Odlewnictwo
Klasyfikacja wykonywania odlewów
Odlewanie w gruncie
Odlewanie w formach piaskowych w skrzynkach
Zasady wyboru powierzchni podziału formy
Modele i rdzennice
Klasyfikacja maszyn formierskich z punktu widzenia zagęszczania masy formierskiej
Klasyfikacja maszyn formierskich z punktu widzenia usuwania modelu z formy
Formowanie w rdzeniach
Układy wlewowe dla odlewów żeliwnych
Obliczanie układy wlewowego dla odlewów żeliwnych
Rodzaje mas formierskich
Materiały formierskie
Formowanie skorupowe
Formowanie metoda wytapianych modeli
Odlewanie kokilowe
Odlewanie pod niskim ciśnieniem
Odlewanie pod ciśnieniem
Odlewanie odśrodkowe
Rodzaje żeliwa
Rodzaje stopów nieżelaznych
Rodzaje pieców odlewniczych
Zasada działania żeliwiaka
Piece elektryczne
Wady odlewnicze - klasyfikacja
Urządzenia do zalewania form metalem
Urządzenia do wybijania odlewów z form
Oczyszczanie odlewów
Technologiczność konstrukcji odlewów
Wiadomości wstępne
Odlewami nazwano przedmioty powstające przez wlewanie materiału w stanie ciekłym do specjalnie przygotowanych form w których następowało zestalanie materiału. Zestalony materiał, a właściwie odlew o określonych kształtach jest z uprzednio przygotowanej formy usuwany. Forma ta w zależności od technologii przygotowania ulega zniszczeniu - forma jednorazowego użytku, lub służy do kilku odlewów - forma trwała. Odlew odtwarza w sobie kształty, które posiadała wnęka formy , z tym, że zagłębienia w formie odpowiadają wypukłościom w odlewie. Odlew może być pełny, lub mieć otwory; wtedy w firmie umieszczamy tzw. rdzenie. Rdzenie te mogą odtwarzać kształty otworów. Z podanej definicji odlewu bezpośrednio wynikają własności, jakie musu mieć tworzywo służące do wykonywania odlewów. Musi posiadać możliwość przeprowadzania go w stan ciekły lub półciekły, lub własności powtórnego zestalenia, co pozwala na odtworzenie kształtów formy. W związku z tym na odlewy można używać materiały pozwalające się stopić, a więc metale i stopy, bazalt, piasek (szkło), niektóre masy plastyczne (termoplastyczne). Mogą to być także mieszaniny proszków materiałów mieszanych z wodą lub inną cieczą; np. cement lub gips, które zestalają się po odlaniu do form.
Wykonywanie odlewów jest znane od czasów bardzo dawnych i można powiedzieć, że jest to technologia należąca do najstarszych. Nie można określić, kiedy wykonano pierwszy odlew. Przypuszcza się, że wykonano go w Mezopotamii między 4500 a 3500 r. p. n. e. Odlewy wykonywano z czystej miedzi. Wykonywanie tych odlewów jest więc wcześniejsze, niż ludzkość znała wytapianie metalu z rud. Oznacza to, że odlewnictwo jest wcześniejsze, niż hutnictwo. Za najdawniejszy okaz odlewu z miedzi uchodzi figurka żaby. Datowana jest ona na ok. 3200 lat p. n e. Szczególny rozwój odlewnictwa naturalnie jako rzemiosła miał miejsce w starożytnym Rzymie i Grecji. Do znanych eksponatów odlewów należy odlew Ateny z Lenos - dzieło Fidiasza - odlew wykonany z brązu.
Najsłynniejszym odlewem w starożytności był słynny posąg Heliosa z wyspy Rodos. Było to dzieło Haresa, który był uczniem Lizypa. Posąg ten miał 30 m wysokości i masę 360 ton. Ten kolos rodyjski był zaliczany do siedmiu cudów starożytnego swata. Nie doczekał on jednak dzisiejszych czasów i nie wiadomo, jak go odlano. Prace przy wzniesieniu tego kolosa trwały12 lat i powstał od ok. 293 roku pne.
W środkowej europie wiadomo, że odlewanie brązu prasłowianie znali już 2000 lat p. n e. Odlewnictwo zaczęło się ponownie odradzać w XXII w. I najstarsze okazy pochodzą z tego okresu. Na szeroką skalę odlewnictwo w Polsce rozwinęło się w wieku XXIII - XIV. Rzemieślników, którzy wykonywali odlewy ze stopów lekkich nazywano konwisarzami, natomiast mistrzów, który wykonywali odlewy większe z brązu, mosiądzu, spiżu (stop miedzi, cyny i cynku) nazywano ludwisarzami.
Do największych osiągnięć polskiego odlewnictwa należy dzwon „Zygmunt” z 1528 r posiadający masę 8t. Został odlany ze zdobytych armat. Największy dzwon na świecie został wykonany w 1657 r w Moskwie, ważył 200 t i został nazwany „dzwon kałakow”. Dzwon ten nigdy nie dzwonił, ponieważ przy pożarze pękł w formie.
W miarę upływu czasu zapotrzebowanie na odlewy wzrosło. Do powszechnie znanych odlewów należą lane grzejniki ,korpusy maszyn, a także wanny, zlewozmywaki, armatura gazowa i wodna. Z punktu widzenia budowy maszyn największe zapotrzebowanie mają odlewy z metali. Gałąź produkcji zajmującą się produkcją odlewów nazywamy odlewnictwem.
Wykonywanie części maszyn metodą odlewania jest jedną z najczęstszych technologii w budowie maszyn (taniość). Metodą odlewania można wykonywać małe przedmioty rzędu kilku gramów do kilkutonowych o kształtach prostych lub złożonych. Następną cechą odlewania jest to, że nadaje się do produkcji jednostkowej i do seryjnej. Koszt odlewów jest na ogół mniejszy, niż podobnych przedmiotów wykonywa nich inną technologią. Odlewnictwo nie jest jedyną metodą pozwalająca uzyskać odpowiednie kształty. Istnieją inne metody: obróbka plastyczna materiałów stałych na zimno lub gorąco. Do innych technologii należy spawanie, spiekanie proszków, obróbka skrawaniem.
Jeżeli chodzi o obróbkę plastyczną na gorąco, to można ta metodą otrzymywać materiały profilowe; rury, teowniki, grubsze blach i odkuwki, jednakże materiałem wyjściowym do tych wyrobów są także odlewy.
Dla obróbki plastycznej na zimno materiałami wyjściowymi są produkty, półfabrykaty otrzymywane po obróbce plastycznej na gorąco. Własności wytrzymałościowe materiałów po obróbce plastycznej są lepsze, niż odlewów, ponieważ zgniot, jakiego doznają te materiały w obróbce plastycznej wpływa dodatnio na te właściwości. Metody obróbki plastycznej mogą być stosowane tylko dla tych materiałów, które charakteryzują się ciągliwością (plastycznością). Wiele kruchych stopów (np. żeliwo) nie posiada własności plastycznych.
Przedmioty otrzymywane spawaniem elektrycznym i gazowym powstają w technologii montażowej z części obrobionych plastycznie (np. blachy) czy z odlewów, bo spawanie pozwala na łączenie tych materiałów. W konstrukcjach spawanych mogą występować jednocześnie odlewy i części obrabiane plastycznie. Zaletą technologii spawania jest możliwość otrzymywania dużych konstrukcji (mosty, wieże) których otrzymanie innymi metodami nie jest możliwe.
