AVP slévárenství část 1

Transkript

1 AVP slévárenství část 1 Ing. Aleš Herman, Ph.D. Obsah přednášky Automatizace technologie přesného lití na vytavitelný model Mechanizace tavíren slitin neželezných kovů Mechanizace v oblasti gravitačního lití do kovových forem a nízkotlakého lití TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ METODA VYTAVITELNÉHO MODELU 1

2 Parametry metody rozměry: mm (světové max mm) hmotnost odlitu: 0,1 8 kg (48 kg SPL Zlín, světové max. 200 kg ) tvar: témeř bez omezení tloušťka stěny: ocel =1,2 mm, neželezné kovy = 0,6 mm hmotnost odlitu: 0,1 8 kg (48 kg SPL Zlín, světové max. 200 kg ) Materiál: Ocel, slitiny Co, Ni, Cu, Al, Ti, Mg, legované litiny, Sériovost: kusová až velkosériová Srovnání jednotlivých technologií z hlediska přesnosti Lití do písku ± 1 - ± 2 mm Kokilové lití Tlakové lití Vytavitelný model ± 0,1 - ± 0,3 mm ± 0,5 - ± 0,2 mm ± 0,03 - ± 0,1 mm Využití odlitků přesného lití Letectví Automobilový průmysl Zbrojní průmysl Raketová technika Lékařské nástroje Implantáty Ortopedické produkty Jaderná energie Hydraul. a pneu. komponenty Energetika Potravinářství Petrochemické zařízení Armatury Příslušenství lodí Části jízdních kol Hudební nástroje Golfové hole Zemědělská technika Průmyslové plynové turbíny 25 % Odběratelé odlitků přesného lití Sportovní zboží 7 % Automobilový průmysl 3% Všeobecné strojírenství 18% Letecký průmysl 47% 2

3 Přehled světové výroby odlitků metodou vytavitelného modelu Západní Evropa 25% Asie 17% ostatní 6% Severní Amerika 52% Pozice českého přesného lití ve světě statistika k roku 2006 Evropa Velká Británie Francie Německo Česká republika Severní Amerika Obrat v mil. USD Procento ze Světové Produkce 25% 10% 6% 4% 0,20% 50% Rok Celkový počet sléváren Počet zaměstnanců Kapacita [tun] / využití [%] oceli superslitiny Neželezné kovy Celkový obrat [mil.] % 90 10% 60 70% % 90 15% % % % % 1250 Nejvýznamnější slévárny přesného lití v ČR PBS Velká Bíteš, a.s Kdynium Kdyně, a.s Prague Casting Services, a.s 230mil/ mil/ mil/2006 3

4 TECHNOLOGIE VÝROBY metoda INVESTMENT CASTING Pracovní postup výrobní operace 1.Výroba forem na modely 2.Výroby voskových modelů 3.Sestava stromečku Pracovní postup výrobní operace 4.Výroba skořepin keramické obaly * 5.Výroba skořepin žáruvzdorný posyp 6.Vytavení v autoklávu 4

5 Pracovní postup výrobní operace 7.Vypalování skořepin 8.Tavení odlévání 9.Odstranění keramiky Pracovní postup výrobní operace 10.Oddělování vtokové soustavy řezání 11.Oddělování vtoků z odlitků - broušení 12.Dokončovací operace tryskání, broušení, 13.Kontrola Formy na voskové modely Materiál: - ocel - hliníkové slitiny - nízkotavitelné slitiny - zinkové slitiny - plastické hmoty - sádra - kaučuk Způsob výroby: - obráběním - odléváním - galvanopalsticky 5

