ODLEWNICTWO:

1. Zasady wyboru procesu technologicznego wytwarzania odlewów

Przy wyborze procesu technologicznego wytwarzania należy uwzględnić wielkość zamawianej serii produkcyjnej i tak np. dla zamówienia dotyczącego produkcji jednostkowej wybiera się procesy technologiczne, które nie wymagają specjalistycznego oprzyrządowania produkcyjnego. Dla elementów, które mogą być wytwarzane w procesie obróbki skrawaniem należy skalkulować koszty tej obróbki uwzględniające wielkość zamówienia.

Dla zamówień dotyczących średnich i wielkich serii produkcyjnych wybieramy procesy technologiczne wytwarzania inne niż obróbka skrawaniem, ale wymagające określonego specjalistycznego oprzyrządowania produkcyjnego.

Koszty opracowania dokumentacji technicznej (konstrukcyjnej, technologicznej) oraz wykonania tego oprzyrządowania rozkładać się będą na koszty pojedynczego wyrobu gotowego.

Przy wyborze danej technologii należy uwzględnić tolerancję wykonania, gładkości powierzchni oraz dopuszczalne wady powierzchniowe, które mogą wynikać z wybranej technologii.

2. Charakterystyka uproszczonej dokumentacji technologicznej odlewu

Rozróżniamy dwa rodzaje dokumentacji technologii odlewów: uproszczona i pełna. Dokumentację technologiczną uproszczoną stanowi rysunek konstrukcyjny gotowego wyrobu, na którym naniesiono odpowiednimi kolorami:

• naddatki na obróbkę skrawaniem kolorem czerwonym; Wielkość tych naddatków zależy od techniki wytwarzania. Największe naddatki stosujemy w przypadku, gdy odlew ma być wykonany przez formowanie ręczne. Mniejsze naddatki stosujemy dla procesów wytwarzania form maszynowo. Mniejsze naddatki na obróbkę skrawaniem stosuje się do odlewów wytwarzanych w formach metalowych metodą ciśnieniową. Naddatki na obróbkę skrawaniem na rysunku konstrukcyjnym nanosimy w tych miejscach, w których występują znaki chropowatości.

• kolorem czerwonym zaznacza się również otwory, które nie będą odtwarzana metoda rdzeniowania. Na widoku przekreślamy te otwory, a na przekroju również kolorem czerwonym kreskujemy wypełnienie tych otworów.

• kolorem niebieskim kreślimy płaszczyznę podziału linią punktową, a na początku i na końcu tej płaszczyzny oznaczamy literowo górę i dół formy

• rdzeń formy rysujemy kolorem niebieskim w przekroju kreskując go w kratkę. Rdzeń służy do odtwarzania kształtów wewnętrznych odlewu. W celu montażu rdzenia w formie dodatkowo konstruujemy tzw. rdzenniki, które są przedłużeniem rdzenia poza odlew

• kolorem czarnym rysujemy pochylenia formierskie

Wszystkie wymiary odlewu zwiększamy o wartość skurczu odlewniczego, który stanowi np. 2,5%, dla żeliwa 1%. Na rysunku koncepcji technologicznej rysujemy również rozmieszczenie i wielkość elementów układu wlewowego.

Dokumentację technologiczną uproszczoną wykorzystujemy w przypadku produkcji jednostkowej do wykonywania modelu, rdzenia, rdzennicy, elementów układu wlewowego.

3. Co obejmuje pełna dokumentacja technologiczna odlewu?

Rysunek surowego odlewu, rys. modelu, rys. rdzenia, rys. rdzennicy, rys. płyt modelowych, rys. skrzynek formierskich, rys. elementów układu wlewowego, rys. przekrojów formy

Podstawą wykonania pełnej dokumentacji technologicznej jest rysunek koncepcji technologicznej

4. Metody wytwarzania odlewów w formach jednorazowych

Forma jednorazowa jest wykonana z masy ceramicznej zwanej formierską. Po zalaniu metalem i jego skrzepnięciu jest niszczona w celu wyjęcia z niej odlewu.

Model formierski służy do odtwarzania kształtów zewnętrznych odlewu. Model ma wymiary zwiększone w porównaniu do surowego odlewu o wartość skurczu metalu. Modele mogą być wykonane z drewna twardego np. buk, z tworzyw sztucznych lub ze stopów metali (s. aluminium, s. miedzi).

Rdzeń służy do odtwarzania kształtu wewnętrznego odlewu. Rdzenie są wytwarzane z piasków kwarcowych z dodatkiem różnego rodzaju spoiw (np. oleje, dekstryna, żywica) w zależności od tego czy rdzeń ma być łatwo- lub trudnowybijalny. Rdzenie wytwarza się w rdzennicach.

Układ wlewowy stanowi system kanałów, który umożliwia zalanie formy ciekłym metalem w czasie technologicznie uzasadnionym. Elementami układu wlewowego są: zbiornik wlewowy (1), wlew główny (2), belka rozprowadzająca (wlew rozprowadzający) (3), wlew doprowadzający (4), przelew (5).

