalnego. Zależnie od rodzaju struktury rozróżnia się żeliwo sferoidalne perlityczne i żeliwo sferoidalne ferrytyczne. Według normy PN-62/ /H-83123 podstawą klasyfikacji żeliwa sferoidalnego perlitycznego jest wytrzymałość na rozciąganie, a żeliwa sferoidalnego ferrytycznego — wydłużenie.

Żeliwo białe (rys. 6) nie zawiera grafitu, lecz cały węgiel w nim zawarty występuje w postaci cementytu (Fe_sC). Ma ono przełom biały, jest twarde, kruche, odporne na ścieranie i trudnoobrabialne. Dlatego nie znalazło ono szerszego zastosowania w prze­myśle, z wyjątkiem odlewów przeznaczonych na żeliwo ciągliwe.

Żeliwo zabielone (utwardzone) znalazło natomiast szersze zastosowanie. Odlewy wy­konane z tego żeliwa mają zewnętrzną warstwę lub określone miejsce zabielone (utwar­dzone), a część środkowa lub reszta odlewu ma strukturę żeliwa szarego. Powierzchnie utwardzone w odlewie otrzymujemy przez przyśpieszone ich krzepnięcie i studzenie za pomocą żeliwnych lub stalowych ochładzalników osadzonych w formie w odpowied­nich miejscach. Grubość zabielonej warstwy zależy od składu chemicznego żeliwa i od grubości ochładzalnika. W ten sposób wykonujemy walce hutnicze i inne odlewy, od których wymaga się dużej odporności na ścieranie.

Żeliwo ciągliwe otrzymuje się przez długotrwałe (ok. 100 godzin) wyżarzanie żeliwa białego w wysokiej temperaturze (ok. 1000°C). Po wyżarzeniu odlewy z żeliwa białego uzyskują pewną plastyczność i dobrą obrabialność. Znajdują one zastosowanie przy wyrobie drobnych części maszyn rolniczych, włókienniczych, samochodowych itp. Rozróżnia się żeliwo ciągliwe: Hale (rys. 8), czarne (rys. 9), perlityczne (rys. 10).

Ad. 6

Formy:

metalowa [do odlewania elementów maszyn itp.],

metalowe jednownękowe i wielownękowe, metalowe niechłodzone, chłodzone wodą i chłodzone powietrzem,

z kauczuku silikonowego [do odlewów artystycznych], z gumy wulkanizowanej [jubilerstwo]

Charakterystyka formy: możliwość uzyskania modelu o dużej wytrzymałości, niezmienność kształtów, łatwe usuwanie modelu z wnętrza formy, masa woskowa powinna dobrze wypełniać wnętrze formy

MET. ODLEWANIA:

• kokilowe: gładkość C80 chrop.RA80, trzeba je obrabiać, prod. seryjna, odlew tani, duży koszt obróbki, tolerancja wymiarowa 0,05mm;

• ciśnieniowe: do produkcji wieloseryjnej, wys. gładkość pow. C10 C20, brak naddatków na obróbkę skrawaniem, min. obróbka końcowa, Dla stopów lekkich dokładność wym. rzędu 0,01mm, gr. ścianki 1mm.;

• met. Showa do precyzyjnego formowania, model nie posiada zbieżności odlewniczych, pochyleń, brak granicy podziału, nie stos. naddatków nie ma zbieżności

• metoda wytapianych modeli

PRZEDMIOTY WYK. MET. SHOWA:

-odlewy przemysłowe(frezy, protezy endoprotezy, elem. uzbrojenia czyli pistolety, karabiny, przekładnie do samochodów, narzędzia chirurgiczne);

-odlewy artystyczne( figurki duże i małe do 10 kg. brąz (stop miedzi z cyną);

-odlewy jubilerskie (mała masa o skomplikowanej pow., pierścionki itp.)

CHARAKT. ODLEWÓW WYK. MET. WYTAPIANYCH MODELI:

-gładkość C10-C20 duże modele do C40. Wszystkie stopy met. także trudnoobrabialne, elem. turbosprężarek, łopatki;

-obróbka końcowa prow. w niewielkim zakresie (szlifowanie);

-modele woskowe 1-razowe nie dzielone bez pochyłki i zbieżności odlewniczych;

-grubość ścianki 1-2 mm, może być 0,4-0,75mm;

- tolerancja wymiarowa 0,05mm;

CECHY CHARAKT. FORMY:

-forma 1-razowa,

-forma nie dzielona,

-ceramiczna,

-skorupowa 6-12 warstw, grubość 4-12mm.

TECHNOLOGIA PROD., CZYNNOŚCI W PROC. WYTW. MODELI (ODLEWÓW) MET....

1.wyk. matrycy modelowej: podział matryc

a)metalowe [obróbka skrawaniem (droga i skomplikowana konstrukcja, do przemysłu w prod. wielkoseryjnej)]:

-nie chłodzone (tanie);

-chłodzone powietrzem,

-chłodzone wodą (najb. wykorzystywane, b. krótki czas);

b)z kauczuków silikonowych (przem. artystyczny) wyk. „fałszywkę' (warstwa plasteliny) zalewna kauczukiem silikonowym (wytrzymuje do200˚C)

c) z gumy wulkanizowanej , odlewy jubilerski, małe.

SPOS. WYK. MODELI: wosk: mieszanina parafiny, stearyny, polietylenu i cerezyny. Wysoka temp. mięknięcia 40-50˚, niska temp. topnienia 60-100˚, mała rozszerzalność cieplna, wys. twardość i wytrzymałość(dod. polietylenu), wys. zdolność wypełniania matryc(lejność), niska zaw. popiołu.

MET. WYK. MODELI WOSKOWYCH: -prasowanie wosku lub masy modelowej (60˚) nie jest ona masą płynna, doprow. do stanu plastycznego; -wtryskiwanie rozgrzanej masy pod ciśnieniem do np. wulkanizacyjnej matrycy; -odlewanie (wlać od góry do formy, węzeł cieplny pow. skurcz)

WYK. ZESTAWU MODELOWEGO: do ukł. wlewowego doklejamy np. sowę.

JAK WYKONUJEMY FORME: · naniesienie powłoki · po odczekaniu aż nadmiar masy spłynie obsypanie drobnoziarnistym piaskiem kwarcowym · suszenie w temp 20°C , od 4-6h ; Powyższe czynności powtarzamy przynajmniej 6 razy. Masa formierska to mączka kwarcowa plus zhydrolizowany krzemian etylu (alkohol), ciekła masa; proces hydrolizy(można dod. kwasu solnego do PH=2, żeby był kwaśny odczyn). W ciekłej masie zanurzamy zestaw modelowy i mieszamy, czekamy aż nadmiar spłynie obsypujemy piaskiem kwarcowym we fluidyzatorze, suszymy w 25˚ przez 6h. Po 3 warstwie obsypujemy zwykłym piaskiem.

WADY METODY WYTAPIANYCH MODELI:

· czasochłonność,

· wysoki koszt

· trudne czyszczenie odlewu z masy formierskiej

· rnaksymalny ciężar odlewu do 10 kg, jest to metoda do małych lekkich odlewów,

ZALETY:

· dowolność kształtu

· wysoka gładkość powierzchni

· można wykonywać odlewy z materiałów trudnoobrabialnych

---