Ľudstvo používa kovy a ich zliatiny už niekoľko tisícročí. Najprv sa kovy nachádzali vo forme nugetov a rozsypov, neskôr sa prehistorické kmene naučili spracovávať rudy obsahujúce kovy. Osvedčeným spôsobom výroby kovových výrobkov bolo odlievanie do hlinených foriem.
Odlievali sa hroty šípov a meče, poľnohospodárske náradie a nástroje, náčinie a ozdoby. V priebehu tisícročí odvtedy človek vynašiel mnoho nových techník spracovania materiálov a metód odlievania, vrátane vstrekovania, splyňovania foriem a práškovej metalurgie. Staroveký spôsob sa tiež zachoval, no využíva sa najmä v sochárskych dielňach a umeleckých remeslách.
Vlastnosti odlievania kovov
V porovnaní s inými materiálmi, ako je vosk alebo sadra, sa odlievanie kovov líši vo viacerých smeroch. Prvým z nich je vysoká teplota prechodu z pevného do kvapalného skupenstva. Vosk, omietka a cement tvrdnú pri izbovej teplote. Teplota topenia kovov je oveľa vyššia – od 231 °C pre cín až po 1531 °C pre železo. Predtým, ako začnete odlievať kov, musíte ho roztaviť. A ak sa dá cín roztaviť v hlinenej miske na jednoduchom ohni vyrobenom z blízkych konárov, potom na roztavenie medi, nehovoriac o železe, budete potrebovať špeciálne vybavenú pec a pripravené palivo.
Cín a olovo - najmäkšie a najtaviteľné kovy - možno dokonca odlievať do drevených razníc.
Na odlievanie žiaruvzdornejších kovov budú potrebné formy vyrobené zo zmesi piesku a hliny. Niektoré kovy, ako napríklad titán, vyžadujú kovové formy na odlievanie.
Po naliatí musí výrobok vychladnúť. Opätovne použiteľné matrice sa rozoberú, jednorazové formy sa zničia a odliatok je pripravený na ďalšie opracovanie alebo použitie.
Kovy na liatie
Čierne kovy
V hutníckom priemysle sa rozlišujú farebné a železné kovy. Medzi čierne patrí železo, mangán, chróm a zliatiny na ich báze. Patria sem všetky ocele, liatiny a ferozliatiny. Železné kovy tvoria viac ako 90 % svetovej spotreby kovových zliatin. Oceľ sa používa na výrobu trupov a častí vozidiel od skútrov po supertankery, stavebné konštrukcie, domáce spotrebiče, obrábacie stroje a iné priemyselné zariadenia.
Liatina je vynikajúci kov na odlievanie veľkých, pevných, odolných konštrukcií, ktoré nie sú vystavené namáhaniu ohybom alebo krútením.
Neželezné kovy sa zase v závislosti od ich fyzikálnych vlastností a predovšetkým špecifickej hmotnosti delia do dvoch veľkých skupín
Ľahké neželezné kovy
Do tejto skupiny patrí hliník, titán, horčík. Tieto kovy sú menej bežné ako železo a sú drahšie. Používajú sa v tých odvetviach, kde je potrebné znížiť hmotnosť produktu – letecký priemysel, výroba high-tech zbraní, výroba výpočtovej a telekomunikačnej techniky, smartfónov a malých domácich spotrebičov.
Titán je vďaka svojej vynikajúcej interakcii s tkanivami ľudského tela široko používaný na protetiku kostí, kĺbov a zubov.
Ťažké neželezné kovy
Patria sem meď, cín, olovo, zinok a nikel. Používajú sa v chemickom priemysle, výrobe elektromateriálov, elektronike, doprave - všade tam, kde sa vyžadujú dostatočne pevné, elastické a korózii odolné zliatiny.
Ušľachtilé kovy
Do tejto skupiny patrí zlato, striebro, platina, ale aj vzácnejšie ruténium, ródium, paládium, osmium a irídium.
Prvé tri sú človeku známe už od praveku. V prírode sa vyskytovali zriedkavo (v porovnaní s meďou a železom), a preto slúžili ako platidlo, materiál na cenné šperky a rituálne predmety.
S rozvojom civilizácie si zlato a platina zachovali svoju úlohu ako prostriedok na hromadenie bohatstva, no vďaka svojim jedinečným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam sa stali veľmi široko používanými v priemysle a medicíne.
Metódy odlievania kovov
Hlavné metódy odlievania kovov sú nasledovné:
Tradičná metóda
Kov vstupuje do formy pod vplyvom gravitácie. Používajú sa pieskovo-hlinité alebo kovové matrice. Nevýhodou metódy je vysoká náročnosť výroby foriem a iných operácií, sťažené pracovné podmienky a nízka ekologickosť
Nízkotlakové liatie
Model sa vyberie z formy, jeho časti sa spoja a vytvoria. Forma je prepichnutá tenkými ostrými ihlami, aby sa zabezpečil odvod plynu. Urobia odliatok, počkajú, kým vychladne,
Delená forma, nazývaná forma, je vyrobená z kovových častí. Matricové diely sa vyrábajú odlievaním alebo v prípade požiadavky vysokej kvality povrchu a rozmerovej presnosti frézovaním. Formy sú mazané nelepivými zmesami a plnené.
