WYKORZYSTANIE TECHNOLOGII MODELI CIEPLNIE ZGAZOWYWANYCH DO WYKONANIA ODLEWÓW STOSOWANYCH W GEOTECHNICE. Instytut Odlewnictwa w Krakowie,

Transkrypt

1 120/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN WYKORZYSTANIE TECHNOLOGII MODELI CIEPLNIE ZGAZOWYWANYCH DO WYKONANIA ODLEWÓW STOSOWANYCH W GEOTECHNICE A. KARWIŃSKI 1, Z. ŻÓŁKIEWICZ 2, M. ŻÓŁKIEWICZ 3, S. KRÓL 4 1, 2, 3 Instytut Odlewnictwa w Krakowie, 4 KRÓLMET Zawiercie STRESZCZENIE W odlewni żeliwa Królmet przeprowadzono prace badawczo doświadczalne związane z opracowaniem założeń techniczno technologicznych oraz wykonania odlewów doświadczalnych stosowanych w geotechnice. Odlewy te charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi, zwłaszcza twardością, odpornością na ścieranie i udarnością. Odlewy doświadczalne wykonywano w modernizowanym gnieździe, technologią modeli zgazowywanych. Wynikiem przeprowadzonych prac badawczo doświadczalnych było wykonanie oprzyrządowania modelowego, określenie parametrów techniczno technologicznych procesu oraz wykonanie odlewów doświadczalnych. Otrzymano odlewy o założonych parametrach użytkowych. Keywords : casting, pattern, pattern made of foamed polystyrene, evaporation, 1. DOBÓR POKRYCIA CERAMICZNEGO W procesie wytwarzania odlewów wg technologii Lost Foam na wykonane modele styropianowe, nakładana jest warstwa ceramicznego pokrycia przymodelowego. Pokrycie ceramiczne, które jest nanoszone na model polistyrenowy powinno charakteryzować się określonymi właściwościami fizykochemicznymi w tym: odpornością na termiczne i erozyjne działanie ciekłego metalu oraz odpowiednią przepuszczalnością gazów wytworzonych z zgazowywanego modelu polistyrenowego. 1 kierownik Zakładu Prototypowania Odlewów i Projektowania Zaawansowanych Technologii, dr inż., akarw@iod.krakow.pl 2 adiunkt, dr inż., kzs@iod.krakow.pl 3 asystent, mgr inż., malarz@poczta.onet.pl 4 właściciel firmy KRÓLMET, mgr inż., biuro@krolmet.com.pl 225

2 Po przeprowadzeniu analizy dostępnych na rynku pokryć do badań aplikacyjnych wytypowano pokrycie Kerntop L87 (produkt firmy Ashland) oraz Cyrkonar (opracowanie Instytutu Odlewnictwa). Pokrycie Cyrkonkar stanowi mieszaninę substancji mineralnej zawierającej cyrkon oraz i spoiwa składającego się z zolu kwasu krzemowego oraz kompozycji środków powierzchniowo czynnych i lateksów organicznych. Ocenę przydatności wytypowanych pokryć do produkcji w odlewni Królmet określono na podstawie porównawczych pomiarów parametrów termofizycznych i właściwości wytrzymałościowych. Oznaczenia parametrów termofizycznych próbek formy ceramicznej wykonano przy pomocy aparatu do wyznaczania temperatur charakterystycznych PR- 25/1750 zwanego też najczęściej mikroskopem wysokotemperaturowym w zakresie temperatur C. A) B) Rys 1. Obraz deformacji próbek pokrycia w temperaturze około C: A) Kerntop L87; B) Ccyrkonkar Fig. 1 A picture of coating sample deformation under the effect of temperature: A) Kerntop L87; B) Cyrkonkar Pokrycie opracowane w Instytucie Odlewnictwa posiada wyższą ogniotrwałość i może być stosowane do wykonywania odlewów staliwnych. Do porównania właściwości wytrzymałościowych zastosowano opracowane w Instytucie Odlewnictwa metodykę badań oraz modelowe urządzenie do oznaczania wytrzymałości na rozrywanie cienkich warstw ceramicznych Badana próbka ceramiczna posiada wymiary 30x8mm, zaś jej grubość jest uzależniona od rodzaju badanego tworzywa. Najcieńsze próbki mogą posiadać grubość 0,2 mm. W trakcie badań ustalono, że najkorzystniej jest aby grubość próbki wynosiła nie więcej niż 0,5 mm. Wyniki pomiarów wytrzymałościowych przedstawia rysunek 2. Pokrycie Cyrkonkar przeznaczono do wykonania form zalewanych staliwem i żeliwem stopowym (temperatura zalewania powyżej 1500 o C). 226

