Specjalne metody odlewania [tryb zgodności] metody odlewania.pdf · Schemat wykonywania form...

1

Specjalne metody odlewania

Odlewanie skorupowe

Formowanie skorupowe polega na nasypaniu lubnadmuchaniu na gorącą (250-300°C) metalow ą płytęmodelową masy zawierającej piasek kwarcowy z ziarnamipowleczonymi żywicą syntetyczną. Pod wpływem ciepłażywica wiąże ziarna piasku. Na płycie w miarę upływuczasu narasta warstewka utwardzonej masy. Skorupagrubości 6-10 mm ma wystarczającą wytrzymałość, abystanowić połówkę formy. Nadmiar masy nie związanejusuwa się (np. przez obrót zbiornika z masą). Skorupęzdejmuje się. Na jedną formę składają się zwykle dwiepołówki skorupowe wykonane na dwóch płytachmodelowych.

2

Odlewanie skorupowe

W celu dokładnego złożenia formy jedna płyta jestzaopatrzona w dwa stożkowe występy, a druga — w dwastożkowe wgłębienia. Połówki formy prawidłowo złożonenależy połączyć klamrami lub skleić. Otrzymana formasłuży do wykonania jednego odlewu. W ten sposóbuzyskuje się formę. Tak przygotowana forma nadaje się dozalewania (forma samonośna). Formy skorupowe możnazalewać w sposób zwykły, tj. przez wlanie metalu łyżką dostojącej formy, lub na specjalnej maszynie - pod ciśnieniemwywoływanym ruchem obrotowym formy. W celu eliminacjiniebezpieczeństwa wypływu metalu przez powierzchniępodziału, a także zmniejszenia szybkości krzepnięcia istygnięcia odlewu formy można montować w skrzynkach.

Odlewanie skorupowe

Schemat wykonywania form skorupowych: 1,2-płytamodelowa, 3-masa, 4-skorupy, 5-skrzynka, 6-piasek

3

Odlewanie skorupowe

Rdzenie skorupowe wykonuje się w podgrzanychmetalowych rdzennicach. Rdzenie takie mogą być puste wśrodku. Do zalet odlewania skorupowego należą: małachropowatość powierzchni i duża dokładność wymiarowaodlewów oraz zmniejszenie zużycia materiałówformierskich. Wadą odlewania skorupowego jest wysokikoszt oprzyrządowania i duża cena żywicy syntetycznej.

Odlewanie precyzyjne

Odlewanie precyzyjne jest stosowane w produkcjiniewielkich odlewów z żeliwa, staliwa oraz innych stopów owysokiej temperaturze topnienia. Metody odlewaniaprecyzyjnego umożliwiają uzyskanie odlewów o bardzodokładnych kształtach i wymiarach. Z tego powodu unikasię w wielu przypadkach kłopotliwej obróbki skrawaniem.Za pomocą odlewania precyzyjnego wykonuje się łopatkiturbin, części pomp odśrodkowych, narzędzi.Najważniejszymi metodami odlewania precyzyjnego, ściślemówiąc formowania precyzyjnego, są: formowanie metodąwytapiania modelu, metodą Shawa i metodą wypalanychmodeli.

4

Metoda wytapianych modeli

Metoda ta jest często stosowana w produkcji odlewówprecyzyjnych ze stopów metali nieżelaznych i stopówżelaza.Metoda ta, znana już w starożytności, była stosowana dowykonywania odlewów figur. Najpierw w metalowych lubgumowych matrycach wykonuje się woskowe (bądź zparafiny lub żywicy syntetycznej) modele przyszłychodlewów. Modele te montuje się następnie w zestawymodelowe przez połączenie ich z woskowym modelemukładu wlewowego.


Tak uzyskany zestaw modelowy umieszcza się w tulejcemetalowej i zalewa gipsem spienionym lub pokrywakilkoma warstwami rzadkiej masy ceramicznej. Każdąwarstwę posypuje się suchym piaskiem. Zabieg tenpowtarza się kilkakrotnie aż do uzyskania skorupy grubości2÷6 mm Utwardzanie powłok następuje w wyniku hydrolizykrzemianu etylu.Modele usuwa się (wytapia) w specjalnych piecach(niekiedy model wytapia się w gorącej wodzie, coumożliwia odzyskanie wosku). Następnie formę suszy się,wygrzewa, a potem wypala w temperaturze ok. 800°C.Formy zalewa się grawitacyjnie, z wykorzystaniem siłyodśrodkowej lub w piecach próżniowych.