Po vychladnutí sa formy rozoberú, odliatky sa vyberú a vyčistia. Kovová matrica vydrží až 300 pracovných cyklov.
Model nie je vyrobený z dreva ani vosku, ale z nízkotaviteľného a splyňujúceho materiálu, hlavne polystyrénu. Model zostáva vo forme a pri liatí kovu sa vyparí.
Výhody metódy:
- model nie je potrebné extrahovať z matice;
- môžete vytvárať modely zložitých odliatkov, ako chcete, nie sú potrebné zložité a kompozitné formy;
- Zložitosť modelovania a formovania sa výrazne znížila.
Odlievanie splyňovaním sa stáva čoraz obľúbenejším v modernom metalurgickom priemysle.
Odlievacie formy
Najstarším typom foriem sú tie, ktoré sú vyrobené z pieskovo-ílovej formovacej zmesi alebo „zeme“. Historicky vznikali centrá hutníctva v blízkosti ložísk pieskov, ktoré boli vo svojom zložení pripravené na odlievanie, napríklad v blízkosti svetoznámej železiarne Kasli. Zmesi sa delia na obaľovacie a plniace zmesi.
Na zostavenie akejkoľvek matrice je potrebný model - maketa budúceho produktu v životnej veľkosti, ale o niečo väčšia, čo sa rovná množstvu zmrštenia odliatku.
Model sa umiestni do stredu debnenia alebo banky a nanesie sa naň vrstva náterovej zmesi - žiaruvzdorná a plastová. Potom začnú plniť banku vrstvu po vrstve, pričom každú vrstvu opatrne utláčajú plniacou zmesou. Požiadavky na plniace zmesi sú oveľa nižšie ako na náterové zmesi - musia odolávať tlaku liateho kovu, udržiavať konfiguráciu odliatku a zabezpečovať uvoľňovanie taviacich plynov. Potom sa model vyberie z formy a na jeho miesto sa naleje tavenina.
Pre odliatky zložitých konfigurácií so zložitými detailmi a vnútornými dutinami sa používajú kompozitné modely a formy vyrobené z niekoľkých častí.
Odlievanie sa vykonáva aj do kovových foriem. Používajú sa pre veľké série odliatkov, v prípadoch, kde sa vyžaduje vysoká rozmerová presnosť a nízka drsnosť povrchu odliatku, ako aj pre niektoré kovy, ktoré sú aktívne v zahriatom stave. Teplota tavenia materiálu formy musí byť výrazne vyššia ako teplota odlievanej taveniny.
Oblasť použitia
Rôzne spôsoby odlievania majú svoje výhodné oblasti použitia.
Odlievanie do piesku sa teda používa pre jednotlivé odliatky alebo malé série. Metóda overená tisíckami rokov sa postupne vytráca z priemyselných podnikov, ale naďalej sa používa v umeleckých remeslách a v sochárskych dielňach.
Odlievanie kovov sa používa v prípadoch, keď je to potrebné
- veľké množstvo odliatkov;
- vysoká rozmerová presnosť;
- vysoká kvalita povrchu.
Odlievanie kovov je obľúbené aj v klenotníctve a pri výrobe kovových šperkov.
Vstrekovanie čoraz viac využívajú podniky zamerané na kvalitu svojich výrobkov, monitorovanie životného prostredia, bezpečnosť práce a efektívne využívanie materiálových a energetických zdrojov.
Odlievanie pomocou splyňovaných modelov sa používa v prípadoch, keď sa plánuje veľké množstvo odliatkov, vyžaduje sa vysoká presnosť a úspora práce.
Rozvoj sériovej výroby odliatkov viedol k zdokonaľovaniu známych a vývoju nových špeciálnych metód odlievania. Zlieváreň stojí pred úlohou vyrábať odliatky svojim tvarom a rozmermi čo najbližšie k tvaru a rozmerom hotového dielu, pričom najnáročnejšia operácia obrábania by sa mala obmedziť len na konečnú úpravu a brúsenie. To sa dá dosiahnuť zlepšením a zavedením špeciálnych, presnejších metód odlievania, ako je liatie do chladu, tlakové liatie, odstredivé liatie, odlievanie do strateného vosku, odlievanie škrupín atď.
Pri výrobe presných odliatkov v jednorazových formách odpadá alebo sa zníži mechanické opracovanie odliatkov. Medzi takéto spôsoby odlievania patrí odlievanie do škrupinových foriem, odlievanie strateného vosku, odlievanie do sadrových a sklenených foriem, odlievanie do modelov z penového polystyrénu.
V semipermanentných formách (zo šamotu, kovokeramiky, grafitu) možno získať niekoľko desiatok až stoviek odliatkov bez ich zničenia.
V kovovej forme je možné vyrobiť niekoľko tisíc odliatkov s veľmi presnými rozmermi. Odlievanie kovových foriem zahŕňa tlakové liatie, odstredivé liatie, vstrekovanie a atď.