Wykonywanie materiałów z proszków. Są to tzw. spieki wykonywane pod wysokimi ciśnieniami i w wysokich temperaturach. Metoda ta w stosunku do odlewnictwa i obróbki plastycznej ma ta zaletę, że pozwala otrzymywać wyroby o specyficznych własnościach i wykonuje się je z takich materiałów, których nie można odlać. W skład tych proszków mogą wchodzić dodatki niemetaliczne, co pozwala uzyskać specyficzne własności materiałów (płytki narzędzi skrawających, styki elektryczne. Z mieszanin proszków z grafitem mogą być wykonywane tuleje łożysk, spieki porowate, filtry. Wyroby te nie mają dużych wymiarów.
Obróbka skrawaniem jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych technologii. Każdy inny przedmiot podlega wykańczającej obróbce skrawaniem. Zaletami są możliwość uzyskania dużych dokładności i małych chropowatości.
Dążeniem technologów jest możliwe wyeliminowanie obróbki skrawaniem. Przy skrawaniu występuje czasochłonność, kosztowne narzędzia i obrabiarki , a ponadto produkuje się dużą ilość odpadów.
1. Klasyfikacja wykonywania odlewów
Dla każdego odlewu potrzebna jest odpowiednia forma odlewnicza, do której wlewa się metal. Po zakrzepnięciu i ostygnięciu metalu przedmiot usuwa się z formy. Następnie po wyczyszczeniu i wykończeniu jest wysyłany z odlewni jako półfabrykat, bądź jako gotowy przedmiot. Wytwarzanie odlewów, niezależnie od metody i rodzaju tworzywa dzieli się na trzy główne etapy:
wykonanie formy odlewniczej i rdzeni
przygotowanie ciekłego metalu i wypełnienie nim formy odlewniczej
wybijanie lub usuwanie odlewu z formy, wybijanie rdzeni, oddzielnie układu wlewowego, oczyszczanie i wykańczanie odlewu.
Jest wiele sposobów wykonywania odlewów, ale różnica pomiędzy nimi polega głównie na sposobie wykonywania form. Klasyfikacja wykonywania odlewów sprowadza się do klasyfikacji wykonywania form
Metody odlewania podzielone są na dwie podstawowe grupy: odlewania pod normalnym ciśnieniem czyli grawitacyjne, oraz odlewania pod ciśnieniem, gdy wypełnianie formy odbywa się przy wywieraniu ciśnienia lub podciśnienia na ciekły metal.
Odlewanie grawitacyjne dzieli się na odlewanie w formach jednorazowych, wytwarzanych z masy złożonej najczęściej z pisaku kwarcowego, oraz w formach trwałych wielokrotnego użytku, wykonanych przeważnie z metalu i zwanych kokilami. Pod ciśnieniem natomiast wytwarza się odlewy prawie wyłącznie odlewy w formach trwałych metalowych.
2. Formowanie w gruncie
Forma w gruncie otwarta
Model musi być wypoziomowany. Tą metodą wykonuje się odlewy o masie nie przekraczającej 100 ÷ 150 kg.
Forma w gruncie zakryta
Kopie się dół w gruncie odlewni, głębszy, niż wysokość odlewu, następnie na dno układa się pewną ilość koksu, następnie zasypuje się masą formierską, wciska model i ubija. Następnie zaformowywuje się górną skrzynkę. Po zaformowaniu górnej skrzynki robi się kanały robi się kanały doprowadzające i wykonuje się rdzeń z pewną ilością koksu, oraz wprowadza się rury odprowadzające gaz. Po wyjęciu modelu rdzeń wkłada się do wnętrza. Nakłada się górną skrzynkę, wstawia się nadstawki do układu zasilającego i zalewa się ciekłym metalem. Forma musi być obciążona. Ten sposób odlewania zabezpiecza przed rozerwaniem formy. Wydobywający się dwutlenek węgla podpala się. Po ostygnięciu odlewu następuje rozbijanie formy. Metodą tą odlewa się: duże łoża i korpusy maszyn, ramy, szamoty, tuleje do silników okrętowych.
Odlew walca hutniczego
Formę wykonuje się poziomo, łączy, a następnie obraca. W celu zapobiegnięcia rozerwania się formy umieszcza się je w dołach odlewniczych i dopiero wtedy zalewa.
Odlewanie w formach piaskowych w skrzynkach
Opis poszczególnych czynności formowania ręcznego jest następujący:
Na płycie modelowej ustawia się dolną połówkę modelu dzielonego, oraz dolną skrzynkę formierską. Po nakurzeniu modelu pudrem formierskim nasiewa się warstwę masy przymodelowej, którą obciska się dookoła modelu. Pozostałą objętość skrzynki wypełnia się masą wypełniającą i zagęszcza się warstewkami przy użyciu ubijaka. Nadmiar masy zgarnia się zgarniakiem i nakłuwakiem wykonuje się kanały odpowietrzające. Następnie skrzynkę z zaformowanym modelem obraca się o 1800 i za pomocą sworzni ustalających ustawia się górną skrzynkę. Po oczyszczeniu z piasku otworów na kołki modelowe ustawia się górną część modelu, oraz modele wlewu głównego i przelewu. Powtarza się czynności nakurzenia, nasiewania, napełniania, zagęszczania masy i wykonywania odpowietrzeń dla górnej połówki formy. Następnie wycina się zbiornik wlewowy, wyjmuje się model wlewu głównego i przelewu, rozdziela się połówki formy, wycina belkę wlewową i wlewy doprowadzające, oraz przystępuje się do wyjęcia modelu. Masę formierską należy zwilżyć pędzlem wokół obrysów modelu a model przed usunięciem z formy obić młotkiem formierskim. Dalszą czynnością jest naprawa uszkodzeń i usunięcie zaprószeń oraz montaż ewentualnego rdzenia.
Formując z obieraniem modelu naturalnego niedzielonego, na płytę podmodelową ustawia się model, nakłada dolną skrzynkę formierską i zagęszcza w niej masę. Po odwróceniu formy wybiera się z jej powierzchni pewną część masy która uniemożliwia wyjęcie modelu z formy. Powstałą powierzchnie wgłębienia wygładza się, nadając pewną pochyłość ułatwiającą wyjęcie zwisającej części formy, powstałej przy zagęszczeniu górnej skrzynki. Forma posiada łamaną powierzchnię podziału. Fałszywka spełnia zadanie płyty podmodelowej. Sporządza się ją z cementu, gipsu lub masy formierskiej o dużej wytrzymałości Formowanie za pomocą fałszywki polega na nałożeniu na nią górnej skrzynki, w której następuje zagęszczenie masy. Po zagęszczeniu masy obie części formy obraca się o 1800 i ostrożnie zdejmuje fałszywkę, przy czym model zostaje w górnej części formy. Następnie na górną część formy nakładamy skrzynkę formierską i zagęszczamy w niej masę. Po rozebraniu formy wyjmuje się model, formę wykańcza, składa i przygotowuje do zalania.
4. Zasady wyboru powierzchni podziału formy
Wszystkie formy odlewnicze są tak wykonane, że istnieje powierzchnia podziału formy. Istotnym zagadnieniem jest więc jej wybór. Wiąże się od ze sposobem wykonania, wpływa na konstrukcję i dokładność odlewu. Prawie każdy model można zaformować w kilku położeniach.