5


Zalewanie form w metodzie zatapianych modeli:a) Grawitacyjneb) Z wykorzystaniem siły odśrodkowej


Metoda wytapianych modeli umożliwia uzyskanie odlewówz dużą dokładnością wymiarową i o bardzo gładkiejpowierzchni. Pozwala na wyeliminowanie obróbkimechanicznej. Wykańczanie odlewów sprowadza sięczęsto do szlifowania powierzchni.

Przykład odlewania

6

Metoda Shawa

Metoda jest stosowana w produkcji elementów kokil, formciśnieniowych lub matryc. Ze względów ekonomicznych wmetodzie tej stosuje się masy przymodelowe iwypełniające. Masa przymodelowa (mająca dokładnieodtworzyć obrysy modelu) zawiera mączkę cyrkonową,sylimanitową lub magnezytową i spoiwo - zhydrolizowanykrzemian etylu rozpuszczony w spirytusie etylowym. Maona konsystencję gęstej śmietany. Masą o takiejkonsystencji pokrywa się płytę modelową. Po upływie 4-12minut przyjmuje ona konsystencję elastycznej gumy, coumożliwia wyjęcie modelu (nawet o przeciwnychzbieżnościach) bez niebezpieczeństwa zniszczenia formy.

Metoda Shawa

Po usunięciu modelu formę poddaje się wypaleniu przezzapalenie wydzielającego się alkoholu. W trakcie wypalaniaodparowuje również woda, a forma się utwardza. Wynikiemwypalenia jest siatka mikropęknięć, która poprawiaprzepuszczalność i uodparnia formę na zmianydylatacyjne. W końcowym etapie formę wygrzewa się wtemperaturze ok. 1000°C. Jako mas ę wypełniającą stosujesię gruby piasek kwarcowy związany szkłem wodnym. Zewzględu na duży koszt materiałów formierskich metoda jeststosowana do wytwarzania elementów, które w raziezastosowania innej technologii wykonywania wymagałybypracochłonnej obróbki mechanicznej.

7

Metoda wypalanych modeli

W metodzie wypalanych modeli modele są wykonywaneze styropianu. Doprowadzony do formy metal wypalamodel, zajmując jego miejsce. Przebieg procesu odlewaniametodą wypalanych modeli ilustruje

Zasady odlewania metodą wypalanych modeli:a) Model ze styropianub) Model w formiec) Zalewanie formy

Odlewanie kokilowe

Odlewanie w formach kokilowych spełnia wymaganiewielokrotnego wykorzystywania jednej formy. Sposób tenjednak wiąże się z trudnościami w procesie produkcyjnym,powodowanymi szybkim krzepnięciem metalu w formieoraz nagrzewania się kokili.Odlewanie kokilowe to odlewanie grawitacyjne (poddziałaniem siły ciężkości) do formy metalowej. Forma taka(kokila) umożliwia wykonanie nawet kilku tysięcy sztukodlewów. Trwałość kokili zależy od tworzywa odlewu,temperatury zalewania, temperatury pracy, rodzajupokrycia ochronnego nanoszonego na wnękę formy, atakże od konstrukcji formy. Zużycie kokili uwidacznia siępojawieniem siatki pęknięć, nadtopień, uszkodzeńmechanicznych i odkształceniem formy.

8

Odlewanie kokilowe

Szybkie krzepnięcie może być przyczyną powstawania wadw odlewach, spośród których należy wymienić niedolewy,wywołane krzepnięciem metalu w obszarze cienkichścianek, oraz zabielenie żeliwa (w warstwiepodpowierzchniowej powstaje żeliwo białe). Prędkośćkrzepnięcia i stygnięcia odlewu reguluje się przez zmianęgrubości pokrycia termoizolacyjnego nanoszonego nawnękę formy. W celu zwiększenia żywotności pokryciaprzed każdym zalaniem nanosi się na nie czernidło (sadzę,kopeć acetylenowy). Podczas stosowania formy metalowejwystępuje silne hamowanie skurczu odlewu. Odlew należywięc usuwać prawie natychmiast po zakrzepnięciu. Zbytdługie wytrzymanie odlewu jest powodem jego pęknięcialub zakleszczenia, co uniemożliwia usunięcie go z formy.

