Techniki wytwarzania sciaga, techniki wytwarzania sciaga


Techniki wytwarzania - jest to dział wiedzy inżynieryjnej która zajmuje się wytwarzaniem, przetwórstwem surowców w celu uzyskania wyrobu finalnego.

Metalurgia Żelaza

Podstawowym materiałem na bazie żelaza jest stal, stop żelaza z węglem. Metalurgia stali sprowadza się do dwóch etapów.

Etap wytwarzania surówki żelaza.

Przeprowadza się w urządzeniu zwanym wielkim piecem.

Proces wielkopiecowy jest pierwszym etapem na drodze otrzymywania stali. Kształt wielkiego pieca jest uwarunkowany od procesów fizykochemicznych, posiada następujące elementy składowe: gardziel, szyb, przestroń, spadki, gar.

Wsadem do wielkiego pieca jest koks wielkopiecowy, ruda żelaza lub koncentrat żelazowy, topniki (kamień wapienny + magnetyt + dolamit), złom, żelazo stopy. Koks spalając się wydziela gaz o składzie (42%CO, 2%H2, i 56%N2) ma charakter gazu redukcyjnego. Praca pieca jest ciągła i trwa przez około 5, 6 lat. Wytworzone gazy redukcyjne powodują nagrzanie wsadu pozostałego w szybie dzięki czemu następuje proces mięknięcia i ruda przechodzi w stan ciastowatości (przestroń). W spadkach zaczyna się topnienie rudy. Ciekły metal zbiera się w garze, a na powierzchni ciekłego metalu zbiera się żużel (pozostałe składniki).

Proces wielkiego pieca według Micharda:

Materiały wsadowe w postaci rudy lub koncentratu rudowego oraz koks i topniki załadowane do gardzieli schodzą wolno w duł nagrzewając się i stopniowo redukując się do żelaza czystego. Lekkie produkty czyli susówka i żużel zbierają się w gaże skąd są okresowo usuwane. W szybie w temperaturze około 450o C zaczyna się redukcja tlenków żelaza z nasilającą się w miarę schodzenia wsadu w duł pieca. W dolnej części pieca temperaturze 900oC rozpoczyna się redukcja tlenków żelaza za pomocą wodoru.

Redukcja za pomocą CO w temperaturze 450-900oC

3Fe2O3+nCO=2FeO+CO2+(n-1)CO+Q

2Fe2O+(n-1)CO=6FeO+2CO2+(n-3)CO+Q

3Fe2O3+nCO=6Fe+9CO2+(n-9)CO+Q

Redukcja za pomocą wodoru w temperaturze 900-1539oC

3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O-Q

FeO+H2=Fe+H2O-Q

Redukcja bezpośrednia Boduard'a

CO2+C→2CO

FeO+CO→Fe+CO2

Po okresie redukcji po około 5,6 godzin metal zbiera się w garze na powierzchnie którego wypływają kawałki żużla. Produktami wielkiego pieca są: surówka żelaza, żużel wielkopiecowy, gaz wielkopiecowy, pyły i inne zanieczyszczenia. Surówka żelaza jest zlewana do pojemników w kształcie cylindrów w pozycji poziomej (mieszalnik) lub do kadzi, które zlewa się w odpowiednie korytka (gąski). Surówka zawiera 4% węgla, 0,7% manganu, 0,5%krzemu, 0,2% siarki, 0,02% fosforu. W zależności od przeznaczenia surówki żelaza można ją podzielić na surówkę do przeróbki plastycznej (przeróbczą) lub surówkę odlewniczą. Żużel wykorzystuje się na wełnę mineralną, cement, pumex, kamień, gaz wielkopiecowy stanowi doskonałe źródło opałowe.

Metalurgia stali

Stal - jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2,03% przerobiony plastycznie i obrobiony cieplnie. W skład stali wchodzą również pierwiastki pochodzące z procesu metalurgicznego: krzem O,4%, mangan 0,8%, tytan o,1%, aluminium 0,1% chrom 0,3%, kobalt 0,1%, siarka 0,005%.

Staliwo - stal o takim samym składzie chemicznym co stal tylko odlana do form, a nie przerobiona plastycznie.

Produkcja stali polega na oczyszczaniu wcześniej otrzymanej stali z zanieczyszczeń. Proces ten nazywamy świeżeniem. Stosujemy kilka metod:

1)w konwerterze Bessemera

2)w konwerterze Thomasa

3)konwerterowo - tlenową

4)w piecach elektrycznych katodowych lub łukowych

5)metodą martenowską.