Pochylenia powinny znajdować się na krótkich powierzchniach, powinny być jednakowe skrzynki, dobre ułożenie rdzenia.
Wybierając powierzchnie podziału należy kierować się następującymi zasadami:
zespół modelowy powinien być jak najprostszy i składać się możliwie z jak najmniejszej ilości części składanych. Minimalizacja ta wpływa na koszt odlewu.
forma powinna mieć jedną powierzchnię podziału, tzn. Formowanie powinno się odbywać w dwóch skrzynkach. Formowanie w kilku skrzynkach obniża dokładność przedmiotu i uniemożliwia formowanie maszynowe
powierzchnia podziału powinna być w miarę możliwości płaska. Dotyczy to odlewów o skomplikowanych kształtach
wysokość modelu oraz całkowita wysokość formy powinny być jak najmniejsze. Ułatwione jest wtedy wyjmowanie modelu, ustawianie rdzeni i składanie formy. Ponadto zniekształcenia modelu pochodzące od pochyleń odlewniczych są mniejsze
należy unikać stosowania odejmowanych części modelu, tzn. niezamocowanych do modelu na stałe ponieważ zwiększa to koszt modelu, ilość wadliwych odlewów, pracochłonność wykonywania formy
wszystkie rdzenie powinny mieć dobre zamocowanie w dolnej części formy. Ułatwia to ich ustawianie i zmniejsza niebezpieczeństwo powstawania braków
wszystkie fragmenty odlewu, które wymagają dużej dokładności położenia obok siebie powinny znajdować się w jednej części formy aby nie powstało przesunięcie między nimi
powierzchnie nie obrabiane na których ze względów konstrukcyjnych nie może być pochyleń odlewniczych nie powinny znajdować się na powierzchniach prostopadłych do podziału formy. W przypadku, gdy nie można spełnić tego warunku powierzchnie te powinny być odwzorowane przez rdzeń
w formie nie powinny występować wysokie garby zwisające z jej górnej części. Jeżeli garb jest konieczny, powinien być umiejscowiony w dolnej skrzynce
odpowiedzialne, obrabiane powierzchnie powinny być zwrócone ku dołowi i powinny znajdować się w dolnej części formy. Zalecenie to wynika ze zjawiska wypływania i gromadzenia się w szczelinach niemetalicznych zanieczyszczeń wypływających ku górze.
Jeżeli wybiera się powierzchnię podziału, to spełnienie wszystkich wytycznych jest niemożliwe. Należy kierować się zasadą jaką jest otrzymanie odlewu bez wad w grupie tolerancji masowej i wymiarowej.
Surowy odlew
Kształty i wymiary przedmiotu odlanego nie są takie same, jakie są zaprojektowane przez konstruktora. Specyfika technologii odlewania wymaga wprowadzenia szeregu odstępstw od zaprojektowanego kształtu. Musi byś wykonany rysunek surowego odlewu uwzględniający specyficzne wymagania technologii. Ten rysunek jest punktem wyjścia dla pracy biur technologicznych odlewni. Na tym rysunku musi być zaznaczona powierzchnia podziału, oraz która połówka odlewu znajdowała się w górnej skrzynce, a która w dolnej. Następną informacja są pochylenia odlewnicze, które są znormalizowane. Na rysunku tym znaczy się także naddatki na obróbkę. Następną informacją są bazy obróbkowe, które muszą być zawsze odtwarzane przez jedną część formy. Musi się znajdować nazwa materiału, z którego jest wykonany odlew, musi być podana klasa dokładności odlewu. Bardzo często na surowym odlewie jest zaznaczona cecha. Cechy znajdują się na powierzchniach, które zostaną surowe w gotowym przedmiocie.
Powinna być podana wartość skurczu odlewniczego. Określa on zmniejszenie wymiarów liniowych podczas krzepnięcia i stygnięcia odlewu w formie.
Skurcz jest zjawiskiem fizycznym polegającym na zmniejszeniu objętości przedmiotu w formie. Wartość skurczu jest podawana w %.
l0 - wymiar przed skurczem
l1 - wymiar po skurczu
Wielkość skurczu objętościowego jest w przybliżeniu trzykrotnie większa od liniowego. Skurcz może być swobodny, lub hamowany. Skurcz swobodny występuje wtedy, gdy nie ma wystających części odlewu, ani rdzeni.
Może wystąpić też hamowanie cieplne, które wynika z różnicy szybkości stygnięć poszczególnych elementów odlewu.
Wartości skurczu odlewniczego dla niektórych stopów odlewniczych
Rodzaj stopu |
Skurcz odlewniczy w [%] |
|
|
hamowany |
swobodny |
brązy cynowe |
1,2 |
1,4 |
mosiądze cynkowe |
1,5-1,7 |
1,8-2,0 |
mosiądze krzemowe |
1,6-1,7 |
1,7-1,8 |
mosiądze manganowe |
1,8-2,0 |
2,0-2,3 |
siluminy |
0,8-1,0 |
1,0-1,2 |
stopy magnezu |
1,4 |
1,6 |
żeliwo szare ferrytyczne |
0,7 |
1,0 |
żeliwo szare perlityczne |
0,9 |
1,0-1,2 |
żeliwo ciągliwe |
0,8-1,5 |
1,5-2,0 |
staliwo węglowe |
1,3-1,7 |
1,6-2,0 |
staliwo austenityczne |
1,7-2,0 |
2,0-2,3 |
Jeżeli chce się określić skurcz dla wszystkich wymiarów odlewów, z jednoczesnym uwzględnieniem hamowania to jest to niesłychanie trudne. Rzeczywista wartość tego skurczu może być ustalona po wykonaniu próbnych odlewów. To uwzględnienie zmniejszenia wymiarów musi być uwzględnione na modelu.
Bazy obróbkowe muszą znajdować się w jednej części formy.
Naddatkami technologicznymi są: małe otwory, pochylenia ścian
Do 8 mm wszystko robimy w +
9 ÷ 12 mm wszystko robimy w + -
powyżej 9 mm całkowite pocienienie
Warunek ten jest dla powierzchni surowych. Dla powierzchni obrabianych wszystko dajemy w +.
Naddatki zależą od klasy dokładności odlewów; zależą one od wymiaru gabarytowego i od wymiaru nominalnego i czy są umieszczone od góry, od dołu, czy z boku.
Naddatki mogą być także po to, aby zamocować przedmiot w uchwycie tokarki.
Następnymi naddatkami mogą być żebra skurczowe
Żebra skurczowe zapobiegają pęknięciom wyrobu przy dużym skurczu. Na rysunku odlewu pisze się, czy mają one być usunięte, czy nie.
Innym naddatkiem jest układ wlewowy. Nadlewy stosujemy przy stopach o dużym skurczu do kompensowania jego naddatkami metalu i do usuwania zanieczyszczeń.
Średnica wykonywanego otworu zależy od grubości ścianek odlewu.
