Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

1

OPRACOWANIE POCESU

WYTWARZANIA ODLEWU W

FORMIE CIŚNIENIOWEJ

Dr hab. inż. A. Modrzyński

Profesor nadzw. PP

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

2

Etapy opracowania procesu

wytwarzania odlewu w formie

ciśnieniowej

1.

Koncepcja sposobu odlewania i budowy

formy ciśnieniowej.
Szkic koncepcyjny formy wykonany w
uproszczeniu rysunkowym który powinien
zawierać:



Liczbę wnęk i położenie odlewu w formie,



Układ wlewowy ,



Podstawowe zespoły i części składowe formy

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

3

Etapy opracowania procesu

wytwarzania odlewu w formie

ciśnieniowej

2. Opracowanie rysunku surowego odlewu

poprzedzone analizą technologiczności jego
konstrukcji,

3. Dobór maszyny ciśnieniowej.
4. Zaprojektowanie i obliczenie układu

wlewowego.

5. Dobór parametrów odlewania ciśnieniowego

(dobór parametrów wtrysku metalu i jego
temperatury )

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

4

Etapy opracowania procesu

wytwarzania odlewu w formie

ciśnieniowej

6.

Podział procesu technologicznego na

operacje-

opracowanie karty

technologicznej

7.

Opracowanie kart instrukcyjnych

(operacyjnych) z doborem narzędzi i
przyrządów

8.

Ustalenie norm czasowych poszczególnych
operacji

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

5

Konstrukcja surowego
odlewu



Przestrzegać ogólne zasady
konstruowania odlewów



Uwzględnić specyficzne cech
odlewów wytwarzanych ze stopów
metali nieżelaznych ( stopy Pb, Sn,
Zn, Al, Mg oraz Cu )

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

6

Cechy charakterystyczne

odlewania pod ciśnieniem



Metal ( stop ) jest wprowadzany do formy pod

ciśnieniem p=10 – 200 (300) MPa,



Strumień metalu w formie osiąga duże

prędkości – w szczelinie wlewowej prędkość

strumienia może wynosić v

s

=20-90m/s,



Forma jest formą niepodatną na działanie sił

skurczowych,



Charakter przepływu metalu jest burzliwy

(turbulentny ),



Odlew krzepnie wg zasady krzepnięcia

jednoczesnego ( nie kierunkowego )

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

7

Dobór kształtu ścian

odlewu



Odlewy ciśnieniowe powinny mieć , w miarę

możliwości , równomierną i optymalną grubość

ścianek,



Należy unikać zgrubień (grubych przekrojów) ze

względu na :
- skłonność stopu do tworzenia struktury

gruboziarnistej,
- obniżenie właściwości mechanicznych w tym

fragmencie odlewu,
- Występowanie wad skurczowych w tej strefie

odlewu ( porowatości skurczowe, obciągnięcia ).

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

8

Zalecane grubości ścianek odlewów w zależności

od powierzchni odlewu

Rodzaj

stopu

Najmniejsza grubość ścianki przy

powierzchni zewnętrznej odlewu, cm

2

Optymal

na g, mm

Gabaryt

odlewu ,

mm

300x200

x

200

Do 25

25-100

100-500

>500

Stopy Pb
i Sn

0,6-1,0

1,0-1,5

1,5-2,0

-

1,6-2,5

300x200

x 200

880x600

x

300

Stopy Zn

0,8-1,0

1,0-1,5

1,5-2,0

2,0-2,5 2,0-3,0

Stopy Al

0,8-1,2

1,2-1,8

1,8-2,5

2,5-3,0 2,0-3,0

Stopy Mg

0,8-1,2

1,2-1,8

1,8-2,5

2,5-3,0 2,0-3,0

Stopy Cu
(mosiądze

)

1,5-2,0

2,0-2,5

2,5-3,0

3,0-4,0 2,5-3,5

400x250

x 150

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

9

Kształtowanie ścian

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

10

Połączenia ścian odlewu



W miejscach połączenia ścian
stosuje się zaokrąglenia



Promienie zaokrągleń wynoszą :
R=(0,5-1,0)g – przy równej
grubości ścianek
R= (0,3-0,6) (g

1

+ g

2

) – przy

grubości ścian g

1

i g

2

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

11

Połączenia ścian odlewu

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

12

Duże płaskie ściany

odlewu



Mogą wykazywać wady kształtu
oraz wady powierzchni ( fałdy,
nalot kwiecisty ),



Płaskie ściany zwykle zaopatruje
się w żebra lub różnego typu
rzeźbienia (wzmocnienia)

