W TECHNOLOGII WYTAPIANYCH MODELI Wprowadzenie Roman WRONA 1 Eugeniusz ZIÓŁKOWSKI 2 Marcin ŚLAZYK 3 Paweł BAŃBUŁA 4 W technologii wykonania odlewów, etapem końcowym jest proces oczyszczania i wykańczania. Proces ten polega na usunięciu z odlewów masy formierskiej i rdzeniowej, co wiąże się z uzyskaniem odpowiedniej czystości i jakości powierzchni. Spośród wielu metod stosowanych w procesie oczyszczania, dominującą rolę spełnia metoda oczyszczania ściernego. Oczyszczanie ścierne jest wtedy skuteczne, gdy strumień materiału czyszczącego np. śrutu, będzie docierał do wszystkich miejsc, z których należy usunąć masę. Proces oddziaływania strumienia na powierzchnię jest złożony i zależy od konstrukcji oraz parametrów eksploatacyjnych maszyn (oczyszczarek), a także od geometrii przestrzennej odlewu i technologii wykonania formy odlewniczej. W technologii wytapianych modeli, problem oczyszczania odlewów wynika ze specyfiki wykonania formy, a w szczególności, gdy odlewy są drobne i połączone w zestawy wraz z układem wlewowym. Potocznie zestawy te nazywane są choinkami, co wynika z symetrycznego rozłożenia pojedynczych odlewów wokół wlewu głównego. Sposób połączenia odlewów z wlewem głównym wynika z technologiczności układów doprowadzających oraz z dążenia do uzyskania optymalnej wydajności z zestawu formy. W konsekwencji otrzymuje się zwartą przestrzennie bryłę, w której zewnętrzne ścianki odlewów są odsłonięte i dostępne dla strumienia śrutu, natomiast wewnętrzne oraz pośrednie ściany są zasłonięte częściowo lub całkowicie przez kolejne odlewy lub centralny układ wlewowy. W podobnym ułożeniu będą otwory przelotowe lub nieprzelotowe. Względem tych powierzchni i otworów strumień śrutu będzie działał w ograniczonym stopniu, powodując niecałkowite oczyszczanie. Stworzenie w pewnym stopniu dogodnych warunków do oczyszczania, zmierza do zawieszania zestawów na mechanizmie zawieszkowym, którego konstrukcję tworzy układ jezdny i układ zawieszania. W typowych oczyszczarkach układ jezdny stanowi integralną część maszyny, dostosowany do konstrukcji komory oczyszczania i procesu wprowadzania odlewów w strefę działania strumienia czyszczącego. Natomiast układ zawieszania (potocznie zawiesie) z reguły jest projektowany indywidualnie do określonego asortymentu odlewów. 1 prof. dr hab. inż, Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, rwrona@agh.edu.pl 2 dr hab. inż., prof. nz., Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, ez@agh.edu.pl 3 dr inż., Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, mslazyk@agh.edu.pl 4 mgr inż., Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie 143
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze 1. Przegląd przemysłowych mechanizmów zawieszania odlewów Niezależnie od rozwiązań konstrukcyjnych, każdy mechanizm przeznaczony jest do transportu odlewów ze stanowiska ich zawieszania do strefy działania strumienia w komorze maszyny. Kinematyka ruchu mechanizmu jezdnego i konstrukcja układu zawieszania są tymi czynnikami od których zależy efekt i wydajność oczyszczania. Układy zawieszania wykonywane są jako uchwyty do mocowania pojedynczych, kilku lub kilkunastu odlewów w zależności od ich masy i kształtu oraz do odlewów ułożonych w zestawy o określonej strukturze przestrzennej. Popularną konstrukcją przeznaczoną do oczyszczania elementów o kształcie kołowym przedstawia rysunek 1 [1]. Rys. 1. Układ zawieszania do odlewów koła, tarczy Układ ramion zapewnia pozostawienie dostatecznej ilości miejsca pomiędzy oczyszczanymi odlewami co ułatwia dotarcie strumienia do wszystkich oczyszczanych powierzchni, a tym samym uzyskanie dobrych efektów oczyszczania. Dość oryginalnym rozwiązaniem jest konstrukcja przedstawiona na rysunku 2 [2]. 144
Rys. 2. Układ zawieszania odlewów tulei Ułożenie odlewów zapewnia swobodę wysypywania się śrutu z profili wewnętrznych przelotowych. Konstrukcja posiada podstawę umożliwiającą nakładanie odlewów w dowolnym miejscu zakładu oraz niezależny transport w rejon działania mechanizmu jezdnego. Grupę zróżnicowanych układów zawieszania przedstawiono na kolejnych rysunkach [3]. Na rysunku 3 przedstawiona jest prosta zawieszka przeznaczona do oczyszczania odlewów pojedynczych o dużej masie i gabarytach. Zapewnia dobre oczyszczanie powierzchni zewnętrznych, natomiast uniemożliwia oczyszczanie profili wewnętrznych. 145