6 Formy na voskové modely Stupeň mechanizace: - s ručním vyjímáním - s vyhazovači - s jádry a částmi forem ručně nebo mechanicky rozebíratelnými - celkově mechanizovaná Forma na voskový model Hliníková mříž pro zpevnění formy POSUVNÉ DÍLCE VSTUPNÍ OTVOR PŘIDRŽOVACÍ DESKA Výroba voskových modelů požadavky na vlastnosti vosku Dostatečná pevnost, tvrdost a dostatečná stabilita Dostatečná pružnost pro manipulaci Malé smrštění během tuhnutí Nízké procento popela Vhodná viskozita Odolnost oxidaci Nesmí se lepit na stěny kovové formy Nesmí reagovat s obalovými hmotami Přesná reprodukce formy Musí ztuhnout ve formě během krátké doby po vstříknutí 6

7 Výroba voskových modelů voskové směsy na modely -čisté - plněné - emulgované na vtokové soustavy rekultivované vosky speciální vosky - adhezní - opravný - vosky na jádra - namáčecí - rozpustné Výroba voskových modelů způsob výroby Gravitační lití modelů Je používáno už jen velice zřídka a to většinou při výrobě pomocných modelů jako jsou např. vtokové kanály apod. Vstřikování do formy Výroba voskových modelů vstřikováním vosku do formy je hlavní metodou výroby voskových modelů. Výroba se uskutečňuje na speciálních vstřikovacích lisech, které vstřikují roztavený vosk pod tlakem. Teplota vosků při vstřikování je v rozmezí C. Po ztuhnutí je model vyjmut z formy.vstřikovací lisy jsou klasifikovány dle stavu vosku, který je stroj schopný vstřikovat. Výroba voskových modelů vstřikovací stroje Stroje pracující s tekutým voskem - lisovací teplota ( o C) - lisovací tlak ( 5 25 MPa) -čas lisování ( 0,5 6 min ) - teplota formy (25 45 o C) -čas ve formě (0,5 1,5 min) 7

8 Kalibrační přípravek VOSKOVÝ MODEL TVAROVÁ ZÁKLADOVÁ DESKA Sestava vtokové soustavy Podle počtu modelů v jedné licí soustavě se rozlišují: Sestavování jednotlivých modelů Používá se v případě rozměrnějších odlitků. Jsou to převážně odlitky u nichž velké nároky na kvalitu nebo rozměrovou přesnost vylučují použití jiné technologie. Vtoková soustava s různými druhy nálitků se vyrábí ve zvláštních formách a na model se připojí pájením nebo lepením. Sestavování modelů do stromečku Stromeček se skládá z většího počtu modelů, spojených jednotlivými vtoky s vtokovou soustavou. Sestava vtokové soustavy Sestavování jednotlivých modelů Sestavování modelů do stromečků 8

9 Výroba keramických forem Obalování spočívá v opakovaném namáčení modelových stromečků do obalové hmoty, posypávání žáruvzdorným materiálem o vhodné zrnitosti a sušení jednotlivých obalů. Tento cyklus se opakuje tolikrát, dokud nemá obal požadovanou tloušťku. Počet vrstev bývá obvykle mezi 5 až 15 obaly. 9

10 Výroba keramických forem Při namáčení se čisté voskové stromečky pozvolna ponořují do obalové hmoty(břečky) při současném otáčení a naklánění tak, aby obalová hmota rovnoměrně pokryla stromeček, a aby se neutvořily v koutech, rozích nebo drážkách vzduchové polštáře, nebo aby tam neulpěly vzduchové bublinky. Posypávání žáruvzdorným materiálem se provádí fluidně, ponořením do vzduchem načeřeného posypového materiálu. Na první dva lícní obaly, které rozhodují o kvalitě povrchu odlitku se používá jemný zásypový materiál se zrnitostí většinou 0,1 až 0,25 mm, na další obaly pak 0,25 až 0,5 mm Výroba keramických forem Formovací směsi pro výrobu keramických skořepin se obecně skládají ze dvou látek - plniva - pojiva (břečka) Základní vlastnosti keramických skořepin Minimální tepelná roztažnost Vysoká teplota tavení Chemická netečnost vůči odlévaným kovům materiály Al 2 O 3 oxid hlinitý ZrO 2 oxid zirkoničitý. křemičitany mulitu, zirkonu, silimanitu a molochitu. Výroba keramických forem Při operace sušení keramických skořepin musí každý obal schnout v klimatizovaném prostoru při konstantních podmínkách. Teplota prostředí 20 až 24 C Vlhkost prostředí 50 až 70% Při sušení musí být zajištěno dostatečné proudění vzduchu. Podstatného zkrácení doby sušení se dosáhne sušením v proudu vzduchu s rychlostí proudění alespoň 180 m/min. V mírně ohřátém vzduchu (25 až 27 C), proudícím rychlostí 250 m/min, lze zkrátit dobu sušení mezi jednotlivými obaly na 50 až 55s 10

