Zalety odlewania precyzyjnego:
-mała tolerancja wymiarowa
-wyeliminowanie lub znaczne ograniczenie obróbki powierzchni odlewu
-ograniczone zużycie materiałów
-mała chropowatość surowej powierzchni odwzorowanej przez formę
Precyzyjne metody odlewania
-odlewanie kokilowe grawitacyjne
-odlewanie w formach skorupowych
-odlewanie ciśnieniowe
-odlewanie metodą wytapianych modeli
-odlewanie metodą mario di maio
-metoda Shawa
-odlewanie odśrodkowe
-proces pełnej formy
Metoda olewania
MODEL
Wybór metody odlewniczej
↓
MATRYCA SILIKONOWA
Model odlewniczy
↓
FORMA CERAMICZNA
Forma gipsowa
↓
FORMOWANIE
-suszenie formy
-obróbka cieplna
-zalewanie formy
-surowy odlew
Porównanie
| Cechy podstawowe | Metoda wyt. modeli | Mario di maio | Formowanie ręczne |
|---|---|---|---|
| Brak linii podziału | + | + | - |
| Zwiększony uzysk mat. | + | ++ | - |
| Wysoka dokładność wymiarowa | + | + | - |
| Złożoność kształtu odlewu | + | + | -/+ |
| Ograniczona obrobka końcowa odlewu | + | + | - |
Zastosowanie
| MWM | MdM | |
|---|---|---|
| Odlewnictwo artystyczne | Jubilerstwo statuetki rzeźby odlewnicze |
jubilerstwo |
| Odlewnictwo przemysłowe | Części maszyn Części silników samochodowych Narzedzia chirurgiczne |
Części maszyn Części silników samochodowych Narzedzia chirurgiczne Części uzbrojenia |
| Odlewnictwo specjalnego zastosowania | Narzedzia chirurgiczne Łopatki turbin endoprotezy |
Formowanie metodą wytapianych modeli
Cechy metody:
- model wytopiony z mieszanki łatwotopliwej, jednorazowej
- masa formerska ma konstrukcję gęstej cieczy
- forma wykonana z materiałow ceramicznych – postać nie dzielonej skorupy
• wykonanie modeli z masy woskowej niskotopliwej: mieszanina
wosku Montana, roślinnego, parafiny, stearyny z dodatkiem 2 - %
polietylenu. Wykonanie w metalowej matrycy . temp 45-55C
• Połączenie pojedynczych modeli w zespoły i dołączenie do układu
wlewowego za pomocą lutownicy (choinka modeli)
• Przygotowanie masy ceramicznej: mączka kwarcowa/cyrkonowa +
spoiwa tj: krzemian etylu, krzemian sodu itp., Konsystencja gęstej
cieczy
• Wytwarzanie formy – zanurzenie 5 – 8 razy w masie ceramicznej.
Po każdym zanurzeniu obsypuje się drobno ziarnistym materiałem
ceramicznym i utwardza przez suszenie na powietrzu.
• Wytopienie modeli i układu wlewowego; utwardzanie formy przez
wygrzewanie w temp 800 – 1000 C
• Zalanie formy ciekłym metalem
• Rozbicie formy i odcięcie odlewow od układu wlewowego,
oczyszczenie.
Masa formierska – mieszanina najczęściej ceramicznych, mineralnych materiałów formierskich dobranych w proporcji zapewniająca założoną szybkość ruchu ciepła, odporność cieplną i mechaniczną wytrzymałość formy.
Masy rdzeniowe – masy przeznaczone do sporządzania rdzeni odlewniczych
Osnowa – główny sypki składnik masy formierskiej. Osnowy różnią się składem mineralogicznym, chemicznym i ziarnowym. Są odpowiedzialne za własności cieplne formy i jej odporność na wysoką temperaturę wlewanego stopu
Piasek formierski – sypka kwarcowa skała osadowa lub sypki produkt ceramiczny. Jeżeli obok osnowy piaskowej kopalina zawiera naturalny materiał o ziarnistości poniżej 0,02mm, to surowiec określą się nazwą piasek naturalny.
Lepiszcze – frakcje o ziarnistości poniżej 0,02 mm. „Lepiszcze” w odniesieniu do osnowy piaskowej oznacza zanieczyszczenie, natomiast „lepiszcze” w odniesieniu do masy formierskiej oznacza materiał wiążący lub będący dowolną gliną formierską, np. bentonit.
