JAKOŚĆ TECHNOLOGICZNA I UŻYTKOWA PRASOWANYCH I ODLEWANYCH CZĘŚCI MASZYN PRZEZNACZONYCH DO KONTAKTU Z ŻYWNOŚCIĄ

Transkrypt

1 105/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(2/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (2/2) PAN Katowice PL ISSN JAKOŚĆ TECHNOLOGICZNA I UŻYTKOWA PRASOWANYCH I ODLEWANYCH CZĘŚCI MASZYN PRZEZNACZONYCH DO KONTAKTU Z ŻYWNOŚCIĄ R. MOSZUMAŃSKI 1, A. TABOR 2 Politechnika Krakowska, al. Jana Pawła II 37, Kraków STRESZCZENIE Opracowano technologie wytwarzania części sprzętu gospodarstwa domowego o profilu otwartym i zamkniętym, takich jak: żarna zewnętrzne i wewnętrzne młynków czy sitka i nożyki do maszynek do mielenia. Wykorzystano alternatywne metody prasowania i odlewania. Na wykonanych egzemplarzach z serii próbnych przeprowadzono badania twardości oraz odporności na korozję w obecności środków spożywczych. Wyniki badań potwierdzono poprzez analizę metalograficzną. Key words: manufacturing technologies, pressing, casting, hardness, corrosion resistance, metallographic analysis 1. WSTĘP Przemysł artykułów gospodarstwa domowego charakteryzuje się dużą liczebnością wytwarzanych produktów finalnych, w których znajdują zastosowanie części wytwarzane w skali masowej. Obok licznych elementów o specjalnych właściwościach ślizgowych czy magnetycznych na uwagę zasługują kształtki spełniające funkcję narzędzi do obróbki produktów spożywczych. W Politechnice Krakowskiej przeprowadzono prace badawczo - rozwojowo - wdrożeniowe, mające na celu opanowanie produkcji części do sprzętu AGD zarówno o prostych kształtach graniastosłupów lub walców, ale o specjalnych właściwościach magnetycznych [1-3] (np. elementów sygnalizujących obecność zabezpieczeń 1 dr inż., rysmos@mech.pk.edu.pl 2 dr inż., atabor@mech.pk.edu.pl

2 przestrzeni roboczej krajalnicy czy miksera przed uruchomieniem napędu), jak i o szczególnie skomplikowanych kształtach i mających bezpośredni kontakt z żywnością. W ramach produkcji doświadczalnej dostarczano seryjnie do montażu kształtki magnetyczne oraz do obróbki wykańczającej wypraski części tnącej. 2. PROCESY TECHNOLOGICZNE 2.1. Charakterystyka wyrobów Żarno zewnętrzne (rys. 1) jest tuleją o gładkiej powierzchni zewnętrznej i pochylonej w dwóch kierunkach powierzchni wewnętrznej, na której występują dwa rodzaje zębów: duże, do wprowadzania materiału oraz małe, realizujące proces mielenia. Rys. 1. Rysunek żarna zewnętrznego. Fig. 1. A drawing of external quern. Żarno wewnętrzne (rys. 2) jest wałkiem o pochylonej powierzchni zewnętrznej, na której również występują analogiczne jak poprzednio dwa rodzaje zębów. Rys. 2. Rysunek żarna wewnętrznego. Fig. 2. A drawing of internal quern. Popularne sitko jest tarczą z kilkudziesięcioma symetrycznie rozłożonymi otworami, a nożyk jest tuleją z otworem kwadratowym i czterema wydłużonymi występami promieniowymi. 384

3 2.2. Koncepcje procesów Poszukiwania optymalnych technik wytwarzania doprowadziły do zastosowania dwóch alternatywnych procesów. Pierwszy bazował na metodach prasowania materiału w stanie sypkim i objętościowej obróbki plastycznej miękkiego spieku, a drugi wykorzystywał odlewanie metodą wytapianych modeli [4]. Operacje wykańczające obejmują obróbkę cieplno chemiczną i ubytkową. Wybór techniki wytwarzania uwzględnia środowiskowe warunki parku maszynowego Koncepcje narzędzi Prasownik laboratoryjny do żarna zewnętrznego (rys. 3) składa się ze sprężonej wstępnie matrycy 1, wewnątrz której przemieszczają się stemple: górny 2 i dolny 3 oraz rdzeń składany 4. Prasownik laboratoryjny do żarna wewnętrznego (rys. 4) składa się również ze sprężonej wstępnie matrycy 1, wewnątrz której przemieszczają się stemple: górny 2 i dolny 3. Rys. 3. Rysunek prasownika do żarna zewnętrznego. Fig. 3. A drawing of the pressing tool for external quern. Rys. 4. Rysunek prasownika do półfabrykatu żarna wewnętrznego. Fig. 4. A drawing of the pressing tool for semi-finished internal quern. 385

4 Do kształtowania pozostałych części stosowano prasowniki automatyczne. a) zasypywanie form masą w skrzynce b) wytapianie modeli c) zalewanie ciekłym metalem d) uwalnianie zestawu odlewów z formy Rys. 5. Rysunek formy do odlewania żarna zewnętrznego i wewnętrznego [4]. Fig. 5. A drawing of mould for external internal quern [4]. 386

