ODLEWNICTWO - wykład dr hab. inż. Mirosław Cholewa, Zakład Odlewnictwa POLITECHNIKA ŚLĄSKA w Gliwicach Wydział Mechaniczny Technologiczny ODLEWNICTWO - wykład dr hab. inż. Mirosław Cholewa, Zakład Odlewnictwa Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych

ODLEWNICTWO - podstawowa technologia wytwarzania przedmiotów - odlewów – z metali i ich stopów, w tym również z tworzyw niemetalowych, np. z bazaltu, tworzyw sztucznych, - wytwarzanie odlewów części maszyn, artystycznych i jubilerskich

OPIS PRZEDMIOTU Literatura: Wykłady: 9.10, 23.10, 06.11, 20.11, 04.12, 18.12, 14.01. 14.01.07r. KOLOKWIUM Konstrukcja modelu odlewniczego i formy. Zasady doboru układów wlewowych i zasilających. Materiały na formy jednorazowego użytku. Teoretyczne podstawy procesów odlewniczych: krzepnięcie i krystalizacja odlewów. Krzepnięcie jednoczesne i kierunkowe. Zjawisko skurczu odlewniczego i podstawowe wady odlewów z nim związane oraz sposoby ich eliminacji. Podstawowe zasady konstruowania odlewów. Klasyfikacja metod wytwarzania odlewów. Automatyczne linie formierskie. Podstawowe stopy odlewnicze Laboratorium: Piece do topienia metali i wytop żeliwa szarego Metody wykonywania form odlewniczych. Specjalne metody formowania.. Badania metalograficzne stopów odlewniczych. Transport pneumatyczny i fluidyzacja materiałów sypkich. Symulacja komputerowa procesu krzepnięcia odlewów. Precyzyjne metody wykonywania odlewów. Badania podstawowych właściwości mas formierskich Literatura: J. Gawroński , Odlewnictwo. Technologia wykonywania form i rdzeni. Skrypt Pol. Śl. nr 1747, Gliwice 1993. S. Jura, Odlewnictwo. Topienie stopów odlewniczych i ich diagnostyka. Skrypt Pol. Śl. nr 1755, Gliwice 1993. Z. Piątkiewicz, Odlewnictwo. Maszyny i urządzenia odlewnicze. Skrypt Pol.Śl.nr 1756, Gliwice 1993. Z. Piątkiewicz, Transport pneumatyczny. Pol. Śl., Gliwice 1999. M. Perzyk, S. Waszkiewicz, A. Kaczorowski, A. Jopkiewicz, Odlewnictwo. WNT, Warszawa 2000.

ODLEWANE CZĘŚCI MASZYN (odlew maszynowy)

Odlewy precyzyjne

Odlewy artystyczne

ISTOTA TECHNOLOGII ODLEWANIA Piec odlewniczy Formy gotowe do zalania

PRODUKCJA ODLEWÓW ODLEWANIE W FORMACH JEDNORAZOWYCH ODLEWANIE W FORMACH WIELOKROTNEGO UŻYCIA FORMOWANIE Z MODELAMI TRWAŁYMI FORMOWANIE Z MODELAMI JEDNORAZOWYMI BEZ FORMOWANIA ODLEWANIE W FORMACH PIASKOWYCH ODLEWANIE W FORMACH PRECYZYJNYCH DZIELONYCH ODLEWANIE W FORMACH METALOWYCH ODLEWANIE W FORMACH PRECYZYJNYCH NIEDZIELONYCH ODLEWANIE W FORMACH PEŁNYCH NIEDZIELO-NYCH ODLEWANIE W FORMACH SPECJALNYCH (np. półtrwałych)

