Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Data wykonania ćwiczenia: 17.12.2014

Rok akademicki: 2014/2015

Studia: stacjonarne/inżynier/dzienne

Semestr: 3

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

LABORATORIUM ODLEWNICTWA

Odlewanie skorupowe, ciśnieniowe, metoda wytapianych modeli.

1. Odlewanie ciśnieniowe Wtłaczanie metalu do stalowej formy pod wysokim ciśnieniem za pomocą tłoka lub sprężonego powietrza. Odlewanie pod ciśnieniem nazywane również odlewaniem ciśnieniowym jest rozwinięciem odlewania kokilowego i polega na wprowadzeniu do formy metalu na który wywarte jest ciśnienie 2,0 – 350 MN/m².

Zastosowanie – masowa produkcja odlewów małych i średnich (od kilku gramów do ok. 50 kg), o dowolnym kształcie i bardzo dużych dokładnościach wymiarowych oraz o cienkich ściankach. Najczęściej stosowane jest do odlewania stopów miedzi, ołowiu, aluminium, cyny i cynku.
Klasyfikacja maszyn ciśnieniowych:
1) maszyny z gorącą komorą ciśnienia;

a) powietrzne (sprężarkowe) – w których bezpośrednio na metal działa sprężone powietrze
lub gaz ciśnieniu do 4,0 MN/m².

- z nieruchomą komorą ciśnienia,

- z ruchomą komorą ciśnienia,

b) tłokowe – w których ciśnienie na metal wywiera tłok,

2) maszyny tłokowe z zimną komorą ciśnienia:

a) z poziomą komorą ciśnienia,
b) z pionową komorą ciśnienia.

Zalety odlewania ciśnieniowego:

- bardzo duża dokładność wymiarowa,

- bardzo mała chropowatość,

- możliwość uzyskiwania odlewów o bardzo cienkich ściankach,

- bardzo duże ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki skrawaniem,

- lepsze własności mechaniczne, chemiczne i fizyczne odlewów,

- mniejszy ciężar surowych odlewów,

- bardzo duża wydajność.

Wady odlewania ciśnieniowego:

- wysoki koszt maszyn i oprzyrządowania,

- długi czas przygotowania produkcji,

- ograniczona wielkość i masa odlewów,

- trudności w odlewaniu odlewów o grubszych ściankach (może wystąpić porowatość),

- ograniczenie zastosowania do niektórych stopów (głównie stopów cynku, aluminium, magnezu).

1. Formowanie skorupowe – Prostszą i szybszą odmianą odlewania w formie piaskowej jest formowanie skorupowe. Niekiedy nazywane jest procesem Croninga, na cześć wyna­lazcy.
   Etapy wykonywania form skorupowych:

- oczyszczenie płyty modelowej i pokrycie jej oddzielaczem (np. olejem silikonowym,

- podgrzanie elektrycznie lub gazowo płyty modelowej do temperatury 220 – 300⁰ C,

- obrót płyty modelowej o 180⁰ i połączenie ze zbiornikiem z masą skorupową,

- obrót płyty modelowej ze zbiornikiem do pierwotnego położenia i przetrzymanie przez okres 6 – 25 s - powstanie skorupy,

- ponowny obrót o 180⁰ - masa opada, odłączenie zbiornika z masą,

- utwardzanie skorupy w temperaturze 300 – 400⁰ C przez 1 – 3min,
- zdjęcie skorupy i klejenie połówek form skorupowych za pomocą klejów żywicznych
- zalewanie form.

Zastosowanie:
Zastosowanie do produkcji seryjnej i masowej form i rdzeni odlewów małych i średnich o wysokich wymaganiach wymiarowych i dobrej gładkości powierzchni.

Masa formierska:

- czysty, płukany i drobnoziarnisty piasek kwarcowy,

- 4 – 8% sproszkowanej nowolakowej żywicy fenolowej,

- 10 – 12% w stosunku do żywicy urotropiny jako utwardzacza,

- 0,1% nafty jako środka powodującego lepsze rozprowadzenie żywicy.