Proces konwertorowo - tlenowy polega na załadowaniu pieca (konwertera) wsadem składającym się z ciekłej surówki, złomu stalowego, topników i kamienia wapiennego i włączeniu dmuchu gorącego powietrza (lub gorącego tlenu). Proces ten przebiega bardzo szybko, powietrze lub tlen przechodząc przez ciekłą surówkę utleniają zanieczyszczenia, które na powierzchni metalu tworzą żużel. Po usunięciu żużla następuje zlanie ciekłej stali do pojemnika zwanego kadzią.

Proces konwertorowy przebiega w 3 etapach:

1)etap tworzenia żużla podczas którego następuje intensywne wypalanie manganu, krzemu i węgla.

2)etap płomienny podczas którego powstają słupy ognia do 10m następuje intensywne wypalanie węgla fosforu i siarki.

3)charakteryzuje się zanikaniem języków ognia i pojawia się dym (okres dymny) intensywne utlenianie żelaza. Przerywa się nadmuch i spuszcza się ciekły metal.

Proces Martenowski

Polega na przerobieniu wsadu złożonego ze złomu i surówki, a także rudy, toplików i odtleniaczy na stal o określonym składzie chemicznym. Załadunek pieca martenowskiego przeprowadza się przez okna wsadowe za pomocą ładowarek w kolejności: kamień wapienny, ruda, złom. Piec ogrzewany jest gazem z dodatkiem ropy naftowej. Gaz i ciepłe powietrze są doprowadzane przez dysze do wnętrza pieca, uzyskuję się temperaturę 1700oC. Tak wysoka temperatura umożliwia dodanie do ciekłego metalu rudy (do 25%) lub złomu (do 75%). Całkowity czas wytopu stali trwa 5-8 godzin.

W zależności od składu wsadu rozróżniamy 3 podstawowe odmiany procesu Martenowskiego:

1)Proces złomowy bezsorówkowy (recykling)

2)Proces złomowy

3)Proces złomowo rudowy 80-90% surówki, reszta to dodatki złomu, topliki.

Proces martenowski obejmuje następujące cykle prac:

1)naprawę pieca.

2)ładowanie pieca (kamień, ruda zlom),

3)podgrzewanie wsadu

4)wlewanie surówki

5)roztapianie całego wsadu

6)świeżenie (utlenianie domieszek)

7)odsiarczanie

8)odtlenianie (usuwanie czystego tlenu)

9)spust do kadzi.

Otrzymywanie stali w piecach elektrycznych:

W piecach elektrycznych wytapia się stal stopową i wysoko jakościową. Wsadem jest stal zwykła węglowa oraz żelazostopy między innymi żelazo mangan, żelazo krzem i żelazo chrom.

Piec łukowy

Proces ten przeprowadza się w wyniku wytwarzania łuku między wsadem, a elektrodami węglowymi lub grafitowymi. Nowoczesny piec łukowy składa się z: kotła, sklepienia, elektrod, mechanizmu do przechylania pieca, mechanizmu do opuszczania elektrod, transformatora. Pojemność takiego pieca wynosi od 5 do 200 ton. Istnieją dwie metody wytapiania:

1)metoda ze świeżeniem i ściąganiem żużla stosowana w celu uzyskania stali wysokostopowych.

2)bez świeżenia (odzyskowa) stosowana w celu odzyskania składników stopowych ze złomu stalowego.

Piec indukcyjny

Składa się z tygla (kotła) wykonanego z tworzywa ogniotrwałego. Wokół kotła znajduje się uzwojenie elektryczne. W skład wyposażenia pieca wchodzi również mechanizm do przechylania pieca, generator elektryczności oraz baterii kondensatorów. Po nałożeniu wsadu włącza się w obwód prąd o wysokiej częstotliwości do 20tys. Hz.

Wytworzona stal w stanie ciekłym jest następnie odlewana do form stalowych (wlewnic) po stąpnięciu nazywa się ją wlewką. Stal po wyprodukowaniu przed zlaniem do kadzi poddaje się odtlenianiu. Jeżeli do zlanej stali doda się FeMn, FeSi, i Al., stanowiące tzw. odtleniacze to stal intensywnie wrze, tzn. następuje usuwanie gazów, tlenu, azotu wodoru, Jest to stal uspokojona. Stal nieuspokojona to z domieszkami FeMn i FeSi ST3X, ST3Y - pułspokojna z niewielkimi domieszkami FeMn, FeSi, Al. Po skrzepnięciu stal uspokojona tworzy wlewek w którym wyróżniamy jamę wsadową, która tworzy głowę i stopę. W przypadku stali nieuspokojonej na całej objętości wlewka rozmieszczone są zanieczyszczenia. Wytworzona stal w piecach zlana do kadzi i odtleniona jest przenoszona na stanowisko z trwałych stalowych form zwanych wlewnicami. Wlewnice te są napełniane ciekła stalą w której krzepną. Istnieją trzy metody odlewania stali.

