1 Střední Průmyslová Škola Strojnická a Vyšší Odborná Škola Technická, Sokolská 1, Brno ODLÉVÁNÍ

Transkript

1 1 ODLÉVÁNÍ Odlévání je způsob výroby součástí z kovů nebo jiných tavitelných materiálů, při kterém se tavenina vlije do formy, jejíž dutina má tvar a velikost odlitku. Ztuhnutím taveniny ve formě vznikne odlitek. Odlitek je buď hotový výrobek, nebo se ještě dále mechanicky obrábí. Odléváním se vyrábějí předměty složitého tvaru, které by se jinou technologií (kováním, obráběním a pod.) vyráběly jen s obtížemi. Odlitky se odlévají ze šedé litiny, bílé litiny, oceli na odlitky, slitin mědi, hliníku, hořčíku, zinku, některých plastů, skla a pod. Podle toho nazýváme i slévárny ( slévárna šedé litiny atd.). Důležité vlastnosti kovů jsou především dobrá slévatelnost a dobrá zabíhavost. Po odlití a ztuhnutí se odlitek vyjme z formy, je to tzv. surový odlitek. Ten se pak dopravuje do čistírny, kde se zbavuje vtokové soustavy, výfuků, nálitků, jader, povrchových nečistot, písků a švů. Získá se tak hrubý odlitek, jenž se liší od obrobeného (čistého) odlitku o přídavky na obrábění. Hrubý odlitek uznaný výstupní technickou kontrolou za vyhovující je poslán k dalšímu zpracování. Vratný materiál (vtoky, výfuky atd.) jde zpět do tavírny. Použité modely, jaderníky a formovací rámy se dopravují do skladů, upotřebený formovací materiál do úpravny materiálu. Z uvedeného je vidět, že ve slévárně jsou dva důležité oběhy. Oběh formovacích látek a oběh kovu. výkres součásti výkres odlitku výroba modelového zařízení (modely, jaderníky) úprava formovacího sklad modelového sklad rámů materiálu zařízení FORMOVNA Sušárna výroba forem a jader sušení forem skládání forem TAVÍRNA odlévání odlitků tavení kovů vytloukání odlitků

2 2 surový odlitek čistírna a úpravna odlitků odstraňování vtokové soustavy, TZ, úpravy odlitků hrubý odlitek kontrola expedice POSTUP VÝROBY ODLITKU MODELY Model je pomůcka sloužící k výrobě forem. Má tvar odlitku, zvětšený o přídavek na obrábění. Musí být co nejjednodušší, aby šel dobře zaformovat a z formy vyjmout. Rozměry modelu musí být větší o přídavky na obrábění a ještě o smrštění kovu nebo slitiny, z níž je odlitek odléván. V kusové a maloseriové výrobě se modely vyrábějí ze dřeva. Pro seriovou a hromadnou výrobu se používají modely kovové, které se méně opotřebovávají. Modely mohou být nedělené nebo dělené. Dělené se používají pro snadnější formování. Aby byla při vkládání modelu zajištěna správná poloha jednotlivých částí modelů, jsou modely spojeny v dělící rovině spojovacími čepy (kolíky). ŠABLONY Vhodně upravená prkna s okrajem podle tvaru odlitku. Hrany jsou z důvodu otěru okovány ocelovým plechem, někdy jsou celé plechové. Formy se z nich zhotovují tak, že se šablonou buď otáčí -otočné šablony, nebo posouvá -kročky. JADERNÍKY Trvalé formy na výrobu jader. Zhotovují se ze dřeva; při sériové výrobě z kovu. Podobně jako modely jsou většinou dělené, aby se daly snadno vyjmout hotová jádra z jaderníku. Platí všechny zásady jako pro výrobu modelů (přídavek na smrštění, úkosy, zaoblení hran atd.).

