Temat: Zasady konstruowania, przygotowywania materiału formy i rdzenia

Transkrypt

1 Temat: Zasady konstruowania, przygotowywania materiału formy i rdzenia Wiadomości wstępne Odlewnictwo jest przemysłową metodą wytwarzania wyrobów polegającą na wypełnianiu formy roztopionym metalem, który krzepnąc zachowuje nadany mu w stanie ciekłym kształt. Ze względu na rodzaj wlewanego do formy metalu dzielimy na: odlewnictwo żeliwa, odlewnictwo staliwa, odlewnictwo metali nieżelaznych ciężkich, odlewnictwo metali nieżelaznych lekkich 1

2 Wiadomości wstępne Typowy proces wytwarzania odlewów składa się z pięciu następujących po sobie etapów: wykonania modelu przedmiotu, wykonania formy odlewniczej, przygotowania metalu do wypełnienia formy, zalewania formy odlewniczej, wyjęcia z formy i wykończenia odlewu. Wiadomości wstępne 2

3 Wiadomości wstępne 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. Wiadomości wstępne Podstawowe pojęcia w odlewnictwie c.d. 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. 3

4 Modele Dla przygotowania modeli niezbędne są informacje o sposobie przeprowadzenia procesu odlewania i rodzaju materiału, z którego będzie wykonany odlew. Ma to na celu dokonanie wyboru materiału na modele oraz wpływa na jego konstrukcję. Z grupy materiałów używanych na modele wymienić należy najczęściej do tego celu stosowane drewno. Drewno przeznaczone na modele powinno odpowiadać warunkom, których spełnienie zapewnia trwałość i niezmienność wymiarów gotowego modelu. Z tego powodu drewno na modele powinno mieć budowę wąskosłoistą i równomierną, umożliwiającą nadawanie modelom niekiedy skomplikowanych kształtów. Drewno powinno się przy tym odznaczać znaczną i równomierną we wszystkich kierunkach twardością. Wilgotność drewna powinna wynosić 10 12%. Modele Do wytwarzania modeli stosuje się drewno drzew iglastych i liściastych. Najczęściej stosuje się do tego celu drewno sosny, buku, klonu, lipy i olchy, a niekiedy również drewno jaworowe, gruszowe i orzechowe. Jakość drewna stosowanego na modele powinna odpowiadać drugiej klasie, w której dopuszczalne są tylko niewielkie skazy zewnętrzne Modele wykonuje się również z stopów aluminium, miedzi, żeliwa, oraz z gipsu lub z tworzyw sztucznych. 4

5 Modele Pod względem konstrukcyjnym modele możemy podzielić na grupy: I. modele bezpośrednio odtwarzające kształt odlewu: są to modele bezrdzeniowe, czyli tzw. modele naturalne, II. modele pośrednio odtwarzające kształt odlewu, wymagające stosowania skrzynek rdzeniowych (rdzennic), III. modele uproszczone. Modele a) bez części odejmowanej, b) z częścią odejmowaną: 1 - część odejmowana 5

6 Modele Modele odlewnicze - ze znakami rdzeniowymi - niedzielone: a) bez części odejmowanej, b) z częścią odejmowana Modele Modele naturalne dzielone: a) bez części odejmowanej, b) z częścią odejmowaną, 1 - płaszczyzna podziału 6

7 Modele Modele odlewnicze - ze znakami rdzeniowymi - dzielone: a) bez części odejmowanej, b) z częścią odejmowaną Modele Zasady konstruowania modeli Model i przyrządy pomocnicze używane do wytworzenia formy oraz jej wypełnienia nazywają się kompletem modelowym. Na rysunku przedstawiono komplet modelowy do wykonania odlewu rury kołnierzowej 7

8 Modele Zasady konstruowania modeli a) Rura kołnierzowa c) Skrzynka rdzeniowa, zwana rdzennicą b) model Modele Zasady konstruowania modeli Podstawą opracowania konstrukcji kompletu modelowego jest rysunek odlewanej części, według którego przygotowuje się rysunki kompletu i określa sposób wykonania poszczególnych jego części. W szczególności należy przewidzieć: położenie płaszczyzn podziału modelu; naddatki wymiarowe, uwzględniające skurcz odlewniczy metalu; pochylenia odlewnicze modeli i skrzynek rdzeniowych; naddatki wymiarowe na obróbkę mechaniczną w określonych miejscach odlewu; naddatki, które są niekiedy konieczne ze względu na przebieg krzepnięcia metalu w formie. 8

9 Modele Zasady konstruowania modeli Modele odlewnicze wykonuje się najczęściej jako dzielone, gdyż ułatwia to technologię formy. Od wyboru powierzchni i podziału modelu zależy budowa modelu oraz przebieg formowania i dokładność wymiarów odlewu. Podział modelu może być dokonany w jednej lub w kilku płaszczyznach. W niektórych stosuje się podział według płaszczyzny łamanej. Główną przyczyną stosowania podziału modelu jest uzyskanie możliwości wyjęcia modelu z formy. Zazwyczaj płaszczyzna podziału przechodzi przez największy przekrój odlewu. Taki podział ułatwia składanie formy, dokładne ustawienie rdzeni, zagęszczenie masy itd. Modele Zasady konstruowania modeli W celu ułatwienia wyjęcia modelu z formy i zapobieżenia obrywaniu się krawędzi formy lub rdzenia pochyla się nieco powierzchnie pionowe w modelach i skrzynkach rdzeniowych. Odchylenie o pewien kąt powierzchni modelu od pionu nazywa się pochyleniem odlewniczym lub zbieżnością. Można je wyrazić w stopniach lub w procentach. Na przykład jeżeli na długości 100 mm odchylenie od pionu wynosi 1 mm, to pochylenie jest równe *100% = 1% 9