Grubość ścianek |
6 ÷ 10 |
20 ÷ 30 |
40 ÷ 50 |
min ϕ |
6 ÷ 10 |
10 ÷ 15 |
12 ÷ 18 |
Są to minimalne otwory, które będziemy rdzeniować. Innym ograniczeniem jest największa średnica otworu, który nie będziemy odlewać. Największe, których można nie rdzeniować:
produkcja:
masowa - 20 mm
seryjna - 30 mm
jednostkowa - 50 mm
5. Modele i rdzennice
Modele odlewnicze i rdzennice stanowią podstawowe elementy oprzyrządowania odlewniczego, które służą do wykonywania odlewów piaskowych. W zależności od rodzaju produkcji mogą być wykonywane z różnych materiałów. Dla produkcji jednostkowej i dużych odlewów modele i rdzennice są wykonywane z drewna. Drewno jest najtańszym materiałem łatwo obrabialnym i lekkim. W produkcji wielkoseryjnej i masowej są wykonywane ze stopów metali i z tworzyw sztucznych. Jeżeli mają być wykonywane z tych materiałów, to wcześniej muszą być wykonane modele matki. Dokładność modeli odlewniczych jest określona w PN i występuje tam 7 klas. Pierwsze trzy klasy odnoszą się do modeli metalowych; 4, 5 modele kombinowane (metalowo - drewniane).
Modele i rdzennice drewniane
Do formowania ręcznego wykonuje się je z sosny, olchy, lipy, gruszy. W celu zwiększenia wytrzymałości i trwałości modeli drewnianych wykonuje sieje nie z jednego kawałka ale z kilku części odpowiednio przygotowanych oraz sklejanych w całość. Zapobiega to paczeniu się modeli w czasie pracy pod wpływem warunków atmosferycznych Modele drewniane wytrzymują na ogół 300 form przy formowaniu ręcznym.
Jeśli chodzi o drewno, to fragmenty zewnętrzne są bardziej wilgotne, niż wewnętrzne i przy suszeniu będą miały tendencję do odkształcania się.
Podczas klejenia dwóch warstw ze sobą powinno się je kleić lewymi stronami.
Model jest naturalny, gdy środek nie jest odtwarzany przez rdzeń
Najczęściej stosuje się modele dzielone
Sposoby oznaczania klejonych warstw:
Kierunek górnej strzałki w prawo oznacza, że deska jest obrócona do góry swą prawą stroną
Gotowy przedmiot
Model
Forma
Rdzennica
Wymiary znaków rdzeniowych są znormalizowane.
Rdzennice
Są one trzech rodzajów:
rdzennice skrzynkowe
rdzennice ramkowe
rdzennice w pancerzu (wstrząsane)
Warunki konstrukcyjne rdzennic:
można łatwo i szybko zagęścić masę formierską
łatwo wykonać kanały odgazowujące
powinna zapewniać dokładność wymiarową rdzenia
konstrukcja rdzennicy powinna być odpowiednio sztywna i wytrzymała
Modele są malowane najpierw farbą gruntową a potem lakierem
|
żeliwa |
staliwa i żeliwa ciągliwe |
stopy miedzi |
stopy lekkie |
Powierzchnie modelu i rdzennicy odtwarzające ścianki odlewu |
czerwone |
niebieskie |
jasno orzechowe |
szare |
Powierzchnie niepracujące |
niemalowane |
|||
znaki rdzeniowe od czoła |
czarne |
|||
osadzenie luźnych części |
czarna obwódka, czarne kreskowanie |
|||
Modele metalowe
W produkcji seryjnej i masowej stosuje się modele metalowe. Stopy przeznaczone na te modele powinny spełniać warunki:
posiadać dobre własności odlewnicze, lecz nie powinny posiadać jamy skurczowej, porowatości, powinny mieć mały skurcz
posiadać dobrą obrabialność
korzystne jest, jeśli posiadają własności spawania, klejenia, lutowania
stopy te powinny wykazywać niezmienność wymiarów w czasie
powinny być odporne na działanie materiałów formierskich i rdzeniowych
powinny być odporne na korozję atmosferyczną
Jako materiały na modele stosuje się stopy aluminium, brąz, mosiądz, żeliwo, stal, stopy łatwo topliwe
aluminium - lekkie, niska gęstość, nierdzewne, łatwo obrabialne, bardzo dobre własności odlewnicze. Zastosowanie: produkcja seryjna i masowa drobnych i średnich odlewów
brązy i mosiądze - wysoka gładkość, dobra obrabialność, nierdzewne, łatwa naprawa (lutowanie) Wadą ich jest duża gęstość, są droższe. Zastosowanie: modele dla dokładnych odlewów niewielkich w produkcji masowej
żeliwo - tanie, łatwo obrabialne, stosunkowo gładkie. Wada: nieodporne na korozję, ciężkie, wysoka temperatura topnienia. Zastosowanie: produkcja seryjna i masowa małych, średnich i dużych odlewów
stal - tania, łatwo obrabialna, łatwa naprawa. Wada: ciężka, nieodporna na korozję, wysoka temperatura topnienia. Zastosowanie: części modelów (kołki, uzbrojenie, śruby), skrzynki formierskie
stopy łatwo topliwe - łatwo obrabialne, mały skurcz, niska temperatura topnienia. Wady: wysoki koszt, mało odporne na uderzenia. Zastosowanie; małoseryjna produkcja drobnych odlewów.
Grubości ścianek dobiera się w zależności od wielkości modelu i materiału z którego jest wykonany. Znaki rdzeniowe można wykonywać ze stali. Mają one podtoczenia, dzięki którym powstaje rowek, do którego mogą wsypywać się osypujące się ziarna piasku. Wykonuje się je tylko dla modeli metalowych.
Gdy znaki rdzeniowe mają inny kształt, niż okrągły, to odlewa się je razem z modelem. Łączenie luźnych części może być realizowane za pomocą kołków, płytek.
Jeżeli formowanie jest maszynowe, to modele są ustawiane na płycie modelowej
Rozróżnia się płyty modelowe jednostronne i dwustronne, z tym, że częściej są stosowane jednostronne. Płyta ma otwory, za pomocą których mocuje się je do maszyny, oraz sworznie ustalające i skrzynkę formierską. Modele muszą być na płycie ustalone i zamocowane.
Przy płytach dwustronnych otrzymuje się dwie części formy.
Budowa rdzennic metalowych
Rodzaje rdzennic:
rdzennica jednostronna
rdzennica jednostronna z płytą dociskową
rdzennica dzielona pionowo otwarta
rdzennica dzielona pionowo z płytą dociskową
rdzennica dzielona pionowo zamknięta
rdzennica jednostronna z wkładkami
Grubość ścianek dobiera się tak samo, jak w przypadku modeli metalowych
Modele i rdzennice z tworzyw sztucznych
Są wykonywane jako laminaty - tkanina z włókna szklanego nasycona żywicami syntetycznymi epoksydowymi lub poliestrowymi. Są to żywice chemoutwardzalne. Wykonywane w ten sposób modele i rdzenie są tańsze i lżejsze od metalowych, ale kołki i tulejki wykonuje się metalowe.
Model matka - z drewna, forma wyłożona tkaniną i zalana żywicą. Przy rdzennicach jest na odwrót.
Są one odporne na korozję i łatwe do naprawy. Nie są odporne na ściernie.
6. Klasyfikacja maszyn formierskich z punktu widzenia zagęszczania masy formierskiej
Maszynowe zagęszczanie masy odbywa się na maszynach formierskich zwanych formierkami. Odbywa się ono zawsze na płytach modelowych.