5 3. BADANIA WŁAŚCIWOŚCI Wykonano dwie serie próbne części do rozdrabniania produktów spożywczych (Rys. 6). Rys. 6. Wygląd części z serii próbnych: a) prasowanego żarna zewnętrznego, b) prasowanego półfabrykatu żarna wewnętrznego, c) odlewanego żarna zewnętrznego, d) odlewanego półfabrykatu żarna wewnętrznego. Fig. 6. Appearance of the pilot batch of parts: a) pressed external quern, b) pressed semi-finished internal quern, c) cast external quern, d) cast semi-finished internal quern. Materiałem do prasowania był proszek NC oraz Ultrapac LA., a do odlewania staliwo stopowe Badania twardości Przeprowadzono pomiary rozkładu twardości w kierunku promieniowym, obwodowym i osiowym poszczególnych rodzajów części prasowanych z proszku oraz odlewanych. Stwierdzono wysoką jednorodność w kierunku osiowym w przypadku wyprasek kształtowanych dwustronne. Osiągnięto wartości twardości powyżej 90 HRB, co kwalifikuje półwyroby do operacji nawęglania i hartowania powierzchniowego. (Badania twardości zostały uzupełnione badaniami gęstości, której wartość przekraczała 7,1 g/cm3). Również stwierdzono wysoką jednorodność w kierunku promieniowym w przypadku odlewów z nadlewem zlokalizowanym na pobocznicy. Osiągnięto wartości twardości powyżej 400 HV100 Uzyskane wartości umożliwiły zakwalifikowanie części do obróbki wykańczającej Badania odporności na korozję Odporność na korozję została określona zgodnie z wymogami służb sanitarnych udzielających dopuszczenia produktu do kontaktu z żywnością. Szczególną uwagę poświęcono wyrobom kształtowanych z materiałów sypkich. Z uwagi na wytworzenie praktycznie bezporowatej struktury wyrobu finalnego uzyskano wynik pozytywny. Podobnej kwalifikacji dokonano w przypadku wyrobów odlewanych. 387

6 4. BADANIA METALOGRAFICZNE Badaniom poddano wyroby żarna zewnętrznego i wewnętrznego otrzymane z proszków NC oraz Ultrapac LA. staliwa stopowego. Charakterystyczne mikrostruktury wyrobów z proszków obrazują mikrofotografie przedstawione na rys. 7, 8 (pow. 100x), a odlewane rys. 9, 10 (pow. 100x). Rys. 7. Mikrostruktura żarna zewnętrznego. Fig. 7. Microstructure of external quern. Rys. 8. Mikrostruktura żarna wewnętrznego. Fig. 8. Microstructure of internal quern. Rys. 9. Mikrostruktura żarna zewnętrznego. Fig. 9. Microstructure of external quern. Rys. 10. Mikrostruktura żarna wewnętrznego. Fig. 10. Microstructure of internal quern. 5. WNIOSKI Uzyskane wyniki poznawcze i utylitarne upoważniają do stwierdzenia, że procesy wytwarzania reprezentatywnych części sprzętu AGD zostały opanowane. Dalsze pracy obejmą między innymi badania ścieralności i ścierności ww. części oraz badania fraktograficzne. Dobrą perspektywę dają opracowywane w Politechnice Krakowskiej nowe konstrukcje pras pulsacyjnych do części maszyn z materiałów sypkich, umożliwiające zmniejszenie wytężenia narzędzi z jednoczesnym podwyższeniem gęstości wyrobu finalnego. Również zastosowania nowoczesnych metod odlewania precyzyjnego umożliwia alternatywne rozwiązanie problemów technicznych rodzimej produkcji sprzętu AGD. 388

7 LITERATURA [1] R. Moszumański: Transfer technologii pulsacyjnego prasowania materiałów sypkich na prasach PXP1.00. Konferencja Naukowa: JAKOŚĆ, INNOWACYJNOŚĆ I TRANSFER TECHNOLOGII W ROZWOJU PRZEDSIĘBIORSTW, Kraków (2004). [2] R. Moszumański, A. Stanek: Nowe materiały magnetyczne do budowy czujników zużycia przekładni zębatych. X Kongres Eksploatacji Urządzeń Technicznych, Stare Jabłonki (2005). [3] A. Tabor, R. Moszumański, Z. Haduch, A. Stanek: Odlewane i prasowane magnesy ALNICO o podwyższonej jakości do sprzętu elektronicznego. [4] Tabor: Techniki wytwarzania. T. 1. Wybrane zagadnienia z odlewnictwa. Wyd. Politechnika Krakowska, Kraków (1998). TECHNOLOGICAL AND UTILIZATION QUALITY OF PRESSED AND CAST PARTS OF EQUIPMENT ASSIGNED FOR OPERATION IN CONTACT WITH FOOD SUMMARY A technology was developed to manufacture parts of household equipment of open and closed profile, like external and internal quern in hand mills, or sieves and knives in meat grinders. Alternative techniques of pressing and casting were used. A pilot batch was manufactured to be used for measurements of hardness and investigation of corrosion resistance in contact with food products. The results of tests were confirmed by metallographic analysis. Recenzował: prof. Stanisław Rzadkosz. 389