Podział form odlewniczych
1.Nietrwała (jednorazowa): piaskowa
2.Półtrwała
3.Trwała (metalowa)
Forma nietrwała - forma, którą należy zniszczyć po odlaniu
Forma półtrwała - można wykonać kilka odlewów, odlew bardzo prosty, np. walca
Forma trwała - można wykonać do kilku tysięcy odlewów
Budowa formy odlewniczej
1.Górna i dolna skrzynka formierska
2.Wnęka formy
3.Układ wlewowy: WG - wlew główny, ZW - zbiornik wlewowy,
BŻ - belka żużlowa, WD - wlew doprowadzający
4.Przelew (kanał pionowy)
5.Q - ciężarki (dociskają górną skrzynkę do dolnej)
6.Otwory odpowietrzające (zwiększają przepuszczalność gazów)
Zadania układu wlewowego
1.Doprowadzenie ciekłego metalu do wnęki formy z odpowiednią prędkością bez zasysania powietrza
2.Wywołanie odpowiedniego pola temp. (wywołanie odpowiedniego rozkładu temp. w odlewie)
3.Wychwycenie zanieczyszczeń głównie niemetalicznych (wymurówka pieca i kadzi)
Zadania przelewu
1.Sygnalizacja całego wypełnienia ciekłym metalem
2.Usuwanie zanieczyszczeń gazowych i lżejszych od metalu (tlenki metali i wymurówka pieca i kadzi)
Zespół modelowy
1.Model zasadniczy
2.Model układu wlewowego
3.Rdzennica
4.Wzorniki (przymiary)
Rysunek surowego modelu zawiera
1.Klasa dokładności: I - VII, chropowatość powierzchni: C10, C20, C160, C320
2.Powierzchnia podziału i położenie odlewu w formie:
-oznaczenie
-powierzchnia podziału umożliwia wyjęcie modelu z formy
-powierzchni podziału powinno być jak najmniej (zlewka, przestawienie)
-odpowiedzialne części odlewu umieszczać w jednej skrzynce formy, najlepiej w dolnej
3.Naddatki na obróbkę skrawaniem
4.Naddatki technologiczne
-pochylenia odlewnicze
-wypełnienia małych otworów
-ukształtowanie połączeń ścianek
-żebra skurczowe
5.Bazy obróbkowe
6.Układ wlewowy i zasilający
7.Skurcz, tworzywo
Układ wlewowy
FWD = Q / 1,1 ⋅ S ⋅ K [cm2] (dla żeliwa)
K = Q / V
Q - masa odlewu
S - współczynnik zależny od g
K - ciężarowa szybkość zalewania formy
FWD : FBŻ : FWG = 1 : 1,2 : 1,4
Skurcz
żeliwo szare - 1%
staliwo - 1,5-2,5%
metale nieżelazne - 1-2%
Proces technologiczny wykonania odlewu w formie piaskowej
1.Projekt
-rysunek surowego odlewu
-rysunek koncepcji odlewania
2.Wykonanie zestawu modelowego
-model zasadniczy
-modele układu wlewowego
-rdzennice
3.Przygotowanie masy formierskiej
-osnowa
-spoiwo (lepiszcze)
-utwardzacz
-dodatki specjalne
4.Wykonanie formy - proces formowania
Formowanie
-ręczne
-maszynowe
-na automatycznych liniach formierskich
5.Przygotowanie formy do zalewania ciekłym metalem
-włożenie rdzeni do wnęki formy (gniazda rdzeniowe)
-złożenie formy
-dociśnięcie górnej skrzynki
6.Przygotowanie ciekłego metalu - proces metalurgiczny
7.Zalanie formy
-Tzal > TL
8.Wybicie odlewu z formy
9.Oczyszczenie odlewu i kontrola jakości
Oczyszczenie odlewu polega na
1.Oczyszczenie resztek
2.Odcięcie układu wlewowego
3.Przeprowadza się kontrolę jakości
Zjawiska fizyczne w procesie krzepnięcia odlewów w formie
1.Proces krystalizacji
2.Proces krzepnięcia
3.Zjawisko skurczu (skurcz odlewniczy)
Krystalizacja
Proces przejścia tworzywa metalowego ze stanu ciekłego w stan stały z rozważaniem struktury krystalicznej odlewu.