Ze względu na sposób zagęszczania masy formierskiej maszyny dzielimy na:
formierki prasujące
skrzynkę formierską ustawioną na płycie modelowej na stole maszyny napełnia się masą formierską po brzegi ramki nadstawnej, po czym stół wraz ze skrzynką dociskany jest za pomocą sprężonego powietrza do płyty prasującej zamocowanej do kolumny maszyny; masa z ramki zostaje wprasowana do formy.
formierki wstrząsarki
skrzynkę formierską ustawioną na płycie modelowej na stole maszyny napełnia się masą do poziomu ramki, po czym zaworem doprowadza się dopływ sprężonego powietrza podnoszące tłok wraz ze skrzynką na pewna wysokość; tłok otwiera wówczas zawór wylotowy i cały układ opada; wskutek wstrząsów (ok. 100 na minutę) masa ulega zagęszczeniu.
formierki wstrząsarki z doprasowaniem
zagęszczenia kasy umieszczonej w skrzynce formierskiej za pomocą wstrząsania, po czym uruchamiany jest mechanizm prasujący z płytą prasującą, przez co uzyskuje się zagęszczenie górnych warstw formy
formierki impulsowe
masa jest wdmuchiwana do formierki a następnie zagęszczana przez prasowanie
narzucarki
do głowicy narzucarki, w której jest umieszczona szybko wirująca (1500 obr/min) łopatka rzutowa doprowadzana jest przenośnikiem masa formierska; łopatka chwyta porcje asy, rzucając ją do skrzynki formierskiej lub rdzennicy, powodując zagęszczenie masy; ilość dostarczanej masy waha się w granicach 8 ÷ 25 m3/h
nadmuchiwarki i strzelarki
rdzennicę ustawia się na stole maszyny i dociska do płyty dmuchowej z otworami; stanowiącej dno zbiornika wypełnionego masą rdzeniową; wprowadzane do zbiornika sprężone powietrze wdmuchiwane przez otwory płycie porywa masę do rdzennicy i zagęszcza ją, samo uchodząc przez otwory odpowietrzające w rdzennicy.
Najbardziej rozpowszechnionym napędem formierek jest napęd pneumatyczny. Obecnie stosuje się napędy pneumatyczno - hydrauliczne. Ciśnienie w sieci sprężonego powietrza wynosi 0,4 ÷ 0,6 MPa. Przy napędzie hydraulicznym ciśnienia dochodzą do 5 MPa.
Formierki prasujące są dwóch rodzajów: pracujące od góry i prasujące od dołu. Prasowanie od dołu odbywa się płytą; jest ona wprasowywana od dołu do skrzynki, ale to rozwiązanie jest niekorzystne, ze względów konstrukcyjnych, ponieważ piasek dostaje się pomiędzy pracujące części dobijaka.
Zależność stopnia zagęszczenia masy od wysokości formy przy:
ubijaniu ręcznym
wstrząsaniu
prasowaniu od góry
narzucaniu
wstrząsaniu z doprasowaniem
Niekiedy stosuje się wstrząsanie z doprasowaniem od góry; uzyskuje się przez to lepsze zagęszczenie masy.
7. Klasyfikacja maszyn formierskich z punktu widzenia usuwania modelu z formy
Ze względu na sposób oddzielania modelu od formy formierki są dzielone na:
formierki trzpieniowe lub ramowe
formierki z opuszczanym modelem (przeciągowe)
formierki z obracanym stołem
formierki z przerzucanym stołem
formierki z obracaną kolumną
Mechanizm trzpieniowy
Stosuje się dodatkowe płyty dla modelu o skomplikowanych kształtach; zabezpieczają one przed obsypywaniem masy przy wyjmowaniu modelu. Innym przypadkiem jest opuszczanie modelu, a skrzynka pozostaje w miejscu.
Obracanie
Mechanizm z przerzucanym stołem
Kloce prasujące są niekiedy z występami, aby korzystniej zagęszczać masę
Automaty formierskie
Stosowane są dwa typy automatów formierskich:
maszyny, gdzie podział formy jest pionowy
maszyny, gdzie podział formy jest poziomy
Częściej są stosowane maszyny z podziałem pionowym. Masa jest wdmuchiwana między dwie płyty, które odtwarzają połówkę formy; jedna płyta ma możliwość prasowania, druga płyta obraca się i otwiera formę. Pierwsza płyta pcha ta formę do wcześniej przygotowanego bloku. Każdy blok ma jedną połówkę kształtu. Powstają dwa bloki z których każdy ma lewą i prawą stronę formy.
Przy formach z podziałem poziomym musi być dwustronna płyta modelowa. Następuje nadmuchanie masy od góry i od dołu. Następnie występuje doprasowanie, wysunięcie dolnej formy w bok i wtedy można wkładać ewentualne rdzenie. Następnie składa się dwie części formy ze sobą. Formy podczas odlewania muszą być obciążone
8. Formowanie w rdzeniach
Cała forma jest wykonana z rdzeni. Formowanie to stosujemy wtedy, gdy kształty zewnętrzny jest bardzo skomplikowany. Przykładem mogą być: głowice sprężarek, wirniki turbin. Stosowane jest w produkcji jednostkowej i seryjnej, masa odlewu do 2 ÷ 5 t.
9. Układy wlewowe dla odlewów żeliwnych
Układy wlewowe stanowią system zbiorników i kanałów, przez które metal dostaje się do wnęki formy. Podstawowymi zadaniami układów jest:
równomierne i spokojne doprowadzenie ciekłego metalu do wnęki formy
zabezpieczenie przed dostawaniem się żużla i innych zanieczyszczeń do wnęki formy
zasilanie odlewu ciekłym metalem podczas skurczu metalu w procesie krzepnięcia
współdziałanie z innymi czynnikami dla wywołania równoczesnego lub kierunkowego krzepnięcia i stygnięcia odlewu
Pierwsze dwa zadania muszą spełniać wszystkie układy wlewowe. Pozostałe dwa muszą spełniać te, które wykonywane są z metali o dużym skurczu.
Najczęściej stosowany układ wlewowy do odlewów żeliwnych 1 zbiornik wlewowy 2 wlew główny 3 belka rozprowadzająca 4 wlew doprowadzający.
Z układem wlewowym wiąże się pojęcie uzysku:
Gdy zależy nam na czystości materiału wlewanego do formy stosuje się układy wlewowe z filtrem. Jest to sitko wykonane z szamotu (jednorazowego użytku)
Gdy odlewy są okrągłe, to układy wlewowe stara się wykonać tak, aby metal był wlewany stycznie
Zalewanie może odbywać się bezpośrednio z góry (np. odlewy handlowe). Stosuje się w tym przypadku dodatkowo przelew.
Tuleje cylindrowe należy odlewać stosując wlew deszczowy.
Zalewania może odbywać się w kilku poziomach, lub od dołu (odlewanie syfonowe)
Rozpatrując sposoby rozprowadzenia metalu do wnęki można założyć:
dopływ z boku, najczęściej w powierzchni podziału
dopływ z góry
dopływ z dołu (syfonowo)
dopływ na kilku poziomach
Większość odlewów jest zalewana pierwszym sposobem, bo wykonanie takiego układu jest najłatwiejsze. Pozostałe układy wlewowe stosuje się wtedy, gdy wymaga tego kształt odlewu i warunki technologiczne.
