STALIWO.

Własności mechaniczne staliw w porównaniu ze stalami o takiej samej zawartości węgla są gorsze w zakresie własności charakteryzujących ciągliwość i plastyczność, natomiast wytrzymałość na rozciąganie i twardość jest niemal taka sama. Gorsze własności plastyczne staliwa są następstwem zachowania pierwotnej struktury, którą można usunąć tylko przez obróbkę plastyczną. Z drugiej strony własności staliwa są bardziej jednolite, mniej zależne od kierunku badania. Jest to użyteczne wtedy, gdy części maszyn i konstrukcje podlegają obciążeniom różnokierunkowym.

Skład chemiczny staliw jest podobny do składu stali. W staliwie niestopowym składnikiem decydującym o jego własnościach jest węgiel (0,1-0,6%). Zawartość Mn i Si jest we wszystkich gatunkach staliwa węglowego niemal jednakowa i wynosi: Mn 0,35-0,9%, Si 0,2-0,5%. PiS mają ujemny wpływ na własności, a ich ilość zależy w dużej mierze od czystości materiałów wsadowych oraz sposobu wytopu. Gatunki staliwa węglowego: L400, L450, L500, L600, L650.

METALURGIA STALIWA.

Do wytapiania staliwa węglowego stosuje się najczęściej wsad stały, w którego skład wchodzi 30-50% surówki przeróbczej i 70-50% złomu stalowego. Do wsadu wprowadza się jako topniki wapno palone lub kamień wapienny. Przy wytopie staliwa stopowego dodatkowo wyprowadza się do kąpiel metalowej wymagane dodatki stopowe.

Wytapianie staliwa przeprowadza się w konwertorach (głównie staliwo węglowe), plecach martenowskich i elektrycznych. Do produkcji niewielkich odlewów ze staliwa stopowego o specjalnym przeznaczeniu stosuje się próżniowe piece indukcyjne. Najbardziej rozpowszechnione w odlewnictwie staliwa są elektryczne piece łukowe i indukcyjne.

Staliwo charakteryzuje się znacznie mniejsza lejnością od żeliwa, co utrudnia wykonywanie cienkościennych odlewów. Niekorzystnym zjawiskiem jest również duży skurcz staliwa, którego rzeczywista wielkość zależy od wielkości odlewu i oporu formy. Duży skurcz staliwa wywołuje dużą skłonność tego tworzywa do powstawania jam skurczowych i stąd przy konstrukcji odlewów należy unikać tworzenia węzłów cieplnych.. Dla przeciwdziałania powstawania jam skurczowych i rzadzizn w odlewach staliwnych, w technologii formy stosuje się odpowiednie, umiejscowione w węzłach cieplnych nadlewy. jak również ochładzalniki. Czynniki, które powodują hamowanie skurczu prowadzą do powstawania dużych naprężeń własnych. Staliwo może być spawane tak jak stal, co ułatwia jego stosowanie w konstrukcjach lanospawanych.

Odlew staliwny, którego struktura ukształtowana zostaje w wyniku krystalizacji pierwotnej w okresie krzepnięcia i krystalizacji w stanie stałym podczas jego stygnięcia, nie jest jednorodny. Dlatego też w zasadzie wszystkie odlewy staliwne poddaje się obróbce cieplnej celem ujednorodnienia i ulepszenia struktury, usunięcia naprężeń odlewniczych, uzyskania określonych właściwości mechanicznych i użytkowych. Staliwo może być poddawane tym samym zabiegom obróbki cieplnej co stal.

Odlewy ze staliwa mają szerokie zastosowanie w budowie maszyn, w kolejnictwie, przy budowie okrętów, w silnikach, energetyce itp.

TECHNOLOGIA FORMY.

Oprzyrządowanie odlewnicze.

