część Odlewnictwo

Transkrypt

część Odlewnictwo

TECHNIKI WYTWARZANIA
ODLEWNICTWO
I PRZETWORSTWO
TWORZYW SZTUCZNYCH
Dr inż. Rafał Kaczorowski
ODLEWNICTWO
1
LITERATURA
 Jopkiewicz A., Pawlak M., Pacyniak T., Żakowski C.,
Kaczorowski R.: Odlewnictwo. Laboratorium. Wydawnictwo
Politechniki Łódzkiej, Łódź 2001
 Murza - Mucha P.: Techniki wytwarzania - odlewnictwo.
PWN, Warszawa 1978.
 Perzyk M., Waszkiewicz S., Kaczorowski M., Jopkiewicz A.:
Odlewnictwo. WNT, Warszawa 2000
 Poradnik inżyniera. Odlewnictwo. WNT, Warszawa 1986.
 Praca zbiorowa pod redakcją Jerzego Erbla: Encyklopedia
technik wytwarzania stosowanych w przemyśle
Maszynowym tom I, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 2001
3
13 października 2014
WPROWADZENIE
ODLEWNICTWO jest techniką wytwarzania wyrobów
metalowych, zwanych odlewami polegającą na nadaniu
im:
 kształtów,
 wymiarów,
 struktury
za pomocą doprowadzenia metalu (stopu) do stanu
ciekłego i wypełnienia nim odpowiednio przygotowanej
formy odlewniczej.
4
2
PODSTAWOWE POJĘCIA
W ODLEWNICTWIE
 Odlew - wyrób metalowy wykonany drogą zalewania form
odlewniczych ciekłym metalem.
 Forma odlewnicza - zespół elementów, które po złożeniu
tworzą gniazdo (wnękę) o kształtach odpowiadających
kształtowi odlewu oraz układu wlewowego.
 Model - przyrząd do odwzorowania w formie odlewniczej
kształtów zewnętrznych odlewu.
 Znaki rdzeniowe - elementy modelu nie odtwarzające odlewu służące do wykonania gniazd rdzennikowych w które wchodzą
rdzenniki rdzenia.
 Rdzenie - elementy formy odlewniczej odtwarzające kształty
wewnętrzne odlewu. Składają się z rdzenia właściwego i
rdzennika wchodzącego w gniazda rdzennikowe.
 Rdzennica - przyrząd służący do wykonania rdzenia.
 Masa formierska i rdzeniowa - mieszanina podstawowych i
pomocniczych materiałów formierskich służąca do wykonania
form jednorazowych i rdzeni.
5
ETAPY WYKONANIA ODLEWU
Etapy wykonania odlewu: a) rysunek gotowego wyrobu, b) rysunek odlewu,
c) model, d) rdzennica, e) złożona forma odlewnicza, f) wybity odlew
1 - naddatek, 2 - znaki rdzeniowe, 3 - połówki rdzennicy, 4 - rdzeń, 5 - skrzynki
formierskie, 6 - gniazda rdzeniowe, 7 - forma układu wlewowego, 8 - układ wlewowy
6
3
PODZIAŁ METOD
WYTWARZANIA ODLEWÓW
Metody odlewania
Odlewanie grawitacyjne
Odlewanie ciśnieniowe
Odlewanie pod ciśnieniem
W formach trwałych
W formach jednorazowych
W formach piaskowych
Odlewanie odśrodkowe
Odlewanie pod
ciśnieniem odśrodkowym
W formach
specjalnych
W formach ceramicznych
i ogniotrwałych
Formowanie w gruncie i wzornikami
Odlewanie pod
niskim ciśnieniem
Proces pełnej formy
Formowanie w rdzeniach
Proces wytapianych
modeli
Formowanie na sucho
Formowanie na wilgotno
Proces V
(formowanie próżniowe)
Odlewanie próżniowociśnieniowe
Proces Shawa
Formowanie pod wysokimi naciskami
Formowanie w masach cementowych
W formach
metalowych (kokilach)
Proces CMS (Ciekłe masy samoutwardzalne)
Proces CO2
Odlewanie ciągłe
i półciągłe
Formowanie skorupowe
Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych
W formach trwałych
niemetalowych
Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych
7
SCHEMAT PRZEBIEGU WYTWARZANIA ODLEWÓW
W PIASKOWYCH FORMACH JEDNORAZOWYCH
5
16
17
magazyn modeli
i oprzyrządowania
modele
9
wybijanie form i
rdzeni z odlewów
odlewy
15
14
kontrola
techniczna
obróbka cieplna odlewów
krzepnięcie
i stygnięcie
odlewów
zużyta masa formierska
12
ciekły
metal
formiernia
odpady, zlewki, układy wlewowe
składanie
i zalewanie form
skrzynki
formierskie
malarnia i powłoki antykorozyjne
magazyn
odlewów
11
braki
modele, rdzennice
oprzyrządowanie
rdzenie
masa
rdzeniowa
modelarnia i
narzędziownia
rdzeniarnia
masa
formierska
4
oprzyrządowanie,
instrukcje, rdzennice
Dział Głównego
Technologa
8
piece do topienia
formy zalane
ciekłym metalem,
7
rysunki surowego
odlewu, modeli,
rdzennicy i
oprzyrządowania
10
przygotowanie masy
formierskiej
i rdzeniowej
odlewy
Dział
Marketingu
ustalenie
wymagań
3
surówki, złom, topniki,
paliwo lub energia
piaski formierskie
i kwarcowe, glinki,
spoiwa, dodatki
zamówienie
rys. konstrukcyjny
2
materiały i składy materiałów i surowców
6
Klient
(konstruktor)
formy
1
odlewy
13
oczyszczalnia
braki odlewów
8
4
PRZEBIEG WYKONANIA ODLEWU ŁĄCZNIKA
Z ŻELIWA SZAREGO
Rysunek konstrukcyjny
Powstaje w biurze konstrukcyjnym na podstawie
obliczeń wytrzymałościowych wynikających z
danych eksploatacyjnych (obciążenia
mechaniczne, cieplne itp.) z uwzględnieniem
właściwości materiału i wybranej metody
odlewania; podaje kształty i wymiary gotowego
odlewu po obróbce mechanicznej i po dalszych
operacjach
Rysunek surowego odlewu
Powstaje w odlewni, w dziale Głównego
Technologa, na podstawie rysunku
konstrukcyjnego, i podaje kształty i wymiary
surowego odlewu przed obróbką odlewu; w
stosunku do rysunku konstrukcyjnego podaje więc
naddatki na obróbkę, naddatki technologiczne,
pochylenia i zbieżności oraz dane do opracowania
dokumentacji technologicznej i wykonania odlewu,
jak płaszczyznę podziału odlewu w formie, dane o
układzie wlewowym itp.
9
Z ŻELIWA SZAREGO
Model drewniany
model odtwarza w masie formierskiej przeważnie
zewnętrzne kształty odlewu; wymiary modelu
odpowiadają wymiarom surowego odlewu
powiększonym o wartości skurczu odlewniczego
tworzywa odlewu; poza tym na modelu muszą być
uwzględnione znaki rdzeniowe, które odtwarzają w
formie miejsca do ustawienia rdzeni
Rdzennica (skrzynka rdzeniowa)
rdzennice, służą do wykonywania rdzeni
odlewniczych; wewnętrzne kształty i wymiary
rdzennic, czyli wnęki robocze, odpowiadają
kształtom i wymiarom rdzeni odtwarzających
odpowiednie wewnętrzne kształty odlewów
powiększone o znaki rdzennika; znaki rdzennika
odpowiadające znakom rdzeniowym modelu są
częściami rdzenia służącymi do ustawienia go w
formie odlewniczej
10
5
Z ŻELIWA SZAREGO
Rdzeń odlewniczy
rdzenie odlewnicze odtwarzają zazwyczaj
wewnętrzne kształty odlewów; wykonywane są z
masy rdzeniowej w rdzennicach i wstawiane do
formy tak, że rdzenniki spoczywają w gniazdach
rdzeniowych formy odwzorowanych przez znaki
rdzeniowe modelu; rdzenniki nie odtwarzają
kształtów odlewu i służą tylko do ustawienia
rdzenia w formie
Forma odlewnicza
formę odlewniczą wykonuje się ręcznie lub
maszynowo w metalowych skrzynkach
formierskich, zagęszczając w nich masę
formierską, w której odtwarzane są kształty
modelu; w otrzymaną po wyjęciu modelu wnękę
formierską wstawia się rdzenie, które spoczywają
w gniazdach rdzeniowych (znaki rdzeniowe gniazda rdzeniowe - rdzenniki - znaki rdzennika);
w obu połówkach formy wykonuje się system
kanałów, zwany układem wlewowym, którym
doprowadza się ciekły metal do wnęki formy
11
Z ŻELIWA SZAREGO
Odlew z układem wlewowym
Po zakrzepnięciu i ostygnięciu odlewu w
formie do odpowiedniej temperatury
(zależnej od stopu odlewniczego) następuje
wybicie odlewu z formy wraz z jej
zniszczeniem (w przypadku form
piaskowych) lub wyjęcie odlewu (w
przypadku form trwałych), następnie poddaje
się odlew operacji wybicia rdzeni,
oczyszczenia, oddzielenia układu
wlewowego, wykończenia powierzchni, lub
obróbce cieplnej i malowaniu jako
zabezpieczeniu przed korozją
12
6
MASY FORMIERSKIE I RDZENIOWE
Masa formierska jest to mieszanina piasku kwarcowego, glin
wiążących, dodatków i wody w odpowiednich proporcjach i
odpowiednio przygotowanych.
Obecnie powszechnie do wytwarzania form odlewniczych
stosowana jest tak zwana masa syntetyczna, złożona jest z:
 85-90% piasku kwarcowego,
 5-10% glin wiążących,
 2-6% pyłu węgla kamiennego
 oraz wody w ilości 2,5-4% w stosunku do łącznej ilości
materiałów sypkich.
W praktyce przemysłowej do wytworzenia masy używa się
masy z wybitych form odlewniczych, odświeżając ją dodatkiem
świeżych materiałów o łącznej ilości 5-10% oraz wody.
13
Schemat obiegu i odświeżania masy
formierskiej stosowanej do odlewów
14
7
Automatyczna stacja przygotowania masy
formierskiej wyposażona w mieszarkę turbinową
15
Do wyprodukowania 1 tony odlewów żeliwnych lub staliwnych zużywa
się 4-8 ton masy formierskiej i rdzeniowej. Nowoczesne stacje
przygotowania mas są więc wysokowydajnym zespołem maszyn i
urządzeń transportowych kompleksowo zautomatyzowanym.