Projektując układ wlewowy należy się kierować następującymi zaleceniami:
dla uzyskania spokojnego przepływu ciekłego metalu w kanałach zamiast jednego kanału o dużym przekroju należy stosować kilka o przekrojach mniejszych, jednak nie za małych gdyż grozi to zakrzepnięciem
wpływający do wnęki formy ciekły metal nie powinien na swej drodze napotykać na przeszkody. W związku z tym jest niekorzystnie wlewać prostopadle do ścianki tylko stycznie lub równolegle
dla uniknięcia przedostawania się żużla i innych zanieczyszczeń przez układ wlewowy przepustowość układu powinna się zmniejszać
Dla żeliwa:
Projektując układ wlewowy można w pewnym zakresie regulować rozkład temperatury w odlewie podczas jego krzepnięcia. Rozróżnia się krzepnięcie jednoczesne i kierunkowe. Krzepnięcie kierunkowe rozpoczyna się w pewnych określonych miejscach i przebiega stopniowo. Dla stopów, które mają duży skurcz stosuje się zasadę krzepnięcia kierunkowego. Przy krzepnięciu jednoczesnym metal wprowadza się do ścianek cieńszych, a przy krzepnięciu kierunkowym korzystne jest wprowadzenie metalu do części najgrubszych
10. Obliczenie układu wlewowego dla odlewów żeliwnych
Metoda obliczania oparta jest na obliczeniu najkorzystniejszego dla danego odlewu czasu zalewania, a następnie przekrojów układu. Najkorzystniejszy czas zalewania oblicza się ze wzoru:
t - najkorzystniejszy czas zalewania [s]
δ - średnia grubość ścianek odlewu [mm]
G - masa odlewu wraz z układem wlewowym
s - współczynnik poprawkowy uwzględniający opór formy
Współczynnik s dla odlewów żeliwnych ma następujące wartości:
Masa odlewu [t] |
s |
10 ÷ 50 |
1,9 ÷ 2,3 |
1 ÷ 10 |
1,6 ÷ 1,9 |
< 1 |
1,4 ÷ 1,6 |
Po ustaleniu czasu oblicza się sumę przekrojów wlewów doprowadzających
γ - gęstość metalu [g/cm3]
μ - ogólny współczynnik sprawności formy
t - czas zalewania formy
g - przyspieszenie ziemskie
G - masa odlewu wraz z układem wlewowym
v - prędkość metalu w kanałach wlewów doprowadzających
Wartość współczynnika sprawności hydraulicznej formy dla odlewów żeliwnych
Rodzaj formy |
mała |
średnia |
duża |
wilgotna |
0,25 |
0,42 |
0,50 |
sucha |
0,41 |
0,48 |
0,60 |
11. Rodzaje mas formierskich
Masy formierskie można sklasyfikować następująco:
Pierwszy podział dzieli masy formierskie na naturalne składające się z piasków formierskich pochodzących ze złóż naturalnych i z glin, oraz z dodatków. Wadą ich jest to, że trudno jest uzyskać ich stałe właściwości, natomiast zaletą ich jest taniość. W produkcji wielkoseryjnej stosuje się masy syntetyczne składające się z czystego piasku formierskiego z dodatkiem lepiszcza w postaci bentonitu. Dodaje się do nich też pył węglowy. Syntetyczne masy formierskie składają się z piasku kwarcowego i z materiałów wiążących. Drugi podział mas formierskich dzieli je na:
masy na formy wilgotne
Masy na formy suche
Formy wilgotne nie mogą być zbyt wysokie, gdyż byłaby rozpychana przez metal. Formy przeznaczone do suszenia pokrywa się warstwą czernidła zabezpieczając przez to przylepienie się materiału formy do odlewu. Można je pokrywać grafitem, lub sproszkowanym węglem drzewnym. Formy suszone są stosowane do odlewów żeliwnych.
Według zastosowań dzielimy na masy do odlewów ze stopów
staliwnych
żeliwnych
nieżelaznych
Właściwości tych masa różnią się w zależności od rodzaju stopu. Szczególnie dla odlewów staliwnych masy muszą być ognioodporne i wytrzymałe. Musza zawierać gliny ogniotrwałe.
Według zastosowania przy formowaniu masy dzielimy na:
przymodelowe
wypełniające
jednolite
Przy formowaniu ręcznym model pokrywa się warstwą masy przymodelowej o grubości 10 ÷ 20 mm. Pozostałą przestrzeń wypełnia się masą wypełniającą Masa przymodelowa zawiera więcej świeżych składników
Masy formierskie specjalne - należą do nich te masy, w których materiałem wiążącym jest np. cement, masy przeznaczone na formy skorupowe z tworzyw chemo i termoutwardzalnych, masy sypkie samoutwardzalne.
Materiały formierskie
Materiały formierskie po odpowiednim ich przygotowaniu służą do wykonywania mas formierskich i rdzeniowych.
Pierwszy podział dzieli je na materiały główne i pomocnicze.
Masą formierską lub rdzeniową nazywa się mieszaninę głównych lub pomocniczych materiałów formierskich z wodą lub inną cieczą w odpowiednich proporcjach. Zużywa się 4 ÷ 10 t masy formierskiej na 1 t odlewów żeliwnych
Duża ilość braków powstających w odlewni jest spowodowana nieprawidłową masą formierską; wynosi ona do 50 % ogólnej ilości braków. Masy formierskie obciążają transport do odlewni, a także oddziaływają w istotny sposób na środowisko naturalne.
Do głównych materiałów formierskich zaliczamy piaski kwarcowe, pudry formierskie, oraz gliny i bentonity.
Piaskiem formierskim nazywa się naturalną mieszaninę pochodzącą ze złóż kopalnych, która zawiera 50 % osnowy piaskowej i resztę lepiszcza.
Gliną formierską nazywa się mieszaninę. Która zawiera poniżej 50 % osnowy piaskowej i resztę lepiszcza
Do pomocniczych materiałów formierskich zalicza się spoiwa - materiały wiążące, służące głównie do wykonywania rdzeni: melasa, kalafonia, szkło wodne, żywice termo i chemoutwardzalne. Szkło wodne jest stosowane w procesach CO2. Do innych materiałów pomocniczych zaliczamy te, które chronią przed przypalaniem się masy do odlewów: pył węglowy, pył kwarcowy, grafit. Jeszcze inne to te, które zwiększają przepuszczalność dla gazów: torf, trociny, paździerze - przeznaczone na formy suszone. Materiały ułatwiające wyjmowanie modeli: mączka kwarcowa, talk, olej silikonowy.
Mogą występować także inne pomocnicze materiały formierskie, np. szpilki, które wzmacniają niektóre miejsca w formie. Mogą występować również podpórki rdzeniowe, podpierające niestateczne rdzenie.
Osnowę ziarnową stanowią ziarna kwarcu, lub kwarcu i skalenia, a dla celów specjalnych związki cyrkonu. Lepiszczem nazywa się wszystkim materiały, które występują w materiale formierskim o wielkości ziarna < 0,02 mm złożone głównie z glin. Głównym składnikiem glin jest kaolin Al2O32SiO22H2O. Pochodzi on z rozpadu skalenia. Ze wzrostem Al2O3 wartość glin zwiększa się ze względu na lepszą ogniotrwałość
13. Formowanie skorupowe
Proces ten należy do tzw. formowania specjalnego. Wyróżnia się dwa procesy formowania skorupowego: proces „C” wynaleziony przez Cr*ninga w 1944 r, oraz proces „D” wynaleziony przez Diterta w 1953 r. Tymi procesami są także wykonywane rdzenie.
Zasadnicza cechą jest wprowadzenie jako materiału wiążącego termoutwardzalnych żywić syntetycznych. Taka masa formierska składa się z czystego piasku, 6 ÷ 10 % spoiwa w postaci żywicy, oraz niewielkiej ilości utrwalacza (urotropina).
