Odlewanie jest procesem wykonywania wyrobów ( lub półwyrobów) w postaci odlewów poprzez wypełnienie ciekłym metalem specjalnie przygotowanej formy odlewniczej (ceramicznej lub metalowej ) odzwierciedlającej kształt odlewu

CECHY ODLEWU

• Odlew odzwierciedla dokładnie kształt przyszłego wyrobu,

• Metal z którego wykonany jest odlew wykazuje odpowiednie właściwości mechaniczne

• Istnieje możliwość odwzorowania w odlewie otworów i wnęk wewnętrznych

• Nie ma ograniczeń masy wytwarzanych odlewów

• Stopy trudnoobrabialne na drodze obróbki skrawaniem mogą być kształtowane przy zastosowaniu tej technologii

• Układ wlewowy jest to system kanałów w formie odlewniczej służący do wypełnienia jej objętości ( wnęki ) ciekłym metalem

Podstawowe funkcje układu wlewowego

- oddzielenie kropli żużla i wtrąceń niemetalicznych od ciekłego metalu

- spokojne wypełnienie objętości formy ciekłym metalem

- wpływa na proces krystalizacji ciekłego metalu

PRZELEWY

-Stosujemy w celu ułatwienia procesu usuwania gazów z objętości formy,

- Ustawiamy w najwyżej położonym punkcie odlewu w miejscach najbardziej oddalonych od miejsca przyłożenia układu wlewowego

Właściwości termofizyczne

λ - współczynnik przewodnictwa ciepła

c_w - ciepło właściwe ( kJ /kg)

b= ( λ•α•ρ) ^0.5- współczynnik akumulacji ciepła

α - współczynnik rozszerzalności cieplnej

T_t - temperatura topnienia

SKURCZ METALU

- Metal lub stop zalany do formy odlewniczej stygnie od temperatury zalewania do temperatury otoczenia

- W tym okresie następuje zmniejszenie jego objętości wywołane :

- spadkiem T

- zmianą stanu skupienia,

- wydzielaniem się nowych faz,

- przemianami alotropowymi

Skurcz może być podzielony na trzy etapy :

-Skurcz przegrzania ( T_p - T_l )

- Skurcz krzepnięcia ( T_l - T_s )

- Skurcz w stanie stałym ( T_s - T_o )

SKURCZ OBJĘTOŚCIOWY S=(V₁-V₂/V₁) *100%

V₁- objętość formy

V₂- objętość odlewu w temperaturze otoczenia

SKURCZ LINIOWY (L₁-L₂/L₁) *100%

L1- wymiar liniowy formy

L2- wymiar liniowy odlewu w temperaturze otoczenia

Powstawanie jam skurczowych

-Po zalaniu formy odlewniczej odprowadzanie ciepła odbywa się przez powierzchnię :ciekły metal - forma,

- w pierwszej fazie krzepnie powierzchnia odlewu a w jego wnętrzu obserwujemy występowanie ciekłego metalu

Zapobieganie powstawaniu jam skurczowych

-Sterowanie procesem krzepnięcia odlewu poprzez realizację zasady krzepnięcia :

- jednoczesnego,

- kierunkowego.

Zasada krzepnięcia jednoczesnego

- Ma miejsce gdy wszystkie części odlewu stygną i krzepną równocześnie z tą samą szybkością

Zasada krzepnięcia jednoczesnego

Uzyskanie zjawiska krzepnięcia jednoczesnego uzyskujemy poprzez :

- właściwą konstrukcję odlewu (równomierna grubość ścianek odlewu- brak węzłów cieplnych),

- stosowanie odpowiednio dobranych materiałów na formy odlewnicze pozwalających wyrównać czas krzepnięcia różnych fragmentów odlewu i odpowiedni sposób przyłożenia układu wlewowego.

KRZEPNIĘCIE KIERUNKOWE

-krzepnięcie odlewu od najcieńszej do najgrubszej ścianki, nad najgrubsza ścianką ustawiamy NADLEW nie jest częścią użytkową odlewu, w czasie procesu krzepnięcia odlewu spełnia rolę zbiornika uzupełniającego ubytki objętości metalu związane ze skurczem przegrzania i krzepnięcia

Dzielimy na :

- nadlewy górne, - nadlewy boczne.