5.1.1. Odlievanie do piesku.
Na výrobu veľkorozmerných tvarovo zložitých dielov sa v malosériovej a individuálnej výrobe používa liatie do piesku. Obrázok 4.1 ukazuje príklad postupnosti výroby odliatku, telesa ventilu, v pieskovej forme. Na základe výkresu dielu sa vypracuje výkres odliatku (obr. 1a). V modelárni sa vyrába model z dreva alebo kovu, ktorý sa skladá z dvoch alebo viacerých dielov v závislosti od konštrukčných prvkov dielu, čím sa zabezpečí jeho odstránenie z formovacieho piesku. Model simuluje vonkajšie obrysy dielu a sediel tyče (znaky 1), pomocou ktorých je tyč upevnená vo forme. V lisovni je jedna polovica modelu inštalovaná na modelovej doske, pričom spodná je k nej pripevnená. formovacia komora 4.
Banka je obdĺžniková krabica a je súčasťou odlievacej formy. Forma s modelom vo vnútri sa naplní formovacím pieskom a zhutní. Banku vyberiem z platne, otočím o 180 0 Obr.5.1.c a nainštalujem druhú polovicu modelu s vtokovým systémom 2, ako aj hornú banku 3. Horná banka 3,
Obr.5.1 nalejte formovaciu zmes a zhutnite ju.
V jadrovníku Obr. 5.1d je vyrobená tyč na Obr. 5.1d, ktorá simuluje vnútornú dutinu odlievaného obrobku a tvar
znak, t.j. miesto, kde je upevnený vo formulári. Použitým materiálom je jadrová zmes, z ktorej sa tvorí jadro.
Horná banka sa vyberie, model dielu a vtokový systém sa odstráni z oboch polovíc formy, pričom treba dávať pozor, aby sa nepoškodila integrita formovanej zmesi. Nainštalujte tyč 6 na obr. 5.1.e do spodnej polovice formy a zakryte ju hornou polovicou formy. Dutina vytvorená medzi jadrom a formovacou zmesou hornej a dolnej polovice formy je vyplnená roztaveným kovom cez vtokový systém.
Obr.5.2
Po vytvrdnutí kovu sa forma rozoberie a odliatok sa vyberie. Odliaty polotovar sa očistí od formovacieho piesku, vyklepú sa jadrá, odrežú a očistia sa vtoky. Forma môže pozostávať z dvoch alebo viacerých baniek. Na obr. 5.2. znázorňuje formy na získanie odliateho polotovaru remenice. Formovanie vonkajších obrysov dielu sa vykonáva v nasledujúcom poradí.
Formovanie spodnej časti obrobku sa uskutočňuje v spodnej banke 3, ktorá
inštalované na modelovej doske. Na dosku modelu je pripevnený model, ktorý imituje odliatok až po deliacu rovinu banky. Na banku je nainštalovaný plniaci rám a banka je naplnená formovacím pieskom. Formovacia zmes sa zhutňuje lisovaním, trepaním alebo pomocou špeciálnych strojov, hádzačiek alebo vystreľovacích strojov.
Po formovaní sa banka opatrne vyberie z modelovej dosky a otočí sa o 180°. Model musí mať taký tvar, aby sa pri vyberaní modelu z banky nezničil formovací piesok, t.j. sú zabezpečené potrebné svahy. Nainštalujte model objímky 4, stúpačky 6, podpery 5, obr. 5.2.a, a vytvorte hornú polovicu formy.
Po zhutnení formovacieho piesku sa vyberie horná polovica formy, odstráni sa z nej model stúpačky a podpery a zo spodnej polovice sa odstráni model odlievania. Pred zložením polovíc formy sú nainštalované tyče 1 a 2, ktoré slúžia na vytvorenie stredového otvoru a prstencového vybrania v odliatku. Tyče sú vyrobené zo špeciálnych formovacích zmesí, ktoré poskytujú väčšiu priepustnosť plynov, pevnosť a nepriľnavosť.
V jednej výrobe môže byť rovnaký diel vyrobený v troch bankách, ktorých deliace roviny prechádzajú pozdĺž koncových plôch kladky. Týmto lisovaním odpadá výroba jednej z tyčí 2. Model objímky 4 a príruby 8 sú odnímateľné, aby sa dali vybrať z formovacieho piesku počas procesu rozoberania banky a vyberania modelu. Stredný formovací rám 10 zabezpečuje vytvorenie prstencového vybrania pre kladku.
5.1.2. Odlievanie do kovových foriem.
Odlievanie do kovových foriem (chill) má oproti odlievaniu do pieskových foriem výhody: znižujú sa náklady na proces odlievania a zložitosť mechanického spracovania odlievaných polotovarov; mechanické vlastnosti zliatin a produktivita práce sa zvyšujú. Táto metóda sa používa hlavne v
sériová a veľkosériová výroba. Nevýhodou tohto spôsobu je vysoká náročnosť výroby kovovej formy.
Na obrázku 5.3 je znázornený dizajn formy, pozostávajúcej z dvoch polovíc (1 a 4). Pracovná dutina (10) napodobňuje vonkajšie obrysy odlievaného obrobku a pieskové tyče (5) napodobňujú vnútorné dutiny a otvory.
