Odlitky a lití, kování a tváření

Transkript

1 Odlitky a lití, kování a tváření Zejména výroba polotovarů pro další zpracování obrábění Zejména výrobky složitých tvarů

2 Slévárenství Jak železné, tak i neželezné kovy Postup Zhotovení dutiny formy Naplnění formy tekutým kovem Plynový režim formy, vznik disperze plynů v kovu, Objemové smrštění odlitku během tuhnutí vznik smrčtěnin Tuhnutí kovu a tvorby primární struktury Lineální smršťování během chladnutí odlitku

3 Historie

4 Postup odlévání do písku

5 Formy - rozdělení

6 Základní činitelé Materiál odlitku viskozita, povrchové napětí,.. Materiál formy ostřivo, pojivo, prodyšnost, plynatost, Způsob odlévání poloha odlitku, tlakové a rychlostní poměry při lití, licí teplota, použití chladítek nebo nálitků Konstrukce odlitků tloušťky stěn Okolní teplota,...

7 Analýza konstrukčních vlivů Tenké části odlitku plněné shora dolů se plní pomocí gravitace a účinkem pohybové energie Stěny plněné kovem zdola mají nejhorší podmínky pro zaběhnutí proti gravitaci Vodorovné stěny se plní jen pohybovou energií Výhodné je mít odlitek šikmo, tenké stěny plníme shora

8 Tavenina proudění kapalin Laminární Turbulentní Rozhoduje Reynoldsovo kritérium Pozor na změny šířky kanálu Ocel se odlévá při teplotách 1550 až 1600 oc

9 Vtoková soustava Tavenina se do formy nalévá pomocí vtokové soustavy i na více míst současně aby bylo Dobré zaběhnutí Dokonalé zachycení strusky a nečistot Stejnoměrné a homogenní teplotní pole odlitku Zabráněno erozi formy Zabráněno nasávání plynů Maximální využití roztaveného kovu

10 Vtoková soustava Využívají se sítka a filtry

11 Různé způsoby plnění formy

12 Plyny v tavenině usnadnění úniku plynů lze použít mechanických prostředků, např. míchání, často se využívá snížení parciálního tlaku plynu nad hladinou (u vakuové extrakce (100 až 200 Pa cca 20 minut) nebo při vhánění inertního plynu do taveniny. Forma musí mít také výfuky pro odvod plynů včetně jader!!

13 Plynový režim formy

14 Jak na dutiny v odlitku Používají se jádra viz dále

15 Odlitek zvonu - ocelový S vtokovou soustavou a nálitky

16 Odvzdušnění vnitřního jádra

17 Staženiny a bublina v ocelovém odlitku

18 Deska brzdového kotouče - vlak Výrobní výkres

19 Výkres odlitku s vtokovou soustavou

20 Simulace časového průběhu tuhnutí

21 Simulace časového průběhu tuhnutí

22 Jak na tuhnutí taveniny bez staženin Usměrníme tuhnutí pomocí Nálitků zásobárny tavenin pro kompenzaci smrštění Chladítek absorbátory tepla umístěné ve formě Změnou konstrukce technologický přídavek pak se obrobí spolu s vadami, zásobárna tepla zde se udělají vady

23 Tepelné uzly Tam kde je oproti stěnám nashromážděn kov, tam tuhne tavenina později Tam se tvoří staženiny Řešení Změna konstrukce Nálitky Chlazení uzlů

24 Nálitky v praxi

25 Technologické přídavky v praxi

26 Vznik vnitřního plutí v odlitcích Dilatační a objemové změny při nestejnoměrném teplotním režimu tuhnutí, hlavně však při chladnutí odlitku ve formě a tepelném zpracování Tytéž důsledky při fázových přeměnách v odlitku v době jeho chladnutí i tepelném zpracování Vznik místního nehomogenního pole při svařování odlitku nebo odstraňování nálitku upalováním.

27 Tepelná pnutí Mohou být Trvalá Dočasná např. vlivem ochlazení části odlitku (otevření dveří haly) po vyrovnání teplot zmizí Odlitek může prasknout transkrystalicky ( přes zrno) Snížení pnutí Žíhání pro trvalé Počkáním pro dočasná Trhlina v ocelovém válci

28 Gravitační lití do kovové formy Neželezné kovy

29 Gravitační lití do kovových forem na sklopných strojích

30 Nízkotlaké lití - neželezné kovy

31 Nízkotlaké lití metoda nízkotlakého lití představuje pracovní postup, během kterého je tavenina vytlačována z udržovací pece keramickou trubicí vzhůru do dutiny samotné licí formy. Přitom je využíváno principu podtlaku. Na hladinu taveniny působí přetlak, díky kterému je tavenina plynule natlačována do formy. Udržovací pec zde slouží pouze k udržení taveniny na požadované teplotě a ne k roztavení kovu. Charakteristickou vlastností nízkotlakého lití je efektivní způsob plnění formy vhodný pro tenkostěnné a plošně větší odlitky. Díky kontrolovanému plnění s minimálními turbulencemi a řízenému tuhnutí taveniny se nízkotlaké odlitky vykazují velmi jemnou a těsnou materiálovou strukturou bez porozity, vysokou přesností, dobrými mechanickými vlastnostmi a kvalitním povrchem. Vlastnosti hmotnost odlitku do 20 kg pro sériové osově symetrické díly (pouzdra, tělesa kompresorů, apod.) vhodné pro malé až střední výrobní dávky možnost vkládání mosazných nebo ocelových zálitků (matice, ložisková pouzdra, čepy, atd.