Dzielimy na :-otwarte, zakryte, w otulinach egzotermicznych i termoizolacyjnych, ciśnieniowe Rodzaj nadlewu zależy od kształtu odlewu i jego usytuowania w formie

Dobór wymiarów nadlewu musi być poprzedzony obliczeniem tzw. modułu krzepnięcia odlewu lub jego fragmentu, moduł ten bywa także nazywany „sprowadzoną grubością ścianki odlewu” -

Mo = Vo / Fo

Mo - moduł krzepnięcia odlewu lub jego części , ( m )

Vo - objętość odlewu ( lub jego części ) wymagająca zasilania, ( m3 )

Fo - powierzchnia stygnięcia odlewu lub jego części przez którą odprowadzane jest ciepło , (m2)

Podstawowe grupy składników mas formierskich i rdzeniowych:

-Osnowa ziarnowa ( składnik podstawowy )

-Materiał wiążący ( spoiwo )

-Dodatki do mas

Osnowa ziarnowa powstała w wyniku rozdrobnienia skał :

- Kwarcyt (>98% SiO2 ), Cyrkonit ( ZrSiO4 ),- Oliwin ( Mg2SiO4 ),- Chromit ( Fe2Cr2O3 ), Mulit (SiO2 თAl2O3 )- Magnezyt (MgCO3)

Wymagania stawiane kwarcowym piaskom formierskim

-zawartość naturalnego lepiszcza (poniżej 2.0 %),

- odpowiednia ziarnistość ,

- odpowiedni kształt i powierzchnia ziarn

- odpowiednia temperatura spiekania (staliwo >1400^oC, żeliwo - 1350^oC )

- odpowiedni skład chemiczny

Podstawowe właściwości osnowy mas formierskich

- ognioodporność,

- odpowiedni skład ziarnowy,

- odpowiedni kształt ziaren,

- przepuszczalność,

- zawartość wilgoci,

- zawartość naturalnego lepiszcza

Funkcje dodatków wprowadzanych do mas :

- nie wpływają na własności wiążące masy,

- dodawane do masy przymodelowej wpływają na jakość powierzchni odlewu lub wprowadzone do masy wypełniającej podwyższają wybrane jej właściwości

Dodatki do mas

- Węglowe i węglopochodne (pył węglowy, pył koksowy, grafit, smoła granulowana)

- Zawierające celulozę - stosowane jako środki rozluźniające ( trociny, mączka drzewna, torf)

- Specjalne ( np. kwiat siarkowy zapobiega zapaleniu się stopu magnezu po zalaniu do formy

MODEL - jest to przyrząd wykonany z drewna, metalu lub innych materiałów służący do odzwierciedlenia w formie odlewniczej zewnętrznych kształtów wykonywanego odlewu

Rdzeń- jest to element formy odlewniczej , wykonany poprzez masy zagęszczenie masy rdzeniowej w specjalnym przyrządzie nazywanym rdzennicą, który służy do odwzorowania w formie tych kształtów odlewu które nie są możliwe do odzwierciedlenia przez formę

- odzwierciedla wewnętrzne kształty odlewu (np. otwory ),

- może także odzwierciedlać zewnętrzne kształty odlewu

- rdzeń odtwarza w formie te kształty które nie mogą być odwzorowane poprzez model,

- zespół specjalnie ukształtowanych rdzeni może być stosowany do budowy form odlewniczych (np. formowanie w stosach, formowanie w kesonach ),

- niektóre elementy układu wlewowego mogą być odwzorowane poprzez rdzeń w celu zapobiegania zjawisku erozji formy odlewniczej ( np. zbiornik wlewowy)

Rdzennica - przyrząd do odwzorowania kształtu rdzenia

Rdzennice skrzynkowe: Dzielone, Obracane

Rdzennice ramkowe: Otwarte, półzamknięte

Rdzennice w pancerzu

Rdzennice uproszczone

FORMOWANIE MECHANICZNE

-WSTRZĄSANIE-Forma jest podnoszona do góry i energicznie opuszczana, uderza o obudowę maszyny, najwyższy stopień zagęszczenia masy przy płycie modelowej, bardzo dobra metoda zagęszczania dla płaskich modeli