Podobne ako v pieskových formách sú v chladiacej forme vytvorené kanály pre vtokový systém (8) a otvory na odvádzanie plynov. Na koordináciu oboch polovíc formy voči sebe sú nainštalované kolíky (15 a 3), ktoré zapadajú do vodiacich otvorov druhej polovice formy. Výsledný odlievaný predvalok sa vytlačí z formy Obr.5.3 posúvače cez otvory (9). Forma je zaistená na pracovnom stole pomocou prílivov (7). Forma odolá väčšiemu počtu naliatí v závislosti od teploty odlievanej zliatiny. Konštrukcia liateho dielu musí mať relatívne jednoduchý tvar, umožňujúci oddelenie dvoch polovíc formy po stuhnutí kovu v odliatku. V opačnom prípade je potrebné poskytnúť priestor vo forme na inštaláciu ďalších pieskových tyčí, ktoré tvoria zložitý povrch.
5.1.3. . Odliatok strateného vosku.
Táto metóda umožňuje vyrábať odliatky na jednorazových modeloch (tavené, vypálené, rozpustné) vo viacvrstvových, jednodielnych, ohňovzdorných formách. Diely získané touto metódou nemusia vyžadovať následné opracovanie, majú veľmi zložitú konfiguráciu a vysokú kvalitu povrchu. Metóda je pomerne náročná na prácu a je vhodné ju použiť pri výrobe dielov so zložitým a náročným obrábaním, pri použití materiálov, ktoré sa ťažko obrábajú. Podstata metódy je nasledovná. Na získanie modelu podľa výkresu odlievania obr. 5.4a sa vyrobí kovová alebo plastová forma na obr. 5.4.b, zvyčajne odnímateľná, s kanálmi pre vtokový systém. Roztavené v peci Obr. 5.4 do nízkotaviteľnej zliatiny pozostávajúcej z 50 % parafínu a 50 % stearínu, naliateho do formy Obr. 5.4 d .
Obr.5.4.
Vytvrdený model Obr. 4.4.d sa vyberie z formy a zostaví sa do bloku Obr. 5.4f pozostávajúceho z niekoľkých modelov spojených spoločným vtokovým systémom.
Zostavený blok je ponorený do ohňovzdornej suspenzie, posypaný suchým pieskom a vysušený na vzduchu
Operácia sa niekoľkokrát opakuje, kým sa nedosiahne forma s hrúbkou 5-8 mm. Obr.5.4.g. Parafínový model z výsledného bloku sa taví horúcim vzduchom pri 120-150 0 C, parou alebo horúcou vodou. Takto získaná forma je kalcinovaná a mení sa na odolnú keramickú škrupinu. Na obr. 5.4. Je uvedený technologický postup výroby odlievacej formy.
Forma sa naplní roztaveným kovom (obr. 5.4.h) a po vytvrdnutí odliatku sa vyrazí z formy, čím sa zničí keramický plášť. Na úplné vyčistenie keramickej formy sa odliatky ošetria alkalickým roztokom a umyjú sa v horúcej vode.
Odliatok je obrobok získaný naliatím roztaveného kovu, plastu, keramických materiálov atď. do odlievacej formy. Po stuhnutí si odliatok zachováva konfiguráciu dutiny formy. Metóda odlievania sa môže použiť na výrobu produktov zložitých konfigurácií, ktoré je ťažké alebo nemožné získať inými typmi spracovania - kovaním, razením, zváraním.
Odlievanie je jedným z ekonomických spôsobov výroby polotovarov a častí zložitých tvarov, veľkých a malých rozmerov.
Technologický proces výroby kovových odliatkov pozostáva z týchto hlavných operácií:
1) výroba odlievacích foriem;
tavenie kovov;
liatie kovu do formy;
tuhnutie kovu a chladenie odliatku;
tepelné spracovanie odliatku;
kontrola kvality odlievania;
dodávka odliatku na opracovanie.
Každá z uvedených operácií je zložitá a má viacprechodovú povahu. Realizácia každej operácie musí zabezpečiť vysokú kvalitu odliatkov vo všetkých ohľadoch, vrátane rozmerovej presnosti a čistoty povrchu, priaznivej štruktúry kovu, ako aj absenciu vonkajších a vnútorných odliatkov a metalurgických defektov.
V zlievarenskom priemysle sa na výrobu kovových odliatkov používa viac ako 50 druhov odliatkov, ktoré sa navzájom líšia materiálom odlievacej formy, spôsobom podávania odlievaného kovu do nej, rozmerovou presnosťou, čistotou povrchu odliatkov, v produktivite a stupni zložitosti technologického procesu.
Odlievacia forma je zariadenie určené na odlievanie kovu a tvarovanie odliatku (obr. 3.1). Pozostáva z pracovnej dutiny (8) a vtokového systému. Na obr. 3.1 Odlievacia forma je rozdelená na hornú a dolnú polovicu. Telo obrobku je vytvorené priamo v pracovnej dutine, preto jeho konfigurácia a rozmery musia zodpovedať obrysom a rozmerom vyrábaného odliatku. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy, že rozmery pracovnej dutiny musia presahovať rozmery odliatku o veľkosť odlievacieho zmrštenia kovu. Rozmery odliatku musia byť zase väčšie ako rozmery dielu o množstvo technologického prídavku odstráneného pri obrábaní. Konečné rozmery pracovnej dutiny odlievacej formy teda zahŕňajú zodpovedajúce rozmery dielov, prídavky na opracovanie a na zmrštenie kovu odlievaním.