Płytą modelową nazywa się płytę podmodelową, na której zamontowane są części modelu oraz elementy układu wlewowego. Płyta modelowa posiada sworznie centrujące w celu posadowienia skrzynki formierskiej przy wykonywaniu połówki formy. Rozróżnia się dwie połówki formy: górną i dolną. W górnej połówce formy występuje najczęściej większość elementów układu wlewowego. Skrzynki formierskie posiadają otwory centrujące, które umożliwiają wykonanie prawidłowych połówek formy oraz ich montaż w położeniu do zalewania ciekłym metalem.

5. Formowanie bezskrzynkowe - charakterystyka

Formowanie bezskrzynkowe wykorzystuje się w automatach, w których komorę formierską stanowi z jednej strony płyta modelowa zamontowana na tłoku maszyny i z drugiej strony płyta modelowa zamontowana na płycie wahadłowej, która po zaformowaniu przesuwa się i unosi pod kątem 90⁰. Formy wytwarzane są z mas piaskowych ze spoiwem bentonitowym. Wstępne zgęszczenie formy następuje podczas wstrzeliwania masy do komory formierskiej, a następnie dokładne zagęszczenie uzyskuje się przez doprasowanie tłokiem. Każda kształtka ma dwustronne odwzorowanie połówek formy i po dosunięciu do rzędu form wykonanych wcześniej tworzy formę gotową do zalania.

Zaletą formowanie baz skrzynkowego jest stosunkowo duża wydajność rzędu do 300 form na godzinę. Ponadto formierka taka instalowana jest w ciągu technologicznym, który może być zmechanizowany lub zautomatyzowany. Ograniczenie stosowania tej metody stanowią wymiary komory formierskiej. najczęściej 500x600 mm, grubość 300 mm. Formowanie bezskrzynkowe umożliwia również wytwarzanie odlewów bezrdzeniowych i rdzeniowatych.

6. Metoda wytwarzania form skorupowych

Przy formowaniu skorupowym potrzebujemy formy metalowej , którą podgrzewamy do temp. 200 ⁰C na taką formę nakładamy masę w kształcie kopuły i obracamy o 180⁰. Do wytwarzania form skorupowych stosuje się piaski formierskie powlekane żywicą. Niezbędne jest wykonanie płyty modelowej metalowej, która wymaga podgrzania do temp. ok. 250 ⁰C. Po narzuceniu piasku na płytę modelową w ciągu 10-30 s powstaje skorupa o grubości 6-10 mm. Skorupę taką poddaje się suszeniu w temp. 300 ⁰C. Następnie skorupy są montowane poprzez sklejanie lub docisk i stanowią formy gotowe do zalewania. Zaletą tej metody jest stosunkowo wysoka dokładność wykonania i dobra gładkość powierzchni. Wadą tej metody jest wysoki koszt piasków powlekanych żywicą.

7. Metoda Shawa

Metoda Shawa umożliwia wykonanie formy z modeli stworzonych z różnych materiałów i o różnym stopniu skomplikowania. W celu wykonania formy przygotowuje się mieszaninę silimanitu z krzemianem etylu (konsystencja śmietany) i pokrywa cały model. Następnie po odczekaniu odpowiednio ustalonego czasu zdejmujemy warstwę, która ma konsystencję gumy. Zdjętą formę wypala się, a potem wyżarza w temp. 900-1000 ⁰C. W wyniku tego wyżarzania forma uzyskuje dobrą przepuszczalność co jest szczególnie ważne przy zalewaniu np. staliwem lub stopami żelaznymi. Zalety tej metody jest możliwość wykorzystywania modeli bez pochyleń lub o pochyleniach nawet ujemnych.

8. Odlewanie kokilowe (formy metalowe)

Kokila jest formą metalową dwuczęściową wykonaną z żeliwa sferoidalnego w której można wykonać kilkanaście tysięcy odlewów. Kokila zamocowana jest w maszynie odlewniczej, która ułatwia jej składanie oraz otwieranie w celu wyjęcia gotowego odlewu .Masa odlewu w kokili wynosi średnio kilkanaście kilogramów i charakteryzuje się małą dokładnością kształtu i wymaga obróbki skrawaniem.

Odlewanie metodą kokilową polega na wytwarzania odlewów w formach metalowych zwanych kokilami. Wykorzystuje się w tej metodzie siłę grawitacji - po wlaniu metalu do formy ciekły metal jest dociskany do jej powierzchni dzięki swojemu ciężarowi. Nie stosuje się przy tej metodzie tłoków hydraulicznych lub innych urządzeń wspomagających dociskanie metalu do formy. Dlatego też na ten rodzaj odlewania określa się mianem grawitacyjne.

Dużą zaletą kokil jest to, że nie jest to forma jednorazowa, zatem dzięki jej trwałości możemy używać jej wielokrotnie. Najczęściej spotykane kokile stopów aluminium mają żywotność średnio około 20 000 sztuk produkcji.