- PRASOWANIE - Małe zużycie energii, najwyższy stopień zagęszczenia jest uzyskiwany od strony wywieranego nacisku, najlepsze dla płytkich form

-WSTRZĄSANIE Z DOPORASOWANIEMPołączenie zagęszczania poprzez wstrząsanie z następującym po nim prasowaniu ( na tej samej maszynie )rozkład stopnia zagęszczenia jest zdecydowanie korzystniejszy

- NARZUCANIE-duża wydajność, wysokie koszty inwestycyjne, równomierny stopień zagęszczenia masy wzdłuż wysokości skrzynki formierskiej zależny od głębokości skrzynki i odległości głowicy narzucarki od skrzynki formierskiej ,stopień zagęszczenia formy jest regulowany prędkością łopatki rzutowej ( od 1200 do 1800 obrotów na minutę )

-NADMUCHIWANIE pojemnika do wnętrza skrzynki lub rdzennicy, Skrzynka lub rdzennica napełniana masą przez nadmuchiwarkę musi być wyposażona w korki odpowietrzające ułatwiające wyprowadzenie powietrza, stopień zagęszczenia jest równomierny

- STRZELANIE

- FORMOWANIE PRÓŻNIOWE

FORMOWANIE SKORUPKOWE

-Masa formierska narzucana jest na podgrzaną płytę modelową lub rdzennicę ,

- Temperatura podgrzania płyty modelowej waha się od 220 do 300oC,

- Wymagany czas kontaktu masy z podgrzaną płytą modelową ,niezbędny do przebiegu procesu wiązania, wynosi od 5 do 20 sekund

- Płyta modelowa wraz ze skorupą umieszczana jest w piecu nagrzanym do temperatury od 300 do 400oC w celu ostatecznego utwardzenia skorupy

- Oddzielenie skorupy od płyty jest ułatwione przez zainstalowanie systemy wypychaczy

METODA CRONINGA:

-grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy na podgrzanej płycie modelowej, czas zależy od stopnia skomplikowania modelu

1.na podgrzaną płytę nakładamy zbiornik z masą skorupkową

2.obracamy o 180 stopni

3.w wyniku wysokiej temp, żywica topi się i wiąże piasek

4.po obróceniu zbiornika do stanu wyjściowego, niezwiązana masa opada na dno zbiornika, a na płycie zostaje skorupa

5.płyte wstawiamy do pieca na 2 min, zdejmujemy utwardzoną skorupę

METODA DIETERTA:

-kształt i wymiary skorupy są określone przestrzenią miedzy płytą z przymocowanym modelem a profilowaną podkładką

1.wdmuchanie masy przez otwory z głowicy nadmuchawki

2.płyta i podkladka są nagrzewane

-większa wytrzymałość formy, krótszy czas wykonywania

-wzrost wytrzymałości wynika z dodatkowego zagęszczania masy w wyniku działania ciśnienia powietrza

Zalety formowania skorupowego:

-łatwo uzyskać odlewy o cienkich ściankach

-zwiększenie gładkości powierzchni, wzrost dokładności wymiarowej

-korzyści ekonomiczne:

*zmniejszenie naddatków, możliwość stosowania powierzchni surowych

*mniejsze zużycie materiałów form.

*mniejsza praca przy oczyszczaniu odl.

*mechanizacja i automatyzacja procesów

*mniejsze kwalifikacje pracowników

WADY form skorupkowego:

-wysoki koszt żywic syntetycznych

-wysoki koszt odlewu

-problemy z utylizacją masy

-wysokie początkowe koszty wykonania oprzyrządowania do wykonywania form i zakupu specjalistycznych urządzeń do wykonywania formowania skorupowego

OPIS METODY Wytapiane Modele:

-Masa-mieszanina woskowa powinna mieć min skurcz i odpowiednie właściwości mech. w stanie ciekłym, model może być kruchy, ale nie może w żadnym wypadku odkształcić się w trakcie wyjmowania z matrycy

-MASA na formę-konsystencja gestej śmietany, ciekła zawiesina drobnoziarnistego, ognioodpornego materiału ceramicznego w spoiwe zhydrolizowany krzemian tylu

-składniki mas modelowych:parafina, stearyna, cerezyna, wosk polietylenowy, pszczeli

-tworzymy zestawy, tzw.choinki: woskowy model ukł. wlewow.+ modele wytwarzanych elem.

