Metody odlewania metali
Temat: METODY ODLEWANIA METALI
Odlewanie w swej najprostszej odmianie polega na kształtowaniu elementów metalowych, które będą łatwe w dalszej obróbce.
Odlewanie jest technologią wykonywania przedmiotów za pomocą wypełniania form ciekłym metalem lub stopą. Odlewy wykonuje się ze staliwa, żeliwa, stopów aluminium, magnezu, miedzi.
Odlewanie stosuje się wówczas gdy inne technologie byłyby zbyt kosztowne. Technologią odlewania można byłoby wyrobić przedmioty o bardzo skomplikowanych kształtach z bardzo dużą dokładnością np. tłoki, silniki, obudowy, narzędzia. Odlewanie może być procesem prostym, bądź skomplikowanym. Wszystko zależy od tego jaki kształt pragniemy uzyskać i jaki materiał obrabiamy.
Proces odlewania składa się z następujących części:
1.Wykonanie modelu przedmiotu.
2.Wykonanie elementów formy odlewniczej.
3.Wykonanie rdzeni, które odwzorowują kształty wewnętrzne przedmiotu.
4.Montaż formy.
5.Zalewanie formy ciekły metalem.
6.Wyjęcie odlewu z formy, czyszczenie, obróbka wykańczająca.
Z technicznego punktu widzenia każdy przedmiot odlany w formie jest nazywany odlewem. Jednak zwykle nazywa się tak tylko te przedmioty, które nie wymagają wcale bądź prawie wcale dalszej obróbki mechanicznej.
Jednak zwykle wzorzec różni się nieco od ostatecznej formy odlewu ze względu na konieczność uwzględniania różnych elementów technologicznych istotnych dla poprawnego wykonania skomplikowanych odlewów.
Im bardziej skomplikowany kształt ma mieć odlew tym trudniej wykonać właściwą formę. Najpowszechniej spotykanym problemem, który musi zostać rozwiązany jest obecność tzw. podcięć. Są to wgłębienia bądź występy ukształtowane tak, że formy nie dałoby się oddzielić od odlewu po jego zastygnięciu.
Wzorce z których wykonuje się formy odlewnicze są nieco większe od produktów końcowych. Jest to konieczne, gdyż tuż po zestaleniu, gdy metal jest gorący, odlewy są nieco większe niż się wymaga, jednak kurczą się gdy metal ostygnie.
Metody odlewania
Odlewanie można przeprowadzić w formach jednorazowego lub wielokrotnego użytku.
1.Odlewanie w formach piaskowych
Najbardziej wszechstronną ze wszystkich technik odlewniczych jest odlewanie przy zastosowaniu form piaskowych.
Do wykonania wyżej wymienionego odlewu niezbędne są :
a) model przedmiotu, który uwzględnia skórcz odlewniczy ( ok.1,5%) pochylenie ścian pionowych. Model wykonuje się jako modele dzielone ( o najmniej dwie części)
b) skrzynki formierskie w których formuje się części modelu
c) masa formierska
d) układ wlewowy i przelewowy, który ma odwzorować kanały wewnątrz formy którymi płynie metal
e) narzędzia do zagęszczania, ubijania, kształtowania formy
Najpierw wykonuje się drewniany lub metalowy wzorzec obiektu, który ma zostać odlany. Potem wzorzec ten umieszcza się w skrzynce, wsypuje do niej piasek i ubija się go dookoła, maszynowo bądź ręcznie. Następnie należy wydobyć wzorzec taki sposób, by nie uszkodzić odpowiadającej mu wnęki w ubitym piasku. Najprostszy rodzaj formy piaskowej otrzymuje się, ubijając piasek jedynie wokół części wzorca, któremu nadano stożkowaty kształt, by można go było łatwo wyciągnąć przez otwór umieszczony w górnej części formy.