Kolejne etapy odlewania kokilowego:

1. Usunięcie zbędnych materiałów pokrywających powierzchnię kokili oraz rdzeni metalowych.

2. Odizolowanie powierzchni roboczych kokili i rdzenia za pomocą pokrycia izolującego.

3. Założenie rdzeni i założenie połówek kokili i zaciśnięcie zamków.

4. Zalewanie i odczekanie do zakrzepnięcia odlewu

5. Rozkładanie kokili, rozsunięcie połówek kokili

6. Wyjęcie odlewu i złożenie kokili do odlewu.

9. Metoda wytapianych modeli

Metoda wytapianych modeli/traconego wosku wymaga wykonania matrycy, w której będą wytwarzane modele z wosku lub innej łatwo topliwej substancji. Wykonane woskowe modele łączy się z elementami ukł. wlewowego uzyskanymi również z wosku. Takie zestawy zanurza się w krzemianie etylu, a następnie posypuje suchym, drobnym piaskiem kwarcowym. Operację należy powtórzyć wielokrotnie w celu uzyskania odpowiedniej grubości ścianek skorupy. Następnie cały zestaw zanurza się w gotującej wodzie, gdzie wosk wypływa na powierzchnię. Otrzymaną skorupę formy wyżarza się w temp. 900 ⁰C i umieszcza w skrzynkach metalowych, które wypełnia się suchym piaskiem kwarcowym.

Metoda tą można odlewać stopy metali o różnej temp. topnienia. pozwala ona uzyskać odlewy o dużej dokładności wymiarowej (zastosowanie w wyrobie biżuterii), dużej gładkości powierzchni i praktycznie może ona wyeliminować obróbkę skrawaniem.

10. Odlewanie ciśnieniowe gorąco- i zimno komorowe

Metoda zimnokomorowa. W maszynach tego typu nacisk na metal wywierany jest za pomocą tłoka. Najczęściej spotyka się napęd hydrauliczny, dzięki czemu ciśnienie metalu może wynosić nawet 1200 atmosfer. W maszynach zimno komorowych komora może być umieszczona pionowo bądź poziomo. Działanie maszyny ciśnieniowej zimno komorowej poziomej jest następujące:

Ciekły metal znajduje się w piecu elektrycznym indukcyjnym umieszczonym obok maszyny ciśnieniowej. Po wlaniu ciekłego metalu do komory ciśnieniowej następuje wtłoczenie do formy za pomocą tłoka prasującego. Po rozwarciu formy tłok prasujący posuwa się dalej do przodu i usuwa nadmiar metalu z komory po czym metalowy rdzeń cofa się i odlew zostaje wypchnięty za pomocą wypychaczy z ruchomej płyty formy.

Odlewanie na gorąco charakteryzuje się konstrukcją, której komora tłocząca jest zanurzona w ciekłym metalu. Przesuw tłoka w kierunku ku górze odsłania otwór przez który grawitacyjnie ciekły metal wpływa pod tłok. Następnie tłok podczas przesuwu ku dołowi zamyka dopływ ciekłego metalu i powoduje wtłoczenie porcji metalu, która wpłynęła w tłok do wnęki formy metalowej (ciśnieniowej). Metodą odlewania ciśnieniowego, gorąco komorowego wytwarza się odlewy stopów niskotopliwych np. stopów cynku, magnezu, ołów. Zaletą odlewania ciśnieniowego są wysoka gładkość powierzchni i duże dokładności pomiarowe co pozwala praktycznie wyeliminować obróbkę skrawania. Zastosowanie przede wszystkim przy wytwarzaniu elementów dla przemysłu motoryzacyjnego.

11. Odlewanie odśrodkowe

Rozróżnia się dwie metody odlewania odśrodkowego: z poziomą oraz pionową osią. Odlewanie odśrodkowe z osia pozioma stosuje się do odlewania rur o długości do 5m. Forma, którą wiruje z określoną prędkością jest wypełniana ciekłym metalem dozowanym poprzez rynnę znajdującą się w wirującej formie. Grubość ściany odlewu zależy od ilości wprowadzonego metalu wskutek działania siły odśrodkowej. Formy pionowe stosuje się do produkcji tulei z kołnierzem i bez kołnierza. Metal wlewany od góry równomiernie rozkłada się na powierzchni ścianek wskutek działania siły odśrodkowej.

12. Rodzaje wad odlewniczych i przyczyny ich powstawania

Niedolew - powstaje wskutek niecałkowitego wypełnienia formy ciekłym metalem. Jest to spowodowane zbyt niską temperaturą metalu i/lub źle umieszczonym układem wlewowym.

Guz - powstaje przez wypchnięcie masy formierskiej przez metal. Przyczyną powstawania gazu jest zbyt słabe i nierównomierne ubicie masy formierskiej.

Zalewka - powstaje na połączeniach połówek form lub rdzenia z formą. Przyczyną powstania może być niedociśnięcie formy, lub też brak zasilania

Przestawienie - powstaje na skutek złego złożenia połówek formy.

Wypaczenia oraz pęknięcia powstające wskutek zbyt mało podatnej masy formierskiej lub rdzeniowej, nieodpowiedniej konstrukcji odlewu lub innych przyczyn.

Pęcherze zewnętrzne i wewnętrzne - spowodowane gazami w metalu lub przenikaniem gazów z formy do metalu.

Strup, rakowatość, zaprószenie, zażużlenie - są wadami powstałymi przez zanieczyszczenie metalu masą formierską, rdzeniową lub żużlem.

Przypalenie - Masa formierska wokół przypalonego miejsca była za luźna.

