Politechnika Śląska

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

Projekt:

Procesy i techniki produkcyjne

Temat: Ogólna charakterystyka odlewnictwa, przykłady i rodzaje odlewów.

Grupa: ZIP 22

Sekcja: 2

Podsekcja: 7

Imię i nazwisko:

Natalia Orlikowska, Kamil Marcinek Łukasz Partyła

Uwagi prowadzącego:

Spis treści:

1. Informacje ogólne o odlewnictwie

2. Charakterystyka modelu odlewniczego

1. Różnice kształtów i wymiarów modelu i odlewu

2. Podział modeli odlewniczych

3. Wytwarzanie modeli odlewniczych

4. Rodzaje modeli odlewniczych

5. Charakterystyka rdzennic

6. Informacje dodatkowe o modelach odlewniczych

1. Ręczne wytwarzanie form odlewniczych

2. Maszynowe wytwarzanie form i rdzeni

1. Zastosowanie maszyn formierskich

2. Rodzaje płyt

3. Maszyny formierskie

4. Zalewanie form

5. Wybijanie odlewów z form

6. Wykańczanie odlewów

1. Rodzaje wykonywania odlewów

1. Wykonywanie odlewów w formach skorupowych

2. Wykonywanie odlewów w formach z wypalanymi modelami

3. Wykonywanie odlewów formach z ciekłych mas samoutwardzalnych

4. Odlewanie pod ciśnieniem

5. Odlewanie w formach wirujących

6. Odlewanie ciągłe i półciągłe

1. Posumowanie

2. Bibliografia

1. Odlewnictwo, to technologia (niekiedy sztuka lub umiejętność) polegająca na zalewaniu uprzednio przygotowanej formy ciekłym materiałem, najczęściej stopem metali, ale również gipsem, woskiem czy tworzywami sztucznymi oraz takim sterowaniu procesem krzepnięcia lub reakcji chemicznej tężenia odlewu, aby otrzymać wyrób o odpowiedniej strukturze i właściwościach

1. Do tych działań możemy zaliczyć między innymi:

• przygotowanie dokumentacji konstrukcyjnej oraz technologicznej odlewów

• przygotowanie modeli i form odlewniczych

• wykonanie modeli, rdzeni i form odlewniczych,

• przygotowanie materiału w postaci ciekłego stopu

• wypełnianie form odlewniczych, przygotowanym wcześniej ciekłym stopem następnie wybijanie odlewów z form odlewniczych

• czyszczenie i wykańczanie powierzchni odlewów

• kontrola techniczna odlewów i ewentualna naprawa odlewów

• konserwacja odlewów

1. Odlewy, powstają w wyniku odlewania ciekłego stopu do specjalnie przygotowanych form odlewniczych. Materiały odlewnicze to głównie: żeliwa, staliwa i stopy metali nieżelaznych - głównie miedzi, aluminium, cynku, magnezu, cyny i ołowiu.

2. Zastosowanie odlewów w przemyśle, odlewy są stosowane między innymi w przemyśle samochodowym (np. na poszczególne elementy silnika), budowlanym np. na elementy konstrukcyjne, w medycynie, produkcji zabawek a także biżuterii.

1. Model odlewniczy, to przyrząd, za pomocą którego odtwarza się wnękę formy odlewniczej. Kształt modelu i jego wymiary są identyczne z kształtem i wymiarami wnęki formy oraz ściśle związane z kształtem i wymiarami odlewu jako produktu finalnego.

Do odtwarzania zewnętrznych kształtów odlewu w formie odlewniczej służy model, natomiast do odtwarzania kształtów wewnętrznych - rdzeń lub rdzenie. W związku z tym, modele powinny być wyposażone w tzw. znaki rdzeniowe, służące do wykonania w formie odlewniczej gniazd rdzeniowych, w których jest osadzany rdzeń.

Modele najczęściej są wytwarzane jako dzielone, co ułatwia wykonanie formy i następnie wyjmowanie modelu z formy. W zależności od stopnia złożoności, modele mogą być dzielone wzdłuż jednej lub wielu płaszczyzn, a nawet powierzchni krzywoliniowych.