1. Zespól modelowy: model, płyta modelowa, wzornik, rdzennica, sprawdzian, odejmowane części i inne.

2. Przyrządy pomocnicze np. podstawki do suszenia rdzeni, przyrządy do szlifowania oraz składania rdzeni w zespoły.

3. Przyrządy do kontroli wykonania oraz montażu rdzeni i formy.

Proces wykonania formy obejmuje:

• zagęszczanie masy formierskiej,

• wykonanie w formie kanałów dla odprowadzenia gazów z formy,

• wyjęcie modelu z formy (poza techniką z modelami styropianowymi),

• wykonanie i wstawienie do formy rdzeni,

• złożenie i przygotowanie formy do zalewania motałem.

W zależności od rodzaju zalewanego stopu, wielkości i masy odlewu, stosuje się formy: wilgotne, suche, utwardzone chemicznie.

Wilgotne i suche formy wykonuje się z piaskowo-gliniastych mas formierskich (mineralne masy formierskie). Formy utwardzane chemicznie wykonuje się z mas ze specjalnymi dodatkami wiążącymi.

Wykonywanie rdzeni.

Rdzenie wykonuje się w rdzennicach drewnianych i metalowych, ręcznie lub maszynowo. Rdzenie o złożonej konstrukcji wykonuje się w częściach a następnie skleja. Rdzenie z wyjątkiem wykonywanych z mas utwardzanych chemicznie poddaje się suszeniu.

SPECJALNE METODY WYTWARZANIA FORM I RDZENI.

Proces CO₂. Masa formierska lub rdzeniowa: piasek kwarcowy, szkło wodne (5-7%) jako spoiwa. Po wykonania formy lub rdzenia przedmuchuje sieje C02. Pod wpływem C02 następuje utwardzenie masy.

Masy cementowe. Samoutwardzane masy: piasek kwarcowy, cement portlandzki (8-12%),woda (7-10%). Utwardzanie masy w formie lub rdzeniu odbywa się na powietrzu w czasie 24-48 godzin.

Ciekłe masy samoutwardzalne (CMS). Masa formierska lub rdzeniowa: piasek kwarcowy, szkło wodne (5-6%), żużel chromowy (4-5%), dodatki spieniające (0,2-0,3%). Masa początkowo płynna po 20-40 minutach samoutwardza się w całej objętości, co umożliwia wyjęcie modelu z formy lub rdzenia z rdzennicy.

Proces gorącej rdzennicy. Masa rdzeniowa: piasek kwarcowy, ciekłe spoiwo żywiczne (1,5-3%), katalizator-kwas fosforowy. Rdzennicę podgrzaną do 200-300°C napełnia się nadmuchiwarką lub wstrzeliwarką. Pod wpływem ciepła następuje utwardzenie masy rdzeniowej.

Proces zimnej rdzennicy (formy). Masa rdzeniowa lub formierska: piasek kwarcowy,

żywice furanowe lub podobne (1-3%), kwas fosforowy (40-60%) jako katalizator.

Utwardzenie masy następuje w temp. otoczenia. Proces stosuje się do średnich oraz dużych rdzeni i form.

Dokumentacja technologiczna:

• rys, konstrukcyjny przedmiotu

• rys. surowego odlewu

• rys. koncepcji technologicznej

• rys. zespołu modelowego

• rys. formy

w zależności od wielkości produkcji dokumentację technologiczną wykonuje się jako uproszczoną lub pełną.

METALURGIA I ODLEWNICTWO ŻELIWA

Wytapianie żeliwu.

• Wytapianie żeliwa w żeliwiakach. Około 95% żeliwa wytapia się w żeliwiakach. Jest to wynikiem stosunkowo dużej sprawności cieplnej, dużej wydajności godzinowej oraz korzystnej ceny paliwa. Do cech ujemnych można zaliczyć trudności w uzyskaniu odpowiedniej temp. przegrzania, dowolnego składu chemicznego (poniżej 3⁰C i powyżej 3,7⁰C), zanieczyszczenie mctalu siarką, tlenem, wodorem, oraz niemożność przetrzymywania ciekłego metalu w żeliwiaku bez spadku temp.

Do podstawowych materiałów wsadowych zalicza się: surówkę odlewniczą, złom żeliwny, złom stalowy, żelazostopy, zaprawy, elektrokostki, topniki, koks.