11 Výrobní linka na keramické skořepiny Vytavení voskové hmoty z formy Vytavování voskových modelů se provádí: V autoklávu 0,3 1,6 MPa, při T = C Za vysoké teploty v peci za teploty 900 až 1000 C, takže se spojí vytavení vosku s vypálením skořepiny. Ztráty vosku jsou 10 až 15%; Za nízké teploty vytavování se provádí v roztavené a přehřáté hmotě stejného složení jako má hmota modelů Dielektrickým ohřevem skořepiny se zvlhčí vodou a pak se umístí v poli vysokofrekvenčních oscilací. Vlhká skořepina se rychle ohřeje, vosk se těsně u skořepiny odtaví a vytvoří se dilatační spára, jenž zabrání popraskání skořepiny rozpínajícím se voskovým modelem Horkým vzduchem proud horkého vzduchu se zavádí do středu vtoku. Ten s protaví dříve než se celý model ohřeje a k odtavování pak dochází z vnitřku. Příprava keramické skořepiny Keramická skořepina je po vytavení tepelně izolována pomocí izolačního materiálu sibral. Tento materiál slouží jako izolace v místech, kde je potřeba prodloužit tuhnutí odlitku. Podle tvaru, váhy a rozměrů se určí zda bude skořepina odlita: - zasypaná ( lupek, ocelové broky) - samonosně 11

12 Vypálení keramické skořepiny Vypálené formy jsou schopny odolávat velmi vysokým teplotám a při pečlivém výběru skladby keramické břečky a posypového materiálu mohou být používány pro velmi širokou oblast slitin. Důvody vypalování forem před odléváním: - Odstranění zbytků voskových materiálů a těkavých látek zbylých po vytavování. - Zhutnění struktury keramiky dosažení potřebné pevnosti skořepiny. - Předehřátí formy před litím na stanovenou teplotu ( o C) Vypálení keramické skořepiny - průběžná pec Automatické licí pracoviště Video 1 Video 2 12

13 Dokončovací operace Typické pořadí dokončovacích operací: Odstranění převážné části keramické skořepiny(mechanicky) Odstranění odlitků z vtokové soustavy. Odstranění zbylé keramiky (mechanicky / chemicky) Odstranění vtoků z odlitků. Tryskání a dokončování. Odstranění zbylé keramiky Chemické metody lze použít fluorovodíkové kyseliny, žíravé soli nebo soli v roztavené formě jako vodní roztok. Existují 2 chemické metody: Lázeň s rozpuštěnou solí hydroxid sodný,pracovní teplota v rozmezí C. Doba ponoření odlitků je okolo 20 minut. Po solné lázni jsou odlitky opláchnuty a vloženy do neutralizační kyseliny kde dojde k odstranění okují. Horká vodní žíravá lázeň alkalické koncentráty, obvykle s hydroxidem draselným. Pracovní teplota je okolo 80 C a odlitky, doba ponoření několik hodin. Obě výše uvedené metody jsou schopny odstraňovat i přístupná keramická jádra. Pro obtížnější, nepřístupná jádra, se používá louhovacího autoklávu. Jako louhovací prostředek je úspěšně používána koncentrace vodné žíraviny nebo kyseliny fluorovodíkové Kontrola odlitků Metody pro rozměrovou kontrolu Důsledné dodržování rozměrů je nevyhnutelným požadavkem na kvalitu přesných odlitků, dodávaných jako výrobky typu near-net-shape. Metody pro zjišťování kvality povrchu Metody zkoumající povrchovou kvalitu odlitků. Metody pro zjišťování vnitřních vad Zkoumání vnitřní struktury odlitku. Kontrola výskytu převážně ředin a staženin. 13