16
8
MASA RDZENIOWA jest mieszaniną piasków i materiałów
wiążących (spoiw) oraz różnych dodatków polepszających własności
lub przyspieszających wiązanie (utwardzanie) mas.
Do najważniejszych materiałów wiążących nieorganicznych zalicza
się:
 lepiszcze - glina kaolinowa, glina montmorylonitowa (bentonit),
cement i gips,
 spoiwa - szkło wodne sodowe, krzemian etylu
Najważniejsze materiały wiążące organiczne to żywice syntetyczne
oraz oleje (o bardzo małym znaczeniu).
Praktyczne znaczenie w procesie formowania mają żywice:
 fenolowo-formaldehydowe,
 mocznikowo-formaldehydowe,
 furfurylowe (furanowe),
 alkidowe.
17
SKŁAD MASY RDZENIOWEJ
 piasek kwarcowy - 100 części wagowych
 spoiwo (żywica) - 2 części wagowe
 utwardzacz - w stosunku 1:2 do ilości spoiwa
Rdzenie są najbardziej obciążonymi zarówno mechanicznie jak i cieplnie elementami
formy.
Cechy mas formierskich i rdzeniowych:
 dobra plastyczność - zdolność przyjmowania kształtu według modelu i zachowania
tegoż kształtu,
 duża wytrzymałość na ściskanie, ścinanie i rozciąganie zapewniająca odporność
na wszelkiego rodzaju wstrząsy i ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu,
 znaczna odporność na wysoką temperaturę płynnego metalu,
 wystarczająca przepuszczalność gazów i par powstałych w czasie odlewania i
podczas procesu stygnięcia metalu w formie odlewniczej,
 łatwe oddzielanie się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania,
 dobra wybijalność
 mała osypliwość - odporność masy na wykruszanie ziaren osnowy pod wpływem
tarcia strumienia ciekłego stopu
18
9
Stąd też bada się następujące WŁASNOŚCI MAS:
 wytrzymałość na ściskanie, Rcw, Rcs
 wytrzymałość na ścinanie, Rtw, , Rts
dotyczy mas na formy
używane w stanie
 wytrzymałość na rozciąganie, Rmw , Rms
wysuszonym - suchych
 ogniotrwałość
 przepuszczalność
dotyczy mas klasycznych
 wybijalność
(głównie bentonitowych) wilgotnych
 ścieralność (osypliwość)
19
DOKUMENTACJA TECHNOLOGICZNA
Dzieli się na:
 uproszczoną - wykonywana dla produkcji
jednostkowej i małoseryjnej
 pełną - wykonywana dla produkcji seryjnej i masowej
W skład dokumentacji technologicznej wchodzą:
 rysunek konstrukcyjny,
 rysunku modelu,
 rysunek surowego odlewu
 rysunku rdzennicy,
 rysunku płyty modelowej
 rysunku formy.
Z punktu widzenia mechanika konstruktora najważniejszy
z dokumentacji odlewniczej jest rysunek surowego
odlewu.
20
10
RYSUNEK SUROWEGO ODLEWU
RYSUNEK SUROWEGO ODLEWU
Powinien zawierać:
 dane rozpoznawcze umieszczone w tabelce rysunkowej,
zawierające informacje takie jak rodzaj tworzywa odlewu, skurczu
odlewniczego, stopień naddatku na obróbkę skrawaniem oraz
klasę tolerancji wymiarowych odlewów (CT)
 powierzchnię podziału formy
 bazy obróbkowe do wyjściowych operacji obróbki skrawaniem
 naddatki na obróbkę skrawaniem (RMA)
 naddatki technologiczne
 układ wlewowy
 dane dotyczące specjalnych wymagań stawianych odlewom, np.
obróbka cieplna, wymagania co do twardości itp.
Rysunek surowego odlewu stanowi podstawę do analizy
technologiczności konstrukcji odlewu, którą powinni przeprowadzać
wspólnie konstruktor odlewu i technolog odlewnik projektujący
proces wytwarzania odlewu
21
PRZYKŁADY DOKUMENTACJI ODLEWNICZEJ
Rysunek konstrukcyjny
Rysunek surowego odlewu
22
11
Rysunek modelu
Rysunek rdzennicy
23
Rysunek płyty modelowej dolnej do
formowania maszynowego
Rysunek płyty modelowej górnej do
formowania maszynowego
24
12
Rysunek formy odlewniczej
25
RYSUNEK KONSTRUKCYJNY
26
13
RYSUNEK PEŁNY SUROWEGO ODLEWU
27
RYSUNEK UPROSZCZONY
SUROWEGO ODLEWU
28
14
RYSUNEK KONCEPCJI TECHNOLOGICZNEJ
29
OZNACZENIA NA RYSUNKU
SUROWEGO ODLEWU
L.p.
Nazwa
1
Powierzchnia podziału
formy
2
Baza obróbkowa (xxx)
oraz łącznik
zabezpieczający odlew
przed deformacją
3
Naddatek na obróbkę
skrawaniem
4
Wypełnienia otworów i
wnęk
Oznaczenia na rysunku
odlewniczym pełnym surowego
odlewu
odlewniczym uproszczonym
surowego odlewu
30
15
SUROWEGO ODLEWU
odlewniczym pełnym surowego
odlewu
L.p.
Nazwa
5
Pochylenia formierskie
6
Nadlewki służące do
uchwycenia przedmiotu
przy obróbce
7
Żebra usztywniające
8
Próbki przylane do
badań właściwości
mechanicznych
odlewniczym uproszczonym
surowego odlewu
31
KONCEPCJI TECHNOLOGICZNEJ
L.p.
Nazwa
1
Oznaczenie na rysunku
koncepcji technologicznej
L.p.
Nazwa
Powierzchnia
podziału modelu
6
Ochładzalniki
wewnętrzne
2
Kierunek
zagęszczania masy
i wyciągania
odejmowanych
części modelu lub
rdzennicy
7
Układ wlewowy
3
Rdzenniki i rdzenie
rysowane wewnątrz
odlewu
8
Nadlew
4
Znaki rdzeniowe
9
Przelew
5
Ochładzalniki
zewnętrzne
koncepcji technologicznej
32
16
OZNACZENIA NA RYSUNKU FORMY
L.p.
Nazwa
1
formy
L.p.
Nazwa
Masa formierska
jednolita lub
wypełniająca
2
Masa przymodelowa
3
Masa rdzeniowa
4
Powierzchnia podziału
formy
5
Odpowietrzanie
wykonane przy użyciu
nakłuwaka o średnicy
D i obszar
odpowietrzania o
wymiarach AxB i liczbą
otworów a
6
Odpowietrzanie
kanałem o średnicy D i
długości L, otrzymanym
przez wyciągnięcie
zaformowanego pręta
metalowego lub kabla
7
Odpowietrzanie za
pomocą rowka o
wymiarach AxH,
wykonanego przez
wycięcie w formie lub
rdzeniu lub odciśnięcie
płytą kształtową
8
Obciążenie form
9
Rdzenie i rdzenniki w
widoku
Oznaczenie na
rysunku formy
9
33
POWIERZCHNIA PODZIAŁU FORMY
Powierzchnia podziału formy dzieli fikcyjnie odlew na dwie
części górną - G znajdującą się w czasie zalewania w górnej
części formy i dolną - D położoną w dolnej części formy.
Przyjmijmy następujące kryteria wyboru wariantu
technologicznego (w nawiasie współczynnik ważności
kryterium w):
1. Zespół modelowy (płyty modelowe, rdzennica) jak
najprostszy, składający się z możliwie małej ilości części
składowych. (5)
2. Wszystkie rdzenie pewnie zamocowane w dolnej połówce
formy. (5)
3. Odpowiedzialne części odlewu odwrócone ku dołowi. (4)
4. Wszystkie części wymagające dużej dokładności położenia
względem siebie, umieszczone w jednej części formy. (3)
34
17
POWIERZCHNIA PODZIAŁU FORMY
5. Powierzchnia podziału formy płaska (jeżeli profilowa, to
powinna stanowić zespół prawidłowych figur
geometrycznych, np. płaszczyzn. (3)
6. Miejsce i sposób doprowadzenia ciekłego metalu pozwala
na założony sposób krzepnięcia (kierunkowe,
jednoczesne). (3)
7. Zapewnione łatwe oczyszczanie odlewów. (2)
8. Wysokość modelu i całkowita wysokość formy jak
najmniejsza. (2)
9. Powierzchnie odlewu stanowiące wyjściową bazę
obróbkową powinny znajdować się w tej samej części
formy. (1)
10. Baza obróbkowa nie powinna leżeć na zalewkach ani na
powierzchniach po obciętych elementach układu
wlewowego. (1)
Powierzchnię podziału formy oznaczamy:
G
D
35
NADDATKI TECHNOLOGICZNE
Do naddatków technologicznych zalicza się:
 wypełnienie wnęk i otworów,
 pochylenia ścian odlewu,
 dodatkowe nadlewki służące do uchwycenia przedmiotu podczas
obróbki,
 łączniki zabezpieczające odlew przed odkształceniem wskutek
skurczu,
 żebra skurczowe.
Najmniejsze wymiary surowych otworów w odlewach żeliwnych
Grubość ściany odlewu, mm
6÷10
20÷30
40÷50
Średnica odlewanego otworu, mm
6÷10
10÷15
12÷18
Średnice otworu obrabianego
przy produkcji masowej
przy produkcji seryjnej
przy produkcji jednostkowej
– 20mm
– 30mm
– 50mm
36
18
UKŁAD WLEWOWY
Układ wlewowy jest to system kanałów i zbiorników w formie odlewniczej,
mających za zadanie:
• ciągłe, równomierne i spokojne dostarczanie ciekłego metalu do wnęki
formy,
• zabezpieczenie przed przedostaniem się żużla i zanieczyszczeń do
wnęki formy
• zasilanie odlewu ciekłym metalem podczas krzepnięcia
• współdziałanie z innymi elementami formy w celu wywołania założonego
rodzaju krzepnięcia
Układ wlewowy składa się z:
WD – wlewu doprowadzającego,
WR – wlewu rozprowadzającego,
WG – wlewu głównego,
ZW – zbiornika wlewowego,
NL – nadlewów.
