Dr inż. Rafał Kaczorowski · 3 PODSTAWOWE POJĘCIA W ODLEWNICTWIE 13 października 2014 5 Odlew -...

1

TECHNIKI WYTWARZANIA ODLEWNICTWO

I PRZETWORSTWO

TWORZYW SZTUCZNYCH

Dr inż. Rafał Kaczorowski

ODLEWNICTWO

2

LITERATURA

13 października 2014 3

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

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.

3

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.

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

4

PODZIAŁ METOD

WYTWARZANIA ODLEWÓW


Formowanie w gruncie i wzornikami

Formowanie w rdzeniach

Formowanie na sucho

Formowanie na wilgotno

Formowanie pod wysokimi naciskami

Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych

Formowanie w masach cementowych

Proces CMS (Ciekłe masy samoutwardzalne)

Proces CO2

Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych

Formowanie skorupowe

W formach piaskowych

Proces Shawa

Proces wytapianych

modeli

W formach ceramicznych

i ogniotrwałych

W formach

specjalnych

W formach jednorazowych W formach trwałych

Odlewanie grawitacyjne Odlewanie ciśnieniowe

Metody odlewania

Proces V

(formowanie próżniowe)

Proces pełnej formy

W formach trwałych

niemetalowych

Odlewanie ciągłe

i półciągłe

W formach

metalowych (kokilach)

Odlewanie pod ciśnieniem

Odlewanie pod

niskim ciśnieniem

Odlewanie pod

ciśnieniem odśrodkowym

Odlewanie odśrodkowe

Odlewanie próżniowo-

ciśnieniowe

SCHEMAT PRZEBIEGU WYTWARZANIA ODLEWÓW

W PIASKOWYCH FORMACH JEDNORAZOWYCH


form

y z

ala

ne

cie

kły

m m

eta

lem

,

krz

ep

nię

cie

i s

tyg

nię

cie

od

lew

ów

Klient

(konstruktor) 1

Dział

Marketingu

Dział Głównego

Technologa 3

modelarnia i

narzędziownia 4

magazyn modeli

i oprzyrządowania 5

przygotowanie masy

formierskiej

i rdzeniowej 7

rdzeniarnia 8

materiały i składy materiałów i surowców 6

piece do topienia 10

formiernia 9

składanie

i zalewanie form 11

wybijanie form i

rdzeni z odlewów 12

oczyszczalnia 13

obróbka cieplna odlewów 14

kontrola

techniczna 15

malarnia i powłoki antykorozyjne 16

magazyn

odlewów 17

rdzen

ie

modele

skrzynki

formierskie

odlewy odlewy

braki odlewów

zamówienie

rys. konstrukcyjny

ustalenie

wymagań

rysunki surowego

odlewu, modeli,

rdzennicy i

oprzyrządowania

form

y

masa

rdzen

iow

a

masa

form

iers

ka

piaski formierskie

i kwarcowe, glinki,

spoiwa, dodatki

surówki, złom, topniki,

paliwo lub energia

cie

kły

meta

l

zu

żyta

masa f

orm

iers

ka

od

pad

y, zle

wki,

ukła

dy w

lew

ow

e

bra

ki

op

rzyrz

ąd

ow

an

ie,

instr

ukcje

, rd

zen

nic

e

od

lew

y

modele, rdzennice

oprzyrządowanie

2

5


PRZEBIEG WYKONANIA ODLEWU ŁĄCZNIKA

Z ŻELIWA SZAREGO

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

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.

Rysunek surowego odlewu

Rysunek konstrukcyjny


Z ŻELIWA SZAREGO


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)

Model drewniany

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

6


Z ŻELIWA SZAREGO


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

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

Forma odlewnicza

Rdzeń odlewniczy


Z ŻELIWA SZAREGO


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

Odlew z układem wlewowym

7

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.



Schemat obiegu i odświeżania masy

formierskiej stosowanej do odlewów

8



Automatyczna stacja przygotowania masy

formierskiej wyposażona w mieszarkę turbinową



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.

9



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.