1)odlewanie stali metodą zalewania z góry,

2)odlewanie wlewków od dołu (syfonowa),

3)metoda COS (ciągłego odlewania stali),

Metalurgia miezi

Miedź gęstość 8,93 g/cm3, temperatura topnienia 183oC, temperatura wrzenia 230oC.

Rudy zawierające miedź to rudy siarczkowe i rudy tlenkowe zawierające do 4% czystej miedzi.

Proces wytapiania miedzi:

1)wzbogacanie rud (usuwanie zanieczyszczeń),

2)otrzymywanie surówki miedziowej (biały kamień) od 30-60% czystej miedzi,

3)otrzymywanie miedzi czarnej (konwertorowanie) 98% czystej miedzi,

4)oczyszczanie (rafinacja miedzi)

5)Przetopienie miedzi w piecu próżniowym.

Rys.

Wytapianie kamienia: proces ten przeprowadza się w piecach kamiennych otapianych gazem lub koksem. Wsadem jest ruda siarczkowa zawierająca ok. …… Proces wytapiania kamienia miedziowego przeprowadza się w piecach kamiennych lub szybowych, w których głównym wsadem jest ruda pirytowa. Powstają siarczki różnych metali wchodzących w skład miedzi. W skład kamienia miedziowego wchodzą siarczki miedzi Cu2S, FeS, ……oraz wszystkie metale szlachetne. Zawartość czystej miedzi w tym kamieniu wynosi w praktyce od 30-35%. Kamień Cu miesza się z SiO2 i ładuje do przechylnych konwerterów do których doprowadza się świeże powietrze. Wyróżniamy dwa etapy:

1)etap od momentu włączenia dmuchu powietrza do całkowitego utlenienia siarczku żelaza FeS, który wypływa na powierzchnię ciekłego metalu tworząc żużel.

2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑

2FeO+SiO2→2FeO SiO2→żużel

Proces ten przebiega w temperaturze 1200oC i jest procesem egzotermicznym (wytwarza się ciepło), kończy się gady FeS utleni się i w konwerterze powstanie Cu2S tworząc biały kamień.

2)w drugim etapie następuje utlenianie tlenem zawartym w powietrzu siarczku miedziowego Cu2S

2Cu2S+3O2↔2Cu2O+2SO2

Cu2S+2Cu2O⇒6Cu+SO2↑

Konwertorowanie w pierwszym okresie przeprowadza się przez około 2 godziny. Produktem jest miedź czarna 98% Cu oraz żużel i gazy. Miedź czarną odlewa się do wlewnic i transportuje na wydział rafinacji, następnym etapem jest proces rafinacji miedzi.

Miedź konwerterowa zawiera 2% zanieczyszczeń, tlenki metali, metale szlachetne, gazy itp.

3)Rafinacja ogniowa ma na celu usunięcie wszystkich zanieczyszczeń oprócz metali szlachetnych. Przeprowadza się w piecach płomiennych w temperaturze 1100oC. Miedź konwerterowa roztapia się w piecu wannowym o pojemności 400 ton.

Po roztopieniu miedzi włącza się nadmuch gorącego powietrza i następuje utlenianie miedzi do tlenku miedziowego. 4Cu+O2=2Cu2O Proce zachodzi bardzo powoli. W dalszym etapie utworzony tlenek miedziowy reaguje z rozpuszczonymi w tej miedzi zanieczyszczeniami głównie z Cu2S.

2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2↑ - miedź rafinowana ogniowo

dwutlenek miedzi reaguje również z innymi zanieczyszczeniami wchodzącymi w skład miedzi czarnej. Cu2O+Me→2Cu+MeO (Me - metal np.:Bi, Li, P, K, Sb, Sn).

Po utlenieniu całej zawartości miedzi i ściągnięciu żużla w miedzi powstaje ok. 8% Cu2O które należy usunąć według reakcji. Cu2O+C→2Cu+CO - żerdziowanie (mieszanie gałęziami z drzewa liściowego)

W wyniku rafinacji ogniowej miedź zawiera 99,9% czystej miedzi od 0,2-0,05 Cu2O. Miedź rafinowana ogniowo wlewa się do wlewnic gdzie uzyskuje się bloki w postaci prostopadłościanów.

Rafinacja elektrolityczna.