Żywice te należą do takich żywic, które pod wpływem temperatury miękną i topią się, a następnie przechodzą w twardą i nietopliwą substancję (polimeryzacja).
Metoda C (Cr*ninga)
Płytę wraz z modelem nagrzewa się do temperatury 200 ÷ 250 0C. Następnie zbiornik obraca się i model jest zasypywany masą. Masa z żywicą termoutwardzalną ogrzewa się i część jej oblepia model. Następnie obraca się cały zbiornik i pozostała część masy obsypuje się. Model wraz z przylepioną masą wkłada się do pieca i utwardza. Na końcu procesu oddziela się model od skorupy. W celu zapobiegnięcia przylepienia się modelu do skorupy przed procesem spryskuje się go olejem silikonowym
Metoda D „Diterta”
W procesie tym kształty i wymiary zewnętrzne formy skorupowej, lub rdzenia skorupowego tworzone są przez model lub rdzennicę, a wewnętrzne przez profilowane gorące wkładki metalowe. Masą skorupową wprowadza się pomiędzy model i wkładkę, tak, że grubość skorupy jest stała i niezależna od czasu przetrzymywania masy między gorącymi ściankami. W procesie D uzyskuje się o około 30 % większą wytrzymałość form i rdzeni skorupowych oraz większą wydajność.
Oprzyrządowanie wykonuje się najczęściej z żeliwa szarego, rzadziej ze staliwa.
Zalety formowania skorupowego:
uproszczone oprzyrządowanie (brak skrzynek formierskich)
10 ÷ 20 razy zmniejszone zużycie mas formierskich
trzykrotne zwiększenie wydajności w tonach z m2 odlewni
otrzymuje się czysta i gładką powierzchnię modelu lub rdzenia
istnieje możliwość łatwego wprowadzenia mechanizacji i automatyzacji
otrzymuje się dokładne wypełnienie cienkich przekrojów i skomplikowanych kształtów
Formowanie skorupowe stosowane jest do produkcji seryjnej i masowej, głównie dla odlewów żeliwnych. Największa masa odlewu nie przekracza 50 kg, wyjątkowo 200 kg.
Wady
wysoki koszt oprzyrządowania
wysoki koszt żywic
ograniczona wielkość odlewów
żywice reagują jednorazowo
toksyczność żywic (oparte na fenolu)
problem z utylizacją mas
Niekiedy stosuje się prażenie mas, by wypalić żywicę.
14. Formowanie metodą wytapianych modeli
Najczęściej stosowanym materiałem na modele jest mieszanka parafiny i stearyny w proporcjach 50/50.
Wykonuje się model jednorazowy topliwy w formach metalowych za pomocą wtryskiwania pod ciśnieniem materiału modelowego. Następnie model pokrywa się przez zanurzenia masą ceramiczną - mieszaniną pyłu kwarcowego z materiałem wiążącym (szkło wodne lub zhydrolizowany krzemian etylu). Po kilkakrotnym pokryciu modelu posypuje się go piaskiem drobnoziarnistym i po wysuszeniu powstaje kilka warstw mas i następnie wytapia się z wnętrza modelu parafinę w gorącej wodzie.
Model i forma są niedzielone. Zastosowanie takiej formy zapewnia największą dokładność wymiarową z pośród wszystkich metod odlewania. Wykonuje się tą metodą np. frezy, wiertła, łopatki turbin.
Metoda ta pozwala wyeliminować drogie odkuwki i części, które obrabiana by były drogą obróbki skrawaniem.
Sposób takiego formowania znany był już w Chinach i średniowiecznych Włoszech do wyrobu biżuterii. W XIX w znany był w protetyce. Zastosowanie przemysłowe znalazła ta metoda w czasie II wojny światowej. Po wojnie metoda ta rozpowszechniła się w przemyśle precyzyjnym (aparaty filmowe, maszyny do pisania). Stosowana jest w przemyśle zbrojeniowym. Metodą tą wykonuje się także części maszyn do szycia.
Po wytopieniu wosku następuje przesuszenie skorupy i formowanie w tulejach. Po zaformowaniu umieszcza się wszystko w piecu i następuje wypalenie formy. Po wypaleniu następuje zalanie stopem do gorącej formy (do gorącej po to, aby nie uległa pęknięciu).
Metoda wytapianych modeli jest stosowania do stopów żelaza, aluminium.
Przeciętna masa odlewu 0,2 ÷ 0,6 kg.
Do innych specjalnych metod możemy zaliczyć formy gipsowe, które wykonuje się z gipsu i wody z dodatkami drobnoziarnistego piasku. Masa na formy jest ciekła. Modle ustawia się na płycie, zakłada skrzynkę i zalewa masą. Metoda ta nadaje się tylko na stopy metali nieżelaznych.
Metoda Shawa (Anglia 1951 r)
Powstała do wytwarzania odlewów o dużej dokładności wymiarowej, gładkiej powierzchni o dużych masach do 3 t ze wszystkich stopów odlewniczych. Istota polega na składzie masy formy. Składa się ze sproszkowanych materiałów (mulit, mączka cyrkonowa) ogniotrwałych i z ciekłego spoiwa (zhydrolizowany krzemian etylu) rozprowadzony spirytusem etylowym, a proporcje są tak dobrane, aby masa miała konsystencję szlamu. Tak przygotowaną masę wlewa się na model znajdujący się na płycie wraz ze skrzynką formierską. Masa po pewnym czasie tężeje i uzyskuje konsystencję gumy. Po wyjęciu modelu wnętrze formy się podpala (wydziela się alkohol etylowy). Po wypaleniu formy wypraża się ją. Prażenie fory prowadzi do powstania sieci mikropęknięć, które ułatwiają odprowadzenie gazów. Następnie zalewa się formę.
Otrzymuje się odlewy o gładkich powierzchniach. Stosuje się je do odlewania tłoczników blach.
Innym rodzajem form specjalnych są tzw. formy pełne (z wypalanych modeli). Modele są jednorazowe i wykonywane ze styropianu. Po zaformowaniu nie wyjmuje się modeli, tylko zalewa formę. Następuje zgazowanie modeli. Metodę tą stosuje się w produkcji jednostkowej do wykonywania części zastępczych.
15. Odlewanie kokilowe
Formami trwałymi nazywamy te formy, które nie ulęgają zniszczeniu podczas wyjmowania modelu. Z takiej formy można uzyskać od kilkuset do kilkutysiecy odlewów. Odlewanie w formach trwałych jest stosowane wyłącznie w produkcji wielkoseryjnej ze względów ekonomicznych.
Odlewanie kokilowe odbywa się pod działaniem sił grawitacyjnych, ale zalicza się do niego także odlewanie pod niskim ciśnieniem do 0,2 MPa. Odlewanie to stosuje się do wszystkich stopów, głównie jednak do stopów nieżelaznych. Odlewanie żelaza, czy żeliwa napotyka na duże trudności. Odlewanie pod niskim ciśnieniem stosuje się do stopów metali lekkich.
Materiałem na kokile jest żeliwo szare perlityczne z dodatkiem chromu i niklu - zwiększają ognioodporność i poprawiają odporność na pęczenie. Kokila jest wykonana w formie odlewanej. Czasami wykonuje się je ze stali (obrabiana z bloku), a niekiedy z mosiądzu. Kokila odtwarza kształty zewnętrzne. Kształty wewnętrzne są odtwarzane przez rdzenie metalowe lub piaskowe. Rdzenie piaskowe są wykonywane np. procesem CO2, gorącej rdzennicy. Kokila najczęściej składa się z dwóch części ustawionych na płycie. Gdy nie da się wyjąć odlewów z rdzeni, to stosuje się rdzenie piaskowe (np. głowice silników spalinowych).