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

10



Stąd też bada się następujące WŁASNOŚCI MAS:

wytrzymałość na ściskanie, Rcw, Rc

s

wytrzymałość na ścinanie, Rtw, , Rt

s

wytrzymałość na rozciąganie, Rmw , Rm

s

ogniotrwałość

przepuszczalność

wybijalność

ścieralność (osypliwość)

dotyczy mas klasycznych

(głównie bentonitowych) -

wilgotnych

dotyczy mas na formy

używane w stanie

wysuszonym - suchych

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.

11

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

PRZYKŁADY DOKUMENTACJI ODLEWNICZEJ


Rysunek konstrukcyjny Rysunek surowego odlewu

12



Rysunek modelu Rysunek rdzennicy



Rysunek płyty modelowej dolnej do

formowania maszynowego Rysunek płyty modelowej górnej do

formowania maszynowego

13


13 października 2014 25 Rysunek formy odlewniczej

RYSUNEK KONSTRUKCYJNY


14

RYSUNEK PEŁNY SUROWEGO ODLEWU


RYSUNEK UPROSZCZONY

SUROWEGO ODLEWU


15

RYSUNEK KONCEPCJI TECHNOLOGICZNEJ


OZNACZENIA NA RYSUNKU

SUROWEGO ODLEWU


L.p. Nazwa

Oznaczenia na rysunku

odlewniczym pełnym surowego

odlewu


odlewniczym uproszczonym

surowego odlewu

1 Powierzchnia podziału

formy

2

Baza obróbkowa (xxx)

oraz łącznik

zabezpieczający odlew

przed deformacją

3 Naddatek na obróbkę

skrawaniem

4 Wypełnienia otworów i

wnęk

16


SUROWEGO ODLEWU


L.p. Nazwa


odlewniczym pełnym surowego

odlewu


odlewniczym uproszczonym

surowego odlewu

5 Pochylenia formierskie

6

Nadlewki służące do

uchwycenia przedmiotu

przy obróbce

7 Żebra usztywniające

8

Próbki przylane do

badań właściwości

mechanicznych


KONCEPCJI TECHNOLOGICZNEJ


L.p. Nazwa Oznaczenie na rysunku

koncepcji technologicznej L.p. Nazwa

Oznaczenie na rysunku

koncepcji technologicznej

1 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

17

OZNACZENIA NA RYSUNKU FORMY


L.p. Nazwa Oznaczenie na rysunku

formy L.p. Nazwa

Oznaczenie na

rysunku formy

1

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

9 Rdzenie i rdzenniki w

widoku

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)

18

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

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

Średnice otworu obrabianego

przy produkcji masowej – 20mm

przy produkcji seryjnej – 30mm

przy produkcji jednostkowej – 50mm

Grubość ściany odlewu, mm 6÷10 20÷30 40÷50

Średnica odlewanego otworu, mm 6÷10 10÷15 12÷18

19

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

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

20

OBLICZANIE UKŁADU WLEWOWEGO


Obliczanie optymalnego czasu zalewania

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.

3 Qgs [s]

optśr

WDh31,0

QF

[cm2]

Obliczanie prędkości zalewania

opt

CV

[cm/s]

Obliczenie średniego ciśnienia

metalostatycznego

C

PHhśr

2

2

0 [cm]

Obliczenie przekroju wlewu doprowadzającego

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.

Metoda

Stopień naddatku na obróbkę skrawaniem

Materiał odlewany

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 –

21

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.

TOLERANCJE


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).

RMA RMA

dolna granica wymiaru R

górna granica wymiaru R

CT/2

CT/4 CT/4 CT/4 CT/4

CT/2

F

K

R

Ogólne wymiary surowego odlewu z naniesionym

polem tolerancji.

R

F

CT/2

RMA

CT

Ogólne wymiary surowego odlewu

obrobionego jednostronnie z

naniesionym polem tolerancji

22

TOLERANCJE

Klasy tolerancji


Klasy tolerancji dla wielkoseryjnej produkcji odlewów.

Klasy tolerancji dla krótkich serii lub jednostkowej produkcji odlewów.