3 3

4 4 FORMOVACÍ LÁTKY Jsou to upravené suroviny, které se hodí k výrobě forem a jader. Od formovacích látek se požaduje tvárnost, pevnost, soudržnost, prodyšnost, žáruvzdornost, rozpadavost aj. Tyto vlastnosti jsou podmíněny vlastnostmi základních složek formovacích látek, ostřiva a pojiva. Použitím různých druhů ostřiv a pojiv se získají různé směsi, které se liší technologickými vlastnostmi. Nejpoužívanějším ostřivem je křemenný písek vhodné zrnitosti, se zrny většími než 0,02mm. Upravuje se plavením, tříděním podle velikosti zrn a sušením. Ostatní ostřiva - šamot, chromit a magnezit se používají méně často. Speciální ostřiva se používají tam, kde běžná ostřiva nevyhovují např. tepelně namáhaná jádra, skořepinové formy. Jsou to zirkon, korund, karbid křemíku aj. Pojivo dává formovací směsi soudržnost, tedy vaznost za syrova a pevnost po vysušení nebo za vyšších teplot. Nejčastěji je to hlína nebo jíl - bentonit umožňující přijímat až šestinásobek vody své hmotnosti. Na výrobu jader se používá jádrový písek. Vzhledem k velkému tepelnému namáhání jádra musí mít dobré pevnostní a tepelné vlastnosti. Po vychladnutí odlitků se musí jádro snadno rozpadnout a bez námahy z odlitku odstranit. Kromě základní formovací látky se používají zvláštní slévárenské látky, např. slévárenský písek s vodním sklem ( tzv. CT písky ), obsahuje 89 % křemenného písku, 5% žáruvzdorné hlíny, 5% vodního skla a 1% mazutu.

5 5 Požadované vlastnosti formovacích materiálů se dosahují vhodnou úpravou v úpravnách písku. Upravuje se písek čerstvý (nový) a písek upotřebený (starý). Pro výrobu forem se používá dvou druhů písků: 1.Modelový písek - pěchuje se při formování přímo na model. Je to nový jemný písek náležitě upravený. 2.Výplňový písek - slouží k vyplnění ostatního prostoru ve formovacím rámu. Je to upravený starý písek. Kromě těchto formovacích látek se používá: Slévačský prášek (např.uhelný prach), dělící prášek (např.křemenný písek) a barviva (např.grafit s vodou). Nevýhodou forem zhotovených z těchto materiálů je to, že je lze použít jen jednou, protože se při vyjímání odlitku zničí. Jsou to formy netrvalé (ztracené). Pro menší počet odlitků se používají formy polotrvalé. Jsou z keramických hmot. Při hromadné výrobě se používá forem kovových (kokil). Tyto formy jsou trvalé a může se do nich odlévat až několik tisíc odlitků. VTOKOVÁ SOUSTAVA Je to souhrn kanálků, kterými protéká tekutý kov při jejím plnění. Není-li správně konstruována a dokonale provedena, zvyšuje se počet zmetků zaviněných struskou a formovacím pískem, vznikem staženin a pod.. FORMOVÁNÍ Technologický postup ručního formování Formováním se myslí výroba netrvalých forem, zhotovených z písků nebo hlín. Zhotovují se ručně nebo strojně. Podle druhu kovu(slitiny) a velikosti odlitků se rozlišují formy pro odlévání: na syrovo -formy nejsou sušené a kov se odlévá do forem o normální vlhkosti písku; na sucho -formy se vysušují nebo vypalují na vyšší teplotu tak, aby převážná část vlhkosti z písku unikla; Ruční formování vyžaduje zručnost formířů; zhotovují se jím formy pro menší počet odlitků a formy pro velmi složité a velké odlitky. Formování do dvou rámů Na očištěnou formovací modelovou) desku se položí spodní polovina modelu a spodní formovací rám. Povrch modelu se popráší slévačským práškem, aby se formovací materiál nepřilepil na model. Do rámu se přeseje sítem modelový písek a dobře se upěchuje k modelu. Zbývající prostor v rámu se vyplní výplňovým pískem a rovněž se dobře upěchuje.