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

13

Pochylenia ścian odlewu



Na ściankach równoległych do
kierunku rozwierania formy lub ruchu
suwaka muszą wystąpić pochylenia,



Pochylenia przeważnie podwyższają
grubość ścianki odlewu,



Zalecane pochylenia odlewnicze
podaje poniższa tabela

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

14

Pochylenia ścian odlewu

Rodzaj stopu

Pochylenie powierzchni 

zewnętrznych

wewnętrzny

ch

Stop Sn i Pb

do 0,2

o

0

o

10

`

-0

o

30`

Stop Zn

0

o

15`-0

o

30`

0

o

30`

Stop Al i Mg

0

o

30`-1,0

o

1,0

o

Stop Cu

min 1,0

o

1,0

o

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

15

Otwory w odlewach

ciśnieniowych



Najmniejsza odległość krawędzi
odlewu od krawędzi otworu ( 2 mm
)



Minimalne średnice i maksymalne
głębokości otworów w odlewach
ciśnieniowych przedstawiono
poniżej

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

16

Położenie otworu

względem krawędzi

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

17

Najmniejsze średnice i głębokość otworów

Rodzaj stopu

Minimalna

średnica
otworu,
mm

Maksymalna głębokość otworu, mm

Rdzeń
jednostronnie

utwierdzony

Rdzeń
dwustronnie

podparty

Stopy Sn i Pb

0,8

(4-5)d

(8-10)d

Stopy Zn

1,0

(3-4)d

(6-8)d

Stopy Al

2,5

(2-3)d

(4-5)d

Stopy Mg

2,0

(2-3)d

(4-5)d

Stopy Cu

4,0

(1,5-2,0)d

(3-4)d

d – średnica rdzenia

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

18

Wkładki ( wtopki ) w
odlewach



Wtopki ( wkładki ) –wykonane na
gotowo z innego tworzywa niż odlew,



Mają lepsze właściwości
eksploatacyjne niż odlew ciśnieniowy,



Wkładki muszą charakteryzować się
właściwościami wymienionymi
poniżej

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

19

Właściwości wkładek



kształt wkładki i jej położenie muszą
być tak dobrane aby naprężenia
skurczowe krzepnącego i stygnącego
metalu zaciskały ją na odlewie,



grubość warstwy metalu
otaczającego wkładkę powinna
wynosić minimalnie od 2,0 – 2,5 mm

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

20

Odlew z wtopką

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

21

Gwinty i uzębienia



Odlewamy na gotowo tylko w
uzasadnionych technicznie i
ekonomiczne przypadkach,



Gwinty wewnętrzne odlewa się
tylko w uzasadnionych techniczne
wyjątkowych przypadkach.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

22

Minimalne wymiary odlewanych
gwintów

Rodzaj

stopu

Gwint zewnętrzny

Gwint wewnętrzny

Średnica,m
m

Skok, mm

Średnica,m
m

Skok, mm

Stopy Sn i
Pb

D  5

h  0,8

D  10

h  1,0

Stopy Zn

D 6

h  1,0

D  12

h  1,0

Stopy Al i
Mg

D  10

h  1,2

D  25

h  2,0

Stopy Cy

D  12

h  1,5

-

-

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

23

Minimalne wartości
modułu odlewanego koła
zębatego

Rodzaj stopu

Moduł , mm

Stop Zn,Sn i Pb

0,3

Stop Al i Mg

0,5

Stop Cu

1,5

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

24

Inne czynniki

uwzględniane przy

projektowaniu



Skurcz tworzywa odlewu,



naddatki na obróbkę,



tolerancje wymiarowe,



bazy obróbkowe

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

25

Dobór maszyny do

wykonywania odlewów



Ciśnienie prasowania,



Siła zwierania i prasowania,



zapotrzebowanie masy ciekłego
metalu na jeden wtrysk,



wymiary formy i płyt
montażowych.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

26

Dobór maszyny ze

względu na rodzaj stopu



Maszyny gorącokomorowe – stopy

niskotopliwe ( stopy Sn , Zn i Pb ) oraz

małe odlewy ze stopów Mg,



Zalety maszyn z gorącą komorą:

-

krótki i zautomatyzowany cykl pracy,

-

wyższa wydajność,

-

skrócony czas krzepnięcia układu

wlewowego,

-

zwiększony uzysk metalu.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

27

Dobór maszyny ze
względu na rodzaj stopu



Maszyny zimnokomorowe umożliwiają
wykonywanie odlewów z wszystkich
stopów ( Al, Mg, Cu i Zn ),



Powszechnie stosowane do stopów Al i
Cu ( mosiądz ) oraz do cienkich i
skomplikowanych odlewów ze stopów
Mg oraz odpowiedzialnych i
skomplikowanych odlewów o dużej
szczelności ( np. gaźnik ) ze stopów Zn.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

28

Dobór maszyny ze

względu na rodzaj stopu



Odlewy o średniej wielkości w
kształcie brył obrotowych lub
skrzynek korzystnie jest
wykonywać na maszynach z zimną
komorą ( pionowych ) z
zastosowaniem wlewu dyszowego.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

29

Ciśnienie prasowania i

średnica komory

prasowania



Ciśnienie jest wywierane na ciekły metal
w komorze prasowania,



Najwyższa wartość ciśnienia jest
osiągana w ostatniej fazie odlewania,



Ciśnienie dobiera się w zależności od
rodzaju stopu, wymaganej jakości
odlewu,



Zwiększenie ciśnienia prowadzi do
zmniejszenia porowatości odlewu

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

30

Zalecane wartości ciśnień

doprasowania

Wymagania stawiane
odlewom

Ciśnienie w zależności od rodzaj

stopu, MPa

Zn

Al i Mg

Cu
(mosiądze)

Ogólnego przeznaczenia

10-20

Do 40

30-40

Odlewy części maszyn

20-30

40-60

40-50

Odlewy szczelne odporne
na ciśnienie

25-40

80-100

80-100

Odlewy chromowane
galwanicznie

22-25

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

31

Podstawą doboru ciśnienia
i średnicy komory
prasującej



Patrz instrukcja załączona do
maszyny i załączone nomogramy.

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

32

Obliczenie średnicy
komory prasowania
( gorąca komora)





cm

M

M

V

V

V

V

d

d

d

d

d

k

,

600

55

)

100

3

,

0

3

(

/

56

,

0















Gdzie:

M=V

o

/F

o

– moduł odlewu , cm

V

d

– objętość odlewu z przelewami , cm

3

F

o

– Pole powierzchni oddawania ciepła do formy, cm

2

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

33

Zależność średnicy komory prasowania od

objętości i modułu odlewu

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

34

Zależność średnicy komory prasowania od

objętości i modułu odlewu ( dla dużych

odlewów )

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

35

Siła rozwierania



Siła rozwierania ( w funkcji ciśnienia

wtrysku)

R = p

f

F

Gdzie:
P- założone ciśnienie wywierane na ciekły metal w komorze

prasowania

P

f

=(0,75-0,85)p – ciśnienie ciekłego metalu we wnęce formy

F- rzut powierzchni odlewu ( odlewów ) na płaszczyznę

podziału formy

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

36

Siła zwierania



Wyznacza się z wzoru

Q=kR=kp

f

F

Gdzie:
k – współczynnik bezpieczeństwa
k=1,2-1,3

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

37

Siła prasowania ( wtrysku )



Siła prasowania ( wtrysku )

















4

2

d

k

p

P



Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

38

Bilans masy ciekłego
metalu

Objętość jednej porcji metalu :

V=V

o

+V

p

+V

u

+V

k

= V

d

+ V

u

+V

k

Przy czym

V

d

= V

o

+ V

p

V

p

= (0,2-0,33)V

o

V

k

=0,2d

k

( d

k2

/4)-obj.krążek

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

39

Bilans masy ciekłego
metalu

Gdzie:
V

o

– objętość odlewu,

V

p

– objętość przelewów,

V

u

– objętość układu wlewowego,

V

k

– objetość piętki ( krążka ),

d

k

- średnica komory

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

40

Zależności z praktyki

Dla V

d

>250 cm

3

V

c

/V

d

=2,0

Dla 250<V

d

<1000 cm

3

V

d

/V

c

=

1,5

Dla V

d

>1000 cm

3

V

c

/V

d

=1,25

Zakład Odlewnictwa ITMat. PP

41

Objętość komory
prasowania

Objętość komory prasowania

V

c

= k V

Gdzie:
k –współczynnik zapełnienia objętości komory

prasowania

K=0,75 – zimna pozioma komora,
K=0,95 – maszyny gorącokomorowe i z zimną

komorą pionowe