Przeprowadza się w wannach elektrolitycznych wyłożonych blachami ołowianymi. W skład elektrolitu wchodzi sól kwasu siarkowego i kwas siarkowy. Temperatura procesu wynosi ok. 50-60oC, napięcie na zaciskach 0,3V, zużycie od 200-300 kWh na 1 tonę miedzi. Katodę wymienia się co 7 - 17 dni, anodę co 20-30. Prąd płynie od anody do katody. Najpierw następuje dysocjacja elektrolitu. CuSO4=Cu+++SO4- -. w drugim etapie następuje podążanie jonów Cu++ do katody gdzie następuje rozładowanie Cu+++2e→Cu. Na anodzie następuje zjawisko odwrotne Cu-2e→Cu++ - zjawisko rozpuszczania anody.

W czasie procesu rozpuszczania bloku anodowego następuje przejście zanieczyszczeń do elektrolitu. Zanieczyszczenia osadzają się na dnie tworząc szron poelektrolityczny. Katody podlegają powtórnemu przetopieniu w próżni lub w atmosferze gazów obojętnych i odlewa się odlewy i wlewki z których wytwarza się blachy, druty, przewody, pręty profilowe i nie profilowe.

Metalurgia cynku

Cynk jest metalem niebiesko białym o gęstości 7,13 g/cm3, jego temperatura topnienia wynosi 419oC, temperatura parowania, wrzenia 907oC. Odporny na korozje. Znalazł zastosowanie do produkcji stopów odlewniczych, do ogniowego nanoszenia powłok ochronnych na stopach żelaza. W przyrodzie występuje jako siarczki cynku i tlenki cynku. Ruda, która posiada najwięcej cynku nazywa się sfalerytem. Rudy cynku występują zawsze w towarzystwie rud RbS (galenu). Zawartość cunku w rudach wynosi od 2,5 - 7%. W Polsce zawartość rudy cynku stawia ją na 6 miejscu na świecie.

Pierwszym etapem na drodze otrzymywania cynku jest proces wzbogacenia rud cynku przez flotację lub przerób w piecach przewałowych. W wyniku wzbogacania otrzymujemy koncentrat cynkowy zawierający do 35% a nawet więcej cynku oraz znaczne ilości ołowiu. Wzbogacanie polega na oddzielaniu cynku kadmu i ołowiu od innych składników rudy oraz na osadzeniu koncentrat ów tych metali.

Czysty cynk metaliczny uzyskuje się następującymi metodami:

  1. pirometalurgicznymi,

  2. hydrometalurgicznymi,

  3. elektrotermicznymi,

W metodzie pirometalurgicznej wykorzystuje się piece opalane paliwem lub gazem. Metoda ta opiera się na reakcji chemicznej Boudouarda

ZnO+CO→Zn+CO2

CO2+→2CO

ZnO→Zn+CO

Proces ten przeprowadza się w temperaturze 1400oC w piecach zwanych muflowymi. Ciepło pochodzi ze spalania miału węglowego. Każda mufla posiada nadstawkę w której panuje temperatura 500oC w której znajduje się ciekły cynk oraz tak zwany balon gdzie osadza się pył cynkowy i następuje spalanie gazów.

Inną metodą jest wytapianie cynku w retorcie. Wsadem jest brykiet (smoła + koncentrat Zn + miał węglowy).

Otrzymany cynk metaliczny w obu przypadkach zostaje zalany do kadzi i następuje odlanie wlewków. Cyzk uzyskany metodą pirometalurgiczną zawiera 98-97% cynku oraz zanieczyszczenia: ołów, kadm, bizmut, antymon, żelazo.

Metody elektrolityczne są rzadziej stosowane polegają na elektrolizie wcześniej wytworzonego cynku w piecach opalanych energią elektryczną.

Metoda chydrometalurgiczna polega na ługowaniu wyprażonego koncentratu cynku kwasem H2SO4 w wyniku czego powstaje łuk ZnSO4, zawierający zanieczyszczenia np.: Fe, Bi, Pb, F, Li. Następnym etapem jest oczyszczenie ługu ZnSO4 w efekcie otrzymujemy czysty roztwór ZnSO4, który wlewa się do wanny elektrolitycznej wykonanej z drewna lub betonu wyłożonego blachą ołowianą. Anody wykonane są z blachy ołowianej zawierającej 1% Ag, natomiast katodę z blachy aluminiowej. ZnSO4→Zn+++ SO4- - Zn++-2e→Zn Wanny łączy się szeregowo natomiast elektrody równolegle. Na wytworzenie 1 tony cynku potrzeba 3300kWh energii. Po zdjęciu katody zdziera się cynk w postaci cienkich blach, które przetapia się i odlewa. Uzyskany w ten sposób cynk katodowy zawiera 98-97% czystego cynku.

