Odlewanie skorupowe

DR HAB.INŻ.A.MODRZYŃSKI

PROF.NADZW. PP

Odlewanie skorupowe



Metoda skorupowego formowania polega
na uzyskaniu cienkiej formy skorupowej z
mieszaniny piasku kwarcowego z żywicą
termoutwardzalną przy zastosowaniu
gorącej płyty modelowej lub rdzennicy,



Uzyskana dokładność wymiarowa formy i
odlewu jest znacznie wyższa niż form
piaskowych i zależy głównie od
dokładności wykonania modelu

Opis procesu



Podgrzana płyta modelowa jest mocowana na powierzchni

obrotowego pojemnika w którym znajduje się piasek powlekany

żywicą.



Następnie pojemnik jest obracany o 180

o

i masa przesypuje się

swobodnie na powierzchnię podgrzanej płyty modelowej, gdzie

jest przetrzymywana prze założony okres czasu.



Kolejno pojemnik z piaskiem powlekanym powraca do położenia

wyjściowego i nadmiar masy który nie uległ procesowi wiązania

powraca do pojemnika. Na płycie modelowej pozostaje warstwa

masy związanej , przylegającej do powierzchni płyty modelowej.



W następnym zabiegu płyta wraz z formą skorupową obrabiana

jest termicznie w celu ostatecznego utwardzenia .



Po procesie utwardzania, skorupa jest oddzielana od płyty

modelowej i następnie jest łączoną z drugą skorupą

odtwarzającą drugą część formy.).

SCHEMAT PROCESU

SCHEMAT PROCESU

SCHEMAT PROCESU

 

                                               

Stopy odlewane do form

skorupowych



Większość metali i stopów,



Wyjątki :stopy ołowiu, cynku,
magnezu oraz tytanu, a także
stopy berylu, stopów
żaroodpornych i stopów cyrkonu

Odmiany procesu i

materiał stsowany na

modele



Formy wytwarzane innymi metodami mogą

być łączone z formami wykonanymi innymi

metodami



Modele mocowane na płycie wykonywane są

z żeliwa lub stali iron gwarantują możliwość

uzyskania dużej dokładności wymiarowej.

Modle wykonywane z aluminium mogą być

stosowane w produkcji małoseryjnej



Do wytwarzania odlewów z metali

reaktywnych można do wykonania modeli

stosować gips lub grafit

Uwarunkowania

ekonomiczne



Program produkcyjny od 5–200odlewów
na godzinę w zależności od wymiarów
odlewu,



Czas niezbędny douruchomienia
produkcji kilka dni do kilku tygodni w
zależności od stopnia skomplikowania i
wymiarów,



Duzu uzysk metalu w procesie – mała
ilość odpadu produkcyjnego.

Uwarunkowania

ekonomiczne



Proces możę być łatwo zautomatyzowany.



Jest możliwość wykonania kilku odlewóww jednej

formie zalewanych z wspólnego układu

wlewowego.



Koszt zastosowanych mas ze spoiwem

żywicznym jest wyższy, ale tylko o 5 %

przewyższa koszt wykonania tego odllewu w

formie piaskowej



Trudność ze zmianątechnologii w czasie trwania

procesu.



Bardzo przydatna do produkcji średnioseryjnej i

masowej ,ale także seria 100-500sztuk odlewów

możę okazać się ekonomiczną

Uwarunkowania

ekonomiczne



Prawdopodobnie najlepsza metoda do

wytwarzania odlewów dużych serii

odlewów po małych kosztach..



Koszty oprzyrządowania niskie do

średnich.



Pracochłonność niska do średniej



Mały koszt wykańczania odlewów



Często odlewy wytwarzane na gotowo.

Typowe zastosowanie



Małe części do mechanizmów,
wymagające wysokiej precyzji,



Obudowy przekładni,



Głowice cylindrowe,



Elementy przekładni.

Przykłady Odlewów

Aspekty technologiczne



Dobra metoda do pełnego odwzorowania kształtu,

specjalnie kiedy stosujemy formy kompozytowe,



Możliwość wykonywania odlewów ze

zróżnicowanymi przekrojami.



Ostre narożniki, cienkie elementy, małe

zagłebienia są bardziej realne niż przy odlewaniu w

formach piaskowych,



Zgrubienia i zagłębienia są możliwe do odtworzenia

,



Podcięcia trudne do odtworzenia ,



Ważna lokalizacja płaszczyzny podziału , aby

uniknąć przejścia przez wymiary krytyczne.

Aspekty projektowe



Otwory odtwarzane przez rdzenie powyżej

13 mm.



Pochylenia odlewnicze rzędu 0.25–1

o

, w

zależności od grubości scianki,



Maksymalna grubość ścianki - 50 mm.



Minimalna grubość ścianki - 1.5 mm.



Waga wytwarzanych odlewów od 10g do

100 kg in weight.



Dobra technologia do wytwarzania odlewów

o masie do 20 kg.

Quality issues



Blowing sand onto pattern makes depositing

more uniform, especially good for intricate forms.



Few castings scrapped due to blowholes or

pockets.



Gases are able to escape through thin shells or

venting.



Composite cores may include chills and cores to

control solidification rate in critical areas.



Moderate porosity and inclusions.



Mechanical properties better than sand casting.

Aspekty jakościowe



Dobra jakość powierzchni.



Chropowatość powierzchni - 0.8–12.5 m

Ra.