Metoda

Klasa tolerancji CT

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

Metoda Materiał

formierski

Klasa tolerancji CT

Staliwo Żeliwo szare

i sferoidalne Stopy miedzi

Stopy metali

lekkich

Odlewanie do

form

piaskowych

ręcznie

formowanych

Ze spoiwem

gliniastym 13 – 15 13 – 15 13 – 15 11 – 13

Ze spoiwem

chemicznym 12 – 14 11 – 13 10 – 12 10 – 12

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

1) 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.

23

FORMOWANIE RĘCZNE


Przebieg ręcznego wykonania formy z modelu niedzielonego ze

znakami rdzeniowymi z masy formierskiej „na wilgotno”

FORMOWANIE RĘCZNE


Przebieg ręcznego wykonania

rdzenia w rdzennicy skrzynkowej

24

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.



Nazwa maszyny wg

sposobu zagęszczania

masy

Przeznaczenie

maszyny Opis działania Zasada pracy

Formierki

prasujące pod

zwykłym lub

wysokim naciskiem

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

Formierki

wstrząsarki

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

25



Nazwa maszyny wg


masy

Przeznaczenie


Formierki

wstrząsarki

z doprasowaniem

(kombinowane)

głównie do form

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

Formierki

impulsowe

powietrzne

głównie do form

małych i średnich

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



Nazwa maszyny wg


masy

Przeznaczenie


Formierki

impulsowe gazowe 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

się gazów (4-5 x 105 N/m2),

zagęszczających masę formierską w

skrzynce. Spaliny odprowadzane są

ze zbiornika wentylatorem 5 do filtrów

na zewnątrz

Nadmuchiwarki

i strzelarki

prawie wyłącznie

do rdzeni małych i

średnich

Skrzynkę rdzeniową 1 ustawia się na

stole maszyny 2 i dociska do płyty

dmuchowej z otworami stanowiącej

dno zbiornika 3 wypełnionego masą

rdzeniową; wprowadzane do zbiornika

3 sprężone powietrze wdmuchiwane

przez otwory w płycie porywa masę

do rdzennicy i zagęszcza ją, samo

uchodząc przez otwory

odpowietrzające (nadmuchiwarki) lub

sprężone powietrze wypycha masę ze

zbiornika do rdzennicy (strzelarki)

26



Nazwa maszyny wg


masy

Przeznaczenie


Narzucarki do form i do rdzeni

średnich i dużych

Do głowicy 1 narzucarki, w której

umieszczona jest na szybko

wirującym wale łopatka rzutowa 2,

doprowadzana jest przerzutnikiem 3

masa formierska; łopatka chwyta

porcje masy 4 rzucając ją do skrzynki

formierskiej lub rdzennicy powodując

zagęszczenie masy

Mieszarko-

nasypywarki

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



Schematy rozkładów zagęszczania

masy w formie dla różnych metod

zagęszczania: a) wstrząsanie,

b) prasowanie,

c) wstrząsanie z doprasowaniem,

d) narzucanie,

e) impulsowe.

27


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


Formierki prasujące


Przykład formierki z dolnym prasowaniem

Początek formowania. Płyta oporowa

opuszczona na skrzynkę. Ruchomy stół

podnosi się.

Koniec procesu wgniatania

28


Wstrząsarki z dociskiem


Schemat budowy formierki wstrząsowo-prasującej

o równoczesnym działaniu wstrząsania i prasowania


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

29


Narzucarki


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

Narzucarka przejezdna


Mieszarko-nasypywarki


1 – zasyp piasku,

2 – dozowanie katalizatora,

3 – dozowanie żywicy,

4 – zmieszanie,

5 – zawór wysypowy

Schemat mieszarko-nasypywarki o ciągłym działaniu

30


Strzelarki i nadmuchiwarki


Schemat nadmuchiwarki 1 - komora nabojowa, 2 - rdzennica, 3 - strumień

piaskowo-powietrzny, 4 - zagęszczona masa; a -

wlot sprężonego powietrza, b - otwór dmuchowy, c

- otwory odpowietrzające

Schemat strzelarki 1 - komora nabojowa, 2 - cylinder komory, 3

- zawór strzałowy, 4 - głowica, 5 - zbiornik

wyrównawczy sprężonego powietrza, 6 -

rdzennica lub forma


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

31


Formierki impulsowe z doprasowaniem


Proces formowania na formierce impulsowo-

prasującej typu FT firmy TECHNICAL

a) dozowanie masy,

b) zwieranie

zestawu: skrzynka

formierska - ramka

nadmiarowa z

głowicą

impulsowo-

prasującą i płytą

modelową,

c) zagęszczanie

impulsowe,

d) doprasowanie,

e) rozwieranie

układu,

f) oddzielanie

modelu od

półformy.