FWG>FWR>ΣFWD
ΣFWD : FWR : FWG=1 : 1,2 : 1,4
37
UKŁAD WLEWOWY
Odlew z układem wlewowym i nadlewami
1 - zbiornik wlewowy, 2 - wlew główny, 3, 4 i 12 - wlewy rozprowadzające,
5 - wlewy doprowadzające, 6 - oddzielacz,
7 - przelew, 8, 9 - nadlewy górne, 10 - nadlew boczny,
11 - szyjki nadlewów
38
19
OBLICZANIE UKŁADU WLEWOWEGO
Obliczanie optymalnego czasu zalewania
  s3 g  Q
[s]
gdzie: Q - masa surowego odlewu wraz z układem wlewowym, kg,
w obliczeniach wstępnych przyjmuje się, że: Q = 1,2 G, kg
G – masa surowego odlewu bez układu wlewowego, kg,
g – przeważająca (średnia) grubość ścianek surowego odlewu, mm,
S – współczynnik zależny od rodzaju materiału odlewu, jego
przegrzania i lejności.
Obliczenie średniego ciśnienia
Obliczanie prędkości zalewania
metalostatycznego
2
V
C
 opt
hśr  H 0 
[cm/s]
P
2C
[cm]
Obliczenie przekroju wlewu doprowadzającego
F
WD

Q
[cm2]
0 ,31 hśr   opt
39
NADDATKI
Naddatek na obróbkę skrawaniem ustala się taki sam dla wszystkich
obrabianych powierzchni odlewu. Zależy on od materiału i
technologii odlewu oraz od jego największego wymiaru
gabarytowego.
Stopień naddatku na obróbkę skrawaniem
Materiał odlewany
Metoda
Staliwo
Żeliwo szare i
sferoidalne
Stopy miedzi
i metali lekkich
Stopy cynku
Odlewanie do form piaskowych,
ręcznie formowanych
G–K
F–H
F–H
F–H
Odlewanie do form piaskowych,
maszynowe i skorupowe
formowanie
F–H
E–G
E–G
E–G
Odlewanie do form metalowych
(grawitacyjne i niskociśnieniowe)
–
D–F
D–F
D–F
Odlewanie ciśnieniowe
–
–
B–D
B–D
Odlewanie metodą wytapianych
modeli
E
E
E
–
40
20
NADDATKI
Największy wymiar
gabarytowy odlewu
po obróbce
końcowej
G, mm
Naddatki na obróbkę skrawaniem RMA (mm)
Stopień naddatku na obróbkę skrawaniem
powyżej
do i
włącznie
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
–
40
63
100
160
250
400
630
1000
1600
2500
4000
6300
40
63
100
160
250
400
630
1000
1600
2500
4000
6300
10000
0,1
0,1
0,2
0,3
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,3
1,4
1,5
0,2
0,3
0,4
0,5
0,7
0,9
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
0,3
0,3
0,5
0,8
1
1,3
1,5
1,8
2
2,2
2,5
2,8
3
0,4
0,4
0,7
1,1
1,4
1,8
2,2
2,5
2,8
3,2
3,5
4
4,5
0,5
0,6
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
0,5
0,7
1,4
2,2
2,8
3,5
4
5
5,5
6
7
8
9
0,7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
1,4
2,8
4
5,5
7
9
10
11
13
14
16
17
1,4
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Stopnie A i B powinny być stosowane tylko w poszczególnych przypadkach, np. w produkcji seryjnej, w
której oprzyrządowanie modelowe, proces odlewania i proces obróbki odniesiony do poszczególnych
powierzchni i powierzchni bazowych oraz innych został uzgodniony pomiędzy zamawiającym a
producentem.
41
TOLERANCJE
R
K
R
F
CT/2
RMA
CT/4
CT/2
RMA
CT/4
CT/4
dolna granica wymiaru R
F
RMA
CT/4
CT/2
CT
górna granica wymiaru R
Ogólne wymiary surowego odlewu z naniesionym
polem tolerancji.
Ogólne wymiary surowego odlewu
obrobionego jednostronnie z
naniesionym polem tolerancji
R – wymiar podstawowy surowego odlewu,
F – wymiar końcowy po obróbce skrawaniem,
K – nominalny wymiar surowego odlewu,
RMA – wymagany naddatek na obróbkę skrawaniem
(required machining allowance),
CT – tolerancja odlewu (casting tolerances).
42
21
TOLERANCJE
Klasy tolerancji
 Klasy tolerancji dla wielkoseryjnej produkcji odlewów.
Klasa tolerancji CT
Metoda
Staliwo
Żeliwo szare i
sferoidalne
Stopy miedzi
i cynku
Stopy metali
lekkich
Odlewanie do form
piaskowych ręcznie
formowanych
11-14
11-14
10-13
9-12
Odlewanie do form
piaskowych, maszynowe
i skorupowe formowanie
8-12
8-12
8-10
7-9
 Klasy tolerancji dla krótkich serii lub jednostkowej produkcji odlewów.
Klasa tolerancji CT
Materiał
formierski
Metoda
Odlewanie do
form
piaskowych
ręcznie
formowanych
Staliwo
Żeliwo szare
i sferoidalne
Stopy miedzi
Stopy metali
lekkich
Ze spoiwem
gliniastym
13 – 15
13 – 15
13 – 15
11 – 13
Ze spoiwem
chemicznym
12 – 14
11 – 13
10 – 12
10 – 12
43
TOLERANCJE
Pola tolerancji
Minimalny wymiar
podstawowy
surowego odlewu K,
mm
Pole tolerancji odlewu [mm]
Klasa tolerancji odlewu CT
powyżej
Do i
włącznie
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
141)
151)
161)2)
–
10
16
10
16
25
0,09
0,1
0,11
0,13
0,14
0,15
0,18
0,2
0,22
0,26
0,28
0,3
0,36
0,38
0,42
0,52
0,54
0,58
0,74
0,78
0,82
1
1,1
1,2
1,5
1,6
1,7
2
2,2
2,4
2,8
3
3,2
4,2
4,4
4,6
–
–
6
–
–
8
–
–
10
–
–
12
25
40
63
40
63
100
0,12
0,13
0,14
0,17
0,18
0,2
0,24
0,26
0,28
0,32
0,36
0,4
0,46
0,5
0,56
0,64
0,7
0,78
0,9
1
1,1
1,3
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,6
2,8
3,2
3,6
4
4,4
5
5,6
6
7
8
9
9
10
11
11
12
14
14
16
18
100
160
250
160
250
400
0,15
–
–
0,22
0,24
–
0,3
0,34
0,4
0,44
0,5
0,56
0,62
0,7
0,78
0,88
1
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,5
2,8
3,2
3,6
4
4,4
5
5,6
6,2
7
8
9
10
11
12
12
14
16
16
18
20
20
22
25
400
630
1000
630
1000
1600
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,64
–
–
0,9
1
–
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,6
2,8
3,2
3,6
4
4,6
5
6
7
7
8
9
10
11
13
14
16
18
18
20
23
22
25
29
28
32
37
1600
2500
4000
6300
2500
4000
6300
10000
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
2,6
–
–
–
3,8
4,4
–
–
5,4
6,2
7
–
8
9
10
11
10
12
14
16
15
17
20
23
21
24
28
32
26
30
35
40
33
38
44
50
42
49
56
64
Dla wymiarów do 16 mm ogólne tolerancje od CT13 do CT16 nie są stosowane. Dla takich wymiarów należy stosować
indywidualne tolerancje.
2) Klasę 16 stosuje się tylko dla grubości ścianek odlewu określonych w klasie CT15.
1)
44
22
FORMOWANIE RĘCZNE
Przebieg ręcznego wykonania formy z modelu niedzielonego ze
znakami rdzeniowymi z masy formierskiej „na wilgotno”
45
FORMOWANIE RĘCZNE
Przebieg ręcznego wykonania
rdzenia w rdzennicy skrzynkowej
46
23
FORMOWANIE MASZYNOWE
Maszyny do wytwarzania form i rdzeni zwane maszynami
formierskimi lub formierkami mechanizują dwie podstawowe
operacje: zagęszczanie masy w skrzynkach formierskich lub
rdzennicach oraz oddzielenie modelu od formy.
Ze względu na sposób zagęszczania masy maszyny formierskie
dzielą się na:
 formierki prasujące,
 wstrząsarki,
 wstrząsarki z doprasowaniem,
 narzucarki,
 strzelarki i nadmuchiwarki,
 mieszarko-nasypywarki,
 formierki impulsowe,
 inne specjalne.
47
Nazwa maszyny wg
sposobu zagęszczania
masy
Formierki
prasujące pod
zwykłym lub
wysokim naciskiem
Formierki
wstrząsarki
Przeznaczenie
maszyny
Opis działania
prawie wyłącznie
do form małych i
średnich bardzo
rzadko do rdzeni
Skrzynkę formierską 4, ustawioną na
płycie modelowej 5 na stole maszyny
6, napełnia się masą formierską po
brzegi ramki nastawnej 3, po czym
stół wraz ze skrzynią dociskany jest
za pomocą sprężanego powietrza do
płyty prasującej 2 zamocowanej do
oporu maszyny 1; masa z ramki
zostaje wpasowana do formy
głównie do form,
bardzo rzadko do
rdzeni średnich
Skrzynkę formierską 4, ustawioną na
płycie modelowej 3 na stole maszyny
1, napełnia się masą formierską wraz
z ramką 5, po czym zaworem 7
wprowadza się sprężone powietrze
podnoszące tłok 2 wraz ze skrzynką
na pewną wysokość; tłok otwiera
wówczas zawór wylotowy 8 i cały
układ opada; wskutek wstrząsów (ok.
60
na
min.)
masa
ulega
zagęszczeniu; dodatkowe prasowanie
od góry wzmacnia słabo zagęszczone
górne warstwy formy
Zasada pracy
48
24
Nazwa maszyny wg
masy
Formierki
wstrząsarki
z doprasowaniem
(kombinowane)
Formierki
impulsowe
powietrzne
Przeznaczenie
maszyny
głównie do form
głównie do form
małych i średnich
Opis działania
Zasada pracy
zagęszczanie masy w skrzynce
formierskiej
umieszczonej
na
stole
maszyny
za
pomocą
wstrząsania, po czym uruchamiany
jest mechanizm prasujący z płytą
prasującą, przez co uzyskuje się
dodatkowe zagęszczenie górnych
warstw formy
Sprężonym powietrzem z sieci zostaje
naładowany zbiornik ciśnieniowy 1,
pod który wprowadza się płytę
modelową 2, ze skrzynką formierską 3
wypełnioną luźno usypaną masą
formierską. Przez bardzo szybkie
otwarcie zaworu talerzowego 4
następuje rozprężenie powietrza o
typie udarowym. Rozprężające się
powietrze powoduje zagęszczenie
masy formierskiej w skrzynce
49
Nazwa maszyny wg
masy
Formierki
impulsowe gazowe
Nadmuchiwarki
i strzelarki
Przeznaczenie
maszyny
Opis działania
głównie do form
średnich i dużych
Określoną ilość gazu palnego (gaz
ziemny, propan, butan) oraz powietrza
wprowadza się do komory spalania 1,
zamkniętej od dołu dosuniętą płytą
modelową 2, ze skrzynką formierską 3
napełnioną luźno usypaną masą
formierską. Za pomocą iskry 4
wywołuje się wybuch mieszaniny
gazowo-powietrznej.