Forma dzielona bez rdzenia

Forma dzielona z rdzeniem

Odlew z układem wlewowym

Zespół modelowy a) odlew b) model c) rdzennica d) rdzeń

PROCES TECHNOLOGICZNY WYKONANIA ODLEWU W FORMIE PIASKOWEJ PROJEKT: RYSUNEK SUROWEGO ODLEWU RYSUNEK KONCEPCJI ODLEWANIA WYKONANIE ZESPOŁU MODELOWEGO: MODEL ZASADNICZY MODELE UKŁADU WLEWOWEGO RDZENNICE PRZYGOTOWANIE MASY FORMIERSKIEJ: I RDZENIOWEJ OSNOWA SPOIWO (LEPISZCZE) UTWARDZACZ DODATKI SPECJALNE PRZYGOTOWANIE FORMY DO ZALANIA CIEKŁYM METALEM: WŁOŻENIE RDZENI DO WNĘKI FORMY (W GNIAZDA RDZENIOWE), ZŁOŻENIE FORMY, DOCIŚNIĘCIE GÓRNEJ SKRZYNKI DO DOLNEJ.

PROCES TECHNOLOGICZNY WYKONANIA ODLEWU W FORMIE PIASKOWEJ c. d. PRZYGOTOWANIE CIEKŁEGO METALU – PROCES METALURGICZNY ZALEWANIE FORMY WYBICIE ODLEWU Z FORMY KONTROLA JAKOŚCI OCZYSZCZENIE ODLEWU, W TYM ODCIĘCIE UKŁADU WLEWOWEGO KONTROLA JAKOŚCI

RYSUNEK SUROWEGO ODLEWU KLASA DOKŁADNOŚCI: I - VII CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI: C10, C20, C40, C80, C160, C320 POWIERZCHNIA PODZIAŁU FORMY (modelu odlewniczego) I POŁOŻENIE ODLEWU W FORMIE: oznaczenie; odpowiedzialne części odlewu umieszczać w jednej skrzynce, najlepiej w dolnej POWIERZCHNIA PODZIAŁU umożliwia proces formowania (wyjęcie modelu z formy). Powierzchni podziału powinno być jak najmniej (powstaje zalewka, przestawienie). NADDATKI TECHNOLOGICZNE: pochylenia odlewnicze, wypełnienie małych otworów (<15 mm), odpowiednie dla technologii odlewania ukształtowanie połączeń ścianek, żebra skurczowe NADDATKI NA OBRÓBKĘ SKRAWANIEM BAZY OBRÓBKOWE

Klasy chropowatości powierzchni w różnych metodach odlewania Rodzaj metody odlewania Klasa chropowatości C10 C20 C40 C80 C160 C320   Metoda Shawa + Metoda wytapianych modeli Odlewanie do form skorupowych Odlewanie kokilowe Odlewanie do form piaskowych

Skurcz liniowy odlewów z różnych stopów Rodzaj stopu odlewniczego i odlewu Skurcz [%] swobodny hamowany Żeliwo szare: odlewy drobne i średnie odlewy średnie i duże odlewy ciężkie 1,0 0,9 0,8 0,7 Żeliwo ciągliwe: białe czarne 1,8 1,5 1,4 Staliwo: węglowe i niskostopowe wysokostopowe, chromowe austenityczne 1,6-2,0 1,3-1,7 2,0-2,3 1,0-1,4 1,7-2,0 Metale nieżelazne: siluminy mosiądz brąz cynowy 1,8-2,0 2,0-2,2 0,6-2,0 0,9-1,5 0,9-1,2

Określenie powierzchni wypukłej (a) i wklęsłej (b) odlewu (modelu)

Rodzaje form odlewniczych NIETRWAŁE (JEDNORAZOWEGO UŻYTKU) najczęściej tzw. formy piaskowe 2. TRWAŁE (WIELOKROTNEGO UŻYTKU) formy metalowe (kokile, formy ciśnieniowe) 3. PÓŁTRWAŁE (wykonanie kilku odlewów)