14 Kontrola odlitků - rozměrová Metody pro rozměrovou kontrolu Existuje mnoho technik používaných ke kontrole rozměrové přesnosti odlitků. Kontrola se provádí pomocí mikrometrů, ručních či automatických měřidel, souřadnicových měřicích systémů a tří rozměrných automatických měřicích systémů Kontrola odlitků - povrchové vady Metody pro zjišťování kvality povrchu Trhliny a jiné povrchové vady mohou být zjišťovány pomocí velkého počtu metod: - visuální kontrola - chemické leptání - fluorescenční kapilární metoda - zkouška vířivými proudy - magnetická zkouška Kontrola odlitků vnitřní vady Nedestruktivní metody lze systematicky rozdělit na optické, akustické, elektromagnetické, tepelné, radiografické a vzájemně propojené. - Penetrační - Magnetické - Vířivé proudy - Ultrazvukové - Rentgenové 14

15 Tavení slitin neželezných kovů mechanizace a automatizace Al slitiny Vsázka : Housky slitin výrobky hutí nejdražší surovina, ale nejkvalitnější existují primární slitiny slitiny prvního tavení výroba hutnickým způsobem a sekundární slitiny výroba přetavením Al šrotu (obsahují více nečistot a přísadových prvků Vratný materiál vtoky, nálitky, zmetky Nejpoužívanější rozsah je podíl % vratného materiálu, zbytek housky slitin. Typy pecí pro tavení Al slitin Elektrické odporové kelímkové, komorové špatná možnost automatizace Plynové kelímkové, šachtové Elektrické kelímkové indukční nízkofrekvenční již velmi omezeně špatná možnost automatizace 15

16 Šachtové pece a jejich princip Posuvné dveře zavážecího otvoru Horní kryt šachty System ETAmax Předehřívaná vsázka Tavící hořáky Hořák udržovací komory Čistící dvířka tavící komory možnost odstranění ocelových zálitků 1. Automatische Beschickung 2. Kontinuierliche Metallentnahme, konstante Temperatur und hohe Qualität Odpichový ventil Příklad vizualizace šachtové pece, přehled termočlánků Příklad vizualizace na Touch-screen obrazovce obecná kontrola stavu pece Zjednodušený výkres vyzdívky Šachtové pece MPL II 47 Schéma tavení v šachtové peci Dosažení nejnižšího propalu: => krátká doba setrvání vsázky v přímém kontaktu s plamenem Předehřívaná vsázka Tavící hořák - plamen se nedotýká housek Odpadní spaliny 300 C => maximální předehřev vsázky Čistící otvor tavícího mostu ihned po natavení sklouzává materiál do udržovací komory plamen se nedotýká vsázky Přechod taveniny z tavící do udržovací komory Tavící most 16

17 Pece s malým výkonem - nesklopné Tavící komora je nad udržovací komorou Typ pece MH díky této konstrukci zabírá méně místa Detail odpichového ventilu Pece s tavícím výkonem nad 1 tunu Al /h tavící komora je vedle komory udržovací Díky banánu je možné tavit i během sklápění pece Vylévací žlab Tavící komora je nalepena na komoře udržovací Nižší hodnota DI a minimální vznik oxidů natavený materiál stéká do udržovací komory Snazší čištění pece lepší přístup k tavícímu mostu Sklopné pece Laserové snímání šachty, vážící buňky, zavážení Laserový snímač zaplnění šachty Otvor komínové šachtě pro laserové paprsky Rám pro uložení 2 nosných bloků a hydraulického válce Uložení 4 vážících buněk MPL II 51 17