1.wykonanie modelu w matrycy

2.łączenie pojedynczych modeli w zestaw

3.wytwarzanie skorupy ceramicznej na zestawie

4.umieszczenie formy w skrzynce form.

5.wytapianie modeli

6.zalanie formy

7.odcięcie modelu od ukł. Wlewowego

8.pojedynczy odlew

ZALETY:

-duża dokładność wymiarowa

-bdb jakość powierzchni

-uzyskiwanie odlewów o dowolnie skomplikowanych kształtach

-modele jednorazowego użytku, eliminuje to niedokładności

-oszczędność materiału

-krótki czas obróbki skaraniem-produkcja seryjna

-łatwa mechanizacja procesu

-Dokładność, Wszechstronność, Odwzorowalność, Wykończenie

WADY:

-wysokie koszty oprzyrządowania

-drogie surowce

-decyzja o stosowaniu metody musi być przeanalizowana ekonomicznie

-gdy tolerancje wymiarowe odlewów są trudne do wykonania ten proces nie jest zalecany

ZASTOSOWANIE:

-nie ma ograniczeń co do tworzyw

-zalecana do tworzyw o wysokiej temp topnienia i trudno obrabialnych

-odlewy rzadko przekraczają masę 0,5kg

-przemysł motoryzacyjny, precyzyjny, zbrojeniowy, elektromaszynowy, jubilerstwo

KOKILE-forma trwała, która słuzy do wielokrotnego napełniania ciekłym metalem, dziela się na ręczne, zmechanizowane i obsługiwane przez kokilarki, w kokilach stosuje się 2 grupy rdzeni: metalowe oraz piaskowe, kokile zbudowane są z tworzywa nieprzepuszczalnego

ODLEWANIE KOKILOWE - proces wytwarzania odlewów w formie trwałej, wypełnianej grawitacyjnie ciekłym metalem

MATERIAŁY NA KOKILE, muszą mieć odpowiednie właściwości mechaniczne w wysokich temp i odporność na erozję strumienia ciekłego metalu i korozję, dobra obrabialność,

-żeliwo szare perlityczne

-żeliwo sferoidalne

-żeliwo niskostopowe (Cr, Al, Mo, Ni, Cu)

-staliwo

-stal węglową, narzędziową

-stopy aluminium i miedzi

-tworzywa specjalne stopy niklu, chromu, molibdenu

ZASTOSOWANIE:

-ograniczenie do odlewów o nieskomplikowanych kształtach, zwartej budowie, grubych ściankach, ponieważ mamy wysoka temp topnienia i odlewania

-służy do seryjnej i masowej produkcji(400-700 sztuk)

-masa jednostka przeważnie jest mała od kilku gramów

CEL POKRYĆ OCHRONNYCH:

-chronią wnękę kokilii przed działaniem odlewanego metalu, są izolatorami

-mogą intensyfikować Lu hamować wymianę ciepła, tzw. pokryci czarne i białe

-właściwości smarujące

-wpływają na chrpowatość powierzchni

POKRYCIA:

*materiał ceramiczny(tlenki i węgliki metali, gliny, grafit)

*spoiwa (szkło wodne sodowe, boraks, tlenek sodu, oleje)

*substancje roztwarzające (wody)

*substancje mogą zawierać aktywizatory poprawiające przyczepność podłoża (kwas borny, nadmanganian potasu)

*stosuje się tez czernidła, podwyższają trwałość

WADY:

-trudności z uzyskaniem cienkościennych odewów

-znaczne naprężenia własne od.