Odlewanie kokilowe

W celu utrzymania stałego czasu krzepnięcia i stygnięciaodlewu wymaga się stabilnej temperatury pracy kokili.Dlatego przed rozpoczęciem pracy kokilę nagrzewa sięwstępnie, a w trakcie pracy kontroluje się temperaturę i wrazie potrzeby chłodzi. Kokile chłodzone powietrzem sąwyposażone w żebra lub kolce chłodzące dla zwiększeniapowierzchni wymiany ciepła. Kokile chłodzone wodą mająsiatkę kanałów wykonanych w ściankach formy, przez którepłynie woda chłodząca. Podczas wytwarzania odlewów zestopów żelaza i miedzi stosuje się rdzenie piaskowe, a dowykonywania stopów aluminium, magnezu, cynku czyołowiu stosuje się rdzenie metalowe. Rdzenie takie chłodzisię w wodzie z dodatkami czernidła.

9

Odlewanie kokilowe

Formy metalowe nie wykazują przepuszczalności. Wprzypadku prostych odlewów gazy odprowadza sięszczelinami na powierzchni podziału. W przypadku bardziejzłożonych kształtów do odprowadzenia gazów z wnękiformy stosuje się kołki odpowietrzające. Kokile zamyka sięza pomocą klamer lub siłowników hydraulicznych.

Przykład kokili

piec wgłębny

Odlewanie kokilowe

Powszechnie stosowaną w stalowniach formą kokilową jestwlewnica służąca do wykonywania wlewków, które późniejsą poddawane dalszej przeróbce przez walcowanie.

piec wgłębny

Zastosowanie formy kokilowej (wlewnicy) do wykonywania wlewków

10

Odlewanie kokilowe

Zaletami odlewania do kokil w porównaniu z odlewaniemdo form piaskowych są: zwiększenie dokładnościwymiarowej odlewów, co pozwala na zmniejszenienaddatków na obróbkę mechaniczną zwiększeniewydajności pracy oraz poprawa warunków pracy.Wykonanie kokili, szczególnie dla odlewów oskomplikowanych kształtach, jest związane ze znacznymikosztami.

Odlewanie ciągłe i półciągłe

Odlewanie ciągłe polega na nie przerywanym wylewaniuciekłego metalu do formy odlewniczej (krystalizatora) zjednoczesnym wyciąganiem z niej odlewu, z późniejszymcięciem go na odcinki ustalonej długości.Odlewanie półciągłe opiera się na podobnej zasadzie, ztym że uzyskuje się odlewy określonej długości. Usunięcieodlewu wymaga wówczas przerwy w procesie odlewania.Metoda ta jest zastosowana do wykonywania prętów iprofilów ze stali i stopów metali nieżelaznych. Stosującspecjalne krystalizatory wykonuje się także odlewy rur czyblach.

11


Urządzenie do pionowego odlewania ciągłego;1-krystalizator

chłodzony wodą2-odlew3-wałki ciągnące


Stosowanie tej metody odlewania daje duże wynikiekonomiczne. Przykładowo zastąpienie wlewkówuzyskanych z zastosowaniem wlewnicy materiałemuzyskanym z linii odlewania ciągłego pozwala nazmniejszenie ilości odpadów z powodu wad nieciągłości.Stosowanie tej metody odlewania pozwala na uzyskaniebardziej jednorodnej struktury, a tym samymkorzystniejszych właściwości mechanicznych, poprawęuzysku (ponad 95%) oraz poprawę warunków pracy.

12

Metody odlewania do form wirujących

W odlewnictwie stosuje się dwie metody odlewania do formwirujących: odlewanie odśrodkowe i pod ciśnieniemodśrodkowym.