Oczyszczenie czyli rafinacja cynku ma na celu uzyskanie cynku o zawartości 99,8% czystego cynku, przeprowadza się ją dwoma sposobami:

1)poprzez segregację metodą trzech warstw. Polega ona na oddzielaniu cynku od domieszek na podstawie różnicy gęstości w wyniku przetopienia cynku w piecu wannowym w temperaturze 500-550oC przy zastosowaniu atmosfery redukcyjnej czyli zawierającej wodór.

Zn czysty 99% - I warstwa

Fe, Bi, Pb - II warstwa

Ołów twardy - III warstwa

2)Polega na tym, że istnieją 2 lub 3 kolumny rektyfikacyjne w których znajdują się skrzynki zawierające na dnie otwory. Otrzymany rektyfikowany cynk poddawany jest powtórnemu przetopieniu w piecu wannowym i odlany do form po skrzepnięciu których poddaje się przeróbce plastycznej na gorąco. Z tak wytworzonego cynku otrzymujemy blachy, pręty, rury, itp.

Metalurgia aluminium

Jest metalem srebrzysto białym o temperaturze topnienia 660oC i temperaturze wrzenia 2000 oC miękki i plastyczny. Znajduje 2 miejsce pod względem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego. Najbardziej rozpowszechnioną rudą zawierającą aluminium jest boksyt, jako minerał zawiera krzemiany i glinokrzemiany Al., tlenki, wodorotlenki żelaza, związki sodu, potasu itp. Kolor rudy boksytu jest od czarnego do białego. Niektóre rudy boksytu stanowią kamień półszlachetny.

W technice stosuje się następujące metody otrzymywania aluminium

1)metody alkaliczne (mokre i suche),

2)metody kwaśne,

3)metody elektrotechniczne.

Metoda alkaliczna Bayer'a na mokro, która umożliwia wyprodukowanie aluminium o czystości do 99,998% opiera się o następujące etapy:

1)otrzymywanie Al2O3

2)otrzymywanie wodorotlenku Al.(OH)3

3)otrzymywanie 100% Al2O3

4)etap otrzymywania czystego aluminium z Al2O3 na podstawie elektrolizy

  1. rafinacja aluminium

  1. rafinacja za pomocą chloru

  2. rafinacja elektrolityczna,

Al2O3+2NaOH→2Na AlO2+2H 2O w czasie mieszania i gotowania boksytu z wodą wytwarza się tzw. czarny szlam zawierający NaAlO2 następnie oddziaływuje się woda na NaAlO2 w wyniku czego otrzymujemy NaAlO2+2H 2O→NaOH+Al(OH)3 następnym etapem jest otrzymywanie Al2O3 Al(OH)3→ Al2O3+3(H2O)↑ W skład elektrolitu wchodzi Al2O3 + kriolit (kriolit = Na3AlFe + sole fluorowe magnezu, wapnia, i aluminium. Kriolit składa się z 8-10% Al2O3, 80% kriolitu, 4-8% fluorku Al., 2-7% fluorku wapnia z niewielkim dodatkiem fluorku magnezu.

Anoda i katoda wykonane są z - płyty grafitowej lub miału węglowego. Napięcie na zaciskach 4,5V. Natężenie od 30 - 60 tys. amper. Aby uzyskać 1 tonę aluminium metalowego zużywa się 60kg anod i 16,5 tys. kWh. Aluminium uzyskuje się w czystości 98-99,4%.

Spód pieca stanowią płyty grafitowe. Nad powierzchnią ciekłego elektrolitu znajdują się bloki katodowe. Na powierzchni elektrolitu znajdują się zanieczyszczenia . w czasie elektrolizy następuje dysocjacja Al2O3 i na dnie spoczywa czysty metal. Całość tego procesy przeprowadza się w temperaturze 989oC, trwa on tak długo aż trwa wypełnienie wanny. W czasie przepływu prądu w okolicach anody towarzyszy iskrzenie spowodowane brakiem Al2O3 w elektrolicie który należy uzupełnić, po uzupełnieniu efekt katodowy znika. Ciekły metal po zakończeniu procesu zlany do wlewnic. Ilość zanieczyszczeń od 1-1,5%.

Rafinacja:

Rafinacje aluminium przeprowadza się w dwóch etapach:

1)za pomocą chloru przeprowadza się ja w wyniku przedmuchiwania aluminium za pomocą chloru, który powoduje wrzenia Al. W kadzi w wyniku którego następuje usunięcie zanieczyszczeń niemetalicznych, które osadzają się na powierzchni w postaci proszku białego, który zostaje usunięty. Aluminium to służy do wyrobu stopów.