18 Proč jsou šachtové pece tolik rozšířené 1 spotřeba energie pro tavení a ohřev na vylévací teplotu < 600 kwh / t Al (u kelímkových plynových pecí je uváděno kwh / t Al) ztráty kovu = (propal + stěry) při 50% vratu a 50% housek < 1,5 % finanční úspora na 1% ztráty kovu: 1000kg/h * 20h/den * 340 dnů / rok * 50 Kč/kg Al * 0,01 = Kč / rok vysoké využití tepla teplota odpadních spalin < 300 C kontinuální odběr materiálu ustálená tavenina je stále k dispozici v nastavené teplotě, která kolísá v rozmezí ± 6 C snížení rizika exploze housek MPL II vyšší kvalita kovu nedochází k vycezování tvrdých vměstků ponořením housek do taveniny 52 Proč jsou šachtové pece tolik rozšířené 2 snadné čištění, možnost odstranění železných zálitků bez rizika zvýšení procenta železa v tavenině Snadná obsluha celého zařízení Snadná údržba Žádné problémy s ekologií a množstvím NO x ve spalinách Archivace a zpětná kontrola všech procesních dat množství nataveného a odebraného materiálu skutečná spotřeba plynu aktuální ztráty kovu (sledování zaváženého množství kovu, množství stěrů a nečistot při čištění pece Animace pece Transport kovu Transportní pánve rozvoz pomocí vysokozdvižných vozíků Transportní žlab kontinuální rozvod kovu PEC ŽLAB INGOTY LICÍ STROJE 18

19 Automatizace v gravitační lití do kovových forem Gravitační lití do kokil Licí stůl s možností hydraulicky ovládaných jader Licí stroj (manipulátor, robot) Apretace Příklad plně automatizovaného pracoviště gravitačního lití 19

20 Možnosti uspořádání - lineární Možnosti uspořádání - rotační 20

21 Možné varianty licích stolů Možné varianty licích strojů 21

22 Možná manipulace s odlitky Karuselové uspořádání pracoviště Karuselové uspořádané výměnné udržovací pece 22

23 Automatizace apretace Video Laempe Sklopné gravitační lití do kokil (Tilt casting) Licí stůl s možností hydraulicky ovládaných jader Licí stroj (manipulátor, robot) Apretace 23

24 Příklad zapojení sklopných licích strojů Automatizace v nízkotlakém lití 24

25 Princip technologie Možnosti automatizace nízkotlakého lití Licí stroj s různým příslušenstvím Výměnné pece Vyjímání odlitků Manipulace s odlitky Ošetření formy Apretace Výrobní linky Licí stroj pro netrvalé formy 25

26 Licí stroj pro trvalé formy Licí stroj pro trvalé formy možné doplnění Licí linky 26

27 Výměnné pece Další operace shodné s kokilovým litím, doplněné o různé typy manipulačních zařízení. Pro odložení a přesun odlitku od robotu/manipulátoru používáme tyto zařízení: Krokový dopravník Vytváří zásobník odlitků pro založení do přepravního boxu nebo ostřihovacího lisu Otočný dopravník Zajišťuje manipulaci s paletovanými odlitky v přepravních boxech Skluzy zajištění snadného odsunu odlitků z nebezpečného prostoru možnost zajištění třídění dobrých/vadných kusů Válečkové tratě atd 27

28 Skluz Otočný zakladač Skluz s tříděním 28

29 Skluz s posuvem odlitku Souhrn přednášky Automatizace technologie přesného lití na vytavitelný model Mechanizace tavíren slitin neželezných kovů Mechanizace v oblasti gravitačního lití do kovových forem (včetně sklopného lití) a nízkotlakého lití 29

30 Děkuji za pozornost Dotazy?? 30