10 Modele Zasady konstruowania modeli Naddatki na obróbkę ustala się w zależności od wymiarów odlewu, od wielkości produkcji i od sposobu wykonania odlewu. Najmniejsze naddatki stosuje się do odlewów produkowanych masowo w formach metalowych, zwanych kokilami. Formy takie odlewa się lub wytwarza metodami mechanicznymi. Wyprodukowane jednostkowo w formach piaskowych mają zazwyczaj większe naddatki na obróbkę. Najmniejszy naddatek na obróbkę odlewów w piasku wynosi 2 mm. W dużych odlewach produkowanych jednostkowo naddatki na obróbkę niekiedy dochodzą do 20 mm. Modele Zasady konstruowania modeli Modele należy projektować w taki sposób, aby powierzchnie odlewu przeznaczone do obróbki skrawaniem były umieszczone w dolnej części formy lub w płaszczyźnie pionowej. Dzięki temu zapobiega się zbieraniu zanieczyszczeń w okolicy powierzchni obrabianych, gdyż te, jako lżejsze, zbierają się w górnej części odlewu, gdzie może również powstać jama skurczowa 10

11 Modele Zasady konstruowania modeli Do wykonywania rdzeni stosuje się skrzynki rdzeniowe, tzw. rdzennice. Rdzennica powinna zapewniać łatwe, szybkie i prawidłowe wykonanie rdzenia oraz łatwe wyjęcie rdzenia ze skrzynki. Najczęściej stosuje się rdzennice skrzynkowe oraz ramkowe, tworzące ramkę rozbieralną. Kształt wewnętrzny rdzennicy odpowiada kształtowi rdzenia. Ponadto do wyrobu rdzeni używa się rdzennic jednostronnych, zamkniętych i innych. Modele Zasady konstruowania modeli Rdzennica skrzynkowa: 1 - kołki ustalające, 2 - wzmocnienia, 3 - rdzeń 11

12 Modele Zasady konstruowania modeli Rdzennica ramkowa: a) zwykła, otwarta, ustawiona na płycie podrdzeniowej; b) z obejmą, ze zdjętym jednym bokiem Masy formierskie Materiały formierskie służą - po odpowiedniej przeróbce - do wykonywania form i rdzeni. Dzielą się na główne i pomocnicze. Masą formierską lub rdzeniową nazywa się mieszaninę głównych i pomocniczych materiałów formierskich z wodą, dobranych w odpowiednich proporcjach i odpowiednio przygotowanych. 12

13 Masy formierskie Podstawowymi materiałami formierskimi są piaski o określonych własnościach. Są one głównym składnikiem masy formierskiej, z której wykonuje się formy odlewnicze. Do masy formierskiej dodaje się ponadto glinę, spoiwa, pył z węgla kamiennego lub koksu, składniki rozluźniające i utrzymujące wilgoć. Od tych dodatków zależy jakość odlewów. Dobre masy formierskie powinny się odznaczać przepuszczalnością, spoistością, plastycznością, ogniotrwałością i wytrzymałością mechaniczną. Masy formierskie Przepuszczalność mas formierskich, tj. ich zdolność do przepuszczania gazów, mierzy się ilością gazów przepływających w jednostce czasu przez jednostkę objętości masy. Spoistość (wytrzymałość) mierzy się po zagęszczeniu najczęściej z użyciem ubijaka określając odporność znormalizowanej próbki masy formierskiej na ściskanie i ścinanie, a mas przeznaczonych na rdzenie również na rozciąganie. Spoistość charakteryzuje w pewnej mierze odporność mas formierskich na wstrząsy i uderzenia formą lub rdzeniem podczas przenoszenia albo zalewania formy. 13

14 Masy formierskie Plastyczność charakteryzuje zdolność mas formierskich do zachowania kształtów odciśniętych w nich za pomocą modelu lub skrzynki rdzeniowej. Masy formierskie wykazują w wysokiej temperaturze skłonności do sklejania się ze sobą, czyli spiekania. Temperatura, w której rozpoczyna się spiekanie, jest miarą spiekalności, tj. ognioodporności. Piaski przeznaczone na formy do żeliwa powinny się odznaczać spiekalnością przekraczającą 1300 C. Trwałość mas to zdolność do zachowywania dobrych własności formierskich po kilkakrotnym ich użyciu. Masy formierskie Masy formierskie klasyfikuje się w zależności od zawartości gliny i ziarnistości piasku. Glina jest podstawowym naturalnym lepiszczem wiążącym w masie formierskiej ziarenka kwarcu. Występujące w przyrodzie złoża różnych rodzajów gliny są końcowym produktem rozkładu skaleni. Pod względem chemicznym są to uwodnione tlenki glinu i krzemu. Zależnie od własności użytkowych rozróżnia się gliny zwykle, zwane zduńskimi, gliny ogniotrwałe oraz bentonity. 14

15 Masy formierskie Oprócz gliny zadanie lepiszcza w masach przeznaczonych głównie na rdzenie spełniają tzw. spoiwa. Ich wiążące działanie objawia się dopiero po wyschnięciu lub po utlenieniu w podwyższonej temperaturze. Do najczęściej używanych spoiw należą: mąka żytnia, ług posulfitowy, melasa, dekstryna, oleje roślinne i zwierzęce, szkło wodne, cement, spoiwa z żywic syntetycznych, oleje. Masy formierskie Poza materiałami wiążącymi do mas formierskich dodaje się jeszcze składniki podwyższające ognioodporność. Są to: pył węglowy, stosowany do mas formierskich na odlewy z żeliwa oraz odlewy z niektórych metali nieżelaznych; pył koksowy, używany głównie do mas rdzeniarskich. 15

16 Masy formierskie Ponadto w skład mas formierskich wchodzą materiały rozluźniające i poprawiające przepuszczalność formy, takie jak torf włóknisty, trociny, paździerze itp. Niektóre składniki stanowiące spoiwa, jak np. melasa i ług posulfitowy, utrzymują formę w stanie wilgotnym i dzięki temu nie następuje osypywanie krawędzi formy. Masy formierskie W celu zapobieżenia przywieraniu ziarenek piasku do powierzchni odlewu stosuje się różnego rodzaju pokrycia form. Rozróżnia się pokrycia suche i mokre. Najczęściej do pokrywania (nakurzania) form mokrych stosuje się grafit. Bywa on używany również do wyrobu czernidła z dodatkiem wody i gliny. Wówczas wnętrze formy maluje się czernidłem za pomocą pędzla. Drugim często używanym, zwłaszcza w produkcji odlewów aluminiowych, materiałem na pokrycie form jest mączka kwarcowa. Ponadto stosuje się w tym celu: pył siarkowy do odlewów ze stopów magnezu, pył z węgla drzewnego do odlewów żeliwnych lanych do form mokrych, pokrycia składające się z mączki kwarcowej, dekstryny, ługu posulfitowego, paku, smoły i innych, używane do form na odlewy staliwne 16