Materiał wiążący – składnik masy formierskiej nadający sypkiej osnowie wytrzymałość mechaniczną, umożliwiającą otrzymanie odlewu o złożony kształtach i wymiarach. Materiałami wiążącymi są lepiszcza i spoiwa.
Fizyczne czynniki wiążące – czynniki nadające sypkiej osnowie mechaniczną wytrzymałość postaciową, np. podciśnienie, pole elektromagnetyczne, obniżona temperatura.
Glina formierska – naturalny materiał wiążąc, minerały ilaste.
Spoiwo – materiał organiczny lub nieorganiczny wykazujący zdolność
Powłoka – materiał lub mieszanina materiałów w stanie sproszkowanym, ciekłym lub w postaci pasty, nanoszony cienką warstwą na powierzchnię rdzenia lub wnęki formy o własnościach: ochronnych lub aktywnych, wzmacniających, adsorpcyjnych lub antyadhezyjnych.
Wymagania własności materiałów stosowanych na osnowy mas formierskich i powłok ochronnych:
Odpowiednie przewodnictwo cieplne, ciepło właściwe i pojemność cieplna
Odporność na działanie wysokiej temperatury
Odporność na działanie tlenków metali w podwyższonej temperaturze
Mała rozszerzalność cieplna
Brak przemian polimorficznych
Odpowiedni skład ziarnowy
Przygotowywanie formy:
Ustawienie skrzynki formierskiej na płycie formierskiej,
Umieszczenie modelu na płycie formierskiej, tak aby pozostawić miejsce dla układu wlewowego
Posypanie modelu i płyty pudrem formierskim
Przykrycie modelu pierwszą warstwą piasku, przesypaną przez sito
Wypełnienie skrzynki formierskiej masą wypełniającą i ubicie jej za pomocą ubijaka
Zebranie nadmiaru masy formierskiej za pomocą zgarniaka
Obrócenie gotowej połówki formy o 180stopni
Ustawienie górnej skrzynki formierskiej i połączenie obu części
Ustawienie modelu układu wlewowego oraz nadlewu
Wykonanie kroków c-g
Wykonanie zbiornika wlewowego
Wykonanie obrania i wyjęcie modelu
Zrobienie wlewu doprowadzającego i oczyszczenie kanałów wlewowych,
Zamknięcie formy
W metalurgii stosujemy piece na :
a) Paliwo stałe , ciekłe lub gazowe . Zaliczamy do nich piece :
1 . szybowe - żeliwiaki
2. płomieniowe - stałe
- obrotowe
3. martenowskie - stałe
- przechylne
b) Energię elektryczną :
1. łukowe - o działaniu pośrednim ( jedno-fazowe )
- o działaniu bezpośrednim ( trój -fazowe )
2 . indukcyjne -tyglowe
- kanałowe
3 . plazmowe - łukowo - plazmowe
- indukcyjno - plazmowe
I . OPOROWE :
1 . tyglowe - tygle metalowe z żeliwa żaro odpornego, ze staliwa
- tygle grafitowe , szamotowe , grafitowo - szamotowe , specjalne
- tygle metalowe
- tygle grafitowe
c) Reakcje chemiczne :
1. konwertory - konwertor z bocznym dmuchem powietrza
- konwertor z górnym dmuchem powietrza
Żeliwiak - jest to piec szybowy o kształcie cylindrycznym , w którym warstwy wsadu metalowego , zwane nabojami , na przemian z warstwami koksu odlewniczego i topnika wprowadzane są przez okno wsadowe do wnętrza pieca i opuszczają się w dół szybu do strefy topienia . Tam następuje topienie wsadu na skutek oddziaływania spalin o temperaturze 1650 - 2000 o C , powstających w wyniku egzotermicznej reakcji spalania koksu w powietrzu wydmuchiwanym przez dysze . Powietrze do dysz dostarczone jest ze skrzyni powietrznej , do której wtłaczane jest za pomocą wentylatora lub dmuchawy .Ciekłe żeliwo wraz z żużlem gromadzi się w kotlinie lub zbiorniku , skąd spuszczane jest okresowo do kadzi za pomocą zwykłej rynny spustiwej
Piece płomieniowe - są to z reguły duże jednostki , w których metal pobiera ciepło bezpośrednio od płomieni i spalin , a pośrednio od rozżarzonych ścian i sklepienia . Z grupy pieców płomieniowych na uwagę zasługuje piec martenowski przeznaczony do wytopu staliwa .