Wybuch
powoduje ciśnienie rozprężających
5
się gazów (4-5 x 10
N/m2),
zagęszczających masę formierską w
skrzynce. Spaliny odprowadzane są
ze zbiornika wentylatorem 5 do filtrów
na zewnątrz
Zasada pracy
Skrzynkę rdzeniową 1 ustawia się na
stole maszyny 2 i dociska do płyty
dmuchowej z otworami stanowiącej
dno zbiornika 3 wypełnionego masą
prawie wyłącznie rdzeniową; wprowadzane do zbiornika
3 sprężone powietrze wdmuchiwane
do rdzeni małych i
przez otwory w płycie porywa masę
średnich
do rdzennicy i zagęszcza ją, samo
uchodząc
przez
otwory
odpowietrzające (nadmuchiwarki) lub
sprężone powietrze wypycha masę ze
zbiornika do rdzennicy (strzelarki)
50
25
Nazwa maszyny wg
masy
Narzucarki
Mieszarkonasypywarki
Przeznaczenie
maszyny
Opis działania
Zasada pracy
Do głowicy 1 narzucarki, w której
umieszczona
jest
na
szybko
wirującym wale łopatka rzutowa 2,
do form i do rdzeni doprowadzana jest przerzutnikiem 3
średnich i dużych masa formierska; łopatka chwyta
porcje masy 4 rzucając ją do skrzynki
formierskiej lub rdzennicy powodując
zagęszczenie masy
do rdzeni, a także
do form średnich i
dużych
Składniki masy rdzeniowej dozowane
są na pierwszy łopatkowy ślimak 1,
który
obracając
się
powoduje
mieszanie masy i przesuwanie jej do
drugiego ślimaka 2, skąd spada do
podstawianych rdzennic lub form
ulegając pewnemu zagęszczeniu;
stopień zagęszczenia zwiększa się
gdy rdzennice umieszczone są na
stole wibracyjnym
51
Schematy rozkładów zagęszczania
masy w formie dla różnych metod
zagęszczania:
a) wstrząsanie,
b) prasowanie,
c) wstrząsanie z doprasowaniem,
d) narzucanie,
e) impulsowe.
52
26
Formierki prasujące
Zasady zagęszczania mas formierskich w formie na formierkach z górnym
dociskiem: a) formierka przygotowana do zagęszczania masy w skrzynce; b)
zagęszczona masa w skrzynce; c) formierka przygotowana do oddzielenia
formy od modelu:
1 – cylinder, 2 – tłok, 3 – stół formierski, 4 – płyta modelowa, 5 – skrzynka
formierska, 6 – nadstawka, 7 – klocek prasujący, 8 – belka
53
Formierki prasujące
Początek formowania. Płyta oporowa
opuszczona na skrzynkę. Ruchomy stół
podnosi się.
Koniec procesu wgniatania
Przykład formierki z dolnym prasowaniem
54
27
Wstrząsarki z dociskiem
Schemat budowy formierki wstrząsowo-prasującej
o równoczesnym działaniu wstrząsania i prasowania
55
Wstrząsarki z dociskiem
Operacje podczas formowania przy zastosowaniu
formierki wstrząsarki z dociskiem:
a) ustawienie skrzynki formierskiej i oprószenie płyty modelowej pudrem, b) wypełnienie skrzynki
masą i zagęszczenie mechanizmem wstępnym, c) zagęszczenie płytą prasującą, d)
odpowietrzanie formy, e) oddzielenie formy od modelu w wyniku podnoszenia jej trzpieniami
56
28
Narzucarki
Narzucarka przejezdna
1 - przenośnik taśmowy, 2 - rynna, 3 - przenośnik taśmowy, 4 - zsyp, 5 - przenośnik taśmowy, 6 otwór w obudowie, 7 - siodło, 8 - skrzynka formierska, 9 - model, 10 - rękaw wysięgnika, 11 rękaw wysięgnika, 12 - łopatki głowicy narzucarki, 13 - tarcza obrotowa
57
Mieszarko-nasypywarki
1 – zasyp piasku,
2 – dozowanie katalizatora,
3 – dozowanie żywicy,
4 – zmieszanie,
5 – zawór wysypowy
Schemat mieszarko-nasypywarki o ciągłym działaniu
58
29
Strzelarki i nadmuchiwarki
Schemat nadmuchiwarki
Schemat strzelarki
1 - komora nabojowa, 2 - rdzennica, 3 - strumień
piaskowo-powietrzny, 4 - zagęszczona masa; a wlot sprężonego powietrza, b - otwór dmuchowy, c
- otwory odpowietrzające
1 - komora nabojowa, 2 - cylinder komory, 3
- zawór strzałowy, 4 - głowica, 5 - zbiornik
wyrównawczy sprężonego powietrza, 6 rdzennica lub forma
59
Formierki impulsowe
Schemat działania formierki impulsowej:
a) nasypanie masy formierskiej do wysokości nadstawki, b) otworzenie
zaworu impulsowego, c) oddzielenie płyty modelowej od formy;
1 – głowica impulsowa, 2 – zawór szybkiego spustu, 3 – nadstawka,
4 – skrzynka formierska, 5 – płyta modelowa z odpowietrznikami
60
30
Formierki impulsowe z doprasowaniem
a) dozowanie masy,
b) zwieranie
zestawu: skrzynka
formierska - ramka
nadmiarowa z
głowicą
impulsowoprasującą i płytą
modelową,
c) zagęszczanie
impulsowe,
d) doprasowanie,
e) rozwieranie
układu,
f) oddzielanie
modelu od
półformy.
Proces formowania na formierce impulsowoprasującej typu FT firmy TECHNICAL
61
Prasowanie pod wysokimi naciskami
Zasada prasowania pod wysokimi naciskami elastyczną głowicą
wielotłoczkową: a) położenie wyjściowe, b) początek prasowania, c) koniec
prasowania 1 - cylinder wyrównawczy ciśnienia, 2 - wielotłoczkową głowica
prasująca, 3 - stopki tłoczków prasujących, 4 - ramka nastawna, 5 - skrzynka
formierska, 6 - stół maszyny z płytą modelową połączony z atakującym w górą
cylindrem hydraulicznym
62
31
Prasowanie pod wysokimi naciskami
Schemat pracy formierki prasującej pod wysokimi naciskami do
bezskrzynkowego formowania metodą DISAMATIC:
a) wstępne zagęszczenie masy za pomocą strzelarki , b) prasowanie, c)
oddzielenie lewej płyty modelowej i jej odchylenie, d) złożenie formy do poziomego
stosu form, e) oddzielenie prawej płyty modelowej, f) zamknięcie komory
prasowania przygotowanie do pierwszej operacji.
63
Oddzielanie formy od modelu
Ze względu na sposób oddzielania modelu od formy
maszyny formierskie dzielą się na:
 formierki trzpieniowe lub ramowe,
 formierki z opuszczanym modelem,
 formierki z obracanym stołem,
 formierki z przerzucanym stołem,
 formierki z obracaną kolumną.
64
32
Typy maszyn w zależności od sposobu oddzielania formy od modelu:
a) z podnoszeniem trzpieniowym formy, 1 - skrzynka formierska, 2 - model, 3 - trzpienie;
b) z modelem przeciąganym, 1 - model, 2 - płyta podmodelowa, 4 - płyta podstawowa;
c) z obracanym stołem, d) z przerzucanym stołem, 1 – stół maszyny, 2 – płyta modelowa,
3 – stół odbierający
65
Schemat konstrukcji i działania formierki z obracaną kolumną
a) zagęszczanie masy przez prasowanie, b) obrót kolumny o 180o i oddzielenie
płyty modelowej od formy przez opuszczenie stempla pełniącego funkcję stołu
odbierającego
66
33
Schemat automatycznej linii formowania
1,2 – formierki; 3,5 - wieloczynnościowe roboty formierskie (rozdzielanie pustych skrzynek formierskich i
nakładanie ich na płytę formierek, napełnianie masą skrzynek formierskich, zdejmowanie ubitych form z
formierek, obracanie dolnej formy oraz przenoszenie i ustawienie jej na przenośniku (robot 3) oraz zdejmowanie
górnej formy i złożenie jej na podstawioną dolną (robot 5); 4 - ustawienie rdzeni w dolnej formie; 5 – składanie
form; 6 – urządzenie do obciążania form; 7 - zalewanie form za pomocą kadzi przechylnej; 8 - zakryty tunel
chłodzący; 9 – kraty wstrząsowe do wybijania; 10 – przenośnik odlewów do oczyszczalni; 11 – przenośnik masy
obiegowej
67
SPECJALNE METODY WYTWARZANIA FORM
I RDZENI PIASKOWYCH
 Proces CO2 (masy ze szkłem wodnym),
 Formowanie w formach cementowych,
 Proces CMS (ciekłe masy samoutwardzalne),
 Formowanie w masach żywicznych
termoutwardzalnych (gorąca rdzennica),
 Formowanie w masach furanowych
samoutwardzalnych (zimna rdzennica).
68
34
I RDZENI PIASKOWYCH
Proces CO2 (masy ze szkłem wodnym)
 Stosowany w produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów o
średnich i dużych wymiarach, bez względu na stopień
skomplikowania oraz do produkcji rdzeni
 Masa formierska:
piasek kwarcowy,
szkło wodne sodowe (krzemian sodu) w ilości 5 – 7%.
 Po zagęszczeniu masy w skrzynce rdzeniowej lub formierskiej
przedmuchuje się ją dwutlenkiem węgla. Pod wpływem CO2
następuje w krótkim czasie utwardzenie masy.
 Stosuje się często do wykonywania rdzeni w strzelarkach
współpracujących z maszynami przedmuchującymi rdzenie
CO2
69
I RDZENI PIASKOWYCH
Masy cementowe
 Stosowane do produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów o
średnich i dużych wymiarach i o kształtach prostych i średnio
skomplikowanych.
piasek kwarcowy,
8 – 12% cementu portlandzkiego,
7 – 10% wody.
W formie lub rdzennicy utwardza się na powietrzu 24 – 48
godz. Dodatek CaCl2, MgCl2 w ilości 5 - 6% skraca czas
wiązania do 8 – 10 godz.