17 Masy formierskie Części modeli, skrzynek rdzeniowych oraz części składowe formy przed przystąpieniem do formowania przesypuje się proszkami rozdzielczymi, tj. pyłem kwarcowym, kredą, talkiem i likopodium sztucznym, składającym się z próchna, mączki kostnej, pyłu korkowego. Do wyrobu form używa się kilku rodzajów mas formierskich. Możemy je podzielić na masy przeznaczone do wyrobu form oraz masy do wyrobu rdzeni. Masy do wyrobu form, zależnie od przeznaczenia, można podzielić na masy przy modelowe i masy wypełniające oraz najczęściej stosowane masy jednolite. Masy formierskie Masy przymodelowe tworzą warstwę wewnętrzną formy i podczas odlewania stykają się bezpośrednio z ciekłym metalem; z tego powodu mają one do spełnienia ważniejsze zadanie niż masa wypełniająca. Wytwarza się również formy odlewnicze z jednego rodzaju masy. Składniki masy formierskiej są zazwyczaj suszone, rozdrabniane, przesiewane, spulchniane, odpylane i nawilżane. 17

18 Masy formierskie Woda Masa używana Formowanie Formy odlewnicze wykonuje się najczęściej w skrzynkach formierskich żeliwnych lub stalowych. Zależnie od wielkości i sposobu formowania rozróżnia się skrzynki do formowania ręcznego oraz do formowania maszynowego. Stosownie do kształtu, wielkości i dokładności odlewu można wykonywać formy w jednej, dwóch lub trzech skrzynkach formierskich. 18

19 Formowanie Parę skrzynek żeliwnych przedstawia rysunek. Takie skrzynki są używane do formowania ręcznego. Skrzynki, górna 1 i dolna 2, stanowiące komplet, są ze sobą połączone za pomocą sworzni ustalających 5, tkwiących w uchach 6 skrzynek. Obrzeża 3, stosowane w niektórych skrzynkach, ułatwiają utrzymanie się na nich masy formierskiej. Klamry 4 służą do podnoszenia i przesuwania skrzynek. Formowanie Podstawowe narzędzia do formowania ręcznego ubijaki duże, ubijaki małe, 5 -ubijak pneumatyczny, 6 - gładziki płaskie, 7 - gładziki krawędziowe, 8 - jaszczurki, 9 - sito, 10, łopata, 11 - lancet z haczykiem, 12 - haczyk do wyjmowania modelu, 13 - pędzel 19

20 Formowanie Ubijak długi, zwykle stalowy, służy do ubijania dużych form wykonywanych na podłożu formierni. Ubijak krótki, zwykle drewniany, stosowany jest do ubijania form w skrzynkach średniej i małej wielkości, formowanych na stołach formierskich. Ubijak hakowy, wykonany z pręta stalowego, służy do ubijania masy w trudno dostępnych miejscach formy między modelem a ściankami skrzynki. Ubijak pneumatyczny jest zbudowany w kształcie cylindra, w którym, porusza się tłok uderzający w umieszczoną u dołu stopkę ubijaka. Ruchy tłoka są spowodowane działaniem sprężonego powietrza, które mechanizm rozrządczy kieruje na przemian nad tłok i pod tłok. Formowanie Do wykańczania form i poprawiania uszkodzonych w niej miejsc używane są narzędzia wykańczające. Sposoby formowania zależą od wielkości, kształtu i przeznaczenia odlewu. Stosuje się formowanie ręczne i maszynowe. 20

21 Formowanie ręczne Formowanie ręczne. Do najczęściej stosowanych należy formowanie prostych modeli w dwóch skrzynkach. Formowanie rozpoczyna się od ułożenia połówki, modelu 2 na desce formierskiej 1. Następnie nad modelem ustawia się skrzynkę formierską 3, pudruje model, zasypuje skrzynkę masą formierską i zagęszcza ubijakiem. Wykonaną w taki sposób połówkę formy nakłuwa się szpilką, aby umożliwić spokojny odpływ gazów z formy podczas zalewania. Formowanie ręczne Po odwróceniu skrzynki o 180 o ustawia się na przedniej połówce modelu 2 drugą połowę modelu 4 oraz skrzynkę górną 5 i następnie po opudrowaniu płaszczyzny podziału formuje się górną część formy. W celu doprowadzenia metalu do formy w górnej polowie ustawia się model wlewu głównego 6 i model przelewu 7. Po uformowaniu górnej skrzynki należy wykonać zbiorniki wlewowe, ułatwiające zalewanie formy, oraz zbiorniki przelewów. 21

22 Formowanie ręczne Formowanie prostego modelu Formowanie ręczne Kształt i wielkość zbiornika wlewowego zależą od wielkości odlewu. Typowe zbiorniki wlewowe. a) z jednym wlewem głównym b) z wieloma wlewami głównymi 22

23 Formowanie ręczne Kształty zbiorników przelewów. a, b) stożkowe c) z nadstawką Formowanie ręczne Po tych czynnościach następuje nakłucie formy, rozebranie jej, wyjęcie modelu oraz, jeżeli nie zastosowano do tego celu modelu, wycięcie wlewu doprowadzającego metal z wlewu głównego do formy. Do ostatnich czynności podczas formowania należy wykończenie formy, tj. naprawa uszkodzeń powstałych podczas wyjmowania modelu, wygładzenie powierzchni oraz opudrowanie formy. Przykład formowania ręcznego 23