2)Za pomocą elektrolizy w wyniku której otrzymujemy aluminium o czystości 99,998% stosując rafinację za pomocą trzech warstw.

I warstwa - stop anodowy Al. + 6%Cu,

II warstwa - elektrolit chlorek boru + chlorek potasu + chlorek sodu,

III warstwa - czyste rafinowane aluminium

Zanieczyszczenia przechodzą do elektrolitu lub zostają w stopie anodowym. Otrzymane aluminium zawiera trzy rodzaje zanieczyszczeń:

- zanieczyszczenia niemetaliczne zawierające związki sodu, potasu i Al2O3

- zanieczyszczenia metaliczne żelazo, krzem, tytan

- gazowe, wodór, tlen itp.

Technologia obróbki plastycznej

Przeróbka plastyczna służy do wytwarzania półproduktów w postaci wyrobów walcowanych, kutych, ciągnionych, tłoczonych itp. Podczas obróbki plastycznej oddziaływują trzy elementy: temperatura, czas i siła. Przeróbka plastyczna jest to zabieg technologiczny mający na celu uzyskiwanie z wcześniej wytworzonych metali i stopów w postaci blach (bednarek) prętów, lin, rur. Przeróbka plastyczna jest to złożony proces fizykochemiczny podczas którego w wyniku stosowania określonych temperatur, sił i czasu następuje zmiana kształtu, zmiana struktury, czyli właściwości mechanicznych obrabianych przedmiotów. Istotą obróbki plastycznej jest proces odkształcenia trwałego metali i stopów, który dokonuje się według dwóch mechanizmów odkształcania poprzez poślizg i bliźniakowanie.

Rys.

Poślizg polega na odkształcaniu się jednej części kryształu lub kilku kryształów względem drugiej wzdłuż linii zwanej linią poślizgu. Proces bliźniakowania polega na odkształcaniu jednej części kryształu względem drugiej wzdłuż określonej płaszczyzny zwaną płaszczyzną bliźniakwania. Podstawową zasadą obróbki plastycznej jest stałość masy i objętości (jest to obróbka bez ubytkowa). W czasie procesu następuje zmiana kształtu i struktury.

Przeróbka plastyczna dzieli się na następujące procesy technologiczne:

Stanowisko wyposażone jest w:

- Piec grzewczy (przemysłowy)

- mechanizm podający

- właściwe stanowisko robocze (młot kowalski, prasa, zespół walców, stanowisko do ciągnienia).

Produktem końcowym są półwyroby i wyroby w postaci wyrobów walcowych, kutych (rury, pręty, druty i elementy profilowe tłoczone). Jako materiał wsadowy należy zaliczyć wlewki, kęsy lub kęsiska, arkusze materiałów w postaci bednarki (blachy). Piece wykorzystywane podczas obróbki plastycznej to piece komorowe do pracy ciągłej, dwukomorowe do pracy pół ciągłej oraz wgłębne lub tunelowe do pracy okresowej. Paliwem do nagrzewania jest gaz lub olej opałowy oraz energia elektryczna (spirala z kontalu lub superkontalu) oraz roztopiona sól w piecach solnych. Ze względu na położenie wsadu w przestrzeni grzewczej piece możemy podzielić dodatkowo na stacjonarne i przelotowe.

Walcowanie

Proces walcowania polega na odkształcaniu metalu lub jego stopu za pomocą narzędzi w kształcie walca. Może zachodzić tylko wtedy gdy opór tarcia jest większy do oporu jaki stawia materiał walcowany. Warunek ten zapewnia się poprzez dobór odpowiedniej prędkości, średnic oraz siła nacisków walców.

Rys.

Materiał wejściowy stanowią wlewki. Efektem procesu walcowania jest produkt zwany asortymentem walcowniczym. Półwyroby i wyroby walcowe dzielimy na kęsiska kwadratowe i płaskie kęsy. Z asortymentu możemy wyróżnić:

- Półwyroby

- Kształtowniki

- Pręty

- Nawierzchnie kolejową

- Rury

- Profile specjalne

- Blachy i bednarka

Asortymentem walcowniczym nazywa się zbiór różnych profili o różnych wymiarach. Do wyrobów gotowych należy zaliczyć pręty walcowane na zimno i gorąco. Proces walcowania przeprowadza się w specjalistycznych urządzeniach zwanych walcarkami zbudowanymi z : silnika, sprzęgła, przekładni napędowej wraz z kołem zamachowym przekazującej napęd na system klatki walców roboczych. Walcarka może mieć po kilka klatek walców roboczych. Najważniejszym elementem roboczym są walce wykonywane jako kute lub odlewane ze stali lub staliwa bądź też stali żaroodpornej hartowanej. Każdy walec składa się z trzech elementów:

  1. części roboczej o powierzchni gładkiej lub profilowej

  2. z czopów do ułożyskowania

  3. z rozet służących do sprzęgania z mechanizmem napędowym.

