Typy układów wlewowych

• klinowy

• prosty

• deszczowy (WG, ZW)

• kaskadowy

• woskowy

Krzepnięcie kierunkowe i równoczesne

1. Dla uzyskania krzepnięcia kierunkowego metal winno doprowadzić się do najgrubszych jego części. Metal który dopłynie do ścianek cienkich obniży swoją temp. Ścianka cienka ma pojemność cieplną mniejszą niż ścianka gruba, czyli ścianka ta szybciej będzie się chłodzić. Dlatego proces krystalizacji rozpocznie się w ściance cienkiej. W pewnych obszarach odlewu występują warunki, gdzie wszystkie punkty tego obszaru, w tym samym momencie czasu osiągną temp. krystalizacji wówczas na istniejących zarodkach krystalizacji rozpoczyna się narost masy stałej. Proce biegną w głąb metalu w kierunku do sąsiednich wzrastających ziarn.

2. Żeby stworzyć warunki do krzepnięcia równoczesnego metal winno doprowadzić się do ścianki cienkiej. Metal przepływający przez ściankę cienką ogrzewa otaczającą ją masę formierską co sprzyja zmniejszeniu szybkości chłodzenia jej ścianki. Metal który dopłyną do ścianki grubej stracił część ciepła i obniżył temp. i jeżeli siła tych dwóch oddziaływań będzie na tyle duża że wszystkie punkty odlewu osiągną w tym samym momencie czasu temp początku krzepnięcia, to rozpocznie się krzepnięcie równoczesne.

Ochładzalniki i zasilacze

OCHŁADZALNIKI - stosuje się w obszarowych najpóźniej krzepnących, dla przyśpieszenia procesu krzepnięcia. W efekcie ich zastosowania procesu krystalizacji w tych obszarach rozpoczyna się najwcześniej.

Rozróżniamy ochładzalniki: 1) zew. - (staliwne lub żeliwne kształtki odtwarzające powierzchnię węzła ciekłego). 2) wew. - (są to kawałki tego samego stopu co stop odlewu zamontowane w obszarze węgla ciekłego. Po zapełnieniu wnęki ciekłym metalem wtapiają się w odlew (pobierają ciepło topnienia). Stosowane są do utwardzania miejscowego odlewu (np. krzywka wałka rozrządu odporna na ścieranie) lub utwardzanie warstwy żeby uzyskać też ledeburyt a następnie traktuje się laserem (2mm) tzw. szybka krystalizacja.

Powierzchnię ochładzalnika obsypuje się sadzą aby się nie przykleił do odlewu i łatwo by było go odbić.

ZASILACZE - Do zrekompensowania ubytku metalu w obszarze węzła cieplnego projektuje się tzw. zasilacze. Standardowe zasilacze mają kształt klinów i stanowią b. dużą objętość w stosunku do odlewu (np. pręt Al bez chropowatości). Dla zwiększenia uzysku metalu w odlewie projektuje się zasilacze w otulinie egzotermicznej, co pozwala na uzyskanie zasilaczy o objętości metalu jedynie nieco większej niż brakująca objętość jamy usadowej (poszczególnych naciągłości).

Warunkiem skutecznego działania zasilacza jest to aby metal w zasilaczu zakrzepł jako ostatni, więc otulina zasilacza zawiera masę egzotermiczną (reakcja alumino - termiczna)Fe₂O₃+Al+spowalniacz=2Al₂O₃+2Fe i odpowiednie spowalniacze wydłużające czas działania reakcji np. odpowiednie mieszanki mas formiarskich.

Naprężenia odlewnicze - są suma naprężeń cieplnych, fazowych i skurczowych. Naprężenia cieplne - są spowodowane różną temp. cienkich i grubych części odlewu (współczynnik liniowy rozszerzalności cieplnej). Naprężenia fazowe - pojawiają się w efekcie dokonujących się przemian fazowych np. przemiana etektoidalna, maretenzetyczna, zmiany podczas wyżarzania grafityzującego. Naprężenia skurczowe - są spowodowane mech. hamowaniem skurczu. Zanikają one po usunięciu przyczyny. Naprężenia odlewnicze usuwa się po wybiciu odlewu z formy drogą obróbki cieplnej (wolne nagrzewania do temp. 600^oC, wytrzymanie chwile, wolne stygnięcie lub drogą wibracji).

Konstrukcja odlewu z metali nieżelaznych - stopy te charakteryzują się wrażliwością na miejscowe obciążenia, w odlewach w takich przypadkach projektuje się stalowe wtopki które montuje się do wnęki formy przed jej zalaniem.

Formowanie skorupowe - polega na nasypaniu lub nadmuchaniu na gorąco (250-300^oC) metalową płytę modelową masy zawierającą piasek kwarcowy z ziarnami powleczonymi żywicą syntetyczną. Pod wpływem ciepła żywica wiąże ziarna piasku. Na płycie w miarę upływu czasu narasta warstewka utwardzonej masy. Skorupa grubości 6-10 mm ma wystarczającą wytrzymałość, aby stanowić polówkę formy. Nadmiar masy nie związanej usuwa się. Skorupę zdejmuje się. Po wykonaniu skorupy będącej drugą połówką formy łączy się połówki poprzez sklejanie. W ten sposób uzyskuje się formę. Tak przygotowana forma nadaje się do zalewania. Zalety: mała chropowatość powierzchni i duża dokładność wymiarowa odlewów oraz zmniejszenie zużycia materiałów formiarskich. Wady: wysoki koszt oprzyrządowania i duża cena żywicy syntetycznej.