FORMA NIEDZIELONA POWIERZCHNIA PODZIAŁU FORMY

Schemat wykonywania formy dzielonej

Rodzaje skrzynek formierskich

MASY RDZENIOWE - masy przeznaczone do sporządzania rdzeni odlewniczych MASA FORMIERSKA - mieszanina najczęściej ceramicznych, mineralnych materiałów formierskich dobranych w proporcji zapewniającej założona szybkość ruchu ciepła, odporność cieplną i mechaniczną wytrzymałość formy. Istnieją technologie, w których stosuje się masę formierską jednoskładnikową, będącą samą osnową piaskową, co wyraźnie upraszcza sporządzanie masy. MASY RDZENIOWE - masy przeznaczone do sporządzania rdzeni odlewniczych Istnieją masy stosowane do wykonywania połówek lub części form i do sporządzania rdzeni. Używa się określenia: masa formierska, które obejmuje masy na formy i na rdzenie.

OSNOWA - główny, sypki składnik masy formierskiej OSNOWA - główny, sypki składnik masy formierskiej. Materiał o określonym składzie mineralogicznym, chemicznym i ziarnowym (np. piasek kwarcowy). Niekiedy jest stosowana mieszanina różnych materiałów, np. piasków: chromitowego i cyrkonowego. Jeżeli ten główny składnik ma ziarna większe od 0,02 mm, określa się go nazwą: OSNOWA PIASKOWA. PIASEK FORMIERSKI - kwarcowa skała osadowa (najczęściej sypka). Jeżeli obok osnowy piaskowej kopalina zawiera naturalny materiał o ziarnistości poniżej 0,02 mm wtedy surowiec taki określa się nazwą PIASEK NATURALNY. PIASEK CYRKONOWY, PIASEK CHROMITOWY, PIASEK GRAFITOWY, PIASEK STALOWY (śrut stalowy) itp. LEPISZCZE - frakcje o ziarnistości poniżej 0,02 mm w syntetycznej masie lub w osnowie piaskowej są zanieczyszczeniem.

Materiałami wiążącymi są: lepiszcze, glina formierska, spoiwo. MATERIAŁ WIĄŻĄCY, CZYNNIK WIĄŻĄCY - element nadający sypkiej osnowie określoną wytrzymałość mechaniczną, umożliwiającą otrzymanie odlewu o założonych kształtach i wymiarach. Materiałami wiążącymi są: lepiszcze, glina formierska, spoiwo. Są przypadki, w których osnowa jest równocześnie materiałem wiążącym, np. gips. FIZYCZNE CZYNNIKI WIĄŻĄCE: podciśnienie, pole elektromagnetyczne, obniżona temperatura. GLINA FORMIERSKA - naturalny materiał wiążący, minerały ilaste. SPOIWO - materiał organiczny lub nieorganiczny wykazujący zdolność wiązania ziaren osnowy. POWŁOKA - materiał lub mieszanina materiałów w stanie sproszkowanym, ciekłym lub postaci pasty, nanoszony cienką warstwą na powierzchnię rdzenia lub wnęki formy o własnościach: ochronnych, aktywnych (fizycznie i/lub chemicznie), wzmacniających, adsorpcyjnych

Właściwości materiałów na osnowę mas i powłok ochronnych : Odporność na działanie wysokiej temperatury, Odporność na działanie tlenków metali w podwyższonej temperaturze, Mała rozszerzalnością cieplną, Brak przemian polimorficznych, Odpowiedni skład ziarnowy. Wszystkie wymagania spełniają cyrkon, korund, chromit

Chromit - lekko zasadowy Cyrkon - lekko kwaśny Korund - lekko kwaśny CHARAKTER CHEMICZNY Kwarc - kwaśny Chromit - lekko zasadowy Cyrkon - lekko kwaśny Korund - lekko kwaśny Szamot - lekko kwaśny (zwiększa się w miarę wzrostu zawartości SiO2) Oliwin - zasadowy Magnezyto-chromit - zasadowy Magnezyt spieczony - zasadowy

Układ równowagi fazowej SiO2-Al2O3