🔥 Odlewnictwo Metali

Forma odlewnicza – zespół elementów które po ułożeniu tworzą wnękę odpowiadającą kształtem odlewowi i układowi wlewowemu przeznaczonym do wypełniania ciekłym metalem.

Formowanie – zespół czynności niezbędnych do wykonania formy odlewniczej. Zespół modelowy (oprzyrządowanie modelowe) – zestaw przyrządów przeznaczonych do wykonania formy odlewniczej.

Model odlewniczy – przyrząd za pomocą którego w czasie wykonywania formy odlewniczej odtwarza się zewnętrzny kształt odlewu i znaki rdzeniowe.

Rdzennica – przyrząd do wykonywania rdzeni tj. elementów odtwarzających wewnętrzny kształt odlewu.

Masa formierska (rdzeniowa) – (odzwierciedla wew. kształt) mieszanina materiałów formierskich przeznaczona do wykonywania form (rdzeni). Nasza masa w ćwiczeniu to : 100 części wagowych piasku kwarcowego (SiO2) – osnowa
5 części wagowych bentonku czeskiego – lepiszcze ( 0,02mm) 6 części wagowych wody.
Własności mas formierskich
wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, ścinanie;
ogniotrwałość;
przepuszczalność gazów;
czyli zdolność do utraty wytrzymałości po zastygnięciu odlewu;

Wybór ten wymaga współpracy pomiędzy konstruktorem a odlewnikiem już na etapie konstruowania danego elementu. Podstawę do opracowania dokumentacji technologicznej stanowi rysunek części odlewanej opracowany przez konstruktora. W zależności od masy odlewu i stopnia skomplikowania rozróżnia się trzy rodzaje projektów procesu technologicznego w odlewni. – projekt uproszczony ; – projekt pełny ; – projekt rozwinięty

Stopień zagęszczenia masy – decyduje o powstaniu odlewu bez wad; jest to stosunek objętości masy przed zagęszczeniem do objętości po zagęszczeniu Masa rdzeniowa nie jest używana powtórnie. Posiada ona lepsze własności od masy formierskiej, gdyż jest najbardziej obciążona mechanicznie i cieplnie.

Układ wlewowy – zespół kanałów, wnęk i innych elementów formy którymi doprowadzany jest ciekły metal do wnęki formy oraz w którym zatrzymywane są wtrącenia niemetaliczne.

Nadlew – nad – dodatek technologiczny usuwany w trakcie obróbki wykończającej którego głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się w odlewie jam skurczowych i rzadzizn.

Skrzynka formierska – sztywna rama metalowa ograniczająca wymiary formy i zapobiegająca rozsypaniu się masy formierskiej.

Dobry odlew – prawidłowy dobór materiałów formierskich ; prawidłowo opracowana forma;
Główne etapy wytwarzania odlewu :
– wykonanie modelu rdzennicy lub kokili
– wykonanie formy odlewniczej i rdzeni
– przygotowanie ciekłego metalu i wypełnienie nim formy odlewniczej
– wybijanie lub usuwanie odlewu z formy, wybijanie rdzeni
– oddzielenie układu wlewowego
– oczyszczenie i wykończenie odlewu.

Projektowanie technologii odlewów– rozpoczyna się od wyboru najbardziej racjonalnej metody jej wykonania zapewniając najlepsze własności eksploatacyjne.

Formowanie z obieraniem – stosuje się wtedy gdy model jest nie dzielony a jego kształt uniemożliwia wyjęcie go z formy. Model ustawia się na płycie podmodelowej i wykonuje się wszystkie czynności jak w formowaniu zużyciem modelu dzielonego, aż do momentu obracania dolnej skrzynki o 180o. Ponieważ wystająca część modelu uniemożliwia jego wyciągnięcie z formy należy używając narzędzi formierskich (jaszczurka, lancet) wykonać czynności tzw. obierania. Obieranie polega na usunięciu części masy formierskiej w celu umożliwienia wyjęcia modelu z formy. Obieranie wykonuje się z lekkim pochyleniem ścianek, co ułatwi rozdzielenie i składanie formy.

Specjalne metody wytwarzania form i rdzeni piaskowych

Proces CO2 – głównie stosowany do rdzeni, jak również do niewielkich form; po zaformowaniu przez rdzeń wykonany z masy formierskiej przepuszcza się CO2. Rdzeń zawiera krzemian sodu lub szkło wodne sodowe Na2 Si2 O5. Materiały te twardnieją w wynik reakcji z CO2. Wady : rdzenie po tej obróbce niezbyt dobrze się wybija.

Masy cementowe – skład to ok. 10 cementu portlandzkiego i 7 do 10 % wody; utwardzanie trwa 1 do 2 dób; stosowana do dużych form i rdzeni.

CMS – Ciekłe Masy Utwardzalne zawierają oprócz krzemu szkło wodne i żużel chromowy (utwardzacz), dodatki spieniające (powodują uzyskanie ciekłej formy masy – możliwość jej lania) Stosowana do wielkich serii umożliwia automatyzację procesu. Zastosowana przy dużych odlewach żeliwnych i staliwnych. Wady: nienajlepsza wybijalność co powoduje złą jakość uzyskanego odlewu. Masy żywiczne termoutwardzalne : proces gorącej rdzennicy (hot box) – małe i cienki rdzenie; polega na do 3 % sproszkowanej żywicy w masie i metalizator (kwas fosforowy). Rdzennicę metalową o temp. 200o C wstrzeliwuje się w masę formierską – utwardzanie trwa ok. 1 min.; Zalety : dokładność, stabilność. Proces zimnej rdzennicy (cool box) masy przez wstrzelenie do zimnej rdzennicy; użycie katalizatorów i samoutwardzacza masy w rdzennicy – należy do mas żywicznych samoutwardzalnych.