Odlewanie odśrodkowe

Jest to odlewanie do form wirujących, przeważnie metalowych. W wyniku siły działania odśrodkowej wywołanej obrotem metal wprowadzony do formy jest dociskany do ścian i szybko krzepnie. Forma może się obracać wokół osi poziomej, pionowej lub nachylonej. W formach z poziomą osią obrotu wykonuje się odlewy w kształtach brył obrotowych (tuleje, rury, wały) a w formach z pionową osią obrotu można wykonywać przedmioty także w innych kształtach. Temp. pracy formy zależy od grubości ścianek odlewu i rodzaju stopu. W celu zwiększenia żywotności form i zmniejszenia szybkości krzepnięcia oraz stygnięcia odlewu ich powierzchnie robocze pokrywają się pokryciem i czernidłem. Do ich ochłodzenia stosuje się zazwyczaj natrysk wodny. Odlew dzięki krzepnięciu kierunkowemu nie wykazują jam skurczowych i rzadzizn, w wyniku czego mają dobre właściwości mech. Zaletą twej metody odlewania jest mały rozchód metalu wskutek zmniejszania masy układu wlewowego.

Odlewanie przez wyciskanie - metoda ta jest stosowana do wykonywania cienkościennych odlewów płyt. Urządzenie składa się z dwóch foremników. Po zalaniu urządzenia metalem ruchomy foremnik przemieszcza się ze stałą prędkością w kierunku foremnika nieruchomego, w celu odwzorowania wnęki formy.

Odlewanie kokilowe - to odlewania grawitacyjne do formy metalowej. Forma taka umożliwia wykonanie nawet kilku tys. sztuk odlewów. Trwałość kokili zależy od tworzywa odlewu, temp. zalewania, temp. pracy, rodzaju pokrycia ochronnego nanoszonego na wnękę formy, a także od konstrukcji formy. Zużycie kokili uwidacznia się pojawieniem siatki pęknięć, nadtopień, uszkodzeń mech. i odkształceniem formy. Powszechnie stosowaną w stalowniach formą kokilową jest wlewnica służąca do wykonania wlewków, które później są poddawane dalszej przeróbce przez walcowanie. Zaletami w porównaniu z odlewaniem do form piaskowych są: zwiększenie dokładności wymiarowej odlewów, co pozwala na zmniejszenie naddatków na obróbkę mech. zwiększenie wydajności pracy oraz poprawa warunków pracy. Wykonanie kokili szczególnie dla odlewów o skomplikowanych kształtach jest związane ze znacznymi kosztami.

Szybkość krzepnięcia i stygnięcia odlewu reguluje się przez zmianę grubości pokrycia termoizolacyjnego nanoszonego na wnękę formy. W celu zwiększenia żywotności pokrycia przed każdym zalaniem nanosi się na nie czarnidło (sadzę, kopeć acetylenowy). Podczas stosowania formy metalowej występuje silne hamowanie skurczu odlewu. Odlew należy więc usuwać prawie natychmiast po zakrzepnięciu. Zbyt długie wytrzymanie odlewu jest powodem jego pękania lub zakleszczenia, co uniemożliwia usunięcie go z formy. W celu utrzymania stałego czasu krzepnięcia i stygnięcia odlewu wymaga się stabilnej temp. pracy kokili. Dlatego przed rozpoczęciem pracy kokile nagrzewa się wstępnie a w trakcie pracy kontroluje się temp. i w razie potrzeby chłodzi. Kokile chłodzone powietrzem są wyposażone w żebra lub kolce chłodzące dla zwiększenia pow. wymiany ciepła. Kokile chłodzone wodą mają siatkę kanałów wykonanych w ściankach formy, przez które płynie woda chłodząca. Podczas wytwarzania odlewów ze stopów żelaza i miedzi stosuje się rdzenie piaskowe, a do wykonania stopów Al, Magnezu i cynku czy -ołowiu stosuje się rdzenie metalowe. Rdzenie taki chłodzi się w wodzie z dodatkami czrnidła.

Formy metalowe nie wykazują przepuszczalności. W przypadku prostych odlewów gazy odprowadza się szczelinami na pow. podziału. W przypadku bardziej złożonych kształtów do odprowadzenia gazów z wnęki formy stosuje się kołki odpowietrzające. Kołki zamyka się za pomocą klamer lub siłowników hydraulicznych.

Żeliwiak - jest to piec szybowy opalany koksem do pieca przez okno wsadowe ładuje się paliwo (kokos) na przemian ze wsadem metalowym i topikiem. Gazy żeliwiakowe o temp. ok. 1800^oC, powstałe podczas spalania koksu, przemieszczają się ku górze nagrzewają i topią wsad metalowy. Ciekły metal spływ kropelkami i gromadzi się w kotlinie skąd jest okresowo spuszczany przez rynnę spustową do żeliwa. Ciekły żużel spuszcza się rynną spustową do żużla. Po stopieniu ostatniej porcji wsadu metalowego spuszczeniu żużla i metalu usuwa się przez otwarcie drzwiczek dennych resztki koksu i produkty spalania. Istnieją także żeliwiaki bezkoksowe opalane gazem. Cechą charakterystyczną tych żeliwiaków jest obecność chłodzonego rusztu. Żeliwiak taki ma prawie dwukrotnie mniejsze zużycie energii w przeliczeniu na toną produkowanego żeliwa.

Piec łukowy - źródłem ciepła jest łuk elektryczny tworzący się między elektrodami grafitowymi i wsadem metalowym.

Piec indukcyjny materiał nagrzewa się w wyniku wyindukowania w metalowym wsadzie prądów wirowych.

Piec oporowy - ciepło jest wytwarzane przez elementy grzejne pieca.

---