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

32


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.


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.

33




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




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

34



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

Schemat automatycznej linii formowania

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).

35


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


I RDZENI PIASKOWYCH


Masy cementowe

Stosowane do produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów o

średnich i dużych wymiarach i o kształtach prostych i średnio

skomplikowanych.

Masa formierska:

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:

niski koszt cementu jako spoiwa,

mała energia zagęszczania,

dobra dokładność wymiarowa,

duża wytrzymałość po utwardzeniu.

Wady:

niezbyt dobra jakość

powierzchni,

silne przywieranie masy do

powierzchni modelu

36


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.

Masa formierska:

piasek kwarcowy,

szkło wodne,

Masę o konsystencji ciekłej wylewa się na model. Po czasie

20 – 40 min. masa traci płynność i sama się utwardza.

Zalety:

obniżenie kosztów produkcji,

zmniejszenie pracochłonności

wykonania odlewu,

wyeliminowanie potrzeby suszenia

form i rdzeni,

łatwa mechanizacja i automatyzacja.

Wady:

niezbyt dobra wybijalność,

przyczepność do modeli i

rdzennic.

żużel chromowy jako utwardzacz,

dodatki spieniające.


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.

37


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.

Podział metod odlewania wg dokładności

wymiarowych i chropowatości powierzchni


Ro

dza

j fo

rmy

Grupy metod

wytwarzania Metody wytwarzania odlewów

Zastosowanie Rzeczywiste

możliwe do

uzyskania

dokładności

wymiarowe1) dla

odlewów

żeliwnych mm

Klasa

chropowatości

powierzchni

Ra

F -

fo

rma

R-

rdze

ń

Z -

że

liw

o

S -

sta

liw

o

N -

me

tale

nie

że

lazn

e

Fo

rmy p

iasko

we

Metody o

zwykłych

dokładnościach

wymiarowych

formowanie w dołach, gruncie

i wzornikami F, R Z, S nieustalone

50 ÷ 200 formowanie ręczne w masach „na wilgotno” F Z, S, N ±(0.7 ÷ 2.0)

formowanie ręczne w masach „na sucho” F, R Z, S, N ±(0.5 ÷ 1.5)

formowanie maszynowe w masach „na wilgotno”

zwykłych F Z, S, N ±(0.5 ÷ 1.5)

Metody o

podwyższonych

dokładnościach

wymiarowych

formowanie maszynowe w masach „na wilgotno”

z materiałów kwalifikowanych F Z, S, N ±(0.4 ÷ 1.2)

12.5 ÷ I00

proces CO2 F, R Z, S, N ±(0.4 ÷ 1.2)

formowanie w masach cementowych F, R Z ±(0.4 ÷ 1.2)

ciekłe masy samoutwardzalne (CMS) F, R Z, S ±(0.4 ÷ 1.0)

formowanie w masach furanowych

samoutwardzalnych („zimna rdzennica”) F, R Z, S, N ±(0.3 ÷ 0.8)

formowanie w masach żywicznych

termoutwardzalnych („gorąca rdzennica”) R Z, S, N ±(0,3 ÷ 0,5)

formowanie pod wysokimi naciskami F Z, S ±(0.3 ÷ 0.5)

Inn

e f

orm

y

Metody

dokładne

formowanie skorupowe F, R Z, S, N ±(0.3 ÷ 0.4)

6.3 ÷ 50

odlewanie kokilowe F, R N, Z, S ±(0.3 ÷ 0.4)

odlewanie odśrodkowe F Z, S, N ±(0.3 ÷ 0.4)

odlewanie ciągłe i półciągłe F Z, N ±(0.3 ÷ 0.4)

proces Shawa F, R Z, S ±(0.2 ÷ 0.4)

Metody

precyzyjne

odlewanie pod ciśnieniem F, R N ±(0.1 ÷ 0.4) 1.6 ÷ 25

proces wytapianych modeli F S, Z, N ±(0.1÷ 0.3)

38

SPECJALNE METODY ODLEWANIA


Odlewanie kokilowe

grawitacyjne

pod niskim 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


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).