6 6 Aby se dosáhlo dobré prodyšnosti formy,pěchuje se směrem k obvodu formy méně intenzivně. Přebytečný písek se odstraní pravítkem a podle potřeby se forma odvzdušní napícháním průduchů téměř až k modelu. Tím je zaformován spodek formy. Potom se rám překlopí o 180 o, dělící rovina se očistí, nasadí se druhá polovina modelu (se spojovacími čepy), ustaví se vtoková soustava a výfuk. Na dolní rám se nasadí horní a oba se pomocí zaváděcích kolíků proti sobě zajistí. Dělicí rovina se posype dělícím práškem, model se popráší slévačským práškem. Další postup je stejný jako u formování spodku formy. Potom se z formy vytáhnou kolíky pro vtok a výfuk, upraví se licí jamka a výfuk. Vrchní díl formy se nadzvedne a překlopí o 180 o. Pro zvýšení pevnosti písku se navlhčí okraje modelu, poklepe se na model a citlivě vyjme. Líc formy se upraví, poškozené části vyspraví a je-li třeba, zpevní pískováčky. Potom se ještě líc formy nataví nebo jen popráší grafitem, forma na vysušení se vysuší. Má-li mít odlitek dutinu, založí se jádra. Jsou-li dlouhá a těžká, podepřou se jaderními opěrkami. Forma se složí a zabezpečí proti vztlaku kovu vhodným zatížením(úkladky). Tím je forma připravena k lití. Tato metoda se používá v maloseriové výrobě. Formování šablonováním Se používá pro velké součásti (velké řemenice, setrvačníky apod.). Protože je poměrně zdlouhavé, používá se jen v kusové výrobě. Technologický postup strojního formování Výhody jsou ve vyšší produktivitě práce, v kvalitnějších a přesnějších odlitcích, v menším procentu zmetků, v odstranění lidské námahy a v možnosti použití méně kvalifikovaných pracovních sil. Strojním formováním bylo zmechanizováno hlavně pěchování (zhušťování) formovacích materiálů a vyjímání modelů z forem. Základní pomůckou strojního formování je modelová (formovací) deska. Na ní jsou trvale připevněny modely odlitků a modely prvků vtokové soustavy. Obvykle bývá na jedné modelové desce větší počet menších modelů. Je opatřena zajišťovacímí a nadzvedávacími kolíky, které zajišťují přesné umístění formovacího rámu na modelové a jeho správné zvedání kolmo k dělící rovině. Zhušťování formovací směsi se provádí lisováním, střásáním nebo metáním. Formování lisovacími stroji (lisy) Na modelovou desku se připevní formovací a pomocný rám. Po naplnění obou rámů formovací látkou se tlakem lisovací desky přemístí látka z pomocného rámu do formovacího. Největší zhuštění formovací látky je pod lisovací deskou, kde však má být forma prodyšná, aby z ní snadno odcházely plyny. U modelu má být zhuštění co největší. Tento způsob je vhodný jen pro ploché a jednoduché odlitky. Je to tzv. lisování shora. Uvedené nevýhody odstraňuje lisování zdola nebo oboustranné lisování. Formování střásacími stroji

7 7 U těchto strojů se písek zhušťuje tvrdými nárazy formovacího stolu na válec formovacího stroje, a to nejvíce v okolí modelu. Horní vrstvy jsou zhuštěny nedostatečně, proto se forma musí dopěchovat nebo dolisovat. Tento způsob se používá při výrobě forem pro malé a středně velké odlitky Formování metacími stroji Principem je metání formovacího materiálu na model rotující lopatkou v metací hlavě. Formovací materiál je do ní doplňován ze zásobníku dopravníky s pryžovými pásy. Metací hlava je na kloubovitém rameni, takže se s ní dá pohybovat nad celou formou. Tato metoda je vhodná pro velké a hluboké formy, uspoří práci několika dělníků; vyžaduje však doplňkovou mechanizaci ( zpracovává 5-40m 3 písku za hodinu). Sušení forem a jader Formy a jádra se suší proto, aby se zvýšila jejich pevnost a prodyšnost a odstranila nežádoucí vlhkost. Protože sušením se zpomaluje a zdražuje výroba, suší se jen ty formy, které sušení potřebují vzhledem ke svému tvaru, velikosti, tloušťce stěn a formovací látce. Snížením vlhkosti se zabrání vzniku velkého množství par, jež by mohly poškodit odlitek. Teplota sušení závisí na druhu formovací látky a je v rozmezí C.