3 3,5 wytrzymałość, MPa 3 2,5 2 1, Kolejne pomiary Rys. 2. Wytrzymałość na rozrywanie cienkich warstw ceramicznych z udziałem różnych pokryć; 1 - Cyrkonkar, 2 - Kerntop Fig. 2. Tensile strength of thin ceramic layers with various coatings : A) Cyrkonkar; B) Kerntop 2. WYKONANIE DOŚWIADCZALNYCH ODLEWÓW Do prawidłowej realizacji procesu wykonania odlewów, do doboru optymalnego układu zalewania wykorzystano programy symulacji komputerowej procesu zalewania, krzepnięcia i stygnięcia odlewu. Modele polistyrenowe wykonywane są w matrycach metalowych. Do matrycy przy pomocy nadmuchiwarki (rysunek 3A) wprowadzono wstępnie spieniony polistyren i następnie całość umieszczano w autoklawie. W wyniku tych operacji otrzymano zestawy modelowe ( rysunek 3B). Po wykonaniu zestawów modelowych, połączeniu modeli z układem wlewowym na powierzchnie modeli została naniesiona cienka powłoka ceramiczna. Tak przygotowane modele z pokryciem umieszczono w specjalnej skrzyni służącej do zalewania zestawów odlewniczych wykonanych z udziałem modeli styropianowych (rysunek 4A). Skrzynkę z zaformowanymi modelami zakrywa się szczelnie folią. W miejscu gdzie styka się wystający wlew główny z folią ustawia się zbiorniki wlewowe w celu ułatwienia operacji zalewania. Zbiorniki wykonane były z piasku otaczanego metodą gorącej rdzennicy ( Hot-Box). Po wykonaniu form zalewano je na stanowisku zalewania staliwem niskostopowym (rysunek 4B). Temperatura zalewania wynosiła od 1580 do 1650 o C. Na kolejnych rysunkach przedstawiono odlew koronki bezpośrednio po usunięciu ze skrzyni formierskiej (rys. 5A) i po oczyszczeniu (rys. 5B). 227

4 A) B) Rys. 3. Operacja wykonania modeli polistyrenowych: A) nadmuchiwarka, B) zestaw modeli polistyrenowych Fig. 3. Making of polystyrene patterns: A) blower; B) a set of polystyrene patterns A) B) Rys. 4. Operacja zalewania formy ciekłym metalem: A) Skrzynia formierska; B) Zalewanie ciekłym metalem Fig. 4. Pouring of moulds with liquid metal: A) moulding box; B) pouring with liquid metal 228

5 A) B) Rys. 5. Doświadczalne odlewy: A) bezpośredni po zalaniu, B) po oczyszczeniu Fig. 5 Pilot castings: A) in raw condition after pouring; B) after fettling PODSUMOWANIE Przeprowadzone próby i badania pozwoliły określić parametry technologiczne wykonywania wytypowanych odlewów w testowych formach. Podstawowe parametry to: parametry technologiczne modelu (gęstość kg/m 3 ), rodzaj warstwy ceramicznej oraz sposób jej nanoszenia na model (przez polewanie lub zanurzanie - jedna warstwa z posypywaniem drobnym wypełniaczem o wysokiej odporności termicznej i następnie suszona), parametry formowania w tym wielkość specjalistycznej skrzynki formierskiej, 690 x 600 x 560 mm, ilość zestawów modelowych w skrzynce - 6, parametry przygotowania formy do zalania w tym uszczelnienie formy i wielkość podciśnienia w formie podczas jej zalewania ( 0,4-0,7) MPa. parametry zalewania określono temperaturę zalewania, czas zalewania, czas przetrzymania odlewu w formie; dla wybranych odlewów. LITERATURA [1] Karwinski A., Żółkiewicz Z., Król S.: Z.: Aplication of the Evaporative Pattern Process in Making cast tools for Parts of Construction Machines. Archives of foundry - Archiwum Odlewnictwa 2004, rocznik 4, nr 11 ref. 33/11 s [2] 2. Sprawozdanie z wykonania projektu celowego nr 6 T08B 2003 C/06170 pt.: Uruchomienie produkcji odlewów narzędzi stosowanych w geotechnice przy zastosowaniu nowych technologii wykonywania formy [3] Żółkiewicz Z., Jankowski W.: Effect of temperature on the evaporation time of foamed polystyrene pattern. Acta Metallurgica Slovaca 7, 2001, nr.3 (1/2), s

6 THE USE OF LOST FOAM TECHNOLOGY IN MANUFACTURE OF CAST- INGS FOR GEOTECHNICAL APPLICATIONS SUMMARY At Królmet Iron Foundry some research and experimental studies have been carried out to develop technical and technological guidelines for the manufacture of pilot castings for geotechnical applications. The castings should be characterised by good mechanical properties, specially by good hardnesss, high abrasion wear resistance and impact resistance. Pilot castings have been made by lost foam technology on a modern casting installation. The output of the research and experimental work was designing and making of pattern tooling, determination of technical and technological parameters of the process, and making a batch of pilot castings. The produced castings had the required utilisation parameters. Recenzował: Prof. Andrzej Białobrzeski 230