Krystalizacja to:
-zarodkowanie: heterogeniczne i homogeniczne
-wzrost kryształów
Wzrost kryształów - jeżeli zarodek przekroczy wymiar krytyczny.
Formy (kształt) kryształów
1.Słupkowe (kolumnowe)
-przy krzepnięciu czystych metali: Al, Cu, Zn
2.Dendryty
-przy stopach metali przy wolniejszym odprowadzaniu ciepła niż przy słupkowych
3.Równoosiowe
Krzepnięcie
Proces tworzenia odlewu w formie z rozważaniem przepływu ciepła
Krzepnięcie warstwowe
-szybkie odprowadzanie ciepła
ΔTK << δ1T
ΔTK - zakres temp. krzepnięcia (TL - TS)
δ1T - różnica temp. na przekroju poprzecznym odlewu (TL - TP)
-wolne odprowadzanie ciepła
ΔTK >> δ1T
Zjawiska skurczowe
εV = αV ⋅ (T0 - T1) -skurcz objętościowy
εL = αL ⋅ (T0 - T1) -skurcz liniowy
αV = 3αL
εVC = αVC ⋅ (TZAL - TLIKWIDUS)
εVK = αVK ⋅ (TLIKWIDUS - TSOLIDUS) -największy udział, decyduje o wielu wadach
εVS = αVS ⋅ (TSOLIDUS - TOTOCZENIA)
εV = εVC + εVK + εVS -wypadkowy skurcz objętościowy
Rodzaje skurczów
1.Swobodny: pustki (jamy skurczowe, mikrorzadzizny, makrorzadzizny)
2.Hamowany: naprężenia, odkształcenia, pęknięcia
Objętość jamy skurczowej zależy od
1.Tzal (temp. zalewania)
2.Szybkość zalewania (wpływa na rozkład temperatur)
3.ΔTK
4.Mechanizm krystalizacji
-egzogeniczne
-endogeniczny
Sposoby hamowania skurczów
1.Ze swobodnym skurczem
2.Z mechanicznym hamowaniem skurczu
3.Z cieplnym hamowaniem skurczu
4.Z mechanicznym i cieplnym hamowaniem skurczu
Węzeł cieplny
Połączenia ścianek lub miejscowe zgrubienie w odlewie nazywamy węzłem cieplnym. Krzepnie on w odlewie jako ostatni i w nim powstają najczęściej jamy skurczowe, mikrorzadzizny i makrorzadzizny. Wyróżniamy węzły cieplne typu: L, V, T, Y, X, Z
Metody określania węzła cieplnego w odlewie
1.Metoda kół wpisanych
DW > D1 o co najmniej 20%
2.Metoda izoterm - izosolidusów
t3 > t2 > t1
3.Metoda symulacji komputerowej
4.Metoda modułów (praktyczna)
M0 = V0 / Fstyg (objętość / powierzchnia stygnięcia)
Dwa rodzaje krzepnięcia, żeby wyeliminować wady związane
z węzłami cieplnymi
1.Dobór takiego kształtu odlewu, aby proces przebiegał objętościowo
2.Taki dobór kształtu odlewu, aby krzepnięcie przebiegało kierunkowo
Krzepnięcie objętościowe
Realizujemy w odlewach o mało zróżnicowanych grubościach ścianek, walcowych stopów metali o małym skurczu w zakresie temperatur krzepnięcia. Sposób ten realizowany jest najczęściej w odlewach cienkościennych. Ten sposób krzepnięcia nazywany jest też krzepnięciem jednoczesnym, czas krzepnięcia węzła będzie taki sam jak ścianki.
Krzepnięcie kierunkowe
Występuje, gdy odlew będzie miał różną grubość ścianki (najpierw krzepną części najcieńsze, a później grubsze). Na najgrubszym elemencie stosuje się nadlew.