13. Procesy metalurgiczne (proces wielkopiecowy)

Procesy metalurgiczne nie dostarczają czystego żelaza , lecz jego stopów . W hutniczym otrzymywaniu "żelaza" pierwszymi produktami jest surówka , a końcowymi stale. Metalurgia żelaza polega na otrzymywaniu technicznego żelaza na skalę przemysłową. Polega na wytapianiu go z rud i dalszej obróbce w procesie hutniczym.

Otrzymywanie żelaza z jego rud polega na redukcji tlenków żelaza za pomocą węgla i tlenku węgla , który jest szczególnie czynnym reduktorem , ponieważ jako gaz reaguje z tlenkami żelaza w całej objętości pieca. Szybkość redukcji wzrasta ze wzrostem temperatury , a wydzielanie produktów reakcji w stanie ciekłym sprzyja usuwaniu zanieczyszczeń , dlatego proces przeprowadza się w wysokich temperaturach w tak zwanych wielkich piecach.

Średniej wielkości wielki piec ma Φ = 10 m i h = 40 m. Wielki piec jest piecem szybowym. Wielki piec jest zbudowany z płaszcza stalowego chłodzonego wodą, a wewnątrz posiada wymurówkę ceramiczną. Wielki piec pracuje w trybie ciągłym przez okres 2-3 lat.

Ładowanie pieca odbywa się od góry przez urządzenie zasypowe, przez które wprowadza się: koks, rudę i topniki (dolomit, wapień), które ze złożem rudy tworzą w piecu łatwo topliwą mieszaninę krzemianów wapnia, glinu, manganu zwaną żużlem. Koks wprowadzany do wielkiego pieca spala się w strumieniu gorącego powietrza wdmuchiwanego przez dysze. Wytworzony CO₂ przechodząc przez rozżarzone warstwy koksu redukuje się do tlenku węgla.

Gorące gazy (CO i CO₂) unosząc się ku górze ogrzewają wsad wielkopiecowy zsuwający się ku dołowi . Procesy zachodzące w warstwach rudy zależą od temperatury wytworzonej w dolnej strefie pieca. W najwyższych jego częściach następuje odwodnienie rudy , przy temperaturze 120-230⁰ C. Redukcja rozpoczyna się w temperaturze 420⁰ C i początkowo polega na redukcji Fe₂O₃ do Fe₃O₄. W miarę posuwania się ku dołowi i dalszego wzrostu temperatury następuje redukcja tlenków do metalu. W temperaturze 930⁰ C redukująco działa również węgiel. W miarę obsuwania się ładunku do dolnych , gorętszych części pieca , mających temp. większą niż 930⁰ C, następuje stopienie żelaza i na skutek rozpuszczania się w nim węgla i innych pierwiastków powstaje stop żelaza z węglem (2,5-4,5%) oraz krzemem , fosforem , manganem. Jest to właśnie surówka - produkt wielkiego pieca.

Równocześnie z redukcją tlenków żelaza odbywa się też reakcja pomiędzy topnikami i zanieczyszczeniami rudy. W wyniku tych reakcji tworzy się ciekły żużel , który spływa w dół pieca i jako lżejszy od surówki tworzy warstwę na jej powierzchni.

Spust żelaza i żużla z wielkiego pieca odbywa się regularnie np. co godzinę. Najpierw wybija się otwór spustowy żużla, a potem otwór spustowy żelaza (położony najniżej pieca). Otwory się każdorazowo zakleja/zamurowuje. Żużel wielkopiecowy jest granulowany i wykorzystywany w budownictwie.

Produktem wielkiego pieca jest surówka, która zawiera od 2,5-5% węgla, ok. 1% manganu, 0,2% fosforu oraz 1% krzemu. Surówka jest częściowo rozlewana na maszynach rozlewniczych w postaci gąsek, które stanowią półprodukt przy produkcji żeliwa w odlewniach.

14. Reakcje redukcji rud żelaza w wielkim piecu

2 C + O₂ 2CO

Rodzaje redukcji rud żelaza:

1. 3 Fe₂O₃ + CO 2 Fe₃O₄ + CO₂ II) Fe₃O₄ + CO 3 FeO + CO₂ III) FeO + CO₂ Fe + CO₂

15. Procesy stalownicze

Obecnie w produkcji stali stosowane są cztery procesy: klasyczny proces wielki piec/zasadowy konwertor tlenowy, bezpośrednie topienie złomu (elektryczny piec łukowy), redukcja przez wytapianie i bezpośrednia redukcja.

Proces besemerowski etapy:

• Przechylenie konwertora i zalanie surówki

• Ustawienie konwertora i włączenie dmuchu

•Okres Iskrowy,

•Okres Płomienny,

• Okres Dymny,

• Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej zawartości C, Mn, Si oraz odtlenienia stali dodajemy surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, żelazokrzem, czasem aluminium.

• Przechyla się konwertor, zbiera żużel i wylewa stal.

Proces tomasowski

•Proces tomasowski przebiega podobnie jak i bessemerowski, z tym, że gdy zawartość węgla spadnie poniżej 0,4% zachodzi dopiero reakcja odfosforowania.

•Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej zawartości C, Mn, Si dodajemy surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, oraz do odtlenienia stali żelazokrzem i aluminium.

Zasadowy proces tlenowy

• Produkcja stali w zasadowym procesie tlenowym. Surowcami są tu surówka żelazna z wielkiego pieca oraz złom stalowy. Dodatek złomu zapobiega przegrzaniu metalu.

Proces martenowski kwaśny

Wymurowanie pieca kwaśne. Wsad musi zawierać niewielkie ilości siarki i fosforu. Stal wykazuje większą jednorodność chemiczną, lepsze odtlenienie i mniejszą zawartość wtrąceń niemetalicznych, a dzięki temu lepszą udarność i plastyczność od stali zasadowej. Stal droga, stosowana m. in. w przemyśle zbrojeniowym, na wały pędne itp.

Proces martenowski zasadowy. Przebieg procesu:

1. Naprawa pospustowa (ok.. 30 - 40 min).

2. Ładowanie wsadu stałego przy użyciu wsadzarek (2-4 godz.) - najpierw kamień wapienny, następnie rudę i zgorzelinę i wreszcie złom. Ciekła surówkę wlewa się po częściowym stopieniu złomu

3. Okres topienia i wypalania domieszek. Odsiarczanie, odfosforowanie, częściowe odtlenianie stali

4. Ściąganie żużla

5. Spust stali

Całkowity czas wytopu 8 - 10 godzin

16. Charakterystyka pieców do topienia metali

Żeliwiak jest piecem szybowym, wyłożonym materiałem ogniotrwałym, w którym wsad metalowy jest podgrzewany gazami pochodzącymi ze spalania koksu, które zachodzi w dolnej części szybu (w strefie spalania). Powietrze potrzebne do spalania koksu, dostarczane przez wentylator, jest wdmuchiwane do szybu żeliwiaka przez odpowiednią liczbę dysz. Opasująca żeliwiak skrzynia powierzna wraz z zaworami sterującymi pozwala na kontrolowane i równomierne doprowadzanie powietrza przez dysze. Wsad metalowy (surówka, złom stalowy i żeliwny, złom obiegowy), koks, pierwiastki stopowe (np. FeSi, Si, C), środki żużlotwórcze (SiO₂) i topniki (np. CaCO₃) są wprowadzane do pieca przez okno wsadowe w górnej części szybu. Gazy żeliwiakowe, unosząc się ku górze, wymieniają ciepło z wsadem zanim opuszczą piec przez jego komin.

Po osiągnięciu przez ciekły metal odpowiedniego poziomu w kotlinie zostaje otwarty otwór spustowy dla metalu. Metal wypływa w sposób ciągły przez otwór i kanał spustowy (bądź rynnę spustową) do oddzielnego zbiornika bądź do kadzi. Alternatywnie, ciekły metal może spływać w sposób ciągły do pieca przetrzymującego.

Żużel jest spuszczany oddzielnie poprzez odpowiednią rynnę spustową umieszczoną na poziomie wyższym od poziomu rynny spustowej dla żeliwa. Jest on gromadzony okresowo w zbiornikach albo granulowany w sposób ciągły w strumieniu wody, bądź przy zastosowaniu specjalnej instalacji do suchej granulacji.

Podstawową konstrukcją jest żeliwiak z zimnym dmuchem (ŻZD). W żeliwiaku tym stosuje się powietrze dmuchu o temperaturze otoczenia.

Żeliwiak kampanijny jest to zwykle żeliwiak z wodnym chłodzeniem wykładziny z gorącym lub zimnym dmuchem. Żeliwiaki takie pracują w ciągu dnia przez jedną, dwie lub trzy zmiany, w systemie jednopiecowym, przy czym kampania wytopowa może trwać nawet kilka miesięcy. Szczególnie długie kampanie są prowadzone przy stosowaniu żeliwiaków bezwykładzinowych, w których jednak straty cieplne w wodzie chłodzącej płaszcz, są znaczne. W obszarze badawczym, dotyczącym materiałów ogniotrwałych i technologii wytapiania żeliwa w żeliwiakach kampanijnych, obserwuje się ciągły rozwój.

Elektryczny Piec Łukowy jest piecem typu naczyniowego. Duża przestrzeń piecowa pozwala na stosowanie we wsadzie kawałków metalu o dużych wymiarach i na prowadzenie intensywnych reakcji między metalem i żużlem. Średnica płaszcza wynosi zwykle 2 do 4 m. Piec jest zamknięty od góry sklepieniem, wyłożonym materiałem ogniotrwałym, w którym przewidziano otwory na trzy elektrody. Elektrody są mocowane w uchwytach wysięgników, pozwalających na przemieszczanie ich w kierunku pionowym. W większości pieców łukowych załadunek wsadu odbywa się od góry, za pomocą kubłów załadowczych z odchylanym dnem lub chwytaków elektromagnetycznych, po odsunięciu na bok sklepienia z elektrodami. Wsad metalowy jest nagrzewany łukami elektrycznymi, tworzonymi przez trójfazowy prąd zmienny między trzema elektrodami rozmieszczonymi nad metalem, a tym metalem.