8 8 Povrch forem a jader se většinou po sušení barví; obvykle stejným barvivem jako před sušením. Barví se ihned po vysušení, aby barvivo teplem vyschlo. Pak se forma složí. Odlévání kovu do forem Tekutý kov se dopravuje z tavírny na místo odlévání v licích pánvích, jejichž velikost je závislá na velikosti odlitku. Podle způsobu dopravy a způsobu odlévání jsou pánve ruční a jeřábové. Pánve pro ocel na odlitky mají spodní výpusť, aby se oddělila struska a aby tavenina rychle nechladla. Licí pánve Vytloukání, čištění a úprava odlitků Po odlití a ochlazení kovu ve formě se z ní odlitky vytloukají (forma se rozbije). Použitý formovací materiál se dopravuje zpět do úpravny formovacích látek k regeneraci. Surové odlitky se dopravují do čistírny, kde odlitek dostává konečný vzhled, v jakém opouští slévárnu. Jde o odstranění písku z povrchu odlitků, o odstranění vtoků, výfuků a nežádoucích výstupků (např. švů). Způsob čištění je závislý na velikosti a množství odlitků. Velké odlitky se čistí ručně sekáči nebo v tryskacích komorách. Menší odlitky se čistí strojně, např. v pásových čistících bubnech. Někdy se odlitky ještě tepelně zpracovávají, aby se odstranila hrubá licí struktura (odlitek je křehký) a vnitřní pnutí. Kromě toho se tepelným zpracováním ještě zlepšuje obrobitelnost, dosahuje vysoké povrchové tvrdosti apod. Nejčastěji se používá žíhání.

9 9 Vady a kontrola odlitků Dobrý odlitek musí vyhovovat všem technickým podmínkám pro dodání odlitku. To znamená, že nesmí mít žádnou vadu, t.j. odchylku vzhledu, tvaru, rozměru, hmotnosti a struktury. Příčinami vzniku vad jsou : -nevhodná konstrukce odlitku, -nevhodný formovací materiál, -nesprávně provedená vtoková soustava aj. Mezi nečastější vady patří: 1. bubliny -příčinou je velké množství plynů v tavenině, vlhká forma; špatně provedená vtoková soustava; 2. staženiny -příčinou je špatné nálitkování; 3. trhliny za tepla -příčinou je nestejnoměrná tloušťka stěn aj. 4. praskliny -příčinou je nevhodná konstrukce odlitků způsobujících různý průběh smrštění, nesprávně provedené tepelné zpracování aj.; 5. nezaběhnutí -příčinou je malá tloušťka stěn; 6. přesazení -příčinou je špatně složená forma, opotřebované rámy aj.; Vyrobené a upravené hrubé odlitky musí projít ještě technickou kontrolou, která zjišťuje, jak byly dodrženy technické podmínky pro výrobu odlitků. Aby mohla splnit tyto požadavky, musí mít dostatečně vybavené laboratoře: a) chemické (chemický rozbor materiálu), b) metalografické (struktura materiálu), c) mechanické (mechanické vlastnosti materiálu), d) technologické (technologické vl. materiálu), e) defektoskopické (vnitřní vady materiálu). Rozsah zkoušek bude záviset na rozsahu výroby, druhu materiálu, funkci součásti (odlitku) ve stroji apod. Lití do trvalých forem LITÍ DO KOKIL