Odlewanie odśrodkowe polega na zalewaniu formywirującej, przeważnie metalowych, której oś pokrywa się zosią wirowania. Otrzymany w tym procesie odlew makształt bryły obrotowej z otworem wewnętrznym powstałympod wpływem działania siły odśrodkowej spowodowanejruchem obrotowym formy (metal wprowadzony do formyjest dociskany do ścian i szybko krzepnie).


W taki sposób odlewa się rury, tuleje, panewki łożyskślizgowych oraz różnego rodzaju bryły obrotowe. Metoda taumożliwia produkcję odlewów wielowarstwowych z kilkurodzajów stopów.Do odlewania odśrodkowego stosuje się kokile żeliwne,niekiedy chłodzone z zewnątrz wodą. Formy wirującedokoła osi pionowej zalewa się bezpośrednio łyżką, z kadzilub rynny. Zalewanie form wirujących dokoła osi poziomejwymaga zawsze zastosowania rynny, która podczasdoprowadzania metalu do formy może się przesuwaćwzdłuż osi odlewu od lewej strony ku prawej.

13


Temperatura pracy formy zależy od grubości ścianekodlewu i rodzaju stopu. W celu zwiększenia żywotnościform i zmniejszenia szybkości krzepnięcia oraz stygnięciaodlewu ich powierzchnie robocze pokrywa się pokryciem iczernidłem. Do ich chłodzenia stosuje się zazwyczajnatrysk wodny. Odlewy dzięki krzepnięciu kierunkowemu(w kierunku ścian formy) nie wykazują jam skurczowych irzadzizn, w wyniku czego mają dobre właściwościmechaniczne. Zaletą tej metody odlewania jest małyrozchód metalu wskutek zmniejszenia masy układuwlewowego.Podczas odlewania odśrodkowego ścianki formy nadająodlewom tylko kształt zewnętrzny, natomiast kształtwewnętrzny powstaje pod wpływem działania siłyodśrodkowej na ciekły metal.


Schemat odlewania odśrodkowego w maszynach z pionową osią obrotu


Schemat odlewania odśrodkowego w formie z poziomą osią obrotu

14

Kolejną metodą odlewania w formach wirujących jest tzw.odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym. Odlewaneprzedmioty są rozmieszczone w formach metalowych lubpiaskowych promieniowo.Zalewanie odbywa się przez wlew główny, z któregonastępnie wlewami doprowadzającymi metal przedostajesię do form.Odlewy produkowane w formach wirujących uzyskująwskutek działania siły odśrodkowej ścisłą budowęwewnętrzną, dobre własności mechaniczne orazprzybierają dokładny kształt formy (dowolny).


Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym


15

Odlewanie pod niskim ciśnieniem

Polega ono na zapełnieniu metalem formy przylegającej dotygla (rurą zanurzoną w metalu) przez działanie na jegopowierzchnię gazu obojętnego pod nadciśnieniem0,1-0,2 MPa. Stosowane są rdzenie metalowe, skorupowe,gipsowe i inne.Zastosowanie tylko do odlewania stopów metalinieżelaznych


Zaletą tej metody w porównaniu z odlewaniemgrawitacyjnym do form metalowych jest:

1. zmniejszenie lub wyeliminowanie nadlewów, gdyżodlew w czasie krzepnięcia połączony jest z ciekłymmetalem w piecu,

2. lepsza lejność metalu wskutek wyższej temperatury,3. łatwiejsza mechanizacja i automatyzacja procesu4. zwiększenie wydajności,5. obniżenie kosztów.

16


Do wad metody zaliczyć można;� duży koszt inwestycji, co wynika z faktu, że z jednego

pieca zalewać można tylko jedną formę.� wyższe koszty eksploatacji (droga instalacja ciśnieniowa,

konieczność częstej wymiany rur wlewowych).

Odlewanie przez wyciskanie

Metoda jest stosowana do wykonywania cienkościennychodlewów płyt. Urządzenie składa się z dwóch foremników.Po zalaniu urządzenia metalem ruchomy foremnikprzemieszcza się ze stałą prędkością w kierunku foremnikanieruchomego, w celu odwzorowania wnęki formy.