Masa formierska jest mieszaniną, której utwardzenie w normalnych warunkach nie zachodzi. Proces wiązania rozpoczyna się pod działaniem temperatury.

Zalety formowania skorupowego:

- możliwość zastosowania do wszystkich stopów odlewniczych, (ze względów ekonomicznych stosowane głównie dla żeliw, najczęściej w przemyśle motoryzacyjnym),

- możliwość uzyskania odlewów o cienkich ściankach,

- częściowe lub całkowite wyeliminowanie obróbki skrawaniem,

- uzyskanie odlewów o małej chropowatości powierzchni i dużej dokładności wymiarowej,

- łatwość automatyzacji i mechanizacji procesu.

Wady formowania skorupowego:

- ograniczenie masy odlewu do 100kg, (najczęściej 20 – 30 kg).

- wysoki koszt materiałów formierskich,

- skomplikowane i drogie maszyny do formowania,

1. Metoda wytopionych modeli Jedna z najstarszych metod odlewania. Polega na wykonaniu modelu z substancji łatwotopliwej, którą pokrywa się warstwą ceramiczną. Następnie model wytapia się, skorupę wypala się i zalewa ciekłym metalem.

Zastosowanie do produkcji seryjnej i wielkoseryjnej bardzo drobnych i drobnych odlewów o najwyższej dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni (przemysł precyzyjny, zbrojeniowy, narzędziowy, motoryzacyjny, maszynowy, artystyczny, jubilerski itp.)

Masa modelowa:

- mieszanina parafiny, stearyny, cerezyny, kalafoni, wosku pszczelego itp.

Modele odlewu i układu wlewowego wykonuje się najczęściej w matrycach metalowych, rzadziej gumowych, cementowych lub gipsowych.

Masa ceramiczna:

- sproszkowana mączka kwarcowa lub cyrkonowa, szamotowa, mulit, sylimanit itp..

- spoiwa – roztwory na bazie krzemianu etylu lub zolu kwasu krzemowego, a przy mniejszych wymaganiach szkło wodne.

-rozpuszczalniki i inne materiały: spirytus etylowy, aceton, hydrazyt, kwas solny, woda destylowana.

Operacje procesu odlewania metodą modeli wytapianych:

- wykonanie modeli odlewów i układu wlewowego,

- montaż modeli na wlewie głównym,

- tworzenie powłoki ceramicznej poprzez kilkakrotne zanurzanie zestawu modelowego w płynnej masie ogniotrwałej i obsypywanie piaskiem kwarcowym,

- tworzenie powłoki samonośnej, lub umieszczanie w skrzynkach formierskich,

- wytapianie modeli (może odbywać się w urządzeniach wannowych, bębnowych lub komorowych z wykorzystaniem gorącego powietrza lub pary wodnej,

- w razie potrzeby dodatkowe wypalanie formy w piecach komorowych w temperaturze 850 – 900⁰C,

- zalewanie ciekłym metalem,

- wybijanie odlewów z formy,

- odcinanie odlewów od wlewu głównego,

- czyszczenie i wykańczanie odlewów.

Zalety procesu:

- uzyskiwanie największych dokładności wymiarowych i gładkości powierzchni,

- zastępowanie drogich odkuwek i obróbki skrawaniem poprzez wykonanie odlewów precyzyjnych,

- możliwość uzyskania odlewów o bardzo złożonych kształtach, niemożliwych do wykonania innymi metodami,

- możliwość wykonania odlewu z dowolnego stopu (w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej stosowana najczęściej do staliw , zwłaszcza stopowych, rzadziej żeliw i stopów miedzi, a wyjątkowo do stopów aluminium),

- można uzyskiwać odlewy cienkościenne.

Wady procesu:

- proces trudny do mechanizacji i automatyzacji,

- ograniczona masa odlewu, zasadniczo do 1 – 2 kg, wyjątkowo do 10 kg.