Przepuszczanie materiału przez cześć roboczą walca nazywa się kalibrowaniem. Walcarki w zależności od liczby i położenia walców roboczych w klatkach dzieli się na systemy: duo, podwujny duo, trio, kłatro, seksto i wielowalcowy.

System duo czyli o dwóch poziomych walcach służy do walcowania na zimno blach, rur, kęsisk, grubych blach. System trio o trzech poziomych walcach roboczych służy do walcowania kęsisk, grubych kształtowników. System walców kłatro o czterech walcach poziomych, dwa robocze i dwa oporowe służy do walcowania na gorąco i na zimno blach, taśm. System walców seksto o sześciu walcach z których dwa są robocze, a cztery oporowe służy do walcowania na zimno cienkich blach, taśm i folii. System wielowalcowy składa się z dwóch walców roboczych, pozostałe (więcej niż cztery) są oporowe, służy do walcowania na gorąco cienkich blach i folii.

Ciągnienie

Jest to zabieg przeróbki plastycznej polegający na przepuszczaniu przez otwór matrycy materiału wyjściowego którego przekrój poprzeczny jest mniejszy od przekroju przeciąganego materiału. Podczas przeciągania długość materiału ulega zwiększeniu. Metodą przeciągania otrzymujemy rury, pręty i druty przeciągane na zimno lub na gorąco. W celu uzyskania żądanych gładkości i odpowiedniego przekroju poprzecznego materiał przepuszcza się kilkakrotnie przez oczko ciągadła.

Rys.

Oczko ciągadła wykonane jest z materiałów bardzo twardych ze spieków ceramicznych (węgliki spiekane) diament naturalny lub sztuczny. Ciągarka jest maszyną służącą do przeciągania wyrobów ciągnionych. W zależności od liczby ciągadeł ciągarki dzielimy na: jednostopniowe i wielostopniowe. W zależności od mechanizmu ciągnącego dzielimy je na łańcuchowe (do rur i prętów) oraz bębnowe do drutów.

Kucie

Jest to proces technologiczny podczas którego uzyskuje się zmianę kształtu i wymiaru za pomocą odpowiednich urządzeń (młota - dynamiczne, lub prasy - statyczne) Podczas kucia odkształcenia materiału powstają stopniowo. Kucie możemy podzielić na ręczne i maszynowe.

Maszynowe na kuźniarkach możemy podzielić na kucie swobodne i matrycowe. Swobodne dzieli się na płaskie i kształtowe. Matrycowe dzieli się na kucie z matrycą otwartą i zamkniętą. Podczas kucia kształtowego kowadła przybierają kształt gotowego wyrobu i materiał ma ograniczone możliwości rozchodzenia się boki. Przy kuciu matrycowym materiał wyjściowy przybiera postać wcześniej przygotowanej matrycy (formy) poprzez kilkakrotne uderzenia. Matryca taka wykonana jest ze stali narzędziowej matrycowej. Podczas kucia ilość materiału nie ulega zmianie.

Kuciu sa poddawane materiały plastyczne. W celu uzyskania odkuwki podgrzewa się:

Stale 1000-1200oC a kuje od 800-1000oC

Brązy 1000-800oC a kuje od 600-800oC

Aluminium 600oC a kuje od 400-480oC

Rys

Przy kuciu matrycowym występuje wypływka.

Proces kucia swobodnego składa się z szeregu operacji technologicznych: wydłużenie, rozszerzenie, odsadzenie, przesadzenie, spęcznienie, gięcie, cięcie, przebijanie, przecinanie, zgrzewanie.

Do kucia swobodnego używa się następujących narzędzi:

Odlewanie

Odlewanie jest jedną z technologii wytwarzania elementów maszyn (odlewów) poprzez wypełnianie ciekłym metalem formy. Formy odwzorowują kształt zewnętrzny i wewnętrzny odlewu. Produktem końcowym procesu jest wyrób w postaci odlewu, który podlega ewentualnej obróbce cieplnej (wyżarzanie normalizujące, wyżarzanie ujednoradniające, hartowanie). Procesowi odlewania poddawane są wszystkiego rodzaju stale, żeliwo i metale kolorowe, brązy, miedzionikle, stopy aluminium, magnezu itp. najwięcej odlewów wykonuje się ze staliwa i żeliwa.