10 10 Produktivní slévárenská metoda. Řadí se k metodám přesného lití. Forma je kovová (trvalá forma), pro vytvoření dutin se používá kovových,nebo pískových jader. Materiál forem bývá nejčastěji litina nebo ocel, rozšířilo se použití kokil z hliníkových slitin na výrobu odlitků z lehkých slitin, oceli, šedé litiny. Líc kokily se galvanicky pokovuje (zamezení styku kokily s tekutým kovem, zvyší se životnost). Životnost kokil: odlitků (podle druhu odlévaného kovu), trvanlivost kokil se prodlužuje žárovzdorným nátěrem (2 až 3x za směnu - po 200 až 300 odlití). o tloušťce 0.1-1mm, slouží i jako tepelná izolace. Odvzdušnění formy: kanálky v dělící rovině- tak velké, aby se nezalily kovem,musí včas odvést vzduch z formy. Výhody: výroba tvarově i rozměrově přesných odlitků s jemnozrnnou strukturou (následkem rychlého ochlazení), zlepšení pracovního prostředí prostředí a možnost automatizace. Nevýhody: drahá forma, nutnost odlitky tepelně zpracovávat Použití: výroba pístů, armatur, součástí elektrických strojů. LITÍ POD TLAKEM Metoda přesného lití, nejvíce se blíží snaze přeměnit základní materiál přímo na hotový výrobek bez dalšího opracování. Odlitky: přesnost ± ± 0,2mm => většinou není potřeba žádného obrábění. -lze předlít velmi malé otvory ( 2,5mm), závity (od 10mm), přesné detaily (písmo, znaky). -tloušťka stěn od 1 do 3mm. -velmi dobré mech.vlastnosti Podstata: vyplňování formy roztaveným kovem při vysokém tlaku ( Mpa), tlak je závislý na velikosti stroje a odlévaném materiálu (slitiny Pb,Zn,Al,Mg,Cu) tlaky pro uzavření formy, vstříknutí kovu a otevření formy se dosahují hydraulicky. Podle uspořádání vstřikovacího ústrojí jsou stroje: a) s teplou tlakovou komorou -k odlévání nízkotavitelných slitin -tavící pec je součástí stroje,ze které je roztavený kov tlačen přímo do formy: pístem - u starších konstrukcí, tlakem vzduchu- u novějších konstrukcí. b) se studenou tlakovou komorou -pec postavena zvlášť, mimo stroj

11 11 -roztavený kov se dopravuje do tlakové komory ručně slévačskou lžící III. FÁZE Levá polovina formy odjede a vytáhne z pravé části odlitek včetně vtokové soustavy a následně vyhazovač vyhodí odlitek z levé části formy. IV. FÁZE Levá část formy se opět spojí s pravou částí a spodní píst v tlakové komoře vytlačí přebytek ztuhlé taveniny. Veškeré pohyby formy a pístů jsou ovládány hydraulicky příp.mechanicky. -Hospodárnost lití pod tlakem:projevuje se již od 1000 odlitků. -Životnost forem: asi 5000 odlitků, mohou vydržet i odlitků. Výroba jednoho odlitku trvá podle jeho velikosti od 30 sekund do 6 minut. Použití: automobilový průmysl, letecký, elektrotechnický, spotřební průmysl. ODSTŘEDIVÉ LITÍ Podstata: roztavený kov vléváme do rychle se otáčející formy. Odstředivou silou je kov přitlačován ke stěně formy, kde tuhne. -Použití: odléváni trub, válců, kroužků apod. -Výhody: úspora jádra, odpadá vtoková soustava a výfuk, odlitky hutné, bez bublin. -Nevýhody:nedají se odlévat odlitky s neválcovou dutinou. -Podle osy rotace je odstředivé lití svislé a vodorovné. L < D D = průměr odlitku L = délka odlitku LITÍ DO SKOŘEPINOVÝCH FOREM L > D