24 Formowanie z obrabianiem Formowanie z obieraniem stosuje się zwykle do modeli, które po zaformowaniu w skrzynce nie dadzą się wyjąć bez usunięcia części masy formierskiej. Jak widać na rysunku, obieranie polega na wykonaniu nad modelem stożkowego wybrania, które umożliwia wyjęcie modelu bez uszkodzenia ścianek formy. Górną skrzynkę formuje się na dolnej, tak samo jak w przypadku modelu dzielonego. Formowanie z obrabianiem Formowanie z obieraniem: a) odlew, b) wykonanie skrzynki dolnej, c) obieranie, d) złożona forma, 1 - miejsce obierania 24

25 Formowanie na fałszywce Formowanie na fałszywce stosuje się zwykle do modeli niedzielonych, których ustawienie na desce formierskiej nie zapewnia właściwego położenia, lub w produkcji seryjnej, gdy obieranie jest kłopotliwe i długotrwałe. Fałszywkę 1 wykonuje się na desce pomodelowej z masy formierskiej lub gipsu. Jest to właściwie forma pomocnicza, zwana fałszywką". Zaformowanie modelu 2 w dolnej skrzynce 3 umożliwia po odwróceniu skrzynek i usunięciu fałszywki uformowanie skrzynki górnej w sposób opisany poprzednio. Formowanie na fałszywce Formowanie na fałszywce: a) formowanie dolnej skrzynki, b) dolna skrzynka odwrócona 25

26 Formowanie na fałszywce Niekiedy fałszywkę wykonuje się w postaci kształtowej płyty podmodelowej, która odtwarza pomocnicze kształty formy umożliwiające wyjęcie modelu z formy bez obierania. Formowanie modelu z częściami odejmowanymi Formowanie modelu z częściami odejmowanymi stosuje się wtedy, gdy wyjęcie modelu nie jest możliwe nawet z zastosowaniem obierania. Wówczas modele są budowane tak, żeby części utrudniające wyjęcie modelu z formy można było bez trudu oddzielić od zasadniczej części modelu. Zwykle części odejmowane są przytwierdzone do modelu za pomocą łatwo usuwalnych szpilek 26

27 Formowanie modelu z częściami odejmowanymi Formowanie rozpoczyna się od ułożenia modelu 1 na desce podmodelowej 2 i ubiciu wokół niego masy formierskiej. Po unieruchomieniu modelu w skrzynce należy odgarnąć masę w tym miejscu formy, w którym wystaje szpilka 3 łącząca część odejmowaną 4 z modelem. Wyjęcie szpilki powoduje rozdzielenie obu części modelu. Dalsze formowanie przebiega w znany sposób. Po uformowaniu obu skrzynek wyjmuje się najpierw główną część modelu 1 i następnie wykorzystując powstałe w formie miejsce usuwa część odejmowalną 4. Formowanie modelu z częściami odejmowanymi 27

28 Formowanie modelu dzielonego Na rysunku przedstawiono formowanie modelu dzielonego. Dolną skrzynkę (rys. a) formuje się na połówce modelu, a po odwróceniu skrzynki formuje się skrzynkę górną. Po rozebraniu formy i usunięciu modelu składa się formę, umieszczając w niej rdzeń (rys. b). Formowanie maszynowe Formowanie maszynowe ułatwia i przyspiesza proces wytwarzania form. Ponadto wpływa na poprawę dokładności wymiarów i jakości odlewów otrzymanych w formach wykonanych maszynowo. Maszyny używane do produkcji form odlewniczych noszą nazwę formierek. Zadanie ich polega na zagęszczaniu masy i wyjmowaniu modelu z formy. Modele są mocowane na stole formierki do płyty podmodelowej, tworząc wraz z nią tzw. płytę modelową. Płyta modelowa jest zaopatrzona w sworznie ustalające, na których podczas formowania ustawia się skrzynki formierskie. 28

29 Formowanie maszynowe Podczas formowania na płytach jednostronnych jedną z nich wykorzystuje się do formowania górnej skrzynki formy, a drugą do formowania dolnej skrzynki formy. Formowanie na płytach dwustronnych odbywa się podobnie jak w poprzednim przypadku z tą różnicą, że dwie połówki tego samego modelu są rozmieszczone po obu stronach tej samej płyty. Często płyty dwustronne są obrotowo osadzone w łożyskach formierki, dzięki czemu podczas formowania można łatwo odwracać płytę modelową na drugą stronę. Formowanie maszynowe Płyty rewersyjne umożliwiają formowanie obu połówek skrzynki formierskiej na jednej stronie płyty. Na płycie rewersyjnej są rozmieszczone symetrycznie dwie połówki modelu. Każda zatem formowana na tej płycie skrzynka odtwarza obie części modelu. Odpowiednie złożenie dwóch dowolnie wybranych skrzynek daje formę dla przynajmniej dwóch jednakowych odlewów odwrotnie w niej ułożonych. 29

30 Formowanie maszynowe Najczęściej stosowanymi sposobami zagęszczania masy formierskiej są: prasowanie, wstrząsanie narzucanie. Formowanie maszynowe Formowania za pomocą prasowania. Nacisk podczas prasowania musi następować od góry lub od dołu, na płytę modelową. Formowanie z naciskiem od góry daje formy zagęszczone mocniej w górnej części, a słabiej w części przymodelowej. Formowanie z naciskiem od dołu powoduje większe zagęszczenie formy w części przymodelowej niż w części górnej. Prasowanie stosuje się do formowania modeli płaskich. 30

31 Formowanie maszynowe Zasadę formowania przez wstrząsanie wyjaśnia rysunek. Na płycie modelowej 1, spoczywającej na stole maszyny 6, jest ustawiona skrzynka formierska 2, a na niej nadstawka 3. Po napełnieniu skrzynki masą formierską uruchamia się urządzenie wstrząsające składające się z cylindra 8 i tłoka 5. W korpusie cylindra znajduje się otwór 4, którym wtłacza się sprężone powietrze. Pod działaniem jego ciśnienia tłok, unosząc się, powoduje odsłonięcie otworu 7, którym powietrze uchodzi z cylindra. Spadkowi ciśnienia towarzyszy opuszczanie się tłoka do podłożenia wyjściowego i zamknięcie otworu 7. Z tą chwilą rozpoczyna się następny cykl pracy maszyny. Wstrząsarki zależnie od konstrukcji wykonują 100, i więcej (do 1200) wstrząsów na minutę. Formowanie maszynowe Formowanie za pomocą wstrząsania 1-płyta modelowa 2-skrzynka formierska 3-nadstawka 4-otwór (którym wtłaczane jest sprężone powietrze) 5-tłok 6-stól maszyny 7-otwór (którym uchodzi powietrze) 8-cylinder 31