1. Różnice kształtów i wymiarów modelu i odlewu wynikają z:

• pochyleń odlewniczych (umożliwiających wyjęcie modelu lub jego części z formy)

• naddatków nad obróbkę skrawaniem poszczególnych powierzchni odlewu

• skurczu liniowego tworzywa odlewniczego

• naddatków technologicznych

• ogólnych zasad konstruowania odlewów

1. Modele odlewnicze można podzielić na trzy grupy:

• Naturalne; (bezpośrednio odtwarzające kształt odlewu): dzielone: z częściami odejmowanymi

• Właściwe; (pośrednio odtwarzające kształt odlewu): niedzielone: bez części odejmowanych

• Uproszczone; częściowe: przesuwane, odcinkowe, szkieletowe, przymiary kontrolne, modele-klocki oraz wzorniki: z pionową osią obrotu, z poziomą osią obrotu

1. Do wytwarzania modeli odlewniczych, stosuje się różne gatunki drewna, metali, tworzyw sztucznych. O doborze materiału decydują: warunki formowania modelu oraz ilość serii odlewów wykonanych przy pomocy danego modelu.

Każdy model wymaga starannego wykonania i dokładnego sprawdzenia przed skierowaniem go do produkcji odlewów, gdyż jakość przyszłego odlewu w znacznej mierze zależy od jakości modelu służącego do jego wykonania.

1. Rodzaje modeli:

• Modele drewniane – są wytwarzane z sosny, olchy, lipy, gruszy, świerku, brzozy, buku - są stosowane do ręcznego wykonywania form odlewniczych, a więc w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. W celu zwiększenia wytrzymałości i odporności na paczenie się modele drewniane są wytwarzane z kilku kawałków drewna, odpowiednio przygotowanych i połączonych. Aby zwiększyć odporność na wilgoć i zmniejszyć chropowatość powierzchni, modele są malowane specjalnymi lakierami. Za pomocą jednego modelu drewnianego można wykonać do kilku tysięcy form odlewniczych.

• Modele metalowe, najczęściej wykonuje się ze stopów aluminium, miedzi oraz z żeliwa. Stosuje się je do maszynowego wykonywania form odlewniczych, a więc w produkcji seryjnej i masowej. Są mocowane do żeliwnych lub staliwnych płyt pod-modelowych, tworząc wraz z nimi i układem wlewowym płytę modelową. Model metalowy umożliwia wykonanie 25000—150000 form odlewniczych.

1. Rdzennice, przyrządy do wytwarzania rdzeni odlewniczych. W produkcji rdzenie stanowią część formy odlewniczej odtwarzającej z reguły wewnętrzne kształty odlewu. Rdzenie odlewnicze wytwarza się najczęściej z mas rdzeniowych, które wymagają zagęszczenia, ręcznego lub maszynowego. Do wytworzenia rdzenia potrzebna jest rdzennica.

Rdzennice dzielimy na:

• ramkowe (do wytwarzania płaskich rdzeni)

• skrzynkowe (do wytwarzania rdzeni okrągłych lub zbliżonych do przekroju okrągłego)

• rdzennice w pancerzu (do rdzeni skomplikowanych i o złożonych kształtach)

Rdzennice mogą być wykonane z drewna, metalu lub tworzyw sztucznych. Drewniane przeznaczane są do wykonywania rdzeni z mas formowanych na zimno. W metalowych wytwarza się rdzenie za pomocą nadmuchiwarek i strzelarek oraz metodą gorącej rdzennicy, a także rdzenie skorupowe. W takich przypadkach rdzennica musi być podgrzewana, najczęściej wykorzystuje się do tego prąd elektryczny.

Podczas wytwarzania rdzeni konieczne są podstawki pod-rdzeniowe. Podstawki te zabezpieczają go przed odkształceniem lub zniszczeniem. Do magazynowania rdzeni oraz transportu ich na stanowiska składania służą różnego rodzaju pojemniki i palety.

Ręczne wytwarzanie rdzeni:

Rdzenie, są wytwarzane z mas rdzeniowych w przyrządach zwanych rdzennicami. Rdzeń powinien być wyposażony w rdzenniki, na których spoczywa później w gniazdach rdzeniowych formy odlewniczej. Podczas zalewania form rdzenie są szczególnie obciążone mechanicznie i cieplnie. Dlatego wymagania stawiane masom rdzeniowym są wyższe niż masom formierskim.