Odlewanie Metali

Należy do grupy formowania – masą formierską jest piasek kwarcowy, żywica fenolowa, utwardzacz (tzw. urotropina) i niewielki dodatek nafty; po zetknięciu z nagrzaną płytą żywica rozpuszcza się zwilżając piasek kwarcowy i utwardzacz utwardza skorupę.

• – proces „C”
• – fazy wykonania formy:
• – podgrzanie płyty modelowej do temp. 300oC;
• – nałożenie zbiornika z masą skorupową – do 25 s;
• – obrócenie i opadnięcie nie związanej masy;
• – dodatkowa obróbka cieplna skorupy (300 – 400oC) – do 3 min;
• – zdjęcie skorupy;
• – połączenie połówek formy;
• – zalanie ciekłym metalem form;

W metodzie „C” grubość skorupy zależy od czasu trzymania masy skorupowej na gorącej płycie modelowej. Metoda „D” – Ditenta – stosuje się w niej gorące wkładki metalowe używane do produkcji rdzeni. Zakres zastosowania formowania skorupowego

Cechy:

• – mała chropowatość powierzchni;
• – wąskie tolerancje wymiarowe;
• – cienkie ścianki odlewów;
• – częściowe lub całkowite wyeliminowanie obróbki skrawaniem;
• – mniejsze zużycie materiałów formierskich – do 80 % oszczędności w porównaniu z metodami tradycyjnymi;
• – forma ma dobrą przepuszczalność i małą gazotwórczość;
• – możliwość długiego przechowania masy i gotowych form skorupowych;

Ograniczenia:

• – wysoki koszt materiałów formierskich i urządzeń;
• – ograniczenie masy odlewów do 30 kg (wyjątkowo 100 kg);
• – Jest to metoda stosowana w przemyśle motoryzacyjnym do odlewów żeliwnych i staliwnych

Odlewanie kokilowe Metali

Stosowane przy produkcji części samochodowych, przy odlewach ze stopów metali nieżelaznych (stopy Al., miedzi, cynku, magnezu). Nie nadaje się do żeliw i staliw ze względu na wysoka temperaturę, długi czas potrzebny do krzepnięcia. Większość metali nieżelaznych odlewa się kokilowo. Kolkile wykonuje się z żeliwa szarego lub stopowego , czasem z miedzi; rdzenie wykonuje się czasem stalowe lub jako rdzenie jednorazowe; kokile pokrywą się warstwą. Cechy odlewania w kokilach silny wpływ temperatury form na właściwości i jakość odlewu (wstępne podgrzanie kokili do 200oC);
szybkie krzepnięcie i stygnięcie odlewu kokili;

• – sztywność formy;
• – brak przepuszczalności formy;

Zalety:

• – duża dokładność i stałość wymiarowa;
• – mała chropowatość i czystość powierzchni;
• – eliminacja czyszczenia odlewów;
• – drobnoziarnista struktura odlewu;
• – możliwość otrzymania cienkich ścianek;
• – oszczędność metalu (mniej nadlewów);
• – duża wydajność;
• – stabilizacja procesu – powtarzalność produktu;
• – eliminacja mas i skrzynek formierskich;
• – proces czysty, wygodny i dokładny;
• – obsługa nie wymaga specjalnych kwalifikacji;
• – duża szczelność odlewu;
• – odporność na korozję ;
• – lepsza przewodność cieplna i elektryczna;
• – lepsze odgazowanie;
• – możliwość wykonania odlewów wielowarstwowych;

Wady:

• – ograniczeniem jest produkcja seryjna i masowa;
• – koszt kokili jest kilkaset razy większy od kosztu formy piaskowej;
• – Odlewanie kokilowe pod ciśnieniem
• – ciśnienie od 2 do 350 [MN/m2];
• Wady i zalety – podobnie j.w. lecz zwielokrotnione, i dodatkowo;
• – mała chropowatość;
• – ścianki od 0,7 mm;
• – 95 % ciekłego metalu to odlew – brak nadlewów;
• – Odlewanie odśrodkowe (w formach wirujących)
• – oś odlewu pokryw się z osią wirowania formy; krótkie elementy pionowe, długie elementy poziome
• – wnęki(?) form w osi; odlewanie brył obrotowych

Odlewanie Metoda Shaua

Formy jednorazowe

Stosowane do odlewania matryc, kokili w przemyśle gumowym i szklarskim – w produkcji jednostkowej i małoseryjnej (odlewy żeliwne i staliwne). Podstawą jest dokładny model. Na model w skrzynce odlewa się masę ceramiczną (sproszkowane materiały ogniotrwałe i ciekłe spoiwo rozpuszczone w spirytusie). Masa zalana utwardza się do konsystencji gumy. Następnie wypala się ja w temp. 1000oC – powstaje siateczka mikropęknięć umożliwiające odgazowanie odlewu.

Odlewanie precyzyjne metali

metodą wytopionych modeli – metoda traconego wosku.stosowana do produkcji małych przedmiotów o złożonych kształtach, zwykle ze stali – frezy, wiertła, wirniki turbin; wykorzystuje się wosk (lub tworzywo sztuczne o właściwościach wosku), tworzy wiele form woskowych łączonych w tzw. grona, które „oblepia się” ceramiką, po czym w formę ceramiczną (po usunięciu wosku) wlewa się metal pod ciśnieniem; gotowe odlewy wydobywa się przez stłuczenie ceramiki.