Piec płomieniowy składa się z następujących części :
- przestrzeni roboczej w , której odbywa się przetapianie metalu i jego gromadzenie ,
- rekuperatorów służących do podgrzewania powietrza gorącymi spalinami ; dzięki temu uzyskuje się wysoką temperaturę płomienia ,
- przestrzeni spalania z głowicami ,
- urządzeń pomocniczych i komina do odprowadzenia spalin i wytwarzania ciągu .
W piecach płomieniowych najczęściej paliwem ciekłym jest olej opałowy lub mazut . W przypadku paliwa gazowego stosowany bywa gaz ziemny , koksowniczy lub wielkopiecowy .
Piece płomieniowe obrotowe znalazły zastosowanie w odlewniach stopów miedzi , aluminium oraz żeliwa szarego i ciągliwego .
Piece tyglowe - są powszechnie stosowane do topienia małych ilości , głównie metali nieżelaznych i ich stopów . Zajmują niewiele miejsca i są tanie w eksploatacji . Ciepło wytwarzane w komorze spalania jest przekazywane nagrzewanemu metalowi przez ścianę tygla .Możliwość wymiany tygla zapewnia łatwą zmianę gatunku topionego stopu . Najprostszym i zanikającym typem tyglowego pieca koksowniczego jest piec wgłębny szybowy , pracujący na ciągu naturalnym . Szersze zastosowanie mają piece tyglowe opalane paliwem ciekłym - najczęściej mazutem lub gazem .
Piece łukowe - dzielimy je na :
- piece łukowe pośrednie
- piece łukowe bezpośrednie
W piecach łukowych pośrednich łuk elektryczny powstaje pomiędzy ułożonymi elektrodami i żarzy się ponad wsadem . Tak ułożone elektrody narażone są n a naprężenia zginające , co ogranicza ich długość , a więc wymiary i moc pieca . stąd pojemność pieców nie przekracza 1500 [ kg ] i budowane są jako bębnowe , jednofazowe . Piece te służą do wytopu stopów miedzi , w mniejszym stopniu żeliwa atopowego i ciągliwego .
Piec łukowy składa się z :
- pieca właściwego - trzonu i sklepienia
- elektrod węglowych lub grafityzowanych oraz uchwytów elektrod i urządzeń do ich podnoszenia i opuszczania
- mechanizmów przechylania pieca
- wyposażenia elektrycznego .
Piece indukcyjne - dzielą się na :
- piece bezrdzeniowe - tyglowe
- piece rdzeniowe - kanałowe
Piec indukcyjny tyglowy ma prostą budowę . Zazwyczaj jest to tygiel wykonany z materiału ogniotrwałego znajdujący się w cewce wzbudnika wykonanej z rurek miedzianych o przekroju kwadratowym lub prostokątnym , wewnątrz chłodzonych przepływającą wodą . Cewka stanowi uzwojenie pierwotne , a przepływający przez nią prąd wytwarza zmienne pole elektromagnetyczne , które indukuje siłę elektromagnetyczną . Ta z kolei wywołuje we wsadzie umieszczonym w tyglu przepływ prądów silnie rozgrzewających .
Oprócz zjawisk cieplnych występują jeszcze zjawiska magnetohydrodynamiczne . Prąd wtórny indukowany we wsadzie skierowany jest przeciwnie do prądu pierwotnego , co powoduje powstanie sił odpychających ciekły metal od ścian tygla .
Do zalet i pieców indukcyjnych bezrdzeniowych zaliczamy :
- wysoką temperaturę przegrzania metalu i łatwość jej regulacji,
- jednorodny skład chemiczny metalu,
- małe zużycie energii elektrycznej
- prostą obsługę i małe wymiary
Natomiast wadą jest niska temperatura żużla ,co ogranicza prowadzenie intensywnych procesów metalurgicznych .
Rysunek nr 2 przedstawia piec indukcyjny tyglowy .
Piece indukcyjne kanałowe - stosowane są do wytapiania metali nieżelaznych i ich stopów oraz niektórych gatunków żeliwa . Najbardziej rozpowszechnionym jest piec z rdzeniem stalowym i zamkniętym kanałem poziomym , lecz wadą ich jest niska trwałość kanału oraz konieczność pozostawienia w piecu około 20 % płynnego metalu , stanowiącego tzw. . zaczyn .
Piece próżniowe - źródłem ciepła jest tu element grzejny oddający swe ciepło do wsadu przez promieniowanie lub pośrednio przez tygiel . Elementami oporowymi mogą być materiały metalowe , np. : kantal , megapyr lub niemetalowe , np. : silit ,węgiel , grafit .