17

Odlewanie przez wyciskanie

Schemat działania urządzenia do odlewania przez wyciskanie: I - IV etapy

wyciskania, 1 - ruchomy

foremnik, 2 - nieruchomy

foremnik, 3 - metal, 4 - doprowadzenie

metalu,5 - wylewanie

nadmiaru metalu

Odlewanie ciśnieniowe

Odlewanie pod ciśnieniem nazywane również odlewaniemciśnieniowym jest rozwinięciem odlewania kokilowego ipolega na wtłaczanie ciekłego metalu do formy metalowejpod ciśnieniem od kilku do kilkudziesięciu megapaskaliwytworzonym przez zespół prasujący maszynyodlewniczej.Według tej metody wykonuje się odlewy ze stopów miedzi,ołowiu, aluminium, cyny i cynku.Zastosowanie znalazła w masowej produkcji odlewówmałych i średnich (od kilku gramów do ok. 50 kg), odowolnym kształcie, cienkich ściankach oraz o bardzodużych dokładnościach wymiarowych i gładkościpowierzchni co pozwala na znaczną eliminację obróbkimechanicznej

18


Metodą tą wykonuje się między innymi koła samochodów,głowice silników, obudowy silników elektrycznych i inne.Proces prowadzi się na specjalnych maszynach (z gorącąkomorą lub z zimną komorą prasowania). Zespółpodstawowych czynności realizowanych przez te maszynyobejmuje: zwarcie formy, wypełnienie formy ciekłymmetalem, wytrzymanie metalu w formie w czasiepotrzebnym do jego zakrzepnięcia, otworzenie formy,usunięcie rdzeni, usunięcie odlewu. Czynności pomocniczeto regulacja temperatury formy (podgrzewanie, chłodzenie),czyszczenie wnęki formy (przedmuchiwanie sprężonympowietrzem i usuwanie zalewek za pomocą miękkiegowybijaka) oraz nanoszenie pokrycia ochronnego.


Zalety odlewania ciśnieniowego:� bardzo duża dokładność wymiarowa,� bardzo mała chropowatość,� możliwość uzyskiwania odlewów o bardzo cienkich

ściankach,� bardzo duże ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki

skrawaniem,� lepsze własności mechaniczne, chemiczne i fizyczne

odlewów,� mniejszy ciężar surowych odlewów,� bardzo duża wydajność.

19


Wady odlewania ciśnieniowego:� wysoki koszt maszyn i oprzyrządowania,� długi czas przygotowania produkcji,� ograniczona wielkość i masa odlewów,� trudności w odlewaniu odlewów o grubszych ściankach

(może wystąpić porowatość),� ograniczenie zastosowania do niektórych stopów

(głównie stopów cynku, aluminium, magnezu).


W tyglu pieca oporowego jest umieszczony syfon z komorąprasowania, wewnątrz której przemieszcza się tłok. Wgórnym położeniu tłoka prasującego do tulei, przez otwórwlewowy, wpływa ciekły metal. Podczas prasowania (ruchtłoka w dół) otwór wlewowy ulega przesłonięciu, a metalpłynie przez otwory w syfonie i dyszę do wnęki formy. Abyutrzymać odpowiednią temperaturę umożliwiającą przepływciekłego metalu, dysza musi być ogrzewana.

Maszyna ciśnieniowa gorącokomorowa

20

10 9


Maszyna ciśnienio-wa zgorącą komorą: 1 - stałapłyta montażowa, 2 - tygiel,3- syfon, 4 - tuleja (komoraprasowania), 5 - tłoczyskoz dokiem, 6 - otwory dlaprze-pływu metalu dokomory prasowania, 7 -dysza, 8 - otwór wlewowy,9 - nieruchoma połowaformy, 10 - połowa formy zczęściami ruchomymi, 11 -otwory na wyrzutniki


10 9



W zależności od położenia komory wyróżnia się maszyny zpoziomą i pionową komorą prasowania. Częściej sąstosowane maszyny z poziomą komorą prasowania

Maszyna ciśnieniowa zimnokomorowa

Maszyna zimno komorowa pozioma: 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 odlew7 - wlew