Znacznie częściej odlew musi zostać wykonany w formie, której puste wnętrze jest całkowicie otoczone ściankami. Aby taką formę wykonać, ubija się piasek wokół całego wzorca, a uzyskaną formę rozcina się tak, by można było wzorzec wyciągnąć. Uzyskuje się w ten sposób formę odlewniczą składającą się dwóch części, które należy następnie ponownie połączyć. W ściance formy należy wykonać otwór wiodący do jej wnętrza, którym będzie nalewany metal. Należy wykonać również inne otwory, służące do odprowadzania powietrza podczas wypełniania formy.
Po zastygnięciu metalu należy wyjąć odlew z formy. Nadmiar metalu, wypełniający szczeliny pomiędzy częściami formy oraz otwór do nalewania, jest usuwany mechanicznie.
Odlewanie w formach piaskowych nie jest metodą precyzyjną. Powierzchnia odlewu jest bardzo chropowata ze względu na ziarnistość ścian piaskowej formy. Jednak stosując piasek drobniejszy, można uzyskać powierzchnie gładszą. Stosowanie form piaskowych jest opłacalne, gdy trzeba wykonać niewielka partię odlewów. Proces ten jest zbyt powolny i mało wydajny, by opłacało się go stosować w produkcji wieloseryjnej.
2.Odlewanie w formach wirujących
a) odlewanie odśrodkowe
b) odlewanie półodśrodkowe
c) odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym
3.Odlewanie w kokilach
Kokila jest formą metalową dwuczęściową wykonaną z żeliwa sferoidalnego w której można wykonać kilkanaście tysięcy odlewów.
Kokila zamocowana jest w maszynie odlewniczej, która ułatwia jej składanie oraz otwieranie w celu wyjęcia gotowego odlewu .Masa odlewu w kokili wynosi średnio kilkanaście kilogramów i charakteryzuje się małą dokładnością kształtu i wymaga obróbki skrawaniem.
4. Odlewanie pod ciśnieniem
Przeprowadza się go zawsze w maszynie odlewniczej w której zamocowane są części formy metalowej. Przed zalaniem metali forma jest składana mechanicznie i dociskana obciążeniem kilkudziesięciu ton a następnie wlewany metal pod ciśnieniem kilkuset atmosfer.
Jakość odlewu jest bardzo wysoka w większości przypadków nie wymaga żadnej obróbki skrawania. Technologie tę stosuje się szczególnie do wyrobów ze stopów aluminium. Ta metoda pozwala na produkcje wieloseryjną i masową części.
Rozróżniamy odlewanie pod ciśnieniem z zimna komorą tłokową i odlewanie pod ciśnieniem z gorącą komorą tłokową.
5. Odlewanie skorupowe
Formę skorupową wykonuje się w temperaturze ok. 300 stopni Celsjusza z mieszaniny piasku kwarcowego i żywicy fenolowo-formaldechydowej (tworzywo sztuczne). Forma ta powstaje na metalowej gorącej płycie w czasie od kilku do kilkunastu minut. Następnie formę wygrzewa się w temperaturze ok.600 stopni Celsjusza i wówczas zachodzi jej utwardzanie. Ze względu na niski koszt formy metoda ta nadaje się do wykonywania odlewów w produkcji seryjnej. Masa odlewu nie przekracza kilku kilogramów. Wadą tej metody jest to, że w jednej formie można wykonać jeden odlew.
Metoda ta jest udoskonalana a polega to na wykonywaniu form wieloczęściowych, które następnie są sklejane i spinane obejmami
W takich formach wykonuje się odlewy ze stopów aluminium. Jakość powierzchni i dokładność odlewu są zbliżone do odlewania ciśnieniowego.
6. Odlewanie metodą traconego wosku
Jest to bardzo nowoczesna technika pozwalająca wykonać odlewy precyzyjne lecz o masie do kilku kilogramów. Polega ona na wykonaniu odpowiedniej ilości modeli z wosku, a następnie połączeniu ich z układem wlewowym, który również jest wykonany z wosku. Na tak przygotowany model nakłada się naprzemiennie warstwy masy ceramicznej i piasku kwarcowego. W ten sposób powstaje skorupa z której po wytopieniu wosku powstaje forma. W takiej formie otrzymuje się jednorazowo kilkadziesiąt sztuk odlewów. Forma ta jest jednorazowa