2. Metody wykonywania form odlewniczych i masy formierskie
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)
PODZIAA
MATERIAA
ÓW 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
MATERIAA
Y WI
Å»
CE:
" 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
PRZYGOTOWANIE 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
CZ
ÅšCI ZASIALAJ
CE ODLEW CIEKA
YM METALEM:
" zasilacz
" przelewy- pozwalają na swobodne wypełnianie formy
" nadlewy
SKRZYNKI:
" okrągłe
" prostokÄ…tne
Cechy charakterystyczne modelu i rdzenia
Model:
- stabilnośc ksztaltu i wymiarów
- wysoka gładkośc
- odpornośc na chemiczne i erozyjne działanie formy
- uwzględnione naddatki na skurcz i obróbkę skrawaniem
Rdzeń:
- wysoka wytrzymałośc (wyższa niż formy)
- ogniotrwałośc
- wybijalnośc
- min. gazotwórczośc
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 zaokrÄ…glenia,
-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
3. Specjalne metody formowania - metoda wytapianych modeli
Materiały na matryce:
-metale i stopy
-żywice epoksydowe i akrylowe chemo- termo- i swiatloutwardzalne
-kałczuki silikonowe
-elastomery poliurytanowe
-polichlorki winylu
Co możemy odlewać metodą wytapianych modeli
1)odlewy przemysłowe: części np. frezy, narzędzia chirurgiczne,
endoprotezy (stawu biodrowego), czcionka w maszynie do pisania,
zamki kombinowane
2)odlewy artystyczne - wszelkiego rodzaju nagrody
3)odlewy jubilerskie
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
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
cynÄ…);
-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., CZYNNOÅšCI 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. miÄ™kniÄ™cia 40-50°, niska temp.
topnienia 60-100°, maÅ‚a 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 masÄ… pÅ‚ynna, 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.
sowÄ™.
JAK WYKONUJEMY FORME: " naniesienie powłoki " po odczekaniu
aż nadmiar masy spłynie obsypanie drobnoziarnistym piaskiem
kwarcowym " suszenie w temp 20°C , od 4-6h ; Powyższe czynnoÅ›ci
powtarzamy przynajmniej 6 razy. Masa formierska to mÄ…czka
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.
4. Badania struktury żeliwa
1. Wymienić
Pierwiastki grafityzujÄ…ce: Al, C, Si, Ti, Ni, Cu, P, Co, Zr
Pierwiastki węglikotwórcze: B, Te, Ce, Mg, S, V, Cr, Mo, Mn, W
* na 2 termin większe info o nich
2. Kształty grafitu? (bez numeracji) schematy ?
6.Narysuj i opisz żeliwo sferoidalne w osnowie ferrytyczno-perlit.
Dzięki kulistej postaci grafitu, żeliwa sferoidalne mają znacznie lepsze
własności mechaniczne i z powodzeniem zastępują nie tylko staliwo
lecz również niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza się z nich takie
części silników samochodowych jak wały korbowe, rozrządu, cylindry i
pierścienie tło-kowe. W budowie obrabiarek żeliwo sferoidalne
wykorzystuje się na koła zębate, wrzeciona, kor-pusy itd.
Sferoidyzacja powoduje zmniejszenie zdolności żeliwa szarego do
tłumienia drgań. Aby za-chować dobre własności wytrzymałościowe i
jednocześnie nie stracić zdolności do tłumienia drgań opracowano
żeliwa wermikularne w których grafit przyjmuje kształt pośredni,
krętkowy, zwichro-wany,
gwiaz
dzisty.
Jeszcze ode mnie:
- nie ma karbów grafitu
- gorzej tłumi drgania
- dobre własności
- żeliwo ADI
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
naŹdaje przełomowi zabarwienie szare, stąd nazwa żeliwo szare.
Natomiast jeśli węgiel zawarty w żeliwie występuje w postaci
cementytu (Fe3C), to żeliwo takie ma przełom biały i jest nazywane
żeliwem białym.
Żeliwo szare wykazuje dobre własności odlewnicze, maty skurcz
(1%), dobrą obrabialność: jest najtańszym stopem odlewniczym. 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 cienkościenŹnych 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 obŹrębie jednego odlewu na skutek
różnicy 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), a nie w postaci płatków jak w przypadku żeliwa
szarego. Dzięki temu, żeliwo sferoidalne wykazuje wysokie
własŹności mechaniczne, odporność na ścieranie oraz plastyczność
(żeliwo szare nie jest plastyczne). Dlatego niektóre odlewy, które
dotychczas musiały być odlewane ze staIiwa wykonuje się z żeliwa
sferoidalnego. Zależnie od rodzaju struktury rozróżnia się żeliwo
sferoidalne perlityczne i żeliwo sferoidalne ferrytyczne.
Żeliwo białe nie zawiera grafitu, lecz cały węgiel w nim zawarty
występuje w postaci cementytu (FesC). Ma ono przełom biały, jest
twarde, kruche, odporne na ścieranie i trudnoobrabialne. Dlatego nie
znalazło ono szerszego zastosowania w przeŹmyśle, z wyjątkiem
odlewów przeznaczonych na żeliwo ciągliwe.
Żeliwo zabielone (utwardzone) znalazło natomiast szersze
zastosowanie. Odlewy wyŹkonane z tego żeliwa mają zewnętrzną
warstwę lub określone miejsce zabielone (utwarŹdzone), 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 odpowiedŹnich
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 biaÅ‚ego 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: biale, czarne, perlityczne
6. Symulacja komputerowa procesu krzepnięcia odlewów
1. Prawo Fouriera
mówi, że gęstość przewodzonego strumienia ciepła jest wprost
proporcjonalna do gradientu temperatury
q = -lð*gradT
q - jednostkowy strumień ciepła [W/m2]
lð- współczynnik przewodzenia ciepÅ‚a [W/mK]
gradT  gradient temperatury
2. Dyskretyzacja obszaru (MESHING)
I etapem konstrukcji modelu numerycznego jest dysktetyzacja
obszaru odlewu i formy. Wyróżnione podziałem siatkowym punkty
tworzą dyskretny zbiór, w którym na różne sposoby poszukuje się
czasoprzestrzennych pól temperatury.
MES - metoda elementów 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).
3. Krzywe stygnięcia (eutektyki i stopu)
4. Wymienić programy do symulacji komputerowej odlewów
MAGMA, NOVAFLOW, PAM-CAST, PROCAST, SIMTEC, VULCAN