39




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.




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

40




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)

Przykład kokilarki ręcznej z zamontowaną kokilą do wykonywania

niewielkich odlewów


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)

41


Odlewanie kokilowe pod niskim ciśnieniem


Schemat urządzenia

do odlewania pod niskim ciśnieniem




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.

Najczęściej stosowane

jest do odlewania:

stopów Zn ~ 98%

stopów Al ~ 50%

stopów Mg ~ 95%

stopów Cu ~ 8%

Trwałość form:

stopy Pb - > 500 000 zalań

stopy Zn - do 500 000 zalań

stopy Al - ~ 50 000 zalań

stopów Cu - > 10 000 zalań

42




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

Podział i schematy maszyn tłokowych do odlewania pod ciśnieniem




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

43




Przebieg odlewania w zimnokomorowej poziomej maszynie

ciśnieniowej

Forma metalowa złożona z części nieruchomej 1

i ruchomej 8 gotowa do zalania i wprowadzenia

ciekłego metalu do zamkniętej komory ciśnienia 4

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

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




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.

44




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




Nazwa metody Oś

wirowania Zasada odlewania Zastosowanie

odlewanie

odśrodkowe

(oś odlewu pokrywa

się z osią wirującej

formy)

pozioma odlewy o kształtach

brył obrotowych

pionowa

odlewy o kształtach

brył obrotowych,

dla których L<D

odlewanie pod

ciśnieniem

odśrodkowym

(oś wirowania

pokrywa się z osią

wlewu głównego)

pionowa kształty odlewu

dowolne

45




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




Schemat odlewania w układzie

poziomym odlew o stałym przekroju poprzecznym jest

sukcesywnie wyciągany z formy - krystalizatora, z

prędkością zależną od szybkości krzepnięcia metalu

w krystalizatorze

Schemat odlewania ciągłego w

układzie pionowym wałków i

wlewków 1 - kadź, 2 - odpływ wody, 3 - dopływ wody,

4 - kokila, 5 - odlew, 6 - rolki ciągnące.

46




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)

ZALETY: wysoki uzysk

bardzo duża wydajność

drobnoziarnista struktura

dobre właściwości wytrzymałościowe

(lepsze niż w odl. kokilowych)

WADY: wysoki koszt

inwestycyjny

mała uniwersalność

urządzeń


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.

Masa formierska: 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.

47




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




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.

48




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

wstrzelenie piasku do

płyty modelowej z

wkładką

wygrzanie w piecu

celem otrzymania

skorupy

oddzielenie formy

skorupowej od płyty

modelowej




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)

49




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.




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.

50


Metoda wytapianych modeli


Proces technologiczny odlewania metodą wytapianych modeli




ZASTOSOWANIE:

Materiały:

staliwo węglowe

staliwo stopowe

żeliwo stopowe

stopy Cu

metale szlachetne

Typy wyrobów: Odlewy precyzyjne dla przemysłu:

zbrojeniowego, kosmicznego,

precyzyjnego narzędziowego,

motoryzacyjnego, artystycznego

Poza tym: jubilerstwo, stomatologia

Materiały modelarskie: woski naturalne

i syntetyczne

kompozycje wosk-

tw. sztuczne

tworzywa sztuczne

Materiały formierskie: mączki materiałów

ogniotrwałych (mulit,

cyrkon)

krzemian etylu (spoiwo)

szkło wodne (spoiwo)

51




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.


Metoda pełnej formy


Proces technologiczny odlewania metodą pełnej formy

52


Metoda pełnej formy


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

ZASTOSOWANIE:

Materiały: staliwo,

żeliwo,

stopy Al.