Piec jest opróżniany przez jego przechylanie w kierunku rynny spustowej. Po przeciwnej stronie w stosunku do rynny spustowej znajduje się otwór, poprzez który następuje ściąganie żużla z powierzchni kąpieli metalowej i pobieranie próbek metalu przed jego spustem.

Piec indukcyjny tyglowy (PIT) składa się z miedzianej cewki, chłodzonej przepływającą wewnątrz wodą, opasującej tygiel z masy ogniotrwałej. Od strony zewnętrznej jest ona izolowana i zamknięta płaszczem stalowym. Piec jest zamknięty w ramie wyposażonej w układ przechylania go. Tygiel pieca jest zamykany na okres topienia pokrywą, otwieraną w okresach ładowania i odżużlania.

Piec jest załadowywany, w zależności od jego pojemności, za pomocą chwytaka elektromagnetycznego, kubła skipowego, rynny wibracyjnej lub ręcznie. Znaczna liczba odlewni wykorzystuje piece indukcyjne do wytapiania małych ilości metalu w dużej jego różnorodności rodzajowej. Pojemność pieców zawiera się w przedziale od 10 kg do 30 t. Cewka piecowa jest zasilana prądem zmiennym o częstotliwości sieciowej, średniej lub wysokiej (odpowiednio 50, 250 lub 1000 Hz).

Piec indukcyjny kanałowy składa się z dużej, izolowanej cieplnie wanny oraz pokrywy, również izolowanej cieplnie. Wprawdzie ten typ pieca służy głównie do przetrzymywania stopionego metalu, może jednak być używany również jako kombinowany agregat topiąco-przetrzymujący.

Trzon pieca jest wyposażony w jeden lub więcej kanałów w kształcie litery U. Wokół tych kanałów nawinięte są cewki indukcyjne, nagrzewające metal i wprowadzające go w ruch. Piec jest zasilany prądem zmiennym o częstotliwości sieciowej. Jest on zwykle zamocowany w przechylnej ramie, umożliwiającej załadunek i naprawę wykładziny. W użyciu są również piece o stałym położeniu.

Piec z promieniującym sklepieniem jest to niskoenergetyczny piec przetrzymujący, mający kształt silnie izolowanego pudła, z szeregiem elementów oporowych w podwieszonym zawiasowo, izolowanym cieplnie sklepieniu. Piece tego rodzaju znajdują zastosowanie wyłącznie w odlewniach metali nieżelaznych (głównie aluminium) ze scentralizowanymi wytapialniami. Typowe jednostki mają pojemność 250 - 1000 kg i są zasilane prądem elektrycznym o mocy 5 - 12 kW. Zbiorniki: wsadowy i wylewowy są oddzielone żaroodpornymi ściankami od zasadniczej części pieca; umożliwia to przechodzenie czystego metalu w kierunku zbiornika wylewowego.

OBRÓBKA PLASTYCZNA:

17. Rodzaje obróbki plastycznej

Kształtowanie brył

kucie: (matrycowe, swobodne); walcowanie: (wzdłużne, poprzeczne, skośne, poprzeczno-klinowe); ciągnienie;

wyciskanie: (współbieżne, przeciwbieżne, dwukierunkowe, poprzeczne)

Kształtowanie blach:

Cięcie (rozdzielenie materiału bez powstawania wiórów); Gięcie; Formowanie elektrodynamiczne; Tłoczenie; Walcowanie

Inne:

Nagniatanie; Nitowanie; Łączenie wybuchowe; Łączenie beznitowe

18. Obróbka plastyczna na gorąco

Obróbka plastyczna przeprowadzana w temp. wyższych niż temp. rekrystalizacji. Obr. plast. na gorąco obejmuje kucie na gorąco, spęczanie na gorąco, ciągnienie i tłoczenie.

Temp. rekrystalizacji przyjęto określać temp. 0,4 temp. topnienia. Zjawisko rekrystalizacji występuje tylko w przypadku metalu, który był wcześniej poddany odkształceniom plastycznym na zimno.

19. Obróbka plastyczna na zimno

Podczas obróbki plastycznej na zimno, w takich procesach jak np. kucie, tłoczenie, ciągnienie; w wyniku działania sił zewnętrznych zmieniają się właściwości obrabianego metalu. Następuje zjawisko umocnienia metalu. Zjawisko to objawia się wzrostem twardości i plastyczności materiału. Obr. plast. na zimno jest przeprowadzana w temp. poniżej temp. rekrystalizacji.

20. Zmiany właściwości materiałów w wyniku obróbki plastycznej na zimno:

- spadek przewodności elektrycznej, przenikalności i podatności magnetycznej;

- wzrost histerezy magnetycznej;

- spadek odporności na korozję;

- wzrost twardości i zmniejszenie plastyczności

21. Na czym polega zjawisko rekrystalizacji

Rekrystalizacja proces zachodzący w metalach podczas wyżarzania rekrystalizującego, którego efektem jest odbudowa struktury krystalicznej metalu po zgniocie i przywrócenie mu pierwotnych właściwości fizycznych i mechanicznych. Rekrystalizacja zachodzi wtedy, gdy stopień zgniotu jest wyższy od krytycznego. Zgniot krytyczny wynosi 2-10% w zależności od materiału. W wyniku rekrystalizacji powstają nowe kryształy i materiał odzyskuje właściwości plastyczne.