32 Formowanie maszynowe Zasadę formowania za pomocą narzucania wyjaśnia rysunek. Masa formierska jest narzucana na model 3 przez obracającą się szybko łopatkę 2 głowicy 1. Doprowadzanie masy formierskiej do głowicy odbywa się w sposób ciągły kanałem 5. Głowica narzucarki może się przesuwać nad skrzynią formierską 4 w dowolnym kierunku. Ponadto można zamienić prędkość obrotową łopatki, a zatem i energię kinetyczną narzucanej masy, regulując w taki sposób stopień ubicia formy. Formowanie za pomocą narzucania stosuje się do dużych odlewów zarówno w produkcji masowej, jak i seryjnej oraz jednostkowej. Zaletą tej metody jest równomierne zagęszczanie masy w całej formie. Formowanie maszynowe 1-głowica 2-łpoatka 3-model 4-skrzynka formierska 5-kanał doprowadzający Formowanie za pomocą narzucania 32

33 Formowanie maszynowe Narzucarka przejezdna: 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 Wytwarzanie rdzeni W celu odtworzenia wewnętrznych kształtów odlewów zaopatruje się formy w rdzenie, wykonane w skrzynkach rdzeniowych za pomocą wzorników lub maszynowo. Skrzynki rdzeniowe używane do wytwarzania ręcznego niewielkiej liczby rdzeni wykonuje się zwykle z drewna. Do maszynowego wytwarzania rdzeni stosuje się skrzynki metalowe i rdzeniowe z tworzyw sztucznych. 33

34 Wytwarzanie rdzeni Na rysunku przedstawiono przebieg formowania prostego rdzenia cylindrycznego. Rdzeń taki formuje się w drewnianej rdzennicy składającej się z dwu części symetrycznych 1 i 2. Wzajemne położenie obu części rdzennicy ustala się za pomocą kołków 3 i 4. Po złożeniu rdzennicy wypełnia sieją masą rdzeniową którą zagęszcza się następnie ubijakiem. Środek rdzenia 5 jest przekłuwany nakłuwakiem w celu ułatwienia odprowadzenia gazów wydzielających się w formie podczas jej zalewania. a) rdzennica przygotowana do napełniania, b) rdzennica rozłożona Wytwarzanie rdzeni Produkcję rdzeni można przyspieszyć przez zmechanizowanie urządzeń do ich produkcji. Proste rdzenie o stałym przekroju wytwarza się metodą wyciskania. Do tego celu stosuje się ślimakową maszynę rdzeniową. Masę rdzeniową zasypuje się do zasobnika, skąd wytłacza się ją ślimakiem przez kształtową dyszę. Wytworzone w taki sposób kształtki suszy się i tnie następnie na kawałki odpowiedniej długości. 34

35 Wytwarzanie rdzeni Rdzenie kształtowe prasuje się w rdzennicach dwudzielnych. Pierwsza operacja polega na odmierzaniu właściwej ilości masy. Do tego celu służy nadstawka 1. Po napełnieniu dolnej połówki rdzennicy 2 i nadstawki 1 masą rdzeniową należy zdjąć nadstawkę i zamiast niej nałożyć górną połówkę rdzennicy 3. Nacisk wywarty za pomocą prasy na obie połówki rdzennicy powoduje zagęszczenie masy rdzeniowej; jej nadmiar zostaje wyciśnięty do wgłębień 4 otaczających obrys rdzenia. Po sprasowaniu rdzenia zdejmuje się górną połówkę rdzennicy, następnie wyjmuje rdzeń 5 i kładzie go na podstawkę, na której zostanie przetransportowany do suszarni. Wytwarzanie rdzeni Prasowanie rdzenia kształtowego 1- nadstawka 2-dolna połówka rdzennicy 3-górna połówka rdzennicy 4-wgłębienia 5-rdzeń Prasowanie rdzenia kształtowego 35

36 Wytwarzanie rdzeni Obecnie do produkcji rdzeni stosuje się metodę wdmuchiwania masy do rdzennicy. Metoda ta ma zastosowanie do wytwarzania rdzeni małych i średnich wielkości, o prostych kształtach. Metodą podobną do wdmuchiwania jest metoda wstrzeliwania. Różnica między nimi polega jedynie na tym, że masa jest wstrzeliwana do rdzennicy w strumieniu sprężonego powietrza. Uzyskuje się przez to skrócenie cyklu pracy, lepsze zagęszczenie masy oraz możliwość wykonania rdzeni o kształtach bardziej skomplikowanych niż w metodzie wdmuchiwania. Układ wlewowy Każda forma odlewnicza powinna być zaopatrzona w układ wlewowy, będący system kanałów wykonanych w formie odlewniczej, który powinien spełniać następujące zadania: doprowadzenie ciekłego metalu do ustalonych miejsc wnęki formy z wymaganą prędkością, zatrzymanie płynących z metalem zanieczyszczeń i żużla, uzyskanie odpowiedniego rozkładu temperatur metalu wypełniającego formę oraz regulowanie zjawisk cieplnych podczas krzepnięcia i stygnięcia odlewu, zasilanie krzepnącego odlewu ciekłym stopem. 36

37 Układ wlewowy Pierwsze trzy zadania spełniać może część wprowadzająca układu wlewowego, natomiast ostatnie zadanie spełniają części układu zwane nadlewami lub ochładzalnikami. Układ wlewowy Dobór miejsca doprowadzania metalu zależy od konstrukcji odlewu i rodzaju stopu. Miejsce doprowadzenia metalu powinno gwarantować uzyskanie odlewu bez wad. W przypadku stopów o dużym skurczu, aby uzyskać krzepnięcie kierunkowe, metal doprowadza się do najgrubszej ścianki formy. Odlewy ze stopów łatwo utleniających się zapełnia się układem wlewowym syfonowym. Układ wlewowy powinien być tak skonstruowany, aby nie następowało zasysanie powietrza podczas przepływu metalu. 37