W wyniku bezpośredniego kontaktu ciekłego metalu z koksem następuje jego nawęglanie, nasiarczanie, zaś na skutek oddziaływania utleniających gazów - wypalanie krzemu, manganu i innych pierwiastków znajdujących się we wsadzie metalowym. Intensyfikację procesu uzyskuje się poprzez zastosowanie podgrzanego dmuchu, zastosowanie dmuchu wzbogaconego w tlen, gazu ziemnego.

• Wytapianie żeliwa w plecach elektrycznych. Piece elektryczne umożliwiają łatwą regulację składu chemicznego i przegrzanie żeliwa. Umożliwiają przetrzymywanie żeliwa w określonej temp. praktycznie przez dowolny okres. Stopień zanieczyszczenia środowiska jest mniejszy. Stosuje się elektryczne piece łukowe i indukcyjne. Stosowanie pojedynczych pleców do topienia żeliwa nie zawsze jest technicznie i ekonomicznie uzasadnione. Wtedy stosuje się tzw. Proces duplex, gdzie topienie wsadu stałego odbywa się w żeliwiaku, a przegrzewanie i regulację

składu chemicznego przeprowadza się w piecu elektrycznym, najczęściej indukcyjnym.

Rodzaje żeliwa

Żeliwo szare. Oznaczenie: ZlX, Zł 100, Zł 150, Z1200. Z1250. Z1300, Z1350, Z1400.

Żeliwa gatunków Z1250 -Z1400 wymagają zastosowania modyfikowania. Żeliwo szare odznacza się dobrą lejnością, niewielkim skurczem odlewniczym, przy czym ze wzrostem gatunku żeliwa właściwości te ulegają nieznacznemu pogorszeniu. Żeliwie szare charakteryzuje się dobrą skrawalnością, dobrą szczelnością, zdolnością do tłumienia drgań a wyższe gatunki (o strukturze perlitycznej) również dobrą odpornością na ścieranie.

Żeliwo sferoidalne. Oznaczenie: Zs37017, Zs40012, Zs58007, ,Zs65002, Zs80002, Zs90002. Żeliwo sferoidalne wytwarzane jest jako ferrytyczne (Zs37017, Zs400ł2) oraz perlityczne -pozostałe gatunki. Proces wytwarzania polega na wytapianiu żeliwa wyjściowego o odpowiednio niższej zawartości krzemu, odsiarczaniu, wprowadzeniu magnezu lub ceru i końcowym modyfikowaniu. Odlewy z żeliwa sferoidalnego ze względu na bardzo wysokie właściwości użytkowe znajdują zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, hutniczym, w produkcji odpowiedzialnych części maszyn. Żeliwo sferoidalne charakteryzuje się dobrą lejnością, większą skłonnością od żeliwa szarego do tworzenia jam skurczowych oraz większą skłonnością do powstawania naprężeń.

Żeliwo ciągliwe. Oznaczenie: Zcb35004, Zcb38004, Zcb45007, Zcc30006, Zcc32008, Zcc32012, Zcc35010, Zcp45006. Zcp50005, Zcp60003, Zcp65002, ZcpSOOOl. Zcb- żeliwo ciągliwe białe, Zcc-żeliwo ciągliwe czarne. Zcp-żeliwo ciągliwe perlityczne. Żeliwo ciągliwe uzyskuje się w wyniku wyżarzania żeliwa białego. Wyżarzanie białego żeliwa ciągliwego prowadzi się w atmosferze odwęgląjącej.

MECHANIZACJA PROCESU FORMOWANA

Mechanizacja obejmuje:

• transport skrzynek formiergkich i masy formierskiej do stanowisk formierskich^

• ustawienie skrzynki formierskiej na płycie modelowej,

• dozowanie masy formierskiej,

• zagęszczanie masy formierskiej,

• odwrócenie dolnej części formy,

• transport części formy do stanowisk ich składania,

• wstawianie rdzeni do formy,

• składanie formy i jej transport do stanowiska zalewania.