Do wykonania gotowego odlewu należy:

1)przygotować masę formierską, rdzeniową,

2)przygotować model wyrobu (model rdzenia, model układu wlewowego),

3)wykonanie formy odlewniczej,

4)przygotowanie ciekłego metalu lub stopu,

5)zalanie formy ciekłym metalem,

6)po skupieniu metalu oczyścić odlew i usunąć naddatki, np. układ wlewowy,

7)kontrola techniczna odlewu,

8)obróbka wykańczająca (mechaniczna, cieplna),

9)przybicie znaku towarowego,

Do przeprowadzenia technologii odlewu potrzebne są:

masy formierskie, masy rdzeniowe,modele odlewanych przedmiotów, modele układu wlewowego, płyty przymodelowe, skrzynki modelowe, narzędzia do ubijania masy formierskiej, przyrządy do wykańczania formy, urządzenia do wybijania masy formierskiej, przyrządy do kontroli technicznej odlewu.

Masy formierskie dzielą się na główne, przymodelowe i rdzeniowe. Skład to: SiO2 (piasek kwarcowy), glina ogniotrwała z dodatkiem mas żywicznych termoutwardzalnych. Masa rdzeniowa to masa z której wykonuje się rdzenie odzwierciedlające kształt wewnętrzny. Masy formierskie powinny być odporne na działanie wysokich temperatur, posiadać dużą plastyczność, odporne na wstrząsy, przepuszczalność gazów, służyć do wielokrotnego użytku. Modele służą do odwzorowania zewnętrznych kształtów odlewu, wykonuje się z drewna (brzozy, olchy), metalu, gipsu, styropianu. Mogą być dzielone lub nie dzielone. Płaszczyzną podziału jest oś symetrii. Drewno musi być suche, wysuszone. Modele z drewna odpowiednio się maluje:

Do odlewania stali - na niebiesko

Do odlewania żeliwa - na czarno

Do odlewania brązu - na brązowo

Do odlewania mosiądzu - na żółto

Do odlewania aluminium - na szaro

Każdy model powinien posiadać naddatki materiałowe na obróbkę mechaniczną odpowiednie pochylenie ścianek umożliwiające wyciągnięcie odlewu. Rdzenie służą do odtwarzania wewnętrznych kształtów, wykonuje się je w skrzynkach zwanych rdzennicami. Najczęściej rdzenie wykonuje się z drewna. Do wykonywania rdzeni służy masa z większym dodatkiem SiO2. Stosuje się również wzmocnienia z cienkich prętów. Powinny posiadać kanały odprowadzające gazy. Płyta modelowa wykonana jest ze stali węglowej na której umieszcza się skrzynki formierskie i modele odlewów. Skrzynki formierskie wykonane są ze stali węglowej jako podwójne lub potrójne.

Układ wlewowy służy do szybkiego doprowadzenia ciekłego metalu do najbardziej oddalonych części odlewu. Składa się z:

  1. zbiornika,

  2. wlewu głównego,

  3. belki głównej wlewowej,

  4. wlewu doprowadzającego,

Wyróżniamy kilka metod formowania:

  1. formowanie otwarte,

  2. formowanie zakryte,

  3. formowanie w gruncie,

  4. formowanie w skrzynkach

czynności postępowania przy wykonywaniu formy w 2 skrzynkach:

  1. na płytę modelową stawiamy dolną połówkę skrzynki formierskiej

  2. do wnętrza wkładamy połówkę modelu

  3. ubijamy masę formierska zaczynając od modelu

  4. nadmiar masy zdejmujemy

  5. odwracamy o 180o skrzynkę i stawiamy na płytę

  6. na skrzynkę dolną wstawiamy drugą połówkę skrzynki, unieruchamiamy, wstawiamy drugą połówkę modelu, wstawiamy model układu wlewowego i przelewowego

  7. ubijamy masę formierską w górnej skrzynce

  8. rozłączamy skrzynki obracamy o 180o i stawiamy obok siebie

  9. wyjmujemy modele (połówki) układu wlewowego i przelewowego

  10. dokonujemy oględzin zewnętrznych i wygładzamy

  11. nakłuwamy masę (spulchniamy)

  12. przedmuchujemy obie połówki sprężonym powietrzem (oczyszczamy)

  13. malujemy płynem z oleju i sadzy (lub potrzepujemy talkiem)

  14. wsadzamy rdzeń w gniazda rdzeniowe

  15. nakładamy skrzynki na sienie i unieruchamiamy

  16. suszymy formy

  17. zalewamy


Wyszukiwarka