Masy rdzeniowe są mieszaniną piasku kwarcowego, substancji wiążącej (szkło wodne sodowe, cement portlandzki, żywice syntetyczne, ług posiarczynowy, oleje roślinne itp.) oraz dodatków polepszających ich własności.

Rdzennice do ręcznego wytwarzania rdzeni są wykonywane z drewna. Aby zabezpieczyć je przed paczeniem się wskutek wilgoci, rdzennice klei się z wielu warstw drewna oraz maluje specjalnymi lakierami.

Coraz częściej stosuje się obecnie masy rdzeniowe umożliwiające wyeliminowanie zabiegu suszenia rdzenia. Substancje wiążące tych mas - np. cement, szkło wodne sodowe, żywice utwardzalne termicznie lub chemicznie - utwardzają rdzeń w rdzennicy pod wpływem utwardzacza lub wskutek podwyższonej temperatury.

Do wytwarzania rdzeni, stosuje się syntetyczne żywiczne spoiwa termoutwardzalne. Procesy utwardzenia masy zachodzą przy temp. 300°C dlatego formy muszą być metalowe.

1. Informacje dodatkowe o modelach:

Modele małe i średniej wielkości coraz częściej są wykonywane z tworzyw sztucznych, głównie żywic epoksydowych. Modele wykonane z tworzyw sztucznych są stosowane do ręcznego oraz maszynowego wykonywania form odlewniczych. Podczas projektowania modeli należy uwzględnić przede wszystkim, naddatki materiału na obróbkę skrawaniem odlewu, (wartości naddatków są określone w normach PN) oraz skurcz odlewniczy materiału.

1. Ręczne wytwarzanie form odlewniczych:

Formy piaskowe są wytwarzane z mas formierskich, sporządzanych jako mieszaniny takich składników, jak:

• piasek kwarcowy, odznaczający się dużą twardością i odpornością na wysoką temperaturę; w niektórych przypadkach, gdy wymagana jest szczególnie wysoka odporność na działanie wysokiej temperatury (np. podczas odlewania staliwa), zamiast piasku kwarcowego, jako osnowa mas formierskich, są używane: piasek cyrkonowy, magnezyt itp.,

• substancje wiążące ziarna piasku lub innej osnowy, np. glinka kaolinitowa, glinka ben-tonitowa, cement, szkło wodne sodowe, smoła, dekstryna, żywice syntetyczne;

• substancje zapobiegające przypalaniu się masy do odlewu, np. smoła, pył koksowy;

• materiały polepszające przepuszczalność np. trociny, paździerze, torf.

Skład masy formierskiej jest dobierany w zależności od materiału odlewniczego. Podczas produkcji odlewów są zużywane bardzo duże ilości mas formierskich. Na przykład do wyprodukowania l tony odlewów żeliwnych zużywa się około 4 ÷ 8 ton masy formierskiej.

Podczas ręcznego wykonywania średnich i dużych form są używane dwa rodzaje mas formierskich: przy-modelowe i wypełniające. Masy przy-modelowe charakteryzują się korzystniejszymi własnościami i są nakładane tuż przy modelu, tworząc warstwę grubości 30 - 50 mm.

Formy piaskowe najczęściej są wykonywane w specjalnych skrzynkach formierskich (jednej, dwu lub kilku), mających kształt ram.

Rys. 1. Komplet skrzynek formierskich

1. Maszynowe wytwarzanie form i rdzeni:

1. Zastosowanie maszyn formierskich - formierek, umożliwia zwiększenie dokładności i wydajności oraz zmniejszenie kosztów wytwarzania form i rdzeni. Do formowania maszynowego stosuje się modele metalowe lub z tworzyw sztucznych (małe i o średniej wielkości), przymocowane do żeliwnej (rzadziej staliwnej lub aluminiowej) płyty pod-modelowej i tworzące wraz z nią tak zwaną płytę modelową.

