Imię Nazwisko Technologia wytwarzania Kier. Wychowanie - Techniczne Wydz. Matematyczno - Fizyczny Odlewanie metali i stopów

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem odlewania metali i stopów, oraz samodzielne wykonanie ćwiczenia.

2. Część teoretyczna.

Odlewnictwo jest jedną z technologii wytwarzania elementów maszyn. Zajmuje się wytwarzaniem wyrobów (odlewów) przez wypełnianie ciekłym metalem form, których kształt wewnętrzny jest odwzorowaniem kształtu odlewu.

Odlewnictwo jest obecnie jedną z podstawowych gałęzi przemysłu. Metodami odlewniczymi można wykonywać przedmioty o bardzo złożonym kształcie i o różnej wielkości.

Formy odlewnicze i materiały pomocnicze.

Formy odlewnicze dzieli się na formy wielokrotnego i jednorazowego użycia. Formy wielokrotnego użycia wykonuje się z metali odpornych na wysoką temperaturę odlewanego, roztopionego metalu. Noszą one nazwę form metalowych - kokili. Formy jednorazowego użycia wykonuje się przede wszystkim z mas formierskich. Podstawowymi składnikami mas formierskich są: piasek kwarcowy, glina i woda. Piasek kwarcowy charakteryzuje się dużą twardością i odpornością na wysokie temperatury. Glina używana do mas formierskich jest ogniotrwała, ponieważ głównym jej składnikiem jest kaolin.

Rdzenie wykonuje się z masy rdzeniowej. Sporządza się je z piasków kwarcowych z niewielkimi dodatkami gliny i materiałów wiążących. Ponieważ rdzenie w czasie wypełniania formy ciekłym metalem znajdują się w trudniejszych warunkach niż forma, więc masy rdzeniowe powinny odznaczać się lepszymi własnościami niż masy formierskie, a wiec muszą być bardziej wytrzymałe i odznaczać się większą ogniotrwałością. Ponadto masy te powinny być mało gazo twórcze, niehigroskopijne i łatwo dawać się usuwać z zakrzepniętego odlewu.

Formowanie

Formowanie jest procesem technologicznym, w wyniku którego powstaje forma odlewnicza. Formowanie może być wykonywane na mokro lub na sucho. Formowanie na sucho w rzeczywistości też odbywa się przy pewnej dość znacznej zawartości wilgoci w masie formierskiej. Różnica między formowaniem na mokro a formowaniem na sucho polega na tym, że w pierwszym przypadku roztopiony metal wlewa się do wilgotnej formy, a w drugim przypadku do formy uprzednio wysuszonej.

Rys. 1. Ręczna stalowa skrzynka formierska.

Formowanie w ziemi

Najprostszym sposobem formowania jest formowanie w ziemi. Rozróżnia się formowanie odkryte i zakryte. Formowanie odkryte wykonuje się wówczas, gdy powierzchnia odlewanego przedmiotu jest płaska. Wadą formowania odkrytego jest otrzymywanie odlewów, których górna powierzchnia jest chropowata i zanieczyszczona żużlem. Formowanie zakryte wykonuje się w jednej skrzynce formierskiej. Po osadzeniu modelu w podłożu i posypaniu powierzchni podziałowej piaskiem kwarcowym przykrywa się go skrzynką formierską i unieruchamia ja kołkami. W skrzynkach umieszcza się model wlewu i przelewu, nasypuje się do niej masę formierską i dokładnie ubija, po czym rozbiera się formę, wyjmuje model, ponownie składa się formę i zalewa metalem.

Stosuje się również inne rodzaje formowania: formowanie w skrzynkach. Formowanie na fałszywce, które stosuje się do modeli niedzielonych, których ustawienie na płycie formierskiej nie zapewnia właściwego położenia. Fałszywkę wykonuje się z masy formierskiej lub gipsu. Po uformowaniu modelu w dolnej skrzynce, odwróceniu skrzynek i usunięciu fałszywki formuje się skrzynkę górną. Formowanie z obieraniem stosuje się do modeli, których nie da się wyjąć ze skrzynki bez usunięcia części masy formierskiej.

Rys. Formowanie w skrzynkach formierskich: a) formowanie modelu w pierwszej skrzynce, b) ustawienie kołka wlewowego i przelewowego w drugiej skrzynce, c) gotowa forma do zalania.

Formowanie bezskrzynkowe, formy te wykonuje się na automatycznych prasach o dużych naciskach przez odpowiednio silne sprasowanie masy formierskiej. Tą metoda wykonuje się odlewy proste, symetryczne, o niewielkiej masie. Formowanie wzornikami stosuje się w produkcji jednostkowej dużych odlewów, mających przekrój na całej długości, dla których nie opłaca się wykonywać modeli ze względu na wysokie koszty. Formowanie maszynowe, w produkcji masowej formowanie ręczne jest nieopłacalne z uwagi na dużą pracochłonność i wysokie koszty. Proces wykonania form przyśpiesza formowanie maszynowe, które zapewnia wysoką jakość i dużą dokładność odtwarzanych kształtów odlewu oraz obniża koszty wytwarzania. Formowanie skorupowe stosuje się w przypadkach gdy wymiary odlewu powinny być bardzo dokładne, a ich powierzchnia bardzo gładka. W metodzie tej stosuje się płyty modelowe wykonane z żeliwa lub stali węglowej.

Rdzenie.