32 Vysokotlaké lití neželezné kovy

33 Pískové formy všechny kovy Odlévání do písku se řadí do kategorie lití do ztracené formy. Na jednu polovinu modelu odlitku je nasazen formovací rám, který je poté zaplněn speciální směsí pojiva a slévárenského písku. Výplň je pak vibračně nebo tlakově zpevněna a model vyjmut. Stejným postupem je pak zhotovena i druhá polovina pískové formy. Obě poloviny jsou poté spojeny popř. jsou přidána jádra a výsledná forma je naplněna taveninou. Při vyjímání odlitku po odlití je písková forma zničena. Lití do písku je flexibilní a vhodné jak pro malé tak velké odlitky. Odlitky se dále vykazují dostačující přesností a dobrou kvalitou povrchu. Tato technologie je vhodná pro složitě členěné díly s požadavkem na použití vložených jader. Z ekonomického hlediska je lití do písku výhodné pro malé série díky nízkým nákladům na modelové zařízení a krátkým dodacím termínům. Konstrukční změny bývají zpravidla snadno proveditelné.

34 Výroba netrvalých forem Pojivový systém: I. generace - mechanické způsoby zpevnění formovací směsi; II. generace - chemické procesy zpevnění formovací směsi; III. generace - fyzikální procesy zpevnění formovací směsi;i IV. generace na bázi biopolymerů Netrvalé formy pískové formy; Sádrové; keramické, atd. Náležitosti pro výrobu netrvalých forem model, modelová deska; jádra jaderníky.

35 Výroba modelů Model může být vyroben z mnoha druhů materiálu například Dřevo je vhodným materiálem pro konstrukci modelu pro snadnou obrobitelnost i sestavování. Má malou měrnou hmotnost, ale je hygroskopické, a proto je nutno ho chránit nátěry a impregnací před vlhkostí. Je vhodné pro modely určené pro menší počet kusů. Slitiny kovů dávají trvanlivější modely, jsou těžší, výroba je pracnější, ale vydrží větší počet zaformování. Jsou výhodné zejména pro sériovou výrobu na formovacích strojích. Sádra. Umělá kamenina. Epoxidové pryskyřice. Polyvinylchlorid (novodur). Pěnový polystyrén.

36 Modely

37 Jádra

38 Odstředivé lití

39 Kontinuální lití - polotovary

40 Lze i použít techniku spalitelného modelu

41 Kování Kování je beztřískové tváření zahřátých kovů pomocí úderů a rázů. Objemové tváření. Oproti jinému obrábění neztrácí materiál tolik na pevnosti, naopak se jeho houževnatost zvětšuje. Před kováním se materiál z pravidla ohřeje v peci nebo v kovářské výhni na kovací teplotu. U oceli je to asi 800 až 1000 C, tehdy se mění její struktura a je tím mnohem lépe tvářitelná (materiál dosáhl rekrystalizační teploty). Tváření probíhá buď ručním kováním, nebo strojně, kde je časté takzvané kování za studena, nebo tzv. poloohřevu. Strojní kování pomocí lisu či bucharu může být volné nebo zápustkové.

42 Kování Volné jednoduché nástroje i strojně pomocí bucharu (údery) Zápustkové - v bucharu nebo lisu (tlak) Jedná se o zatlačování kovu do dutiny nástroje (zápustky). Zápustkové kování se skládá ze tří základních operací předkování vlastního kování ostřižení výronku Používá se většinou pro menší výrobky a velký počet sériově vyráběných výkovků Postup vzniku klikového hřídele čtyřválcového spalovacího motoru s použitím zápustkového kování - shora: polotovar, tři fáze výkovku, konečný obrobený výrobek.

43 Zápustkové kování

44 Základní operace Pěchování - stlačování kovu ve směru hlavní osy tváření zvětšuje se šířka na úkor výšky polotovaru Prodlužování deformace kovu stlačením ve směru kolmém k hlavní ose polotovaru

45 Zápustky Dělíme Otevřené Uzavřené materiál, který je vložen do dutiny zápustky během kování vyplní dutinu a přebytečný materiál je vytlačován do tvarované mezery mezi horní a dolní zápustkou ( výronková drážka) Kov dokonale vyplňuje dutinu výkovek bez výronku Postupné Kováme postupně v různých dutinách buď výkovek přenášíme nebo přestavujeme dutiny

46 Jednodutinová otevřená zápustka

47 Válcování Objemové tváření podobně jako kování Ztuhlé ocelové ingoty o hmotnosti kolem 10 t se prohřívají v hlubinných pecích na teplotu tváření kolem 1100 oc a válcují se na předvalky. Z těch se pak vyrábějí válcováním konečné výrobky vývalky (tyče, kolejnice, plechy, pásy, trubky, apod.).