 Zalety:
 Wady:
niski koszt cementu jako spoiwa,
mała energia zagęszczania,
dobra dokładność wymiarowa,
duża wytrzymałość po utwardzeniu.
niezbyt dobra jakość
powierzchni,
silne przywieranie masy do
powierzchni modelu
70
35
I RDZENI PIASKOWYCH
Ciekłe masy samoutwardzalne (CMS)
 Stosowane w produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów o
średnich i dużych wymiarach i kształtach prostych i średnio
skomplikowanych.
piasek kwarcowy,
szkło wodne,
żużel chromowy jako utwardzacz,
dodatki spieniające.
 Masę o konsystencji ciekłej wylewa się na model. Po czasie
20 – 40 min. masa traci płynność i sama się utwardza.
 Wady:
 Zalety:
obniżenie kosztów produkcji,
zmniejszenie pracochłonności
wykonania odlewu,
wyeliminowanie potrzeby suszenia
form i rdzeni,
łatwa mechanizacja i automatyzacja.
niezbyt dobra wybijalność,
przyczepność do modeli i
rdzennic.
71
I RDZENI PIASKOWYCH
Formowanie w masach żywicznych termoutwardzalnych (gorąca
rdzennica)
 Stosowane do seryjnej i masowej produkcji rdzeni małych o
podwyższonych wymaganiach wymiarowych.
 Masa rdzeniowa:
piasek kwarcowy płukany o zawartości lepiszcza max. do 0,5%,
żywica termoutwardzalna (np. fenolowo-formaldehydowa typu nowolak,
mocznikowo-formaldehydowa, furanowa) w ilości 1,5÷3%,
katalizator (kwas fosforowy), w ilości 5÷25% w stosunku do żywicy.
 Proces polega na napełnieniu masą rdzeniową za pomocą
nadmuchiwarek lub strzelarek rdzennicy podgrzanej do temp.
200÷3000C. Pod wpływem ciepła następuje szybka polimeryzacja
spoiwa, powodująca utwardzenie masy rdzeniowej.
 Zalety:
krótki czas wykonania rdzenia łącznie z procesem utwardzania,
łatwość automatyzacji procesu wytwarzania rdzeni,
duża dokładność wymiarowa rdzeni.
72
36
I RDZENI PIASKOWYCH
Formowanie w masach furanowych samoutwardzalnych
(zimna rdzennica)
 Stosowane do produkcji od jednostkowej do masowej przede wszystkim
rdzeni od małych do dużych oraz form średnich i dużych o
podwyższonej dokładności wymiarowej.
 Masa formierska i rdzeniowa:
piasek kwarcowy,
żywice furanowe mocznikowo furfurylowe, fenolowo – furfurylowe,
mocznikowe, (w niektórych przypadkach alkidowe, epoksydowe,
melaminowe),
katalizatory.
 Przygotowanie masy i wypełnienie nią rdzennicy lub formy odbywa się
na jednej maszynie (zwykle mieszarko-nasypywarce)
 Zalety:
wysoka jakość odlewów,
wszechstronność zastosowań,
wyeliminowanie temperatury jako czynnika utwardzającego,
duża dokładność wymiarowa.
73
Inne formy
Formy piaskowe
Grupy metod
wytwarzania
Metody wytwarzania odlewów
formowanie w dołach, gruncie
i wzornikami
Metody o
formowanie ręczne w masach „na wilgotno”
zwykłych
dokładnościach
formowanie ręczne w masach „na sucho”
wymiarowych formowanie maszynowe w masach „na wilgotno”
zwykłych
formowanie maszynowe w masach „na wilgotno”
z materiałów kwalifikowanych
proces CO2
formowanie w masach cementowych
Metody o
ciekłe masy samoutwardzalne (CMS)
podwyższonych
dokładnościach
formowanie w masach furanowych
wymiarowych
samoutwardzalnych („zimna rdzennica”)
formowanie w masach żywicznych
termoutwardzalnych („gorąca rdzennica”)
formowanie pod wysokimi naciskami
formowanie skorupowe
odlewanie kokilowe
Metody
odlewanie odśrodkowe
dokładne
odlewanie ciągłe i półciągłe
proces Shawa
odlewanie pod ciśnieniem
Metody
precyzyjne
proces wytapianych modeli
Z - żeliwo
S - staliwo
N - metale
nieżelazne
Zastosowanie
F - forma
R- rdzeń
Rodzaj formy
Podział metod odlewania wg dokładności
wymiarowych i chropowatości powierzchni
Rzeczywiste
możliwe do
Klasa
uzyskania
chropowatości
dokładności
powierzchni
wymiarowe1) dla
Ra
odlewów
żeliwnych mm
F, R
Z, S
nieustalone
F
F, R
Z, S, N
Z, S, N
±(0.7 ÷ 2.0)
±(0.5 ÷ 1.5)
F
Z, S, N
±(0.5 ÷ 1.5)
F
Z, S, N
±(0.4 ÷ 1.2)
F, R
F, R
F, R
Z, S, N
Z
Z, S
±(0.4 ÷ 1.2)
±(0.4 ÷ 1.2)
±(0.4 ÷ 1.0)
F, R
Z, S, N
±(0.3 ÷ 0.8)
R
Z, S, N
±(0,3 ÷ 0,5)
F
F, R
F, R
F
F
F, R
F, R
F
Z, S
Z, S, N
N, Z, S
Z, S, N
Z, N
Z, S
N
S, Z, N
±(0.3 ÷ 0.5)
±(0.3 ÷ 0.4)
±(0.3 ÷ 0.4)
±(0.3 ÷ 0.4)
±(0.3 ÷ 0.4)
±(0.2 ÷ 0.4)
±(0.1 ÷ 0.4)
±(0.1÷ 0.3)
50 ÷ 200
12.5 ÷ I00
6.3 ÷ 50
1.6 ÷ 25
74
37
SPECJALNE METODY ODLEWANIA
 Odlewanie kokilowe
grawitacyjne
pod niskim ciśnieniem
 Odlewanie pod ciśnieniem
gorącokomorowe
zimnokomorowe (poziome, pionowe)
 Odlewanie w formach wirujących
odśrodkowe
pod ciśnieniem odśrodkowym





Odlewanie ciągłe i półciągłe
Odlewanie w formach skorupowych
Odlewanie metodą Shaw’a
Odlewanie metodą wytapianych modeli
Odlewanie metodą pełnej formy
75
Odlewanie kokilowe grawitacyjne
 Kokila (forma metalowa) odtwarza kształt zewnętrzny odlewu.
 Kształt wewnętrzny odlewu odtwarzają rdzenie stalowe lub
wykonane z mas rdzeniowych.
 Trwałość formy metalowej:
do 50 000 – stopy Al, Mg, Zn
do 15 000 - stopy Cu
100÷5 600 - żeliwo
100÷600 - staliwo
 Zalety:
duża dokładność i stałość wymiarowa odlewów,
mała chropowatość i czysta powierzchnia odlewów,
możliwość wykonania cienkich (ok. 2 mm) ścianek,
korzystna, drobnoziarnista struktura,
oszczędność metalu,
duża wydajność procesu,
ekonomika procesu (eliminacja skrzynek formierskich, łatwa
mechanizacja, tańsza robocizna).
76
38
 Przebieg odlewania w kokili:
oczyszczenie powierzchni kokili i rdzeni metalowych,
podgrzanie do temperatury 150 – 2000C,
przygotowanie kokili do złożenia,
naniesienie warstwy pokrycia izolującego na powierzchnie
robocze kokili i rdzeni,
oczyszczenie wnęki kokili sprężonym powietrzem,
złożenie kokili i rdzeni,
zalanie kokili ciekłym metalem,
zakrzepnięcie odlewu,
wyjęcie rdzeni metalowych,
rozłożenie kokili,
wyjęcie odlewu.
77
a) kokile z metalowym
rdzeniem dzielonym,
1 – klin, 2,3 – dzielony
rdzeń metalowy
b) kokila do odlewów
żeliwnych z rdzeniami
piaskowymi, 1 – kokila,
2,3 – rdzenie piaskowe,
4 – wlew, 5 – nadlew
c) kokila z czterema
rdzeniami metalowymi
(liczby wskazują
kolejność usuwania
rdzeni)
Przykłady kokil z rdzeniami
metalowymi i piaskowymi
78
39
Przykład kokilarki ręcznej z zamontowaną kokilą do wykonywania
niewielkich odlewów
1 - ruchoma połówka kokili, 2 - stała połówka kokili, 3 - rdzeń, 4 - układ wlewowy, 5 kołki ustalające, 6 - zamknięcie, 7 - prowadnica, 8 - mechanizm zębatkowy, 9 wypychacz, 10 - płyta wypychaczy, 11 - dźwignia zębatki napędu płyty wypychaczy,
12 - stół (podstawa)
79
Odlewanie kokilowe pod niskim ciśnieniem
 Forma wypełniana jest pod niewielkim ciśnieniem zwykle nie
przekraczającym 0,2 MPa
 Zastosowanie tylko do odlewania stopów metali nieżelaznych.
 Zalety procesu:
zmniejszenie lub wyeliminowanie nadlewów, gdyż odlew w
czasie krzepnięcia połączony jest z ciekłym metalem w piecu,
lepsze niż przy odlewaniu kokilowym grawitacyjnym
wypełnienie formy,
lepsza lejność metalu wskutek wyższej temperatury,
łatwiejsza mechanizacja i automatyzacja procesu.
 Wady:
wysokie koszty urządzenia, gdyż kokila związana jest z
jednym piecem,
wyższe koszty eksploatacji (droga instalacja ciśnieniowa)
80
40
Odlewanie kokilowe pod niskim ciśnieniem
Schemat urządzenia
do odlewania pod niskim ciśnieniem
81
 Odlewanie pod ciśnieniem jest rozwinięciem odlewania
kokilowego i polega na wprowadzeniu do formy metalu na
który wywarte jest ciśnienie 2÷350 MPa.
 Zastosowanie – masowa produkcja odlewów małych i średnich
(od kilku gramów do ok. 50 kg), o dowolnym kształcie i bardzo
dużych dokładnościach wymiarowych oraz o cienkich
ściankach.