Rdzenie służą do odtwarzania wewnętrznych kształtów przedmiotu odlewanego. Wykonuje się je w skrzynkach rdzeniowych - rdzennicach - za pomocą wzorników lub maszynowo. W rdzeniu rozróżnia się rdzeń właściwy i rdzenniki. Rdzenniki umożliwiają osadzenie rdzeni w formie w gniazdach rdzennikowych oraz odgazowanie rdzeni podczas procesu odlewania. Rdzennice wykonuje się z drewna: lipy, olch, brzozy.

Modele.

Model odtwarza kształty odlewanego przedmiotu oraz kształty elementów pomocniczych, umożliwiających odlanie przedmiotu. Modele najczęściej wykonuje się z drewna lub metalu, rzadziej z gipsu, cementu lub wosku. Aby zapobiec paczeniu się modeli, nie wykonuje ich się z drewna jednolitego, lecz skleja w ten sposób, że włókna sąsiednich kawałków są do siebie prostopadłe. Modele mogą być niedzielone lub dzielone, zależnie od kształtu odlewu i sposobu formowania. Modele musza mieć wymiary większe od wymiarów odlewu o wartość skurczu. Skurcz żeliwa wynosi 1,04%, staliwa 1,82 ÷ 2,0%, aluminium 1,82%, cynku 1,6%, brązu 1,3 ÷ 1,54%, ołowiu 1,09%.

Układ wlewowy.

Zbiornik wlewowy ułatwia doprowadzenie ciekłego metalu do formy i zapobiega częściowo przedostawaniu się żużla do wlewu głównego. Podczas zalewania zbiornik wlewowy powinien być całkowicie wypełniony metalem. Wlew główny doprowadza metal w formie do poziomu odlewu. Belka wlewowa służy do odżużlania metalu. Wlewy doprowadzające połączone z dolną częścią belki wlewowej kierują metal do formy. Zanieczyszczenia żużlowe zbierają się w górnej części belki wlewowej, a do formy spływa czysty metal.

Odlewanie

Żeliwo topi się w żeliwiakach. Przed odlewaniem żeliwo odsiarcza się przez dodanie węglanu sodu, odtlenia się przez dodanie żelazo-krzemu lub modyfikuje przez dodanie węgla i krzemu. Metale nieżelazne topi się w piecach tyglowych, płomieniowych, a obecnie najczęściej w elektrycznych.

Do zalewania form stosuje się różne kadzie odlewnicze. Ręczną łyżkę odlewniczą przenosi jeden pracownik, kadź ręczną umieszczoną na widełkach przenosi dwóch lub czterech pracowników. Większe kadzie przenosi się za pomocą suwnic. Podczas zalewania metalu należy zwracać uwagę, żeby do form nie dostał się żużel. Zalewanie form wymaga szczególnej ostrożności. Robotnicy muszą pracować w ogniotrwałej odzieży ochronnej.

Czyszczenie odlewów

Po zalaniu form odlewniczych i zakrzepnięciu odlewów wybija się je z form, usuwa z nich rdzenie, odcina układy wlewowe i nadlewy, i oczyszcza z masy formierskiej.

Wady odlewów

Do najbardziej typowych wad odlewniczych zalicza się:

Pęcherze gazowe, tzn. pęcherzyki gazów, które nie zdołały się wydostać z odlewu.

Jamy skurczowe, powstające w miejscach krzepnących najpóźniej. Zapobiega się im wykonując w zagrożonych miejscach nadlewy, które po wykonaniu odlewu obcina się.

Zaprószenia i zażużlenia, powstające wskutek dostania się do odlewanego metalu masy formierskiej z formy lub żużla z kadzi odlewniczej.

Pęknięcia na gorąco i na zimno. Pierwsze spowodowane są nadmiernym skurczem lub nierównomiernym stygnięciem odlewu, a drugie - nieuważnym postępowaniem w czasie czyszczenia i wybijania odlewów.

Niedolewy. Przyczynami mogą być: zbyt niska temperatura metalu, niedostateczna lejność, a także zanieczyszczenie formy i zatkanie kanału wlewowego lub nieprawidłowe wykonanie układu wlewowego formy.

Przesadzanie, będące wynikiem nieprawidłowego ustawienia skrzynek formierskich - przesunięcia się skrzynek względem siebie lub przesunięcia rdzeni.

Wypchniecie i guzy, powstające w przypadku nierównomiernego ubicia masy formierskiej.

3. Część praktyczna.

Celem części praktycznej było odlewnie metali i stopów, w naszym przypadku odlanie lago Uniwersytetu Szczecińskiego z aluminium. Do odlania użyto formy wielokrotnego użycia wykonaną z metalu odpornego na wysoką temperaturę odlewanego, roztopionego metalu. Nosi ona nazwę formy metalowej - kokili.

4. Wnioski

Ćwiczenie zostało wykonane poprawnie. Jednakże można było zaobserwować w odlanym przedmiocie typowe wady odlewnicze, takie jak: Pęcherze gazowe, tzn. pęcherzyki gazów, które nie zdołały się wydostać z odlewu. Jamy skurczowe, powstające w miejscach krzepnących najpóźniej. Zażużlenia, powstające wskutek dostania się do odlewanego metalu żużla z kadzi odlewniczej. Niedolewy, których przyczynami mogą być: zbyt niska temperatura metalu, niedostateczna lejność, a także zanieczyszczenie formy i zatkanie kanału wlewowego lub nieprawidłowe wykonanie układu wlewowego formy.

---