2. Rodzaje płyt:

• płyty jednostronne, zawierające tylko górna lub dolną część modelu; do formowania obydwu skrzynek są potrzebne wtedy dwie płyty modelowe;

• płyty dwustronne, mające obydwie połówki modelu umieszczone po dwóch stronach płyty; do zaformowania dolnej skrzynki wykorzystuje się wówczas jedną stronę płyty modelowej, a do zaformowania górnej — drugą;

• płyty rewersyjne, mające obydwie części modelu umieszczone na tej samej stronie płyty.

1. Maszyny formierskie (formierki), umożliwiają zmechanizowanie zagęszczania masy formierskiej oraz oddzielanie modelu od formy. Ze względu na sposób zagęszczania masy formierskiej rozróżnia się:

• formierki prasujące, w których masa formierska jest dociskana do modelu płytą prasującą;

• formierki - wstrząsarki, w których masa formierska jest zagęszczana na skutek wstrząsów stołu formierki;

• formierki-narzucarki, w których masa formierska jest zagęszczana przez miotanie niewielkich jej porcji za pomocą łopatek szybko obracającego się wirnika.

1. Zalewanie form:

Przed przystąpieniem do zalewania formy poszczególne jej części należy połączyć klamrami lub na górną część formy nałożyć odpowiednio dobrane obciążniki, zapobiega to rozdzielaniu się obu części formy podczas jej zalewania. Zalewanie formy polega na wypełzaniu jej wnętrza ciekłym materiałem odlewniczym. Aby zalewanie odbywało się spokojnie i równomiernie, w formach są wykonywane tzw. układy wlewowe. Stopień skomplikowania układów wlewowych zależy od kształtów i wielkości odlewów.

Rys. 2 – Układ wlewowy

1. Wybijanie odlewów z form:

Po skrzepnięciu i ostygnięciu odlewu odbywa się tzw. wybijanie form. Polega ono na usunięciu masy formierskiej i rdzeniowej ze skrzynek formierskich oraz usunięciu odlewu.

W przypadku form małych, w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, wybijanie jest wykonywane ręcznie za pomocą młotków oraz przecinaków pneumatycznych, strumienia wody itp.

W produkcji seryjnej wybijanie form odbywa się w urządzeniach wibracyjnych lub wstrząsowych.

1. Wykańczanie odlewów, polega na:

• oddzieleniu odlewu układu wlewowego od odlewu właściwego;

• usunięciu zalewek i wypływek, deformujących kształt odlewu;

• usunięciu cząstek masy formierskiej i rdzeniowej, przypalonych do powierzchni odlewu.

1. Rodzaje wykonywania odlewów ( wybrane przykłady):

1. Wykonywanie odlewów w formach skorupowych, w przypadku form skorupowych masa formierska składa się z: drobnoziarnistego piasku kwarcowego, będącego składnikiem podstawowym masy; nowolakowej żywicy fenowej, stanowiącej substancję wiążącą ziarna piasku; urotropiny, odgrywającej rolę utwardzacza żywicy; nafty, ułatwiającej wymieszanie ziarn piasku z żywicą oraz zabezpieczającej przed oddzielaniem się (segregacją) ziarn piasku od żywicy po sporządzeniu masy formierskiej. Obecnie są stosowane dwie metody wykonywania form skorupowych:

• metoda Croninga (nazywana również procesem C), w której grubość skorupy zależy od czasu przetrzymywania sproszkowanej masy formierskiej na gorącej płycie modelowej.

• metoda Dieterta (nazywana również procesem D), w której grubość skorupy nie zależy od czasu przetrzymywania sproszkowanej masy formierskiej na gorącej płycie modelowej.

1. Wykonywanie odlewów w formach z wypalanymi modelami, w metodzie tej modele są wykonywane z pianopolistyrenu, zwanego także styropianem. Następnie zostaje sporządzona forma piaskowa. Model nie jest wyjmowany z formy, lecz ulega zgazowaniu podczas jej zalewania ciekłym materiałem odlewniczym. Umożliwia to wykonywanie form niedzielonych, co zwiększa dokładność odlewów.