Do zmechanizowanej seryjnej i masowej produkcji odlewów opracowuje się pełną dokumentację technologiczną. Do formowania maszynowego stosuje się powszechnie modele metalowe na stale zamocowane do metalowej płyty podmodelowej, tworząc wraz z nią i modelem układu wlewowego płytę modelową. Płyty podmodelowe wykonuje się najczęściej z żeliwa, rzadziej ze stopów aluminium lub staliwa. Najczęściej stosuje się modele ze stopów aluminium.

Maszyny formierskie.

W zależności od sposobu zagęszczania masy formierskiej, maszyny formierskie można podzielić na formierki:

• z ręcznym zagęszczaniem masy,

• prasujące pod ciśnieniem do 0,5 MPa i powyżej 1 MPa.,

• wstrząsarki zagęszczające masę przez wstrząsanie,

• narzucarki, • nadmuchiwarki, • wstrzeliwarki.

Najbardziej rozpowszechnionymi formierkami w kraju są wstrząsarki. Stół wstrząsarki, do którego przymocowana jest płyta modelowa z nałożoną skrzynką formierską wypełnioną masą formierską napędzany sprężonym powietrzem podnosi się i szybko opada uderzając o podstawę maszyny. Wywołane w ten sposób wstrząsy (30-50 na min.) na skutek uderzeń stołu powodują zagęszczenie masy. W celu poprawy stopnia zagęszczenia górnych warstw masy, można dodatkowo przeprowadzić doprasowanie.

Narzucarki zapewniają najbardziej równomierne zagęszczenie masy. Pozwalają jednak tylko na zmechanizowanie zapełniania i zagęszczania masy, natomiast wyjmowanie modelu z formy odbywa się ręcznie.

Odmianą formowania pod wysokimi naciskami jest formowanie przeponowe. Zasada działania formierki prasującej-przeponowej polega na wywieraniu ciśnienia sprężonym powietrzem na przeponę gumową, która naciskając na masę formierską w skrzynce formierskiej, powoduje jej zagęszczenie. Schemat:

Zalewanie form.

Formy złożone i obciążone zalewa się ciekłym motałem w położeniu poziomym, pionowym lub ukośnym. W odlewniach zmechanizowanych formy zalewa się na przenośnikach form lub specjalnych stołach rolkowych. Do transportu metalu i zalewania form stosuje się, w zależności od masy odlewu i warunków odlewni, kadzie ręczne, suwnicowe lub podwieszone. Małe formy zalewa się ręcznie kadziami o pojemności 50-70 kg. Kadź wykonana z blachy stalowej wyłożona jest materiałem ogniotrwałym Aby uniemożliwić przedostanie się żużla do wnęki formy, często kadzie wyposaża się w przegrody. W odlewniach staliwa stosuje się kadzie zatyczkowe, umożliwiające zalewanie metalem znajdującym się na dnie kadzi. Dzięki temu unika się przedostania się żużla do wnęki formy.

Wybijanie i oczyszczanie odlewów.

Wybijanie odlewów najczęściej przeprowadza się na kratach wstrząsowych. W wyniku wibracji kraty, masa formierska zostaje wybita i skierowana do ponownego przerobu. Odlew zostaje skierowany do oczyszczalni w celu usunięcia z jego powierzchni przypalonego piasku. Do oczyszczania odlewów stosuje się oczyszczarki bębnowe, piaskowe, śrutowanie oraz oczyszczanie chemiczne i elektrochemiczne.

Kontrola jakości odlewów.

1. Oględziny zewnętrzne.

2. Sprawdzenie wymiarów, masy, składu chemicznego, właściwości mechanicznych, struktury, szczelności.

3. Badania defektoskopowe.

Odstępstwo odlewu od ustalonych wymagań nazywamy wadą. Niektóre wady mogą być

naprawione, inne dyskwalifikują odlew.

Wady: kształtu, powierzchni surowej, przerwy ciągłości, wewnętrzne, materiałowe.