-skłonność do zabieleń odlewów z żeliwa szarego

-niejednorodne właściwości mechaniczne tworzywa

-pracochłonność wykonywania kokil

-duże koszty wytwarzania

ZALETY:

-większa dokładność wymiarowa

-mniejsza chropowatość powierzni

-lepsze właściwości mechaniczne

-większy uzysk metalu

-skrócenie czasu OC odlewu

-ograniczenie transportu

-wzrost wskaźników wydajności produkcji

-poprawa warunków pracy

-łatwość mechanizacji i automatyzacji

ODLEWANIE ODŚRODKOWE -CIEKŁY METAL JEST WLEWANY DO WIRUJĄCEJ FORMY , A PROCES STYGNIĘCIA I KRYSTALIZACJI ODBYWA SIĘ PODCZAS WIROWANIA FORMY, ODLEW JEST WYTWARZANY POD WPŁYWEM DZIAŁANIA SIŁY ODŚRODKOWEJ

RODZAJE TECHNOLOGII ODLEWANIA ODŚRODKOWEGO

-ODLEWANIE ODŚRODKOWE - ODLEW JEST WYKONYWANY W FORMIE W KSZTAŁCIE TULEI - OŚ WIROWANIA TULEI (FORMY ) POKRYWA SIĘ Z OSIĄ ODLEWU ,

- ODLEWANIE PÓŁODŚRODKOWE LUB KSZTAŁTOWE ODLEWANIE ODŚRODKOWE ,

- ODLEWANIE POD CISNIENIEM ODŚRODKOWYM - FORMA NIE OBRACA SIĘ WOKÓŁ WŁASNEJ OSI LECZ WOKÓŁ OSI CENTRALNEGO WLEWU GŁOWNEGO ( CIŚNIENIE METALU WYWOŁANE DZIAŁANIEM SIŁY ODŚRODKOWEJ UŁATWIA PROCES WYPEŁNIENIA FORMY ODLEWNICZEJ )

Materiały na formy odlewania odśrodkowego:

- MASY FORMIERSKIEJ,

- METALU ( STALE WĘGLOWE I STOPOWE ),

- GRAFITU,

- Z POŁĄCZENIA TRZECH WYŻEJ WYMIENIONYCH MATERIAŁÓW

Odlewanie pod ciśnieniem -CIEKŁY METAL JEST WPROWADZANY DO TRWAŁEJ FORMY POD CIŚNIENIEM

Ciśnienie może być wywierane na ciekły metal poprzez :

- Sprężone powietrze,

- Tłokiem napędzanym hydraulicznie lub pneumatycznie

KLASYFIKACJA MASZYN

MASZYNY GORĄCOKOMOROWE

MASZYNY ZIMNOKOMOROWE: z komora poziomą i pionową.

TECHNOLOGIA ODLEWANIA W MASZYNACH ZIMNOKOMOROWYCH

1. Topienie metalu przebiega w osobnym piecu, a ciekły metal musi być be transportowany do komory roboczej maszyny za pomocą kadzi,

2. Stosowane jest bardzo duże ciśnienie metalu ( 70-210MPa) w celu skompensowania niskiej lejności wynikającej ze stosowania niskiej temperatury zalewania,

3. Stopień przegrzania ciekłego metalu jest niższy niż zwykle stosowany,

4. Niższa temperatura zalewania i stosowanie wysokiego ciśnienia pozwala uzyskiwać odlewy o zwartej budowie wolne od porowatości skurczowej i gazowej,

5. Maszyny te zwykle są wyposażone w tłokowy mechanizm wprowadzania metalu do

MASZYNA Z GORĄCĄ KOMORĄ

1. Piec do topienia metalu jest integralną częścią maszyny z gorącą komorą,

2. Ciekły metal jest wprowadzany bezpośrednio z pieca do topienia metali do objętości formy poprzez pneumatyczny lub hydrauliczny mechanizm,

3. Wymagany jest normalny stopień przegrzania ciekłego metalu

4. Ciśnienie wywierane na ciekły metal waha się od 3.5 do 20 MPa,

5. Technologia ta jest stosowana bardzo często do wykonywania odlewów ze stopów cynku.

ZALETY

-duża wydajność,

- wymagana mała powierzchnia,

- ograniczenie zakresu obróbki mechanicznej,

- można wytwarzać odlewy cienkościenne,

- możliwość odwzorowania skomplikowanych kształtów odlewu,

- bardzo dobra jakość powierzchni,

- ograniczenie ilości braków,

- wzrost uzysku metalu

WADY

- bardzo duży koszt maszyn i form do wykonywania odlewów,

- ograniczenie zastosowania do odlewania metali nieżelaznych,

- ograniczone wymiary i masa odlewu,

- wymagane wysokie kwalifikacje w stosunku do personelu obsługi

---