38 Układ wlewowy Przepływ metalu powinien dokonywać się bez zawirowań. Strumień metalu nie powinien uszkodzić wnęki formy. Lokalizacja przelewów i szybkość podnoszenia metalu we wnęce formy powinny być tak obliczane, aby umożliwić spokojne odejście powietrza i innych gazów z wnęki formy. Czas zalewania powinien być dobrany tak, aby nie nastąpiło nadmierne zmniejszenie lejności stopu, powietrze zdążyło wydostać się z wnęki formy, a poszczególne części formy nie uległy przegrzaniu. Układ wlewowy Miejsce i sposób doprowadzenia metalu do wnęki formy i czas zalewania mają wpływ na przebieg procesu krzepnięcia. Części odlewu w pobliżu układu wlewowego są wypełnione metalem o wyższej temperaturze, a forma w obszarze stykającym się z układem wlewowym jest bardziej przegrzana. W związku z tym części odlewu w pobliżu wlewu doprowadzającego zakrzepną później. Wpływ układu wlewowego na czas krzepnięcia tych części odlewu będzie tym większy, im dłuższy będzie czas zalewania. 38

39 Układ wlewowy Układ wlewowy składa się ze zbiornika 1, wlewu głównego 2, belki wlewowej 3 i wlewów doprowadzających 4. Zbiornik wlewowy, którego kształt i wielkość zależą od wielkości formy i od rodzaju metalu, ułatwia wprowadzenie ciekłego metalu do formy, a ponadto częściowo zapobiega przedostaniu się żużla do wlewu głównego. 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 39

40 Układ wlewowy Zbiornik wlewowy umożliwia wprowadzenie ciekłego metalu, zapewnienie ciągłości strugi, zatrzymanie żużla i innych zanieczyszczeń. Najprostszy zbiornik ma kształt lejka. Jest on stosowany do odlewów staliwnych i do drobnych odlewów. Aby zatrzymać zanieczyszczenia, stosuje się filtry. Zbiornik w kształcie czaszy jest stosowany do odlewów żeliwnych. Wlew główny to pionowy kanał łączący belkę żużlową ze zbiornikiem wlewowym. Belka żużlowa ma za zadanie zatrzymać płynące z metalem zanieczyszczenia. Belkę żużlową umieszcza się w górnej połówce formy. Układ wlewowy Wlewy doprowadzające to kanały, przez które metal wpływa już do wnęki formy. Grubość wlewu doprowadzającego powinna być mniejsza od grubości ścianki odlewu. Metal może być doprowadzony w płaszczyźnie podziału formy, od góry (wlew deszczowy), od dołu (wlew syfonowy) lub z boku (na kilku poziomach). Doboru wymiarów poszczególnych elementów układu wlewowego dokonuje się na podstawie odpowiednich obliczeń. 40

41 Układ wlewowy od góry (wlew deszczowy) Układ wlewowy od dołu (wlew syfonowy) 41

42 Układ wlewowy z boku (na kilku poziomach). Suszenie form i rdzeni Niektóre formy i prawie wszystkie rdzenie po ich wytworzeniu poddaje się suszeniu. Ma ono na celu zwiększenie ich wytrzymałości oraz zwiększenie przepuszczalności gazów. Jednocześnie zmniejsza się możliwość powstawania w odlewie pęcherzy spowodowanych obecnością pary wodnej. Suszenie stosuje się głównie do form o skomplikowanych kształtach, do form o dużych wymiarach oraz do form przeznaczonych do wykonania skomplikowanych odlewów. 42

43 Suszenie form i rdzeni Formy suszy się najczęściej w suszarkach komorowych opalanych gazem w temperaturze 300-^400 C, a rdzenie w temperaturze C. Dużą część form i rdzeni wykonuje się obecnie z mas samoutwardzalnych termicznie lub chemicznie. Zalewanie form i wykańczanie odlewów Formy odlewnicze zależnie od wielkości zalewa się za pomocą łyżek odlewniczych lub kadzi. Metal przeznaczony do wypełnienia form zbiera się w sposób ciągły w zbiornikach ustawionych przy piecu lub okresowo zlewa się go do dużych kadzi. W odlewniach stosuje się wiele narzędzi specjalnych służących do zalewania form. Do podstawowych należą łyżki odlewnicze i kadzie. Łyżki służą do napełniania małych form. Przenosi je jeden robotnik, trzymając je lewą ręką w połowie trzonka, a prawą za uchwyt wykonany w postaci kółka lub poprzecznego trzpienia. 43

44 Zalewanie form i wykańczanie odlewów Na rysunku przedstawiona jest kadź ręczna widłowa o pojemności kg. Przy jej przenoszeniu są zatrudnione 2 lub 3 osoby. Zalewanie form i wykańczanie odlewów Do wypełniania dużych form lub szeregu mniejszych używa się kadzi odlewniczych wyłożonych materiałem ogniotrwałym i przewożonych za pomocą urządzeń przenośnikowych. Na rysunku przedstawiona jest otwarta kadź suwnicowa o pojemności 1 10t. Pochylenie kadzi następuje po uruchomieniu mechanizmu napędzanego kołem ręcznym. 44