Vo vnútri niektorých odliatkov, ako aj na ich vonkajšom povrchu môžu byť rôzne otvory, dutiny a vybrania. Na ich realizáciu sa pri montáži formy do formy nainštalujú vhodné keramické alebo kovové prvky obšité tyčami (7). Tyče sa z odliatku pri vyrazení vyberú a zanechajú v ňom potrebné otvory alebo vybrania.
Obrázok 3.1 - Schéma odlievacej formy
1 - miska (lievik) 2 - stúpačka. 3 - tlmivka, 4 - lapač trosky, 5 - podávač, 6 - bočný príjem, 7 - tyč, 8 - pracovná dutina
Vtokový systém slúži na privádzanie kovu do pracovnej dutiny a privádzanie odliatku počas procesu kryštalizácie. Obsahuje misu (lievik) (1), stúpačku (2), škrtiacu klapku (3), ktorá reguluje rýchlosť plnenia a zabraňuje nasávaniu vzduchu do stúpačky, lapač trosky (4) umiestnený v hornej polovici formy na zachytenie nekovových inklúzií podávač (5), ktorý privádza kov do pracovnej dutiny priamo alebo, ako v tomto prípade, cez bočný príjem (6). Zisk napája odlievacie teleso počas chladenia a kryštalizácie kovu a zabraňuje tvorbe zmršťovacích dutín v ňom. Zisky môžu byť horné alebo bočné.
V zlievarenskom priemysle sa vyvinuli dve skupiny druhov odliatkov: odlievanie do pieskovo-hlinených foriem a špeciálne druhy odlievania.
Odlievanie do pieskovo-hlinených foriem je najjednoduchší a najbežnejší spôsob výroby odlievaných polotovarov. Každá forma sa používa na výrobu jedného odliatku. Na výrobu takýchto foriem sa používajú formovacie zmesi pozostávajúce z pieskového základu, do ktorého sa ako spojivo pridáva určité množstvo ílu a vody.
Okrem toho sa do zmesi pridávajú nelepivé prísady vo forme mletého uhlia, marshallitu (práškový kremeň), vykurovacieho oleja a ďalších látok, ktoré pomáhajú zlepšovať kvalitu odliatku (piliny, síranovo-alkoholové výpalky).
Materiálom na výrobu prútov sú prútové zmesi, pozostávajúce prevažne z piesku viazaného špeciálnymi látkami - spojovacími materiálmi (ľanový olej, síranové výpalky, dextrín, kolofónia atď.).
Odlievacia forma sa zvyčajne skladá z dvoch polovíc foriem, vyrábaných samostatne ručne alebo strojovo: spodnej a hornej. Každá z poloforiem sa vyrába v špeciálnych kovových škatuliach bez dna a veka, nazývaných banky. Pri zostavovaní formy sa banky položia na seba a navzájom sa spoja.
V bankách naplnených formovacím pieskom sa pracovné dutiny na odlievanie získajú pomocou polovíc deleného modelu, ktorých tvar a rozmery zodpovedajú tvaru a vypočítaným rozmerom pracovnej dutiny. Zloženie odlievacej formy z polovíc formy - baniek - sa vykonáva po odstránení polovíc modelov a inštalácii jadier do spodnej polovice formy. Jadrá sa vyrábajú v špeciálnych zariadeniach - jadrových boxoch - a podliehajú povinnému sušeniu.
Zostavená forma pozostávajúca z upevnených baniek sa naleje cez vtokový systém pomocou špeciálnej panvy a zostane na mieste, kým sa nedokončí kryštalizácia a odlievacie teleso sa ochladí. Potom sa banky uvoľnia a odliatok sa pomocou špeciálneho zariadenia vyrazí z formy. Potom sa odliatok oreže a očistí od vtokového systému so ziskom, odstránia sa zvyšky formovacej a jadrovej zmesi a povrch odliatku sa očistí od rôznych defektov. Potom sa odliatok podrobí tepelnému spracovaniu, ktorého cieľom je eliminovať hrubozrnnú, dendritickú štruktúru kovu, odlievacie napätia a pripraviť odlievaný kov na opracovanie.
Nevýhody odlievania do pieskovo-hlinených foriem sú: nízka rozmerová presnosť a čistota povrchu, čo vedie k veľkým prídavkom na obrábanie, ako aj nízka produktivita a zlé hygienické a hygienické pracovné podmienky v dôsledku vysokej prašnosti a hluku na pracovisku.
Najbežnejšie typy špeciálnych odliatkov sú:
odlievanie chladom;
odstredivé liatie;
vstrekovanie;
odlievanie škrupín;
Odliatok strateného vosku.
Chill casting je spôsob výroby odliatkov do kovových foriem - kokilových foriem. Tieto formy sú vyrobené z liatiny alebo ocele. Plnenie formy zliatinou a jej vytvrdzovanie prebieha bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu. Hlavné výhody kokilového odlievania sú: odpadá proces formovania, sú zabezpečené priaznivé podmienky chladenia, jednoduché vyberanie odliatkov z formy, vysoká rozmerová presnosť a povrchová čistota odliatku, ako aj jemná zrnitosť odlievaného kovu, ktorá znižuje spotrebu kovu výrobkov a zvyšuje pevnosť kovu
Sľubné je použitie kujných kovových foriem z obalov z oceľového plechu, ako aj tenkostenných vodou chladených foriem, v ktorých je pracovná dutina vyrobená vo forme výmenného výlisku.