 Trwałość form:
 Najczęściej stosowane
jest do odlewania:
stopy Pb - > 500 000 zalań
stopów Zn ~ 98%
stopów Al ~ 50%
stopów Mg ~ 95%
stopów Cu ~ 8%
stopy Zn - do 500 000 zalań
stopy Al - ~ 50 000 zalań
stopów Cu - > 10 000 zalań
82
41
Podział i schematy maszyn tłokowych do odlewania pod ciśnieniem
1 – nieruchoma część formy, 2 – ruchoma część formy, 3 – kadłub przedni
maszyny, 4 – tłok prasujący, 5 – komora ciśnienia gorąca lub zimna, 6 – wnęka
formy odtwarzająca odlew, 7 – wlew, 8 – gorący zbiornik cylindryczny z przewodem
wlewowym, 9 – tygiel pieca grzewczego, 10 – tłok dolny do ucinania wlewu i
wyrzucenia nadmiaru metalu w postaci zestalonego krążka
83
 Zalety odlewania ciśnieniowego:
bardzo duża dokładność wymiarowa (przy małych odlewach nawet
±0,01 mm)
bardzo dobra gładkość odlewów (chropowatość powierzchni już od
Ra=1,25µm)
możliwość uzyskania bardzo cienkich ścianek, od: 0.6mm (Pb) i
1,2mm (Cu)
bardzo znaczne ograniczenie obróbki mechanicznej odlewu
korzystna, drobnoziarnista struktura odlewu
zmniejszenie ciężaru odlewu
bardzo korzystny uzysk (do 95%)
bardzo duża wydajność (20÷1200 napełnień/godzinę)
niski koszt oczyszczania i wykańczania odlewów
 Wady:
wysoki koszt oprzyrządowania
długi okres przygotowania produkcji
ograniczona masa i wielkość odlewu
ograniczenie do niektórych stopów
84
42
Forma metalowa złożona z części nieruchomej 1
i ruchomej 8 gotowa do zalania i wprowadzenia
ciekłego metalu do zamkniętej komory ciśnienia 4
Tłok 6 wywierający ciśnienie na ciekły metal
wprowadza go do wnęki formy co powoduje
ukształtowanie się odlewu 5, powietrze z formy
uchodzi kanałami odpowietrzającymi 7
Ruchoma część formy 8 odsuwa się i forma tłok
6 cofa się do poprzedniego położenia
Wyjęcie rdzenia 2 i wyrzucenie odlewu z formy
za pomocą wyrzutnika 3
Przebieg odlewania w zimnokomorowej poziomej maszynie
ciśnieniowej
85
Przebieg odlewania w zimnokomorowej pionowej
maszynie ciśnieniowej
a) forma przed zalaniem, b) forma po zalaniu, c) forma otwarta,
1 - tłok, 2 - przeciwtłok, 3 - forma, 4 – odpad.
86
43
Odlewanie w formach wirujących
 Odlewanie odśrodkowe polega na doprowadzeniu ciekłego
metalu do wirującej formy. Pod wpływem siły odśrodkowej
metal odtwarza kształty formy i ulega zakrzepnięciu.
 Zastosowanie:
seryjna i masowa produkcja odlewów o kształtach brył
obrotowych:
rury, tuleje, lufy
bębny, pierścienie, tulejki, pokrywy
wały wrzeciona, ślimaki,
koła, wirniki.
 Stosowane do materiałów:
stopy metali żelaznych i nieżelaznych
ciekłe masy formierskie i ceramiczne
87
Nazwa metody
Oś
wirowania
pozioma
odlewanie
odśrodkowe
(oś odlewu pokrywa
się z osią wirującej
formy)
odlewanie pod
ciśnieniem
odśrodkowym
(oś wirowania
pokrywa się z osią
wlewu głównego)
pionowa
pionowa
Zasada odlewania
Zastosowanie
odlewy o kształtach
brył obrotowych
odlewy o kształtach
brył obrotowych,
dla których L<D
kształty odlewu
dowolne
88
44
 Zalety procesu:
lepsze własności wytrzymałościowe niż w odlewach
uzyskanych w kokilach zalewanych grawitacyjnie i w formach
piaskowych,
polepszenie własności technologicznych i fizykochem.,
zmniejszenie i wyeliminowanie porowatości odlewów,
zmniejszenie lub wyeliminowanie układów wlewowych i
nadlewów zwiększa uzysk,
łatwość uzyskiwania odlewów wielowarstwowych.
 Wady:
ograniczenie odlewania kształtem odlewu,
wysoki koszt urządzeń i ich eksploatacji,
opłacalność jedynie przy wykonywaniu dużych serii odlewów,
mała uniwersalność urządzeń,
trudności przy mechanizacji, a zwłaszcza automatyzacji
procesu
89
Schemat odlewania w układzie
poziomym
Schemat odlewania ciągłego w
układzie pionowym wałków i
wlewków
odlew o stałym przekroju poprzecznym jest
sukcesywnie wyciągany z formy - krystalizatora, z 1 - kadź, 2 - odpływ wody, 3 - dopływ wody,
prędkością zależną od szybkości krzepnięcia metalu
4 - kokila, 5 - odlew, 6 - rolki ciągnące.
w krystalizatorze
90
45
ZASTOSOWANIE:
Materiały
staliwo (półwyroby hutnicze)
żeliwo
stopy metali nieżelaznych
 Typy wyrobów
wlewki do procesów obróbki plastycznej
profile proste
profile kształtowe
rury (gotowe wyroby - odlewanie półciągłe)
 WADY:
 ZALETY:
wysoki uzysk
bardzo duża wydajność
drobnoziarnista struktura
dobre właściwości wytrzymałościowe
(lepsze niż w odl. kokilowych)
wysoki koszt
inwestycyjny
mała uniwersalność
urządzeń
91
Odlewanie w masach skorupowych
 Forma w postaci skorupy powstaje wskutek wiązania masy pod
wpływem temperatury.
 Podział metod:
proces C (Croning’a) – grubość skorupy uzależniona jest od
temperatury i czasu procesu,
proces D (Dietert’a) – grubość skorupy wynika z konstrukcji formy.
piasek skorupowy lub
piasek otaczany (powleczony żywicą i utwardzaczem).
 Zastosowanie do stopów żelaza (żeliwo), stopów miedzi, rzadko
do stopów aluminium.
 Tą metodą głównie wytwarza się:
wały korbowe,
wałki rozrządu,
głowice żebrowane,
cylindry silnikowe.
92
46
Fazy wykonania formy skorupowej według procesu C (Croning)
1 – płyta modelowa, 2 – połówka modelu, 3 – model zbiornika wlewowego, 4 – płyta wypychaczy,
5 – wypychacze, 6 – trzpienie sprężynowe, 7 – piec grzewczy elektryczny lub gazowy, 8 – zbiornik z masa
skorupową, 9 – połówka formy skorupowej, 10 – przyrząd do sklejania połówek form, 11 – zaciski form
skorupowych, 12 – skrzynka formierska, 13 – forma skorupowa, 14 - suchy piasek wypełniający
93
Fazy wykonania formy skorupowej wg procesu C (Croning’a)
a) oczyszczenie płyty modelowej i pokrycie jej oddzielaczem (np. olejem
silikonowym,
b) podgrzanie elektrycznie lub gazowo płyty modelowej do temperatury 220–
3000C,
c) obrót płyty modelowej o 1800 i połączenie ze zbiornikiem z masą
skorupową,
d) obrót płyty modelowej ze zbiornikiem do pierwotnego położenia i
przetrzymanie przez okres 6-25 s - powstanie skorupy,
e) ponowny obrót o 1800 - masa opada, odłączenie zbiornika z masą,
f) utwardzanie skorupy w temperaturze 300-4000C przez 1-3 min,
g) zdjęcie skorupy
h) klejenie połówek form skorupowych za pomocą klejów żywicznych
i) składanie form w pakiety
j) zalewanie form.
94
47
wstrzelenie piasku do
płyty modelowej z
wkładką
wygrzanie w piecu
celem otrzymania
skorupy
oddzielenie formy
skorupowej od płyty
modelowej
Fazy wykonania formy skorupowej według procesu D (Dietert)
1 – strzelarka, 2 – piasek otaczany, 3 – otwory do wstrzeliwania piasku,
4 – płyta, 5 – wkładka formująca, 6 – połówka formy skorupowej, 7 – płyta
modelowa, 8 – otwory odpowietrzające, 9 – piec grzewczy
95
 ZALETY:
duża dokładność wymiarowa
mała chropowatość powierzchni
możliwość uzyskania cienkich ścianek odlewu (g ≥ 2 mm)
minimalizacja obróbki skrawaniem
zmniejszenie zużycia materiałów formierskich
obniżenie kosztów wybijania i oczyszczania odlewów
zmniejszenie ilości braków wskutek dobrej przepuszczalności i
małej gazotwórczości masy formierskiej
łatwość mechanizacji i automatyzacji procesu
 WADY:
wysoki koszt materiałów formierskich
wysoki koszt urządzeń i oprzyrządowania
niezbyt duża wydajność
ograniczenie masy odlewu (Qmax=100kg)
96
48
Proces technologiczny odlewania metodą Shaw'a
1 - przygotowanie materiałów ceramicznych, 2 – przygotowanie spoiwa,
3 - sporządzenie mieszanki, 4 - zalewanie form mieszanką ceramiczną,
5 - oddzielenie formy od modelu, 6 - wypalenie formy, 7 - wygrzanie formy,
8 - zalewanie metalem.
97
ZASTOSOWANIE:
 Materiały: wszystkie stopy (głównie staliwo i żeliwo, rzadziej
stopy Cu)
 Typy wyrobów: matryce, kokile, formy ciśnieniowe, odlewy
artystyczne
 Materiały formierskie:
mączki materiałów ogniotrwałych (mulit, cyrkon, sulimanit)
krzemian etylu.
 Zalety:
bardzo duża dokładność wymiarowa
wysoka gładkość powierzchni
bardzo dobra odwzorowalność kształtu
możliwość uzyskania bardzo cienkich ścian odlewu
(g ≥ 0,6mm dla staliwa)
 Wady:
wysoki koszt odlewu, trudna mechanizacja.
98
49
Metoda wytapianych modeli
Proces technologiczny odlewania metodą wytapianych modeli
99
ZASTOSOWANIE:
 Materiały:
 Typy wyrobów:
staliwo węglowe
staliwo stopowe
żeliwo stopowe
stopy Cu
metale szlachetne
 Materiały modelarskie:
woski naturalne
i syntetyczne
kompozycje wosktw. sztuczne
tworzywa sztuczne
Odlewy precyzyjne dla przemysłu:
zbrojeniowego, kosmicznego,
precyzyjnego narzędziowego,
motoryzacyjnego, artystycznego
Poza tym: jubilerstwo, stomatologia
 Materiały formierskie:
mączki materiałów
ogniotrwałych (mulit,
cyrkon)
krzemian etylu (spoiwo)
szkło wodne (spoiwo)
100
50
 Zalety:
najlepsza dokładność wymiarowa i gładkość powierzchni
możliwość uzyskania odlewów o bardzo skomplikowanych
kształtach
minimalizacja obróbki mechanicznej
zmniejszenie zużycia materiałów formierskich
bardzo znaczne zmniejszenie masy odlewu ( nawet 2÷4 razy)
 Wady:
wysoki koszt odlewu (kilka razy droższy niż w innych
metodach)
ograniczona masa odlewu – do 2 kg (10kg), zwykle do ~0,5
kg,
trudna i kosztowna mechanizacja procesu.