45 Zalewanie form i wykańczanie odlewów Zalewanie form z kadzi można prowadzić zależnie od ich konstrukcji przez dziób lub przez otwór w dnie kadzi. Często spotykaną metodą jest zalewanie przez dziób. Stosuje się ją do wszystkich rodzajów metali. Zalewanie przez otwór w kadzi ma zastosowanie głównie do staliwa. Tam gdzie prowadzi się produkcję wielkoseryjną, zalewanie form odbywa się niezwłocznie po wykonaniu formy. Ten sposób produkcji umożliwia wykorzystanie miejsca w odlewni i kwalifikacji załogi. W małych nie zmechanizowanych odlewniach metal pobiera się spod pieca łyżkami lub ręcznymi kadziami i roznosi się do form. W większych odlewniach metale rozwozi się w kadziach do miejsca zalewania form. Przepisy BHP Praca przy zalewaniu form jest niebezpieczna i z tego powodu należy przestrzegać zasad, które umożliwiają zabezpieczenie się przed nieszczęśliwymi wypadkami, Największe niebezpieczeństwo podczas zalewania stanowi rozpryskujący się lub wylany metal. Z tego powodu nie należy do przenoszenia ciekłego metalu używać kadzi nie wysuszonych ani zimnych łyżek. Ponadto nie należy nigdy do kadzi z ciekłym metalem wrzucać lub wkładać zimnych przedmiotów, gdyż wilgoć osadzona na powierzchni tych (przedmiotów po zetknięciu się z gorącym metalem szybko zamienia się w parę. Zwykle powoduje to rozpryskiwanie się ciekłego metalu. Z tych powodów podczas zalewania nie wolno się znajdować bezpośrednio nad formą, gdyż można się poparzyć ciekłym metalem wyrzucanym niekiedy z formy przez gazy. 45

46 Przepisy BHP Obsługujący kadzie odlewnicze powinni mieć na sobie odzież ochronną, zabezpieczającą ich przed oparzeniem odpryskami gorącego metalu. Ze względu na niebezpieczeństwo grożące podczas zalewania większych form, osoby nie zatrudnione przy tych czynnościach nie powinny się znajdować w pobliżu miejsca pracy. Wybijanie odlewów i rdzeni Odlewy po ich należytym skrzepnięciu wybija się z formy, usuwa się z nich rdzenie, a następnie oczyszcza z masy formierskiej i odcina części układu wlewowego i nadlewów. Proste odlewy żeliwne można wybijać z formy, gdy ich temperatura obniży się do około 500 C. Bardziej skomplikowane odlewy pozostawia się w formach aż do wystygnięcia. Odlewy średniej wielkości o ciężarze kilku kilogramów stygną od kilkudziesięciu minut do kilku godzin. Odlewy o ciężarze kilkuset kilogramów stygną kilkanaście godzin, a niekiedy nawet kilka dni. Małe odlewy wybija się ręcznie. Do wybijania większych odlewów używa się wibracyjnych urządzeń mechanicznych. 46

47 Wybijanie odlewów i rdzeni Rdzenie wybija się za pomocą długich przecinaków pneumatycznych lub gdy rdzenie były wykonane z masy zawierającej znaczne ilości gliny strumieniem wody. Odlewy wyjęte z formy podlegają zazwyczaj wykończeniu. Czynności związane z wykończeniem odlewu, to odcinanie układu wlewowego, przelewów oraz różnego rodzaju zalewek. Zwykle do tego celu stosuje się przecinaki i młotki pneumatyczne. Do ostatecznego wygładzenia miejsc po obciętych częściach odlewu używa się szlifierek tarczowych stałych lub szlifierek przenośnych z giętkimi wałem. Następnie odlewy poddaje się oczyszczaniu z pozostałej na ich powierzchni masy formierskiej. Do tego celu stosuje się bębnowanie, piaskowanie lub oczyszczanie ręczne. Sposoby wykończania odlewów Odlewy wyjęte z formy wymagają zazwyczaj wykończenia. Czynności z tym związane polegają na odcięciu układu wlewowego przelewów oraz różnego rodzaju zalewek za pomocą przecinaków lub młotków pneumatycznych. Do ostatecznego wygładzenia miejsc po obciętych częściach odlewu używa się szlifierek tarczowych stałych lub szlifierek przenośnych z giętkim wałem. Następnie odlewy oczyszcza się z pozostałej na ich powierzchni masy formierskiej. Odbywa się to przez bębnowanie, piaskowanie lub ręcznie. Przedmioty przeznaczone do oczyszczania przez bębnowanie wsypuje się do wnętrza cylindrycznego zbiornika wraz z tzw. gwiazdkami wykonanymi z żeliwa białego. 47

48 Sposoby wykończania odlewów Podczas obrotu przedmioty znajdujące się w bębnie uderzają nawzajem o siebie i dzięki temu się oczyszczają. Piaskowanie odbywa się w urządzeniach zwanych piaskownicami. Są to szczelnie zamykane komory z obrotowym dnem, na którym są ustawiane odlewy podczas oczyszczania. Wypływający z dyszy strumień piasku lub częściej żeliwnego śrutu uderza z dużą prędkością w ścianki odlewów, powodując odrywanie się zanieczyszczeń. Sposoby wykończania odlewów Niektóre odlewy poddaje się obróbce cieplnej w celu zmniejszenia ich twardości przed obróbką skrawaniem lub poprawienia własności wytrzymałościowych. Podstawową obróbkę cieplną, którą należy stosować do wszystkich ważniejszych odlewów, jest wyżarzanie odprężające, które umożliwia usunięcie z odlewu naprężeń powstających podczas krzepnięcia. 48

49 Wady odlewnicze Wady klasyfikuje się w pięciu grupach. 1. wady kształtu, 2. wady powierzchni surowej, 3. przerwy ciągłości, 4. wady wewnętrzne 5. wady materiału. Wady odlewnicze Wady kształtu 1. Niedolew. Charakteryzuje się stępionymi konturami, niezupełnym odtworzeniem lub brakiem pewnych części odlewu. Niedolew może być spowodowany zbyt niską temperaturą metalu zbyt małym ciśnieniem metalostatycznym (zbyt niski układ wlewowy), niedostateczną przepuszczalnością masy, nadmierną jej wilgotnością i gazotwórczością. 49