Pri kokilovom odlievaní tenkostenných častí karosérie zo zliatin hliníka a horčíka sa používa vákuové odsávanie. Na výrobu veľkorozmerných tenkostenných odliatkov sa používa metóda takzvaného „knižného“ formovania, kedy sa liatie uskutočňuje do otvorenej formy, po ktorom nasleduje stláčanie, keď sú polovice formy zatvorené.
Chill casting vyrába odliatky z liatiny, ocele, hliníka, medi, horčíka a iných zliatin.
Na automatických linkách sa v kovových formách vyrábajú liatinové rámy a ložiskové štíty pre elektrické stroje. Formy na odlievanie ložiskových štítov pozostávajú z dvoch vodou chladených polovíc so zvislou deliacou rovinou.
Na odlievanie rámov elektromotorov s výškou osi otáčania 112 mm sa používajú obkladové formy. Spôsob odlievania do vykladanej kokily spočíva v tom, že na pracovnú plochu kokily, predhriatej na 200°C, sa nanesie vrstva jednorazového pieskovo-živicového obloženia s hrúbkou 4...8 mm na termosetovom spojive. V jednotlivých zónach formy môže byť hrúbka obloženia väčšia alebo menšia v závislosti od podmienok chladenia rôznych častí odliatkov.
Odlievanie do vystlanej formy má v porovnaní s odlievaním do čistej (nevystlanej) formy nasledujúce výhody:
Zvýšená odolnosť chladiacich foriem (až 30 000 plnení);
Vylúčenie operácií žíhania odlievania z technologického procesu;
Zjednodušená konštrukcia formy (môže byť vyrobená s odlievanými pracovnými objímkami, ktoré nevyžadujú opracovanie, čo znižuje náklady na formu);
Možnosť výroby odliatkov s vyčnievajúcimi časťami a hlbokými dutinami;
Možnosť získania presných odliatkov akejkoľvek konfigurácie;
Získanie optimálnych podmienok pre tuhnutie odliatkov.
Odstredivé liatie je odlievanie do rýchlo rotujúcich kovových foriem, v ktorých sa roztavený kov, vystavený odstredivým silám, vrhá na steny formy a tuhne, čím vzniká odliatok. Týmto spôsobom sa odlievajú krátke (obr. 3.2, a) alebo dlhé (obr. 3.2, b) rotačné telesá. Tento spôsob odlievania je široko používaný v priemysle, najmä na výrobu dutých odliatkov s voľným povrchom z liatinových a oceľových rúr, krúžkov, puzdier, puzdier a pod. s presnosťou 12. triedy. Kovové formy sú inštalované na strojoch na odstredivé liatie. V závislosti od polohy osi otáčania foriem sa rozlišujú horizontálne a vertikálne stroje. Odliatky vyrobené odstredivým liatím majú zvýšenú hustotu vo vonkajšej vrstve. Výhody odstredivého liatia sú rovnaké ako pri kokilovom liatí, ale kvalita vnútorného povrchu v dôsledku javu zmršťovania je horšia ako vonkajšieho. Na získanie vnútornej dutiny vo valcových odliatkoch nie sú potrebné tyče, čo šetrí náklady na zdroje na ich výrobu.
a - krátke telesá otáčania, b - dlhé telesá otáčania, 1 - tvar, 2 - drážka
Obrázok 3 2- Schéma odstredivého liatia
Vstrekovanie možno rozdeliť do dvoch typov:
1) vstrekovanie kovov;
vstrekovanie polymérnych materiálov.
Lisovanie kovov vstrekovaním je spôsob výroby odliatkov zo zliatin neželezných kovov a ocelí niektorých akostí, kedy sa tekutá tavenina zavádza do uzavretej kovovej formy pod značným tlakom (30...100 MPa) a kryštalizuje, pričom zostáva pod tlakom. (obr. 3.3). To umožňuje čo najviac priblížiť rozmery a tvar odliatku rozmerom a tvaru hotového dielu, čo umožňuje znížiť alebo úplne vylúčiť ich následné opracovanie. Pevnosť odliatkov vyrobených touto metódou je o 30 % vyššia ako pevnosť odliatkov vyrobených odlievaním do zemných foriem.
A- dodávka kovu do predsiene, b- vstrekovanie kovu do pracovnej dutiny, V- vyrazenie odliatku, 1 - komora, 2 - piest. 3 - pleseň
Obrázok 3.3 - Schéma vstrekovania
Nasledujúce faktory môžu ovplyvniť presnosť odliatkov vstrekovaním:
Rozmery a zložitosť konštrukcie odliatku;
Hrúbka steny odliatku;
Smer zmršťovania kovu;
Výroba presnej formy;
Stupeň opotrebovania formy.
Maximálna rozmerová presnosť je dosiahnutá u tých odlievacích prvkov, ktoré sú v jednej polovičnej forme alebo sú tvorené stacionárnymi časťami formy. Rozmerová presnosť odliatkov v závislosti od konštrukcie foriem je povolená v rozmedzí 0,03...0,18 mm.