Nadlew
Jest to naddatek technologiczny, którego zadaniem jest przeniesienie jamy skurczowej z odlewu do tegoż nadlewu.
Moduł nadlewu
Mn = (1,2 - 1,3) ⋅ Mo
Mn - moduł nadlewu
Mo - moduł odlewu
Sposoby usuwania wad
1.Konstrukcyjny
2.Stosowanie nadlewów (krzepnięcie kierunkowe)
3.Stosowanie ochładzalników
Ochładzalniki
Są to naddatki technologiczne, zadaniem których jest przyspieszenie procesu krzepnięcia w węźle cieplnym i usunięcie tym samym jamy skurczowej
Podział
-ochładzalniki wewnętrzne
-ochładzalniki zewnętrzne
Ochładzalniki są wykonywane z takiego samego stopu jak odlew. Ochładzalniki są metalowe, muszą być pokryte izolacyjnym pokryciem, które przeciwdziała stopieniu ochładzalnika przy odlewie.
Sposoby obniżania objętości nadlewu
1.Stosowanie ochładzalników wraz z nadlewami (do 30%)
2.Stosowanie otulin egzotermicznych
3.Stosowanie otulin termicznych
4.Stosowanie zasypek egzotermicznych
5.Stosowanie podgrzewania prądowego ciekłego metalu
6.Stosowanie zalewania przez nadlew
Zasięg działania nadlewu
Zasięg działania nadlewu w ściance poziomej wynosi 2 grubości ścianki
Odlewanie do form trwałych
1.Grawitacyjne - kokilowe
2.Odśrodkowe - i pod ciśnieniem odśrodkowe
3.Ciśnieniowe
-niskociśnieniowe 0,03-0,07MPa
-średniociśnieniowe do 20MPa
-wysokociśnieniowe do 350MPa
4.Ciągłe, półciągłe
O zastosowaniu odlewania kokilowego decydują
1.Wielkość serii
2.Masa, kształt odlewu
3.Właściwości odlewnicze stopu
4.Wymagana struktura
Zalety odlewania kokilowego
1.Większa dokładność wymiarowa i gładkość powierzchni
RZ = 20-80μm
2.2-3-krotne zmniejszenie naddatków na obróbkę
3.Bardziej drobnoziarnista struktura
4.Wzrost własności wytrzymałościowych 15-30%
Wady odlewania kokilowego
1.Grubość ścianki odlewu >2mm
2.Ograniczony kształt
3.Niejednorodna struktura na przekroju
Gładkość powierzchni
RZ: kokilowe 20-80μm
ciśnieniowe >1μm
piaskowe 80-320μm
Proces technologiczny zalewania kokili (formy metalowej)
1.Podgrzanie kokili (ok.300°C)
2.Nałożenie pokrycia ceramicznego (ochronnego)
3.Wlanie metalu
4.Krzepnięcie i stygnięcie odlewu
5.Usunięcie odlewu z kokili
Zadania pokrycia ceramicznego
1.Spowolnienie szybkości odprowadzania ciepła przez kokilę
2.Zabezpieczenie powierzchni kokili przed chemicznym oddziaływaniem ciekłego metale
Odlewanie ciśnieniowe
Do formy metalowej ciekły metal wprowadzany jest pod ciśnieniem większym od atmosferycznego
Zalety odlewania ciśnieniowego
1.Duża wydajność (500 zalań / godzinę)
2.Bardzo dobre odwzorowanie kształtu
3.Duży uzysk - mały układ wlewowy
4.Cienkie ścianki <1mm, naddatki 0,3-0,5 mm
Wady odlewania ciśnieniowego
1.Kształt i wielkość odlewu, masa
2.Drogie maszyny
3.Min. 3000-4000 odlewów / formę
4.Drogie formy
Zalety odlewania niskociśnieniowego