50 Wady odlewnicze Wady kształtu 2. Guz. Miejscowe wypukłe odkształcenie odlewu. Może być spowodowane zbyt wysokim ciśnieniem metalostatycznym (zbyt wysoki układ wlewowy), niejednorodnym zagęszczeniem masy, nadmierną miejscową wilgotnością. 3. Wypchnięcie. Wyraźne odkształcenie powierzchni odlewu, mające kształt opuchlizny; może być spowodowane niedostateczną wytrzymałością masy do odlewania na wilgotno. Wady odlewnicze Wady powierzchni surowej 1. Chropowatość. Charakterystyczne, dostrzegalne lub tylko wyczuwalne nierówności powierzchni o różnym kształcie i rozmieszczeniu. Wada może być spowodowana zbyt wysoką temperaturą metalu, nadmierną osypliwością masy, łuszczeniem się pokrycia ochronnego. 2. Żyłki. Niskie, cienkie, chropowate, często rozgałęzione żebra na powierzchni odlewu odwzorowujące pęknięcia formy. Wada jest spowodowana niedostateczną wytrzymałością masy. 50

51 Wady odlewnicze Wady powierzchni surowej 3. Zdarcie. Płaska narośl na odlewie o chropowatej powierzchni, często z wtrąceniami piasku. Wada może być spowodowana niedostateczną wytrzymałością powierzchniowej warstwy masy, niedostateczną ognioodpornością pokrycia lub jego złym przyleganiem. 4. Przypalenie i wżarcie. Jest to mocno przylegająca do odlewu warstwa spieczonej masy lub w przypadku wżarcia warstwa będąca spiekiem metalu i ziarn materiału formierskiego. Może być spowodowana zbyt wysoką temperaturą metalu, zbyt małym zagęszczeniem masy, niedostateczną ognioodpornością masy lub powłoki ochronnej. Wady odlewnicze Wady powierzchni surowej 5. Ospowatość, pęcherze zewnętrzne, nakłucia. Skupienie płytkich wgłębień o wydłużonym kształcie i gładkiej powierzchni, położone na głębokości 2-3 mm pod powierzchnią odlewu. Wada może być spowodowana nadmiernym zagazowaniem metalu przy zbyt burzliwym jego przepływie w układzie wlewowym lub nadmierną gazotwórczością i wilgotnością formy. 6. Obciągnięcia. Płytkie lub dość duże wgłębienia o gładkiej powierzchni i owalnym zarysie na powierzchni odlewu. Występują w miejscu odlewu źle zasilanym. 51

52 Wady odlewnicze Wady powierzchni surowej 7. Strup. Nieregularna narośl na powierzchni odlewu utworzona z metalu, niekiedy przemieszanego z materiałem formierskim. Może być spowodowana niedostateczną wytrzymałością w zawilgoconych obszarach formy i wysoką temperaturą metalu. 8. Blizna. Płytkie lecz przeważnie dość długie i rozgałęzione wgłębienie na powierzchni odlewu. Ma gładkie ścianki o małym spadku, tworzące na dnie załamanie, do którego często bywa przyrośnięty strup. Wada może być spowodowana przyczynami jak w przypadku strupa. Wady odlewnicze Wady powierzchni surowej 9. Rakowatość. (Zaprószenie). Jest to zagłębienie na powierzchni odlewu o nieregularnych kształtach, wypełnione materiałem formierskim lub żużlem. Wada może być spowodowana niedostateczną wytrzymałością lub nadmierną osypliwością masy. 52

53 Wady odlewnicze Wady spowodowane przerwami ciągłości 1. Pęknięcie na gorąco, naderwanie. Jest to wąska nieregularna lub szeroka i głęboka, rozgałęziona szczelina w materiale odlewu o ściankach pokrytych tlenkami, co świadczy o tym, że pęknięcie powstało w wysokiej temperaturze. Wada jest spowodowana niedostateczną podatnością masy, co powoduje tworzenie się naprężeń rozciągających w obszarach niezupełnie zakrzepłego odlewu. Wady odlewnicze Wady spowodowane przerwami ciągłości 2. Pęknięcie na zimno. Ma kształt szczeliny przechodzącej przeważnie na wskroś ścianki odlewu o powierzchni ziarnistej z metalicznym połyskiem. Mechanizm tworzenia jest taki jak w przypadku pęknięć na gorąco, z tym że pęknięcie następuje w znacznie niższej temperaturze. 3. Niespaw. Wąska, przechodząca na wskroś szczelina o zaokrąglonych brzegach, powstała wskutek niezupełnego połączenia dwóch strumieni metalu. Wada jest spowodowana zbyt niską temperaturą metalu, nadmierną wilgotnością i małą przepuszczalnością masy. 53

54 Wady odlewnicze Wady wewnętrzne Bąbel. Pojedyncza pustka w materiale odlewu, mająca znaczną objętość, większą niż pęcherz gazowy oraz przeważnie wydłużony kształt i gładką powierzchnię. Pęcherz. Pustka kształtu kulistego lub jajowatego o gładkich ściankach i małej średnicy. Sitowatość. Miejscowe skupienie licznych drobnych, blisko siebie położonych pustek. Wszystkie te trzy wady mogą być spowodowane nadmierną wilgotnością, niedostateczną przepuszczalnością masy lub nadmierną zawartością składników gazotwórczych w masie. Wady odlewnicze Wady wewnętrzne Zażużlenie. Nieregularne, niekiedy kuliste lub owalne, różnej wielkości pory wypełnione żużlem. Wada może być spowodowana niedostateczną ognioodpornością masy lub powłoki ochronnej formy, najczęściej jednak przez dostanie się żużla do wnęki formy. 54

55 Wady odlewnicze Wady materiału Niezgodność składu chemicznego. Niezgodność właściwości wytrzymałościowych. Niezgodność właściwości fizyczno-chemicznych (odporności na korozję, żarowytrzymałości czy właściwości elektrycznych). Niezgodność właściwości technologicznych (ścieralności, skrawalności). Wady odlewnicze Wady materiału Niezgodność makro- i mikrostruktury. Niejednorodność materiału (niejednakowa twardość spowodowana niejednorodnością struktury). Nieszczelność (nieciągłość materiału przechodząca na wskroś, ujawniona w próbie wodnej przenikaniem wody przez ściankę odlewu). Zabielenie (na tle struktury żeliwa szarego występują obszary wydzieleń ledeburytu przemienionego). 55