Vstrekovanie sa vykonáva na odlievacích strojoch so studenou a horúcou lisovacou komorou. Odlievacie formy sú vyrobené z ocele. Jedna forma môže obsahovať niekoľko pracovných dutín, ktoré sú podávané súčasne. Takéto viacdutinové formy umožňujú vyrobiť viac ako 20 odliatkov v jednom naliatí. Produktivita odlievacích strojov je až 600 odlievaní (výliskov) za hodinu.Vstrekovacie liatie je najkvalitnejší, presný, čistý a produktívny typ odlievania. Táto metóda je široko používaná v sériovej a hromadnej výrobe na výrobu malých dielov zložitých tvarov. Moderné automatické vstrekolisy na odliatky s hmotnosťou do 300 g poskytujú produktivitu až 6000...8000 odliatkov za hodinu. Drsnosť povrchu obrobkov je R a = 2,5...0,32 µm.
Oceľové vstrekovacie formy majú zložité konfigurácie a vysoké náklady.
Predtým sa pri vstrekovaní krytov elektrických strojov z hliníkových zliatin používali formy s vertikálnym delením. V nich bolo telo elektrického stroja, svorkovnica a labky odliate oddelene a následne po opracovaní zmontované.
V súčasnosti sa používajú formy, ktoré majú štyri horizontálne spojky (obr. 3.4). Telo je do nich odliate spolu s labkami a svorkovnicou. Usporiadanie rebier je vertikálno-horizontálne.
Štvorkomorová forma umožňuje odlievať skrine s tenšími a vyššími rebrami, čo zlepšuje chladenie stroja a znižuje hmotnosť skrine o 15...25%.
Väčšina hliníkových odliatkov pre nízkovýkonové elektrické stroje sa vyrába vstrekovaním na špeciálnych odlievacích strojoch (obr. 3.5, A).
Obrázok 3.4 – Náčrt štvorkomorovej formy
5 – pevná doska, 6 – valec, 7 – téglik, 8 – piest,
9 – tekutý kov, 10,11 – časti formy, 12 – dutina
Obrázok 3.5 – Vstrekovací stroj (a) a schéma odlievania (b)
Všetky kovy môžu byť odlievané. Ale nie všetky kovy majú rovnaké vlastnosti odlievania, najmä tekutosť - schopnosť naplniť odlievaciu formu akejkoľvek konfigurácie. Vlastnosti odlievania závisia hlavne od chemického zloženia a štruktúry kovu. Dôležitá je teplota topenia. Kovy s nízkou teplotou topenia sa ľahko priemyselne odlievajú. Z obyčajných kovov má najvyšší bod topenia oceľ. Kovy sa delia na železné a neželezné. Železné kovy sú oceľ, tvárna liatina a liatina. Neželezné kovy zahŕňajú všetky ostatné kovy, ktoré neobsahujú významné množstvo železa. Na odlievanie sa používajú najmä zliatiny na báze medi, niklu, hliníka, horčíka, olova a zinku. ZLIATINY.
Čierne kovy.
Stať sa.
Existuje päť tried ocelí na priemyselné odlievanie: 1) nízkouhlíkové (s obsahom uhlíka menším ako 0,2 %); 2) stredne uhlíkové (0,2–0,5 % uhlíka); 3) s vysokým obsahom uhlíka (viac ako 0,5 % uhlíka); 4) nízko legované (menej ako 8 % legujúcich prvkov) a 5) vysoko legované (viac ako 8 % legujúcich prvkov). Stredne uhlíkové ocele tvoria väčšinu odliatkov zo železných kovov; Takéto odliatky sú spravidla priemyselnými výrobkami štandardizovanej kvality. Rôzne typy legovaných ocelí sú navrhnuté tak, aby dosiahli vysokú pevnosť, ťažnosť, húževnatosť, odolnosť proti korózii, tepelnú odolnosť a únavovú pevnosť. Odliatky majú podobné vlastnosti ako kovaná oceľ. Pevnosť v ťahu takejto ocele sa pohybuje od 400 do 1500 MPa. Hmotnosť odliatkov sa môže meniť v širokom rozmedzí - od 100 g do 200 ton alebo viac, hrúbka v priereze - od 5 mm do 1,5 m Dĺžka odliatku môže presiahnuť 30 m Oceľ je univerzálny materiál na odlievanie. Pre svoju vysokú pevnosť a ťažnosť je výborným materiálom pre strojárstvo.
Temperovaná liatina.
Existujú dve hlavné triedy tvárnej liatiny: obyčajná a perlitická. Odliatky sa vyrábajú aj z niektorých legovaných kujných liatin. Pevnosť v ťahu tvárnej liatiny je 250–550 MPa. Vďaka svojej odolnosti proti únave, vysokej tuhosti a dobrej opracovateľnosti je ideálny pre obrábacie stroje a mnohé ďalšie aplikácie sériovej výroby. Hmotnosť odliatkov sa pohybuje od 100 g do niekoľkých stoviek kilogramov a hrúbka prierezu zvyčajne nie je väčšia ako 5 cm.
Liatina.