Odlewanie ciśnienioweMaszyna ciśnieniowa zimnokomorowa


21

Metal jest wlewany nalewką do komory, a następniewtłaczany za pomocą tłoka zespołu prasującego do wnękiformy. Po zakrzepnięciu metalu formę otwiera się, co jestwykonywane przez przemieszczanie się ruchomej płytymontażowej, do której jest przymocowana połowa zczęściami ruchomymi. Formy projektuje się tak, aby połowazawierająca części ruchome odtwarzała większą częśćodlewu, co gwarantuje, że po rozwarciu właśnie w niejpozostanie odlew. Usunięciu odlewu z nieruchomej połowyformy pomaga tłok zespołu prasującego, który w trakcierozwierania wypycha z niej nadmiar metalu w postacikrążka zakrzepłego w komorze prasowania. Odlew jestusuwany za pomocą wyrzutników zamocowanych na płyciewyrzutnikowej.



Odlewanie na maszynie poziomej zimnokomorowej: a) wlewanie metalu dokomory prasowania, b) zapełnienie wnęki formy, c) otwieranie formy, d) wyjęcierdzenia i usunięcie odle-wu; 1 - forma, 2 - rdzeń, 3 - wyrzutnik, 4 - komoraprasowania, 5 - tłok prasujący, 6 - odlew



22

Do wykonania podstawowych czynności maszyny służyzespół zwierający i prasujący:

• zespół zwierający powinien: zamykać formę zodpowiednio dużą siłą (0,5-5 MN - maszynygorącokomorowe, 2-20 MN - maszyny zimnokomo-rowe), zapewnić wystarczającą sztywność zamknięciaformy oraz spokojne bez uderzeniowe zamykanie iotwieranie. Zespoły zwierające są projektowane jakomechanizmy dźwigniowo-przegubowe o napędziehydraulicznym,

• zespół prasujący wywiera nacisk tłoka prasującego nametal w komorze prasowania i powoduje jego przepływdo wnęki formy. Stosowane są trzy systemy prasowania:z multiplikacją (doprasowaniem), typu Parashot i typuAcurad.


W systemie prasowania z multiplikacją cykl roboczyprzebiega w trzech fazach.

I faza, tzw. przed wytryskowa. Tłok przesuwa się wolno(0,3-0,5 m/s), aby dać możliwość przemieszczenia bezzawirowania metalu do obszaru wlewu i usunięciapowietrza z komory prasowania.

II faza wypełniania wnęki formy. Jest ona realizowanaprzez szybkie przemieszczanie tłoka (do 8 m/s), abyczas zapełniania był krótszy niż czas krzepnięcianajcieńszej ze ścianek odlewu. Zbyt długi czaszapełniania jest powodem niedolewów i nie spawów.


23

III faza - doprasowanie. Efekt doprasowania jest skuteczny,gdy przyrost ciśnienia odbywa się w krótkim czasie(0,02-0,3 sekundy). Przyrost ciśnienia uzyskuje się przezwłączenie hydraulicznego wzmacniacza ciśnienia, tzw.multiplikatora. Zastosowanie doprasowania zwiększadokładność odwzorowania wnęki formy oraz zmniejszaporowatość skurczową.


Stwierdzono, że w systemie tradycyjnym skokowemuprzyrostowi prędkości tłoka towarzyszy tworzenie się falimetalu w komorze prasowania, co sprzyjało zagazowaniu.Opracowano więc metodę Parashot, w której prędkośćtłoka narasta liniowo. Brak efektu uderzenia tłoka o metal,jak się oka-lało, daje mniejsze zagazowanie metalu.


24

Zastosowanie metody Acurad pozwala na lepsze zasilenieodlewu. Oprócz konstrukcji odlewu sprzyjającej krzepnięciukierunkowemu zastosowano dwustopniowe prasowaniametalu. Uzyskuje się to dzięki specjalnej konstrukcji tłoka.Po zapełnieniu wnęki formy zewnętrzna część tłokazatrzymuje się, a wewnętrzna przemieszcza się nadal.Przebija warstwę zakrzepłego metalu i wciska ciekły metaldo wnęki formy. Wynikiem takiego rozwiązania jestpoprawa zwartości odlewu.


Specjalne metody odlewania [tryb zgodności] metody odlewania.pdf · Schemat wykonywania form...

Documents

Transcript of Specjalne metody odlewania [tryb zgodności] metody odlewania.pdf · Schemat wykonywania form...