Naprawa wad: prostowanie, czopowanie, tulejowanie, spawanie, lutospawanie, nadlewanie, metalizowanie, uszczelnianie.

ODLEWANIE METODA WYTAPIANIA MODELI.

Metoda polega na wykonaniu w matrycy, modeli odlewów i układu wlewowego z ciekłych lub ciastowatych mieszanin wosków hib tworzyw sztucznych. Następnie na połączeniu ich w zestawy modelowe, stwarzające podstawę do wykonania niedzielonej, kilkuwarstwowej formy odlewniczej. Formę wykonuje się z masy ceramicznej, której osnowę stanowi płukany, sproszkowany i wyprażony kwarc, cyrkon, szamot, magnezyt, itp., a spoiwo- roztwór zhydrolizowanego krzemianu etylu lub szkło wodne. Na zestaw modelowy nanosi się 3-5 warstw masy ceramicznej o grubości 0,3-0,7inm każda. Nakładanie powłoki następuje poprzez zanurzenie zestawu modelowego w masie ceramicznej. Każdą warstwę, po jej naniesieniu posypuje się gruboziarnistym piaskiem kwarcowym. Następnie, wytapia się modele z formy ceramicznej, w gorącej wodzie (80-85 °C), parze lub gorącym powietrzu. Po wysuszeniu form umieszcza się je w pojemnikach blaszanych, obsypuje piaskiem kwarcowym lub szamotem i wypala w piecu (ok. 1000 °C). Po wypaleniu form, zalewa się je motałem. Podczas wypalania form na ich powierzchniach wewnętrznych powstaje siatka mikropęknięć poprawiając przepuszczalność form i odporność na zmiany dylatacyjne.

ODLEWANIE KOKILOWE,

Odlewanie kokilowe jest podstawową techniką seryjnego i masowego wytwarzania odlewów ze stopów metali nieżelaznych, w węższym zakresie stosuje się do wytwarzania odlewów ze stopów żelaza. Forma metalowa-kokila, jest formą trwałą, służącą do wielokrotnego zalewania ciekłym metalem. Metal wypełnia wnękę kokili wskutek oddziaływania siły ciężkości lub niskiego ciśnienia (0,01-0,2 MPa). Kokile wykonuje się głównie z żeliwa, rzadziej ze staliwa i stopów aluminium.

Przed zalaniem kokile ogrzewa się do temp. 200-300 °C, a jej powierzchnie robocze pokrywa się warstwą ceramiczną, chroniącą kokile przed zbyt szybkim zużyciem. Kokila odtwarza zewnętrzne kształty odlewu, zaś wewnętrzne- rdzenie metalowe lub piaskowe. Do charakterystycznych cech odlewania kokilowego należy szybkie krzepnięcie i stygnięcie odlewu, co wpływa na strukturę i właściwości odlewu. Brak przepuszczalności formy wymaga często stosowania w kokili dodatkowych rowków odpowietrzających. Kokila z urządzeniami mechamzującymi poszczególne czynności odlewania stanowi tzw. kokilarkę. Odlewanie kokilowe zapewnia dużą dokładność wymiarową i gładkość powierzchni odlewów. Daje możliwość odlewania cienkich ścianek, nawet do 2mm dla stopów lekkich, zapewnia dobre właściwości odlewu przy dużej wydajności i oszczędności nietalu.

ZASADY KONSTRUOWANIA ODLEWÓW.

Przy konstruowaniu odlewu należy przeprowadzić analizę pod względem:

• wytrzymałości i sztywności,

• rodzaju stopu odlewniczego,

• łatwości wykonania modelu, formy i rdzenia,

• łatwości obróbki mechanicznej i jej kosztów,

• metody odlewania,

• możliwości powstawania wad odlewniczych.

Konstruktor winien tak zaprojektować wyrób, aby mógł on być wyprodukowany możliwie przy najmniejszym nakładzie pracy i kosztów oraz spełniać warunki przewidywanego zastosowania, które jest wymaganiem podstawowym.