1.Większy uzysk o 90%
2.Większe Rm
3.Lepsze odwzorowanie kształtu
4.Możliwość stosowania rdzeni
5.Niskie koszty oprzyrządowania w porównaniu z wysokociśnieniowym
Maszyny ciśnieniowe
1.Z gorącą komorą
2.Z zimną komorą
Odlewanie odśrodkowe dzielimy na
1.Odlewanie do form z poziomą osią wirowania
2.Odlewanie do form z pionową osią wirowania
3.Pod ciśnieniem odśrodkowym
Cechy odlewania odśrodkowego
1.Wzrost własności wytrzymałościowych do 60%
2.Ograniczenie zagazowania odlewu
3.Duży uzysk (eliminacja układu wlewowego)
4.Brak rdzeni
5.Naddatki na obróbkę są mniejsze
Odlewanie ciągłe
1.Poziome (stosowany przy stopach metali nieżelaznych)
2.Pionowe (stal)
Stopy odlewnicze
W '94 roku w produkcji światowej odlewów:
-żeliwo szare 59%
-żeliwo sferoidalne 17%
-żeliwo ciągliwe 3%
-stopy Zn 2%
-stopy Cu 2%
-stopy Al 8%
-staliwo 9%
-stopy Mg <1%
Właściwości odlewnicze żeliwa
1.Lejność (spirala lejności)
2.Skłonność do grafityzacji (próba klinowa)
3.Skurcz odlewniczy
4.Skłonność do tworzenia jam skurczowych i porowatości
5.Skłonność do powstawania naprężeń (próba prętowa)
6.Wrażliwość na grubość ścianki (próba schodkowa)
Próba prętowa
δr = (Fm / Fc) ⋅ Rm
Fm - część przekroju „zerwanego”
Żeliwo
Stop żelaza ( Fe ) z węglem ( C ) oraz krzemem ( Si ), manganem
( Mn ), fosforem ( P ) i siarką ( S ).
W PN oznacza się, np.:
-żeliwo szare: Zl.10, Zl.15
-żeliwo ciągliwe: białe ZcB3504, czarne ZcC3006, perlityczne ZcP4507
-żeliwo sferoidalne: perlityczne ZsP45, ferrytyczne ZsF05
-żeliwo stopowe: krzemowe ZlSi5, chromowe ZlCr0,3
Żeliwo sferoidalne
Jest to żeliwo szare, w którym grafit już podczas krzepnięcia przyjmuje już postać kulistą wskutek modyfikacji stopem magnezu z niklem lub magnezu z miedzią. Żeliwo szare zawiera powyżej 2% C oraz inne domieszki i zanieczyszczenia. W zależności od struktury podłoża, w którym znajdują się kulki grafitu rozróżnia się: ferrytyczne i perlityczne.
Stopień nasycenia eutektycznego żeliwa
Sc = Cc / Ceut
Cc - całkowita zawartość węgla w żeliwie
Podział
-pod eutektyczne Sc<1
-eutektyczne Sc=1
-nad eutektyczne Sc>1
Podział żeliwa
1.Żeliwo białe C→Fe3C
2.Żeliwo połowiczne C→grafit+Fe3C
3.Żeliwo szare C→grafit
4.Żeliwo wermikularne (grafit krętkowy)
5.Żeliwo sferoidalne (grafit kulkowy)
6.Żeliwo ciągliwe (węgiel żarzenia)
Grafityzatory, stabilizatory, antygrafityzatory
1.Grafityzatory - sprzyjają wydzielaniu Cgr (Al, Cu, Si, Ti, C, Ni)
2.Stabilizatory - stabilizują strukturę (Nb)
3.Antygrafityzatory - przeciwdziałają grafityzacji (W, Mn, Mo, Cr,V, S, Mg, Ca)
Staliwo
Stop żelaza ( Fe ) z węglem ( C ) nie przerobiony plastycznie z zawartością C = 0,1-0,6%
Brąz
Stop miedzi ( Cu ) z cyną ( Sn )
Mosiądz
Stop miedzi ( Cu ) z cynkiem ( Zn )
Silumin
Stop aluminium ( Al ) z krzemem ( Si )