rekrystalizacja = temp. obróbki > temp. topnienia // T_r = 0,3-0,4 T_t

22. Metody walcowania

- wzdłużne - materiał wykonuje ruch postępowy, a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w kierunkach przeciwnych - otrzymuje się głównie blachy, taśmy, pręty i kształtowniki;

- poprzeczne - materiał wykonuje ruch obrotowy, a walce o osiach równoległych obracają się w zgodnym kierunku - wykonuje się śruby, wkręty i koła zębate;

- skośne - materiał wykonuje ruch postępowo-obrotowy, a walce o osiach wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach - wytwarza się tuleje rurowe, kule itp.;

- okresowe - materiał wykonuje ruch postępowy lub postępowo-zwrotny, a walce o osiach równoległych (o przekrojach niekołowych) obracają się przeciwnych kierunkach - produkuje się tuleje rurowe, przedkuwki w formie prętów o zmiennym przekroju, wyroby ornamentowe, itp.;

- specjalne - kombinacja omówionych sposobów walcowania - wykonuje się koła wagonowe i inne wyroby o złożonym kształcie.

23. Wskaźniki odkształcenia przy walcowaniu

GNIOT	Rodzaj wskaźnika odkształcenia	WYDŁUZENIE
Δg = g0 - g1	odkształcenie bezwzględne	Δl = l0 - l1
εg =	odkształcenie względne	εl =
λg =	współczynnik odkształcenia	λl =
φg = ln	odkształcenie rzeczywiste	φl = ln

- gniot (g);

- poszerzenie (b);

- wydłużenie (l);

- ubytek przekroju (F);

24. Jaki jest cel stosowania walcarek wielowalcowych

Poprawienie dokładności walcowanego elementu oraz skrócenie czasu przestoju i zwiększenie wydajności produkcji.

25. Walcowanie wyrobów kształtowych

Walcowanie kształtowników przeprowadza się w walcarkach o walcach bruzdowych. W czasie całego procesu walcowania rozstaw między walcami kolejnych klatek walcowniczych jest stały, a walcowany materiał za każdym razem przepuszczany jest przez coraz to mniejszy wykrój walców. Szyny walcuje się zwykle w 8 do 10 przepustach, inne kształtowniki, takie jak dwuteowniki, ceowniki, kątowniki w 9 do 12 przepustach

26. Kształtowanie brył

Metoda obróbki plastycznej, gdzie można zastosować: kucie, walcowanie, ciągnienie, wyciskanie. Ma ona na celu wytworzenie bryły.

27. Kucie matrycowe i swobodne

Kucie matrycowe polega na kształtowaniu wyrobu w wykroju matrycy składającej się z dwóch części. Dolna część matrycy spoczywa na nieruchomej części młota mechanicznego, zwanej szabotą. Górna część matrycy, umocowana w ruchomej części młota, zwanej bijakiem może podnosić się ku górze. Jeżeli w czasie pracy młota zostanie w obszarze wykroju dolnej części matrycy umieszczony nagrzany materiał, to uderzenie górnej części matrycy spowoduje wypełnienie wykroju matrycy materiałem. Powstaje wówczas produkt zwany odkuwką. Kucie matrycowe ma zastosowanie do wyrobu odkuwek o ciężarze nieprzekraczającym kilkuset kilogramów. Zaletami procesu kucia matrycowego są: niewielki czas wykonania wyrobu, możliwość produkowania odkuwek o skomplikowanych kształtach, możliwość zatrudnienia w produkcji pracowników przyuczonych oraz małe straty materiału wskutek stasowania małych naddatków na obróbkę.

Kucie swobodne polega na kształtowaniu plastycznym wyrobu za pomocą narzędzi nie ograniczających przemieszczania się materiału w kierunkach prostopadłych do kierunku wywieranej siły uderzenia. W procesie kucia swobodnego stosuje się wyłącznie narzędzia uniwersalne. Jako główne czynności kucia swobodnego należy wymienić: spęczanie, wydłużanie, przebijanie, gięcie oraz rozszerzanie, a ponadto zgrzewanie polegające na łączeniu ze sobą części przez wywieranie na nagrzany materiał nacisku uderzeniami młota. Kucie swobodne stosuje się w produkcji jednostkowej lub małoseryjnej.

28. Kształtowanie blach cięcie gięcie tłoczenie - ?@@@

Tłoczenie to rodzaj obróbki plastycznej obejmujący: cięcie, kształtowanie, łączenie płyt, blach, folii, czyli przedmiotów o małej grubości (w stosunku do innych wymiarów).

Cięcie - proces technologiczny stosowany najczęściej w obróbce materiałów metalowych polegający na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego materiału, poprzedzone zazwyczaj odkształceniem plastycznym.

Sposoby przeprowadzania cięcia: cięcie na prasach za pomocą wykrojników; cięcie na specjalnych maszynach, bez zmiany elementów tnących. (np. nożyce gilotynowe, dziurkarki itp.); cięcie na nożycach krążkowych.