48 Plechy Plechy se válcují ve válcovacích stolicích s hladkými válci z plochých předvalků. Nejprve se válcuje napříč, aby se dosáhlo potřebné šířky plechu a potom se plech otočí o 90o a válcuje se podélně. Tím se dosáhne stejnoměrné tloušťky a rovnoměrnějších vlastností materiálu v podélném i příčném směru válcování. Vyrábějí se jak plechy tlusté, tak i tenké. Hranicí jsou 4 mm. Válcování za studena se používá pro výrobu plechů s hladkým povrchem a velkou přesností, i když výchozím polotovarem jsou pásy válcované za tepla. Hlubokotažné plechy jsou plechy s dobrými mechanickými vlastnostmi, např. převálcované za studena.

49 Profily a trubky Speciální postupy např: Mannesmanův způsob Stiefelův způsob

50 Další techniky objemového tváření Tažení drátů a profilů Protlačování

51 Plošné tváření Stříhání Ohýbání Tažení

52 Stříhání Stříhání je nejrozšířenější operací tváření. Používá se jednak na přípravu polotovarů (stříhání tabulí nebo svitků plechů, stříhání profilů, vývalků, apod.), jednak na vystřihování součástek z plechu buď pro konečné použití nebo pro výrobky na další technologie (ohýbání, protlačování, tažení, atd.) a jednak na dokončovací a nebo pomocné operace. Kromě klasického stříhání existují i další operace, které se nazývají podle způsobu odstraňování materiálu. Patří sem děrování, vystřihování, ostřihování, přistřihování, atd. Stříhání lze i za tepla pro tlusté nebo tvrdé materiály Střižník se vtlačuje do plechu a ten do otvoru střižnice a napětí překračuje mez kluzu a na hranách střižníku a střižnice se blíží mezi pevnosti

53 Ohýbání Ohýbání je proces tváření, při kterém je materiál trvale deformován do různého úhlu ohybu s menším nebo větším zaoblením hran. K ohýbání používáme nástroje ohýbadla, skládající se z ohybníku a ohybnice. Výrobkem je výlisek ohybek. Ohnutí tělesa (vzniklé tvary jsou nazpět rozvinutelné) do žádoucího tvaru využívá stejných zákonů plasticity, jako ostatní způsoby tváření - překročením meze kluzu dosáhneme oblasti plastické deformace. Plastická deformace je doprovázena deformací elastickou. Po průřezu je to pružně plastická deformace, která má různý průběh od povrchu materiálu k neutrální ose Pominou-li vnější síly na deformované těleso, rozměry tělesa se částečně vrátí do původních, tj. těleso odpruží. Zatímco u dříve probraných technologií bylo odpružení zanedbatelné, má při ohýbání značný význam. Odpružení při ohybu se projevuje jako úhlová odchylka g, jejíž význam roste s délkou ramen. Zpětné odpružení ohýbaných součástí je způsobeno vlivem pružné deformace materiálu kolem neutrální osy. Velikost úhlů odpružení závisí na tvárnosti materiálu, poloměru ohybu a způsobu ohýbání. Bývá v rozsahu 3 až 15o.

54 Tažení Tažením plechů a pasů vzniká prostorový výlisek nerozvinutelného tvaru. Podle tvaru výlisku můžeme proces tažení dělit na tažení mělké a hluboké, tažení bez a se ztenčením stěny, tažení rotačních a nerotačních tvarů a dále tažení nepravidelných tvarů (tzv. karosářské výlisky). Výchozím polotovarem je přístřih plechu, pás plechu nebo již jinak zpracovaný polotovar, který lze zpracovávat následujícími technologiemi: prostým tažením, tažením se ztenčením stěny, zpětným tažením, žlábkováním, rozšiřováním a lemováním, zužováním, přetahováním, napínáním a speciálními způsoby.

55 Princip tažení Princip tažení je ideální vysvětlit na tažení jednoduchého válcového tvaru se dnem. Potom obdobným způsobem lze získané výsledky aplikovat i na výtažky hranatých nebo nepravidelných tvarů. Zatlačujeme-li tažník do tažnice, posunuje se plech přes tažnou hranu, která se z celého nástroje nejrychleji opotřebuje. Síla potřebná k tažení se kontroluje z podmínky pevnosti válcové části nádoby, která se nesmí při tažení přetrhnout. Je nutné uvažovat vliv tření a zpevnění materiálu. Tažení je technologický proces, při kterém se přesouvá značná část, značný objem materiálu. Tento přesunutý objem je schematicky na obrázku znázorněn v podobě vyšrafovaných trojúhelníků. Tento objem materiálu se během tažení vytlačuje, zvětšuje výšku nádoby, mění tloušťku stěny. Je patrné, že vyšrafované plochy (trojúhelníčky) přebývají. Plech v místě příruby snahu se vlnit.

56 Další literatura