Czas potrzebny do wykonania odlewu wynosi od kilkudziesięciu sekund do kilku minut, w związku z tym wydajność na jedną zmianę wynosi 100 ÷ 500 zalań.
Zewnętrzne części kokili są pokrywane powłokami ochronnymi nakładanymi na rozgrzaną kokilę pędzlem lub natryskim. Grubość warstwy pokrycia dochodzi do kilku mm (talk, kreda, grafit i szkło wodne jako spoiwo z wodą). Zadaniem pokrycia jest oddzielenie odlewu od kokili, ponadto chroni kokilę przed bezpośrednim zetknięciem się z metalem; przedłuża się w związku z tym jej żywotność. Grubość pokrycia wpływa również na szybkość odprowadzania ciepła.
- współczynnik przewodności cieplnej pokrycia
- grubość pokrycia
Zalety odlewania kokilowego w stosunku do odlewania piaskowego
odlewy kokilowe wykazują polepszenie jakości, które objawia się przez zwiększenie własności mechanicznych. Powodem tego jest bardziej drobnoziarnista struktura (szybsze stygnięcie w kokilach)
forma metalowa jest dokładniejsza, niż forma piaskowa
nie następuje zagazowanie od materiału formierskiego
w związku z polepszeniem jakości odlewów polepszają się wskaźniki ekonomiczne odlewów, obniżają się koszty obróbki, zmniejsza się ilość braków, następuje obniżka kosztów robocizny
następuje polepszenie warunków pracy (wyeliminowanie formowania, nieużywane mas formierskich).Powoduje to znaczne zmniejszenie zapylenia w odlewni . Upraszcza się oczyszczanie i wykańczanie odlewów.
Wady:
znaczne przyspieszenie szybkości stygnięcia wpływa korzystnie na strukturę materiału, ale w przypadku żeliwa może powodować jego zabielenie i należy takie odlewy wyżarzać grafityzująco. Wskutek dużej przewodności cieplnej kokili żeliwo szybko traci swoje własności lejne i nie można wykonywać odlewów o zbyt cienkich kształtach. Na odlewy żeliwne i staliwne stosuje się wyłącznie rdzenie piaskowe
kokila jest formą bardzo kosztowną i opłaca się wykonywanie jej dla produkcji seryjnej.
przy odlewaniu kokilowy ograniczona jest wielkość odlewów. Dla odlewów pow. 20 kg kokila staje się wielka i ciężka. Przy dużych odlewach maleje też trwałość kokili.
16. Odlewanie pod niskim ciśnieniem
Odmianą odlewania kokilowego jest odlewanie pod niskim ciśnieniem. Polega na doprowadzeniu ciekłego metalu z pieca bezpośrednio do kokili przez wywieranie na metal niewielkiego nadciśnienia. Kokila umieszczona jest w specjalnej płycie nad piecem i bezpośrednio z nim połączona układem wlewowym i rurą wlewową, tak, że odlew jest połączony w czasie krzepnięcia z ciekłym metalem w piecu, co umożliwia znaczne zmniejszenie, lub nawet wyeliminowanie nadlewów.
Do zalet tej metody można zaliczyć:
lepszą lejność wskutek większej temperatury metalu
łatwiejsza mechanizację i automatyzację procesu, szczególnie operacji wypełniania kokili ciekłym metalem
większą wydajność z 1 m2 odlewni
Wadami tej metody są jednak wysokie koszty urządzenia, gdyż kokila związana jest z jednym piecem. Również koszty eksploatacji są wyższe, ponieważ droga jest instalacja ciśnieniowa.
17. Odlewanie pod ciśnieniem
Polega na wtryśnięciu do stalowej formy stopu pod ciśnieniem 2 ÷ 350 MPa. Metal do formy jest wtryskiwany z komory ciśnieniowej.
Istnieją dwa rodzaje maszyn do odlewania ciśnieniowego
z gorącą komorą ciśnieniową (do stopów cynku)
z zimną komorą ciśnieniową
Wtryskiwanie metalu do formy może odbywać się też za pośrednictwem sprężonego powietrza.
Maszyny zimnokomorowe mogą być z poziomymi lub pionowymi kanałami ciśnień.
Po wtryśnięciu metalu tłok przesuwa się dalej i wypycha formę ruchomą. Następnie wypychacze wypychają odlew.
Zalety odlewania ciśnieniowego:
duża dokładność wykonywania odlewów
mała chropowatość powierzchni
czysta błyszcząca powierzchnia
duża stabilizacja wymiarowa
możliwość otrzymywania odlewów o bardzo cienkich ściankach 0,7 ÷ 1 mm
duże ograniczenie, lub nawet wyeliminowanie obróbki mechanicznej
lepsza jakość tworzywa odlewu
mniejsza masa surowych odlewów
nie stosuje się nadlewów
bardzo duża wydajność 30 ÷ 100 napełnień na godzinę
bardzo znaczne zmniejszenie pracy oczyszczania i wykańczania odlewów
Wady:
bardzo wysoki koszt oprzyrządowania
kosztowne maszyny
produkcja powyżej 5 ÷ 10 tys. sztuk, aby było opłacalne
kosztowne projektowanie form
ograniczona wielkość i masa odlewów
trudność odlewania odlewów o grubych ściankach
występowanie porowatości odlewów
ograniczenie zastosowań odlewania pod ciśnieniem tylko do niektórych stopów (stopy nieżelazne)
18. Odlewanie odśrodkowe
Polega na wprowadzeniu metalu do wirującej formy i pod działaniem sił odśrodkowych wypełnienia przez ten metal formy. Sposób stosowany do wszystkich stopów odlewniczych.
Zalety:
polepszenie w porównaniu z piaskowym jakości odlewu, która wynika z drobnoziarnistej struktury, a także eliminuje się chropowatość i wyroby są szczelne
powiększenie uzysku (brak układu wlewowego)
znaczne wyeliminowanie mas formierskich
przyspieszenie produkcji
polepszenie warunków pracy
niezbyt kosztowne wyposażenie
Wady:
skłonność do segregacji stopów o składnikach różniących się znacznie gęstością
jeżeli wewnętrzne powierzchnie są odtwarzane przez rdzeń, to są chropowate.
19. Rodzaje żeliwa
Żeliwo (2 ÷ 4,5 %C) dzieli się na żeliwo białe, w którym węgiel występuje w stanie związanym w postaci cementytu, oraz żeliwo szare, w którym cały węgiel, lub jego większa część występuje w postaci wolnej jako wydzielenia
1
41
c
a
Wys.
formy
G
D
Stopień zagęszczenia
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
teoria bledow 2
sroda teoria organizacji i zarzadzania
W10b Teoria Ja tozsamosc
Teoria organizacji i kierowania w adm publ prezentacja czesc o konflikcie i zespolach dw1
wZ 2 Budowa wiedzy społecznej teoria schematów
TEORIA NUEROHORMONALNA EW
zarzadcza teoria 3
Ruciński A Teoria Grafów 1, wyklad6
Społeczno pragmatyczna teoria uczenia sie słów
rozwojowka slajdy, Wyklad 5 Srednia doroslosc teoria czasowa
TEORIA KOLEJEK1
więcej podobnych podstron