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Rys. 3. Zawieszka pojedyncza Do oczyszczania odlewów średniej wielkości o kształcie cylindrycznym stosowany jest układ podany na rysunku 4. Rys. 4. Zawieszka przeznaczona do oczyszczania odlewów średniej wielkości o kształcie cylindrycznym Ułożenie odlewów ułatwia swobodne wysypywanie się czyściwa z profili wewnętrznych oraz stwarza dobre warunki do oczyszczania powierzchni zewnętrznych. 146
Dość nietypową konstrukcją ażurową układu zawieszania przedstawia rysunek 5 [3]. Zapewnia ułożenie odlewów w jednej płaszczyźnie, co wpływa pozytywnie na efekt oczyszczania. Rys. 5. Układ zawieszania ażurowy Projekty indywidualnych rozwiązań o przeznaczeniu uniwersalnym do oczyszczania odlewów płaskich i przestrzennie rozbudowanych przedstawiono na rysunku 6 [4]. 147
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Rys. 6. Układ uniwersalny 2. Koncepcja projektowa układu zawieszania zestawów odlewów Odlewy w zestawach wykonane technologią wytapianych modeli są oczyszczane dwuetapowo. Etap pierwszy polega na zgrubnym udarowym usunięciu masy ceramicznej, natomiast w drugim etapie poddawane są oczyszczaniu metodą ścierną. W tym celu zestawy zawieszane są na prostych ramionach tworzących układ zawieszki (rys. 7) [5]. 148
Rys. 7. Zawieszka z zestawami odlewów. Gęste ułożenie odlewów oraz brak możliwości ich obrotu wokół własnej osi skutkuje powstawaniem tzw. stref cienia, do których nie dociera strumień śrutu. Aby poprawić skuteczność oczyszczania, zestawy odlewów są okresowo obracane ręcznie na ramionach, co wymaga przerywania procesu. Celem obracania w osi pionowej zestawu o pewien kąt, jest ustawienie, pierwotnie zasłoniętych powierzchni odlewów, w strefie działania strumienia śrutu. Pomimo tej operacji całkowite usunięcie masy z odlewów przebiega ze zmiennym efektem. Projektując nową konstrukcję przyjęto założenia wynikające z kinetyki procesu oczyszczania oraz warunków eksploatacyjnych oczyszczarek. Z głównych założeń konstrukcja powinna spełniać takie funkcje jak: - możliwość działania strumienia na wszystkie powierzchnie odlewów, - swobodny obrót zestawu odlewów wokół własnej osi pionowej, wywołany działaniem strumienia śrutu na zestaw, - stabilne i pewne mocowanie zestawu, - ciągłość procesu, - łatwą i bezpieczną obsługę. Koncepcję mogącą spełnić stawiane wymagania przedstawiono na rysunkach 8 i 9 [9]. 149
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Rys. 8. Widok układu zawieszkowego w ujęciu przestrzennym 150
Rys. 9. Widok w płaszczyźnie pionowej Z części składowych układu, główną rolę spełnia uchwyt dolny i uchwyt górny. Uchwyt dolny (rys. 10) stanowi gniazdo obrotowe, w którym ustawiona jest stopa wlewu głównego. Natomiast uchwyt górny (rys. 11 i 12) jest elementem centrującym zestaw poprzez zbiornik wlewu głównego. Pozostałe elementy szkielet główny, ramię, podstawa, są elementami łączącymi w zintegrowaną całość oraz stabilizującymi układ. 151
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Pomiędzy uchwytem górnym i dolnym oraz ramieniem łączącym mogą być stosowane odmienne konstrukcje przystosowane do zróżnicowanego asortymentu odlewów. Rys. 10. Uchwyt dolny Rys. 11. Uchwyt docisk górny 152
Rys. 12. Uchwyt górny i dolny Literatura [1] Strona internetowa firmy MBJ Polska, www.mbjsc.pl [2] Materiały techniczne i handlowe firmy STENA [3] Strona internetowa firmy COGEIM, www.cogeinspolska.pl [4] Materiały techniczne udostępnione przez Odlewnie Polskie w Starachowicach [5] Strona internetowa firmy SPEC-Odlew, www.spec-odlew.pl [6] Materiały techniczne i handlowe firmy TECHNICAL [7] Strona internetowa firmy TECHNICAL, www.technical.com.pl [8] Strona internetowa firmy GG Traiding, www.ggtraiding.pl [9] Bańduła P.: Koncepcja projektowa zawieszki do oczyszczarki oczyszczającej odlewy wykonane metodą wytapianych modeli. AGH, paca dyplomowa, Kraków 2008 153