Typy wyrobów: Głownie przemysł motoryzacyjny:

bloki silników, tarcze hamulcowe

wentylowane, kolektory itp.

Materiały modelarskie: polistyren spieniony

(styropian)

Materiały formierskie: suchy piasek bez lepiszcza,

pokrycie ogniotrwałe.

TWORZYWA ODLEWNICZE


Podział tworzyw odlewniczych

53

TWORZYWA ODLEWNICZE

Stopy żelaza


staliwa żeliwo

ciągliwe

żeliwa

eutektoidalne

pod- nad-

eutektyczne

pod- nad-

Wykres równowagi stopów Fe-C: linie przerywane: układ Fe-C (grafit); linie ciągle: układ Fe-Fe3C (cementyt)

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.

54

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.

TWORZYWA ODLEWNICZE

Stopy żelaza


55

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.

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.

56

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.

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%)

57

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

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.

58

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.

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 aluminiowo-

manganowo-żelazowy).

CuSn10 (brąz), ZnAl5Cu3 (stop cynku), AISi11 (stop

aluminium), MgAl13ZnMn (stop magnezu).

59

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

PIECE ODLEWNICZE



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.

Żeliwiak gazowy

komorowo-szybowy 1 - palnik gazowy, 2 - ruszt

60

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.

PIECE ODLEWNICZE



Tyglowy piec gazowy z rekuperatorem 1 - rekuperator, 2 - gaz, 3 - dmuchawa, 4 - palnik z systemem

zabezpieczeń przed gaśnięciem i automatem zapalającym

61

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

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.

62

PIECE ODLEWNICZE

Piece elektryczne


Piec kanałowy do topienia z zaczynem 1 – zbiornik pieca, 2 – mechanizmy przechyłu, 3

– wymurówka, 4 – okno wsadowe, 5 – induktory.

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

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

PIECE ODLEWNICZE

Piece elektryczne


63

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.

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)

64


ODLEWU W FORMIE


Rozwiązania konstrukcyjne ilustrujące

zasadę krzepnięcia

kierunkowego - a) i jednoczesnego - b).

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

Schematyczne przedstawienie

zasady krzepnięcia:

a - jednoczesnego, b – kierunkowego

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

65


SKURCZ ODLEWNICZY

SKURCZ ODLEWNICZY


Skurczem odlewniczym nazywamy zmniejszenie się wymiarów liniowych odlewów w

skutek krzepnięcia i stygnięcia wyrażone w procentach.

gdzie: 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.

%100l

llS

1

21

Konstrukcje odlewów : a) o skurczu swobodnym, b) o skurczu hamowanym mechanicznie

c) o skurczu hamowanym cieplnie, d) o skurczu hamowanym mechanicznie i cieplnie

66


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

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]

P

VM [cm]

67

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

dla walca o średnicy d

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(1,11,2)

2

gM

4

dM

NADLEWY


Schemat przebiegu krzepnięcia odlewu

płyty z podziałem na strefy działania

efektu brzegowego, porowatości osiowej

oraz zasięgu działania

Zasięg działania nadlewów i efektu

brzegowego w odlewach płyt

a) z jednym nadlewem, b) z dwoma nadłewami

Określenie wielkości nadlewów

metodą wykreślną „kół wpisanych"

68

OCHŁADZALNIKI


Kształty, rodzaje i sposób zakładania ochładzalników

a) zewnętrznych, b) wewnętrznych

1 - ochładzalniki

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).

69

WYBIJANIE, CZYSZCZENIE

I WYKAŃCZANIE ODLEWÓW


Oczyszczarki wirnikowe strumieniowo – ścierne a) stołowa, b) taśmowa, c) hakowa,

d) zawieszkowa, e) bębnowa, f) rynnowa

wirnik rzutowy

śrutu

a) c)

f) e) d)

b)

Dr inż. Rafał Kaczorowski · 3 PODSTAWOWE POJĘCIA W ODLEWNICTWIE 13 października 2014 5 Odlew -...

Documents

Transcript of Dr inż. Rafał Kaczorowski · 3 PODSTAWOWE POJĘCIA W ODLEWNICTWIE 13 października 2014 5 Odlew -...