101
Metoda pełnej formy
Proces technologiczny odlewania metodą pełnej formy
102
51
Metoda pełnej formy
ZASTOSOWANIE:
 Materiały:
staliwo,
żeliwo,
stopy Al.
 Typy wyrobów:
Głownie przemysł motoryzacyjny:
bloki silników, tarcze hamulcowe
wentylowane, kolektory itp.
 Materiały modelarskie:  Materiały formierskie:
polistyren spieniony
(styropian)
suchy piasek bez lepiszcza,
pokrycie ogniotrwałe.
Zalety technologii pełnej formy:
 możliwość otrzymywania wewnętrznych powierzchni odlewu bez
stosowania rdzeni (brak powierzchni podziału formy)
 zastosowanie masy formierskiej bez spoiwa (czystego piasku)
eliminuje kosztowny proces przygotowania mas formierskich
103
TWORZYWA ODLEWNICZE
Podział tworzyw odlewniczych
104
52
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
pod- nadeutektoidalne
staliwa
pod- nadeutektyczne
żeliwo
ciągliwe
żeliwa
Wykres równowagi stopów Fe-C:
linie przerywane: układ Fe-C (grafit); linie ciągle: układ Fe-Fe3C (cementyt)
105
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Staliwo jest to stop lany żelaza z węglem i innymi
pierwiastkami, zawierający do około 2,0% węgla
 Staliwo węglowe zawiera 0,1-0,6%, węgla oraz krzem,
mangan, fosfor i siarkę. Odznaczają się dobrymi
własnościami, jak wytrzymałością na rozciąganie 400-600
MPa, dobrą plastycznością, wytrzymałością na uderzanie
itp
 Staliwo stopowe może zawierać węgla od 0,1 do 2,0%
oraz składniki stopowe w ilościach nadających im
odpowiednie własności. Najczęściej stosowanymi
dodatkami stopowymi są Cr, Ni, Mn, Mo, Si, Al, Cu.
 Staliwa mają gorsze własności odlewnicze niż żeliwa ze
względu na skurcz dochodzący do 2% i wysoką
temperaturę topnienia ~1600°C.
106
53
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Żeliwami nazywa się odlewnicze stopy żelaza z węglem,
zawierające teoretycznie powyżej 2,06% C.
 Węgiel w żeliwach może występować w dwóch postaciach:
w stanie wolnym jako grafit (żeliwo szare),
w postaci związanej w cementycie (żeliwo białe).
 Struktura żeliw zależy zarówno od ich składu, jak i
szybkości krystalizacji metalu, co jest związane z grubością
ścianek odlewu.
 Mniejsze zawartości węgla w granicach 2÷3% oraz szybkie
krzepnięcie na przykład odlewów cienkościennych sprzyja
powstawaniu żeliwa białego. Zwiększona ilość węgla
3÷4,5% i krzemu powyżej 1% oraz wolniejsze krzepnięcie
powodują powstawanie żeliwa szarego.
107
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
108
54
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Żeliwa są stopami wieloskładnikowymi, w którym poza
węglem występuje krzem, mangan, fosfor i siarka. Krzem
sprzyja powstawaniu wydzieleń węgla w postaci grafitu,
mangan zaś utrudnia grafityzację.
 Żeliwo białe, charakteryzujące się przez zawartość
cementytu przełomem białym, jest materiałem bardzo
twardym (HB powyżej 300) i kruchym, a jednocześnie
odpornym na ścieranie. Używa się go na tak zwane odlewy
zabielone lub utwardzone, które zewnętrzne warstwy mają
wskutek szybszego krzepnięcia strukturę żeliwa białego,
zaś warstwy wewnętrzne ku środkowi przez wolniejsze
krzepnięcie wykazują strukturę żeliwa szarego.
109
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Żeliwo ciągliwe otrzymuje się przez długotrwałe (60-100 h)
wyżarzanie odlewów z żeliwa białego, w temperaturze
około 1000°C, w czasie którego następuje rozkład wolnego
cementytu na ferryt i węgiel żarzenia.
 Dzięki temu zabiegowi materiał odlewu uzyskuje dobrą
obrabialność i pewną plastyczność (wydłużenie 2-12%).
 Jeżeli wyżarzanie prowadzi się w atmosferze utleniającej,
otrzymuje się żeliwo ciągliwe białe, w którym węgiel
żarzenia w warstwie powierzchniowej uległ utlenieniu.
 Wyżarzanie prowadzone w atmosferze obojętnej daje
żeliwo ciągliwe czarne, a prowadzone przez odpowiednio
szybkie chłodzenie w pewnym zakresie temperatur —
żeliwo ciągliwe perlityczne.
110
55
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Żeliwo szare odznacza się dobrymi własnościami
odlewniczymi (mały skurcz 1%, dobra lejność), dobrą
obrabialnością, niskimi kosztami produkcji, dobrą
zdolnością tłumienia drgań, dobrymi własnościami
ślizgowymi.
 Żeliwo szare, o wytrzymałościach na rozciąganie 300-400
MPa, otrzymuje się obecnie prawie wyłącznie za pomocą
modyfikacji.
 Modyfikacją nazywa się zabieg polegający na dodawaniu
do ciekłego żeliwa o składzie chemicznym zbliżonym do
żeliwa białego dodatków zwanych modyfikatorami
(najczęściej żelazokrzem). Modyfikator powoduje, że żeliwo
krzepnie jak żeliwo szare, z drobnymi i równomiernie
rozłożonymi płatkami grafitu.
111
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy żelaza
 Żeliwo sferoidalne stosuje się najczęściej przez dodanie
do ciekłego żeliwa szarego magnezu lub jego stopów, po
czym ciekły metal modyfikuje się żelazokrzemem. Wskutek
tych zabiegów w czasie krzepnięcia i stygnięcia żeliwa
wydziela się grafit w postaci kulistej, dzięki czemu żeliwo
sferoidalne wykazuje dobre własności wytrzymałościowe
(na rozciąganie 400÷1000 MPa oraz plastyczność
(wydłużenie), której to cechy nie miało żeliwo z grafitem
płatkowym.
 Oznaczenia żeliw:
EN-GJL 200 (żeliwo szare , Rm≥200 MPa)
EN-GJS 500-7 (żeliwo sferoidalne, Rm ≥ 500 MPa, A5 – 7%)
EN-GJMW-350-4 (żeliwo ciągliwe białe, Rm ≥ 350 MPa,
A5 – 4%)
EN-GJMB-300-6 (żeliwo ciągliwe czarne, Rm ≥ 300 MPa,
A5 – 6%)
112
56
TWORZYWA ODLEWNICZE
Stopy metali nieżelaznych
STOPY MIEDZI
 Brązy to stopy miedzi z cyną, aluminium, krzemem, ołowiem i
berylem
Brązy cynowe - B10, B101. Na silnie obciążone i narażone na
ścieranie elementy maszyn.
spiż - B555 (5% Sn, 5% Zn, 5% Pb) Rm~200MPa.
Brązy aluminiowe - 11 % Al - dobre właściwości ślizgania i
odporność na korozję, zwłaszcza wody morskiej (przemysł
okrętowy, śruby statków).
Brązy krzemowe - CuSi3Zn3Mn1 (Rm=300MPa) zamiast brązu
cynowego na narzędzia dla przemysłu petrochemicznego (nie
iskrzą)
Brąz ołowiowy - CuPb30 - do wyrobu panewek
 Mosiądze to stopy miedzi z cynkiem, są odporne na korozję i
dlatego stosowane na armaturę
113
TWORZYWA ODLEWNICZE
STOPY ALUMINIUM
 Największą popularnością cieszą się stopy Al-Si
(siluminy)
siluminy podeutektyczne (4÷10%Si)
siluminy okołoeutektyczne (10÷13%Si) (12,6% - eutektyka)
nadeutektyczne (>13%Si).
 Siluminy (zwłaszcza okołoeutektyczne) maja
doskonałe właściwości odlewnicze i własności
mechaniczne. Wadą siluminów pod- i
okołoeutektycznych jest gruboziarnista eutektyka.
Można ją wyeliminować poprzez modyfikację stopu za
pomocą metalicznego sodu.
 Siluminy odlewane są w piasku, kokilach i pod
ciśnieniem.
114
57
TWORZYWA ODLEWNICZE
STOPY CYNKU
 Najważniejszymi stopami cynku za znale czyli stopy
Zn-AI oraz niekiedy miedzią. Stosowane są głównie na odlewy
ciśnieniowe: ZnAI14, ZnAI14Cu1, ZnAI14Cu3
 Wytwarza się głównie odlewy aparatury ciśnieniowej, na stopy
łożyskowe, odlewy matryc i tłoczniki do blach.
STOPY MAGNEZU
 Najczęściej stosowane są stopy magnezu z aluminium,
cynkiem i manganem. Stopy magnezu o zawartości 7÷9% Al
(zwane elektronami) niekiedy z dodatkiem Zn stosowane są na
części samolotów i silników lotniczych. Rm=150÷215MPa,
A5=2÷6% przy gęstości około 2g/cm3.
115
TWORZYWA ODLEWNICZE
Oznaczanie stopów metali nieżelaznych
 Stopy oznacza się znakami określającymi ich skład
chemiczny. Na pierwszym miejscu stawia się symbol
chemiczny składnika podstawowego, na następnych
miejscach symbole składników stopowych z liczbą
oznaczającą przeciętną zawartość procentową tego składnika
w stopie, a jeśli zawartość składnika wynosi poniżej 1%, nie
podaje się tej zawartości.
 Przykłady
CuZn38Al2MnFe oznacza stop miedzi z cynkiem (38%) oraz z
Al (2%), zawierający poniżej 1% Mn i Fe (mosiądz aluminiowomanganowo-żelazowy).
CuSn10 (brąz), ZnAl5Cu3 (stop cynku), AISi11 (stop
aluminium), MgAl13ZnMn (stop magnezu).
116
58
PIECE ODLEWNICZE
Podział pieców odlewniczych:
 Piece na paliwo stałe, ciekłe i gazowe
szybowe (żeliwiaki)
płomieniowe
 stałe
 obrotowe
tyglowe
 stałe
 przechylne
 Konwertory (reakcje chemiczne w metalu)
 Piece elektryczne
oporowe
indukcyjne
 tyglowe
 kanałowe
łukowe
117
PIECE ODLEWNICZE
Piece na paliwo stałe, ciekłe i gazowe
Żeliwiak gazowy
komorowo-szybowy
1 - palnik gazowy, 2 - ruszt
Schemat konstrukcji żeliwiaka
1 – drzwiczki denne z ubitym na nich spodkiem,
2 – płaszcz żeliwiaka wraz z ceramiczną wykładziną,
3 – układ dostarczający dmuch z wentylatora,
4 – okno wsadowe,
5 – układ pomiaru zapełnienia szybu wsadem,
6 – syfonowa rynna spustowa,
7 – rurociąg odsysania gazów żeliwiakowych.