2. Wykonywanie odlewów w formach z ciekłych mas samoutwardzalnych, ciekłe masy samoutwardzalne są mieszaniną piasku kwarcowego, substancji wiążącej w postaci szkła wodnego oraz żużla chromowego (utwardzacza). Stan ciekły uzyskują po dodaniu do nich niewielkiej ilości (0,3—0,5%) kwasów sulfonowych. Odlewanie w formach z ciekłych mas samoutwardzalnych przebiega w sposób zbliżony do odlewania w formach piaskowych. Metody te różnią się wypełnianiem skrzynek formierskich masą formierską i zagęszczaniem (utwardzaniem) masy formierskiej. Ciekłymi masami samoutwardzalnymi są zalewane modele właściwe i układu wlewowego, umieszczone - podobnie, jak ma to miejsce podczas wykonywania form piaskowych - w skrzynkach formierskich. Po upływie kilkudziesięciu minut masa utwardza się sama, na skutek zachodzących w niej reakcji chemicznych.

3. Odlewanie pod ciśnieniem, jest stosowane do masowego wytwarzania cienkościennych odlewów z różnych materiałów odlewniczych — głównie jednak ze stopów metali nieżelaznych. Polega ono na wtłaczaniu ciekłego materiału do form metalowych pod ciśnieniem wynoszącym 2-350 MPa. Odlewanie pod ciśnieniem odbywa się w specjalnych maszynach odlewniczych, które można podzielić na:

• maszyny z gorącą komorą ciśnieniową: tłokowe lub powietrzne; • maszyny z zimną komorą ciśnieniową, poziomą lub pionową,

1. Odlewanie w formach wirujących, podczas odlewania w formach wirujących na ciekły materiał odlewniczy działa siła odśrodkowa. Rozróżnia się trzy podstawowe metody odlewania w formach wirujących: odlewanie odśrodkowe w formach z pionową lub poziomą osią wirowania, odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym oraz tzw. odlewanie pół-odśrodkowe.

2. Odlewanie ciągle i półciągle, metodą odlewania ciągłego są wykonywane odlewy o długości wielokrotnie przewyższającej długość formy metalowej, zwanej w tym przypadku krystalizatorem. Krystalizatory są obficie chłodzone wodą i mają budowę otwartą, umożliwiającą przesuwanie odlewu w sposób ciągły lub skokowy. W zależności od położenia osi krystalizatora rozróżnia się odlewanie ciągłe pionowe i poziome. Przed rozpoczęciem odlewania wnętrze krystalizatora jest zamknięte korkiem, którego koniec spoczywa w rolkach urządzenia ciągnąco-prowadzącego. Ciekły materiał odlewniczy jest systematycznie dostarczany do tygla tak, że jego poziom pozostaje stały. Z tygla materiał wpływa do krystalizatora, intensywnie chłodzonego wodą. W zetknięciu z krystalizatorem oraz korkiem następuje krzepnięcie materiału, najbardziej intensywne w pobliżu powierzchni krystalizatora i korka. Po zakrzepnięciu zewnętrznych ścianek odlewu jest uruchamiane urządzenie ciągnąco - prowadzące. Prędkość przesuwania odlewu dobiera się tak, aby kolejne jego odcinki opuszczające krystalizator były w wystarczającym stopniu skrzepnięte. Następnie odlew jest cięty na odcinki o wymaganej długości. Odlewanie pół-ciągłe różni się tym od ciągłego, że odlew ma określoną długość - zbędne staje się więc cięcie go na części.

1. Posumowanie:

Odlewnictwo to popularna technika wytwarzania produktów oraz półproduktów, znana i stosowana jest od bardzo dawna. Technologia stosowana w odlewnictwie jest wciąż, na bieżąco ulepszana i wprowadza się w związku z nią wiele innowacji. Odlewy znajdują swoje zastosowanie, między innymi – w przemyśle samochodowym, budowlanym a także medycynie czy produkcji zabawek. W związku z tak szerokim zastosowaniem odlewów, istnieje wiele rodzajów odlewów, form i metod którymi się je uzyskuje.

1. Bibliografia:

- Portal gospodarczy, www.wnp.pl - Strona internetowa, www.wikipedia.pl - „Odlewnictwo”, M.Perzyk, S.Waszkiewicz, M.Kaczorowski, Wydawnictwo Naukowo – Techniczne, Warszawa 2009