12 12 -K výrobě skořep forem se používá směsi křemeného písku s 5-10 % syntetické pryskyřice, (fenolformaldehydová) kovová modelová deska s modelem a vtokovou soustavou se zahřeje na 250 o C, postříká silikonovým olejem (zabrání připékání směsi na model). Deska se připevní na zásobník písku a překlopí se o 180 o. Písková směs se přesype na modelovou desku =>pryskyřice se roztaví, slepí a vytvoří na povrchu modelu skořepinu.po dosažení tloušťky (5-12mm) odpadne přebytečný materiál zpětným překlopením zásobníku. Modelová deska i se skořepinou se vloží do pece, kde při teploťe 300 o C nastává polymerizace =>skořepina se vytvrdí. Jádra se vyrábjejí podobným způsobem v jaderníku.forma se složí podle čípků, spojí lepením, sešroubováním či sepnutím, vloží do rámu, obsype se litinovým nebo křemenovým pískem a je připravena k lití. Lití je vhodné pro hromadnou výrobu malých a středně velkých odlitků. Velmi dobře se odlévají složitější odlitky, např. žebrované válce motorů, součásti čerpadel aj. METODA VYTAVITELNÝCH MODELŮ Metoda přesného lití -Přesnost:lití kovů do nedělených forem (možnost odlévat libovolné tvary) s velmi hladkým povrchem. -Přesnost:IT 13-IT 12. -Jakost povrchu:běžně Ra 12,5-6,3. -Nevýhoda:technologicky náročná výroba,proto vhodné pro velké série. -Podstata:model z vytavitelných materiálů se i s vtokovou soustavou namočí do kaše s ethylsilikátem a tak vytvoří keramický obal. Nechá se vysušit a namáčení pokračuje až se dosáhne předepsané tloušťky formy. Model se z formy vytaví nebo spálí, vzniklá skořepina se vloží do form. rámu a rám se vyplní křemenným pískem.je to tzv.obalový způsob se

13 13 zasypanou skořepinou. Po vytavení modelových hmot se formy vypalují v tunelových pecích při teplotách o C, tím se forma zpevní, zbytky modelové hmoty se vypálí. -Odlévá se do žhavých forem (900 o C) ihned po jejich vyjmutí z pece. -Použití:umělecké a klenotnické odlitky,chirurgické nástroje, součásti šicích strojů, vozidel, lopatky spalovacích turbín aj. Zásady při navrhování odlitků 1., Správná volba materiálu 2., Odlitek má mít hladké, jednoduché tvary o stejnoměrné tloušťce stěn 3., Odlitek nemá mít ostré úhly a hrany, je nutno volit správné zaoblení. 4., Různé tloušťky stěn mají být spojeny pozvolnými přechody. 5., V jednom místě se má spojovat co nejméně stěn. 6., Odlitek má být navržen tak, aby vnitřní pnutí nezpůsobilo vznik trhlin. 7., Tloušťky stěn se mají ve směru k předpokládaným nálitkům zvětšovat 8., Správně volit přídavky na obrábění PŘÍDAVKY Přídavky na obrábění jsou určeny:

14 1. základním rozměrem směrodatným rozměrem 3. polohou odlitku při lití Základní rozměr z je vzdálenost dvou nejvzdálenějších obrobených ploch. Směrodatný rozměr s je největší kótovaný rozměr v rovině kolmé na jmenovitý rozměr t z = t b s = b a d z = b t z = d s = t Předlité díry Hloubka Tloušťka stěny a (mm) díry (mm) do do

15 15 Případy, kdy se díry nepředlévají: Odlitky z oceli na odlitky: je-li d < 20 nebo d < 0,4a + 10 Odlitky ze šedé litiny: d < 20 - při hromadnévýrobě d < 30 - při seriové výrobě d < 50 - při kusové výrobě d a NÁLITKY Používají se u odlitků rozlišných tvarů. Je jimi možno dosáhnout doplnění taveniny do odlitku na místa, kde by se mohla v důsledku zmršťování v tekutém stavu kovu vytvořit staženina. Nálitky jsou vlastně zásobníky tekutého kovu. Staženiny pak vznikají v nálitcích, které se od odlitku oddělí. Každý nálitek splňuje svou funkci jestliže: 1) umožní doplňování kovu do všech částí odlitku během ochlazování 2) ztuhne později něž odlitek. Proto musí mít nálitek větší tloušťku než ta část, kterou má doplňovat. Aby nálitky chladly co nejpomaleji, musí mít co nejmenší povrch. Základním pravidlem je tzv. pravidlo vepsaných koulí. Průřezy odlitků se mají ve formě vzhůru stále zvětšovat, aby se tekutým koncem mohly doplňovat smršťující se partie. Dle uvedeného pravidla je třeba, aby: 1) každé místo výše položené v odlitku bylo nálitkem místu nížepoloženému, 2) koule, vepsaná do nejsilnějšího místa odlitku musí projít všemi částmi odlitku nad tímto místem směrem do nálitku. Nálitky se dávají vždy na místa, která se budou obrábět.

16 16