118
59
PIECE ODLEWNICZE
Piec płomieniowy trzonowy
dwukomorowy do topienia
stopów aluminium
1 – palnik, 2 – okno do ładowania wsadu,
3 – wanna z ciekłym metalem
Piec płomieniowy obrotowy
z ukośną osią obrotu
1 – palnik, 2 – układ napędu.
119
PIECE ODLEWNICZE
Tyglowy piec gazowy z rekuperatorem
1 - rekuperator, 2 - gaz, 3 - dmuchawa, 4 - palnik z systemem
zabezpieczeń przed gaśnięciem i automatem zapalającym
120
60
PIECE ODLEWNICZE
Piece elektryczne
Piec elektryczny oporowy tyglowy
1 – pancerz pieca, 2 - wymurówka izolacyjna
i ogniotrwała, 3 - elementy grzejne, 4 - tygiel,
5 – termoelementy układu regulacji, 6 - układ odciągu
par metali
121
PIECE ODLEWNICZE
Piece elektryczne
Zasada działania tyglowego pieca indukcyjnego dla kolejnych faz topienia:
a) nagrzewanie i roztapianie, b) przegrzewanie;
1 – induktor (wzbudnik), 2 – prądy ruchu metalu, 3 – warstwa żużla, 4 – wykładzina;  - głębokość
wnikania prądu, I – natężenie prądu,  - strumień magnetyczny.
122
61
PIECE ODLEWNICZE
Piece elektryczne
Przekrój przez induktor pieca
rdzeniowego-kanałowego
1 - rdzeń induktora, 2 - cewka, 3 - kanał wypełniony
metalem tworzący tzw. uzwojenie wtórne, 4 –
połączenie ze zbiornikiem pieca, 5 - ciekły metal
Piec kanałowy do topienia z zaczynem
1 – zbiornik pieca, 2 – mechanizmy przechyłu, 3
– wymurówka, 4 – okno wsadowe, 5 – induktory.
123
PIECE ODLEWNICZE
Piece elektryczne
Elektryczny piec łukowy
trójelektrodowy
1 - misa (kocioł), 2 - sklepienie,
3 - elektrody, 4 - stojaki, 5 - giętkie przewody
prądowe, 6 - urządzenie do obrotu sklepienia
przed załadowaniem pieca
124
62
ZALEWANIE FORM
Kadzie otwarte:
metal jest wylewany przez dziób, z wielkością
przepływu kontrolowaną przez pochył kadzi
nastawiany
przy
użyciu
ręcznego
koła
przekładniowego. Zanim metal wypłynie z górnej
części kadzi, jego powierzchnia musi być
oczyszczona z żużla.
Kadzie syfonowe:
zapora wykonana z materiału ogniotrwałego przed
dziobem kadzi zapewnia, że ciekły metal jest
zabierany z dna kadzi, więc jego strumień jest
wolny od żużla. Ciekły metal jest zwykle czystszy
aniżeli po zastosowaniu kadzi otwartej.
Kadzie zatyczkowe:
Kadź jest wyposażona w zatyczkę w podstawie,
zamykaną prętem wykonanym z materiału
ogniotrwałego. Metal jest odbierany z dna kadzi i
dlatego jest wolny od żużla i wtrąceń
niemetalicznych. Niekorzystną cechą tych kadzi
jest fakt, że prędkość i przepływ strumienia
metalu zmieniają się w miarę obniżania poziomu
metalu w kadzi.
125
KRZEPNIĘCIE I STYGNIĘCIE
ODLEWU W FORMIE
Do najważniejszych czynników wpływających na tworzenie się
odlewu w formie należą:
 temperatura zalewania, płynność stopu (lejność) oraz zakres
temperatury krzepnięcia,
 skurcz w stanie ciekłym, w czasie krzepnięcia i w stanie
stałym,
 właściwości materiału formy; termofizyczne (przewodność
cieplna, ciepło właściwe) i techniczne (wytrzymałość,
przepuszczalność),
 sposób krystalizacji (decyduje o strukturze odlewu),
 właściwości stopu (wytrzymałość w wysokich temperaturach,
przewodność cieplna, ciepło właściwe, ciepło krzepnięcia)
126
63
ODLEWU W FORMIE
Schematyczny przebieg krzepnięcia i powstawania jamy skurczowej:
a) wnęka formy wypełniona ciekłym metalem w chwili zakończenia zalewania, b) krzepnięcie zewnętrznych
warstw odlewu, tworzących sztywną nieodkształcalną skorupę, c) zmniejszenie objętości ciekłego metalu
wskutek skurczu w czasie krzepnięcia, d) ukształtowanie się jamy skurczowej po zakończeniu krzepnięcia,
e) zmniejszenie objętości odlewu po ostygnięciu
Rozwiązania konstrukcyjne ilustrujące
zasadę krzepnięcia
kierunkowego - a) i jednoczesnego - b).
Schematyczne przedstawienie
zasady krzepnięcia:
a - jednoczesnego, b – kierunkowego
127
SKURCZ ODLEWNICZY
W czasie krzepnięcia i stygnięcia odlewu w formie odlewniczej
zmniejszają się wymiary objętościowe i liniowe metali i stopów
odlewniczych.
Schematyczne przedstawienie tworzenia się
skurczu odlewniczego w odlewie pręta
a) pręt w stanie ciekłym w formie odlewniczej w chwili wypełnienia jej metalem, b)
skurcz pręta w stanie ciekłym wskutek obniżania się temperatury do chwili
pojawienia się pierwszych kryształów, c) skurcz w okresie krzepnięcia, d) skurcz w
stanie stałym
128
64
SKURCZ ODLEWNICZY
129
SKURCZ ODLEWNICZY
Skurczem odlewniczym nazywamy zmniejszenie się wymiarów liniowych odlewów w
skutek krzepnięcia i stygnięcia wyrażone w procentach.
S
gdzie:
l1  l2
 100%
l1
s – skurcz w %
l1 – długość pomiarowa wnęki formy
l2 – długość pomiarowa po zakrzepnięciu i ostygnięciu do temperatury
otoczenia
Rozróżnia się skurcz swobodny i skurcz hamowany.
Konstrukcje odlewów : a) o skurczu swobodnym, b) o skurczu hamowanym mechanicznie
c) o skurczu hamowanym cieplnie, d) o skurczu hamowanym mechanicznie i cieplnie
130
65
ODLEWU W FORMIE
Z punktu widzenia technologii odlewania najważniejsze
jest zjawisko skurczu odlewniczego, którego następstwa
w postaci tworzenia się w odlewie jam i rzadzizn
skurczowych, naprężeń własnych, zmniejszenia się
wymiarów odlewu musi się uwzględniać zarówno w
konstrukcji odlewu jak i przy opracowywaniu technologii.
Odpowiednie zaprojektowanie układu wlewowego
pozwala na przesunięcie jam i rzadzizn skurczowych
poza obszar właściwego odlewu i zapewnienie
pożądanego sposobu krzepnięcia
131
NADLEWY
Najskuteczniejszym środkiem zapobiegającym tworzeniu się jam i
rzadzizn skurczowych w odlewach jest stosowanie nadlewów i
ochładzalników. Nadlewy stosuje się przy kierunkowym krzepnięciu,
w celu zasilenia odpowiednich części odlewu ciekłym metalem w
czasie krzepnięcia. Działanie nadlewu jest prawidłowe, gdy jego
zakrzepnięcie następuje po całkowitym zakrzepnięciu odlewu lub
zasilanej części odlewu, bowiem wtedy jama skurczowa utworzy się
w nadlewie.
Prędkość krzepnięcia i stygnięcia odlewu i nadlewu dla określonego
stopu i rodzaju technologii (formy) zależy od ich modułu krzepnięcia.
Modułem krzepnięcia M nazywa się stosunek objętości odlewu (lub
jego części) V [cm3] do jego powierzchni ochładzania P [cm2]
M
V
P
[cm]
132
66
NADLEWY
Dla prawidłowego określenia wielkości nadlewów należy ustalić i
określić węzły cieplne odlewu oraz obliczyć ich moduły
krzepnięcia.
Dla przykładu moduł krzepnięcia wynosi:
dla płyty o grubości g
M
g
2
dla walca o średnicy d
M
d
4
Żeby nadlew spełnił swoją rolę, tzn. zasilił w ciekły metal
krzepnący odlew moduł nadlewu musi być większy od modułu
zasilanego odlewu (lub części odlewu)
MNL= MO(1,11,2)
133
NADLEWY
Schemat przebiegu krzepnięcia odlewu
płyty z podziałem na strefy działania
efektu brzegowego, porowatości osiowej
oraz zasięgu działania
Określenie wielkości nadlewów
metodą wykreślną „kół wpisanych"
Zasięg działania nadlewów i efektu
brzegowego w odlewach płyt
a) z jednym nadlewem, b) z dwoma nadłewami
134
67
OCHŁADZALNIKI
Kształty, rodzaje i sposób zakładania ochładzalników
a) zewnętrznych, b) wewnętrznych
1 - ochładzalniki
135
WYBIJANIE, CZYSZCZENIE
I WYKAŃCZANIE ODLEWÓW
 Wybijanie odlewów:
wybijanie ręczne,
wybijanie zmechanizowane;
 na wstrząsarkach,
 na kratach wibracyjnych,
 w bębnach.
 Czyszczenie odlewów:
piaskownie,
śrutowanie,
czyszczenie wodne,
czyszczenie pneumatyczne.
 Wykańczanie odlewów (usuwanie części układu
wlewowego, zalewek, użebrowań i nierówności
powierzchni, usuwanie wad odlewniczych, ewentualna
obróbka cieplna i skrawaniem).
136
68
WYBIJANIE, CZYSZCZENIE
I WYKAŃCZANIE ODLEWÓW
a)
b)
c)
e)
d)
f)
wirnik rzutowy
śrutu
Oczyszczarki wirnikowe strumieniowo – ścierne
a) stołowa, b) taśmowa, c) hakowa,
d) zawieszkowa, e) bębnowa, f) rynnowa
137
69

część Odlewnictwo

Transkrypt

Podobne dokumenty

Specjalne metody odlewania [tryb zgodności]

zastosowanie spoiwa geopolimerowego do produkcji odlewów ze