Punktem wyjścia w projektowaniu określonego wyrobu jest analiza technologiczności jego konstrukcji, uzupełniona analizą techniczno-ekonomiczną, określającą efekty jakie mogą wyniknąć z zastąpienia części odlewanej częścią spawaną tłoczoną, kutą lub wykonaną w drodze obróbki skrawaniem. Analizie należy poddać zarówno możliwość połączenia kilku prostych odlewów w jeden odlew, jak i

podzielenie dużego odlewu na kilka mniejszych. W przypadku dużych i skomplikowanych odlewów staliwnych należy przeprowadzić analizę możliwości wykonania wyrobu w postaci kilku prostych odlewów i następnie ich spojenie w jedną całość. Należy unikać łączenie w jednym odlewie dużych elementów o prostych kształtach z drobnymi elementami, wymagającymi dokładnego wykonania.

Mając na uwadze warunki eksploatacji detalu oraz wymagania odnośnie do jego właściwości, należy przeanalizować możliwość doboru najodpowiedniejszego tworzywa.

PROJEKTOWANIE TECHNOLOGII ODLEWÓW.

Dla przystąpienia do opracowywania procesu technologicznego wykonania wyrobu potrzebne są:

• rysunek konstrukcyjny danego wyrobu,

• ilość sztuk do wykonania,

• powtarzalność,

• warunki techniczne,

• termin wykonania.

Kolejność prac przy projektowaniu procesów technologicznych wykonania odlewów:

• Analiza technologicznosci konstrukcji odlewu, czyli jej zgodność z wymaganiami teclmologii produkcji.

• Opracowanie zagadnień zwężanych z kształtem odlewu. ( Ustalenie powierzchni podziału formy, kształtu i montażu rdzeni, wielkości skurczu, naddatków na obróbkę, naddatków technologicznycli, baz obróbkowych, itp).

• Zaprojektowanie układu wlewowego i zasilającego.

• Ustalenie sposobu wykonania form i rdzeni.

• Zaprojektowanie zespołu modelowego lub formy metalowej.

• Opracowanie organizacji pracy. Podział procesu na operacje i czynności. Ustalenie norm czasu roboczego.

• Analiza ekonomiczna dotycząca najwłaściwszej odmiany procesu technologicznego.

• Wykonanie dokumentacji technologicznej: (rysunek surowego odlewu, rysunek koncepcji technologicznej. rysunek zespołu modelowego, rysunek formy, rysunek oprzyrządowania specjalnego, karty technologiczne, operacyjne, prób, zmian, wykaz pomocy warsztatowych, normy czasowe i kalkulacje, warunki techniczne odbioru.)

• Wykonanie próbnych odlewów i ewentualne korekty lub uzupełnienia.

ODMIANY DOKUMENTACJI:

• Pełna. Stosowana w produkcji wielkoseryjnej i małoseryjnej, przeważnie przy użyciu oprzyrządowania metalowego.

• Uproszczona. Stosowana w produkcji jednostkowej i seryjnej, przy użyciu omodelowania z drewna lub innego tworzywa niemetalowego. Dokumentacja ta obejmuje zestaw rysunków lub szkiców, otrzymanych drogą naniesienia (różnymi kolorami) na odbitki rysunku konstrukcyjnego wszystkich elementów niezbędnych do technologicznego przygotowania produkcji

Rysunek surowego odlewu jest to rysunek odlewu opracowany na podstawie rysunku konstrukcyjnego detalu i zawierający odlewnicze oznaczenia technologiczne, takie jak: powierzchnia podziału formy, naddatki na obróbkę skrawaniem, zbieżności i pochylenia formierskie, żebra skurczowe, itp.

Rysunek koncepcji technologicznej opracowany zostaje w oparciu o rysunek surowego odlewu. Określa on sposób wykonania odlewu przez wprowadzenie danych potrzebnych do wykonania modelu i formy, takich jak: powierzchnia podziału formy, kształt i wymiary rdzeni, układu wlewowego, nadlewów, przelewów, itp.

---