Dokładność wymiarowa uzależniona od

gatunku odlewanych stopów



Naddatli rzędu 0.25–0.5 mm powinny być

dodane do wymiarów prostopadłych do

powierzchni podziału



W formach składanych można uzyskać

dokladność wymiarową do 0,3 mm

Masa formierska



Masa formierska stanowi mieszaninę

drobnoziarnistego piasku kwarcowego i

żywicy fenolowo-formaldehydowa



Stosowane są dwie metody pokrywania

piasku żywicą :zimna metoda i gorąca

metoda.



W metodzie pokrywania na zimno , piasek

kwarcowy jest wsypywany do mieszarki i

następnie roztwór żywicy w acetonie i

aldehyd etylowy jest dodawany.

Masa formierska



Typowa masa składa się :
- 92% piasku kwarcowego
- , 5% żywicy,
- 3% aldehyd etylowy.



Podczas mieszania składników , żywica

pokrywa powierzchnię ziarenek kwarcu,

rozpuszczalnik natomiast ulega odparowaniu,



Powstały na ziarenkach piasku cienki „film”

żywicy i w sposób istotny wpływa na zdolność

masy do płynięcia po pogrzaniu.

Masa formierska



W metodzie gorącego pokrywania, mieszanina
składników spoiwa jest podgrzewana do
temperatury 150-180

o

C przed dodaniem

piasku kwarcowego,



Podczas procesu mieszania , żywica fenolowo-
formaldehydowa jest dodawana do mieszarki ,



Następnie masa jest chłodzona do
temperatury 80 - 90

o

C.



Ta metoda daje lepsze rezultaty niż metoda na
zimno.

Budowa układu
wlewowego

Zasadnicze różnice w porównaniu z

odlewaniem w formy piaskowe



Przy jednakowych wymiarach układu

szybkość zapełniania formy jest

zdecydowanie większa,



Odlew w formie skorupowej stygnie

wolniej niż w formie piaskowej, co pozwala

stosować otwarte nadlewy i uzyskiwać

dobre wyniki w zasilaniu odlewów,



Duża gładkość form skorupowych

pozwala obniżyć temperaturę zalewania

form ( o 40-50

o

C)

Układ wlewowy



Zastosowanie pionowej powierzchni

podziału i zalewania syfonowego

zmniejsza burzliwość przepływu metalu,



Silnie stożkowy wlew główny zmniejsza

szybkość zapełnienia wnęki formy,



Wlew główny często wyposażony jest w

studzienkę,



wlew doprowadzający obniża szybkość

wypełnienia formy.

Obliczenie ciśnienia
metalostatycznego

o

w

c

c

w

c

c

H

H

H

H

H

H

H

H

2

2

2

2

2













H

c

-

wysokość wlewu głównego powyżej miejsca

doprowadzenia ciekłego metalu do wnęki formy,cm

H

o

-

wysokość odlewu, cm,

H

w

-

wysokość części odlewu znajdującego się nad

wlewem

zasilającym

Obliczenie ciśnienia
metalostatycznego

H

c

H

o

H

w

Obliczenie ciśnienia

metalostatycznego



Dla odlewania syfonowego H

w

=H

o

i

wtedy
H= H

c

– H

o

/2



Dla odlewania z góry H

w

=0 i

H =H

o



Dla H

c

= H

o

/2 otrzymujemy

H= H

c

– H

o

/8

Czas zalewania



Dla cienkościennych odlewów o złożonym
kształcie i grubości ścianek od 2,2-15 mm
stosuje się wzór
=s Q

Gdzie:
Q- mas odlewów z wlewami

doprowadzającymi,

S – współczynnik zależny od grubości

ścianki odlewu

Dobór wartości wspołczynnika- s

Grubość
Ścianki
Odlewu,
mm

2,5 – 3,5

3,5-8,0

8,0-15,0

mm

mm

mm

Wartość
współczynnik
a ,
s

1,63

1,83

2,20

Dobór przekroju układu

wlewowego



Wzór ma postać:

H

Q

gH

Q

V

Q

F

d























31

,

0

2















V-szybkość wypływu metalu, cm/s

- współczynnik sprawności przepływu
- czas zalewania, s
Q-ciężar metalu zalanego do formy , kg

- ciężar właściwy , g/cm

3

( dla ciekłego żeliwa przyjmujemy 7,2 g/cm

3

),

g – przyspieszenie ziemskie,

H- ciśnienie metalostatyczne metalu, cm

F

d

– przekrój wlewu doprowadzającego , cm

2

Dobór wartości współczynnika- 



Dla odlewów żeliwnych  =0,1-0,2
( o 50% niższy niż w formie
piaskowej)

Relacje przekrojów układu
wlewowego



Drobne i średnie odlewy żeliwne:

F

d

: F

WR

: F

WG

=1:(0,9-1,15):(0,90-1,25

)



Odlewy ze stopów Al i Mg

F

d

: F

WR

: F

WG

=1,5:1,3:1,1 lub 1:3:1



Dla staliwa

F

d

: F

WR

: F

WG

=1,0 :1,3 : 1,6

Rozmieszczenie modeli na płycie



Dopuszcza się najmniejsze
odstępy między odlewami 7-8 mm
przy wysokości odlewów 50-60 mm



Dopuszcza się najmniejsze odstępy
między odlewami 10-15 mm przy
wysokości odlewów 100-150 mm