Gięcie - rodzaj technologii obróbki materiałów (najczęściej metalowych) polegający na trwałej zmianie krzywizn przedmiotu obrabianego. Jeżeli w wyniku tej obróbki otrzymuje się przedmiot zakrzywiony to mówimy o wyginaniu. Jeżeli gięcie powoduje wyprostowanie obrabianego materiału to mówi się o prostowaniu. Odmianą wyginania jest zwijanie.

Gięcie może przebiegać: na prasach za pomocą tłoczników; na prasach krawędziowych; jako owijanie na wzorniku (szablonie); na walcach; jako kształtowanie taśm krążkami.

29. Ocena tłoczności blach (próba Erichsena)

Próba Erichsena - próba tłoczności blachy określająca jej podatność na tłoczenie

Wielkością charakteryzującą odkształcalność blachy i jej podatność do tłoczenia jest tu głębokość wtłoczenia kulki lub stempla zakończonego kulisto w próbkę, dociśniętą do matrycy za pomocą dociskacza, aż do chwili powstania pęknięcia w próbce. Głębokość wytłoczenia czaszy, a ściślej głębokość penetracji stempla jest wskaźnikiem tłoczności wg Erichsena i oznaczona jest symbolem IE. Stosownie do wymiarów stempla, a w szczególności do jego średnicy (20, 15, 8,3 mm) stosuje się odpowiednie symbole tłoczności wg Erichsena: IE₂₀, IE₁₅ , IE₈, IE₃.

30. Wyznaczanie wskaźnika anizotropii - ?@@@

Anizotropia - cecha charakterystyczna niektórych ciał, głównie krystalicznych, polegająca na tym, że wykazują one różne właściwości fizyczne w zależności od kierunku, w którym się je bada.

Anizotropia własności mechanicznych takich jak wytrzymałość , twardość, wydłużenie i inne jest to zależność tych własności ciał krystalicznych od kierunku badania. Dzieje się tak dlatego, że prawidłowe rozmieszczenie atomów w kryształach prowadzi do różnej gęstości obsadzenia atomami poszczególnych płaszczyzn i kierunków krystalograficznych. W rezultacie niektóre własności kryształów zmieniają się wraz z kierunkiem badań. Gruboziarniste metale wykazują pewną kierunkowość własności. Wynikiem jej jest np. pofałdowanie powierzchni próbki wytrzymałościowej po rozciąganiu "groszkowatość” powierzchni blachy po toczeniu na zimno. Anizotropia własności mechanicznych może być wynikiem pasmowego ułożenia spowodowanego obróbką plastyczną.

31. Na czym polega zjawisko umocnienia metalu

Umocnienie powstaje na skutek wzrostu poziomu naprężeń niezbędnych do wywołania ruchu dyslokacji. Spowodowane jest ono trwałymi odkształceniami. Podczas obróbki plast. na zimno, w takich procesach jak np. kucie, tłoczenie, ciągnienie; w wyniku działania sił zew. zmieniają się właściwości obrabianego metalu. następuje zjawisko umocnienia metalu. Zjawisko to objawia się wzrostem twardości i plastyczności materiału.

32. Operacje ciągnienia

Ciągnienie jest procesem plastycznej przeróbki metali, przeprowadzanym najczęściej na zimno, w którym odkształcany półwyrób pod wpływem przeciągania go przez otwór narzędzia lub pomiędzy nienapędzanymi walcami, zmienia kształt, długość oraz pole przekroju poprzecznego.

33. Proces wyoblania

Wyoblanie jest rodzajem obróbki plastycznej blachy. Proces ten wykorzystuje podatność blach do odkształceń plastycznych bez przerwania ciągłości mate­riału. Kształtowania blachy dokonuje się za pomocą specjalnych narzędzi zwa­nych wyoblakami lub rolkami do wyoblania.

Wskutek wywieranego przez narzędzie odkształcające nacisku blacha przybiera kształt obracającego się wzor­nika. Ponieważ wzornik, na którym układany jest materiał w postaci krążka blachy wiruje, za pomocą tej metody można wykonywać wszelkie kształty o przekroju figur obrotowych. Proces modelowania blachy za pomocą wyoblania odbywa się na maszynie nazywanej wyoblarką.

34. Zjawisko spęczania

Spęczanie jest operacją, przy której następuje skracanie wymiaru jednej z głównych osi przekroju pod wpływem nacisku prasy albo uderzeń młota (młot maszynowy) w skutek, czego zwiększa się przekrój prostopadły do tej osi. pod

35. Wskaźnik odkształcenia przy spęczaniu

Wskaźnik odkształcenia pręta w operacjach spęczania jest określony stosunkiem: S=d/d₀, gdzie:

d - końcowa średnica odkształcanego pręta wyznaczona w momencie pękania materiału

d0 - początkowa średnica spęczania pręta.

Próbki mają kształt walców o stosunku wysokości do średnicy h₀/d₀ = 1,4. Powierzchnie próbek są tłoczone. Spęczanie próbki prowadzi się etapami. Po każdym etapie obserwuje się boczną powierzchnię próbki celem wykrycia pęknięcia. Ujawnienie pęknięcia oznacza zakończenie próby. Miarą przydatności badanego materiału do spęczania jest wartość wskaźnika S.

36. Wykrojniki - ?@@@

---