Medzi liatiny patrí široká škála zliatin železa s uhlíkom a kremíka s obsahom 2–4 % uhlíka. Na odlievanie sa používajú štyri hlavné typy liatiny: sivá, biela, bielená a pololiata. Pevnosť liatiny v ťahu je 140–420 MPa a niektoré zliatinové liatiny až 550 MPa. Liatina sa vyznačuje nízkou ťažnosťou a nízkou rázovou pevnosťou; medzi dizajnérmi je považovaný za krehký materiál. Hmotnosť odliatkov sa pohybuje od 100 g do niekoľkých ton. Odliatky zo zlievárenskej liatiny sa používajú takmer vo všetkých priemyselných odvetviach. Ich cena je nízka a dajú sa ľahko spracovať rezaním.
Nodulárna liatina.
Sférické inklúzie grafitu dodávajú liatine ťažnosť a ďalšie vlastnosti, ktoré ju priaznivo odlišujú od sivej liatiny. Guľový tvar grafitových inklúzií sa dosahuje úpravou liatiny horčíkom alebo cérom bezprostredne pred odlievaním. Pevnosť v ťahu tvárnej liatiny je 400–850 MPa, ťažnosť je od 20 do 1%. Pravda, tvárna liatina sa vyznačuje nízkou rázovou húževnatosťou vrúbkovanej vzorky. Odliatky môžu mať veľkú aj malú hrúbku v priereze, hmotnosť - od 0,5 kg do niekoľkých ton.
Neželezné kovy.
Meď, mosadz a bronz.
Existuje mnoho rôznych zliatin na báze medi vhodných na odlievanie. Meď sa používa v prípadoch, keď je potrebná vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Mosadz (zliatina medi a zinku) sa používa, keď sa požaduje lacný, stredne odolný materiál proti korózii pre rôzne produkty na všeobecné použitie. Pevnosť v ťahu liatej mosadze je 180–300 MPa. Bronz (zliatina medi a cínu, do ktorej je možné pridať zinok a nikel) sa používa v prípadoch, keď je potrebná zvýšená pevnosť. Pevnosť v ťahu liatych bronzov je 250–850 MPa.
Nikel.
Zliatiny medi a niklu (ako je kov Monel) majú vysokú odolnosť proti korózii. Zliatiny niklu a chrómu (ako Inconel a nichróm) sa vyznačujú vysokou tepelnou odolnosťou. Zliatiny molybdénu a niklu sú vysoko odolné voči kyseline chlorovodíkovej a oxidujúcim kyselinám pri zvýšených teplotách.
hliník.
Liate výrobky z hliníkových zliatin sa v poslednej dobe stále viac využívajú pre svoju ľahkosť a pevnosť. Takéto zliatiny majú pomerne vysokú odolnosť proti korózii a dobrú tepelnú a elektrickú vodivosť. Pevnosť v ťahu zliatin hliníka sa pohybuje od 150 do 350 MPa.
magnézium.
Zliatiny horčíka sa používajú tam, kde je požiadavka na ľahkosť na prvom mieste. Pevnosť v ťahu liatych horčíkových zliatin je 170–260 MPa.
titán.
Titán, pevný a ľahký materiál, sa taví vo vákuu a odlieva do grafitových foriem. Faktom je, že počas procesu chladenia môže byť povrch titánu kontaminovaný v dôsledku reakcie s materiálom formy. Preto je titán odlievaný do iných tvarov ako z opracovaného a lisovaného práškového grafitu na povrchu silne znečistený, čo sa prejavuje zvýšenou tvrdosťou a nízkou ťažnosťou v ohybe. Titánový odliatok sa používa predovšetkým v leteckom priemysle. Pevnosť v ťahu liateho titánu je nad 1000 MPa s pomerným predĺžením 5%.
Vzácne a drahé kovy.
Odliatky zo zlata, striebra, platiny a vzácnych kovov sa používajú v šperkárstve, zubárskej technike (korunky, plomby), niektoré časti elektronických súčiastok sa vyrábajú aj odlievaním.
METÓDY ODLIETAVANIA
Hlavné metódy odlievania sú: statické liatie, vstrekovanie, odstredivé liatie a vákuové liatie.
Statická výplň.
Najčastejšie sa používa statické plnenie, t.j. nalievanie do pevnej formy. Pri tejto metóde sa roztavený kov (alebo nekov - plast, sklo, keramická suspenzia) jednoducho naleje do dutiny stacionárnej formy, kým sa nenaplní a drží, kým nestuhne.
Vstrekovanie.
Odlievací stroj plní kovovú (oceľovú) formu (ktorá sa zvyčajne nazýva forma a môže byť viacdutinová) roztaveným kovom pod tlakom 7 až 700 MPa. Výhodou tejto metódy je vysoká produktivita, vysoká kvalita povrchu, presné rozmery odlievaného výrobku a minimálna potreba opracovania. Typické kovy na tlakové liatie sú zinok, hliník, meď a zliatiny cínu a olova. Vzhľadom na nízky bod tavenia sú takéto zliatiny vysoko technologické a umožňujú úzke rozmerové tolerancie a vynikajúce vlastnosti odlievania.
Zložitosť konfigurácie odliatkov v prípade vstrekovania je obmedzená tým, že pri oddelení od formy môže dôjsť k poškodeniu odliatku. Okrem toho je hrúbka výrobkov trochu obmedzená; výhodnejšie sú výrobky s tenkým prierezom, v ktorých tavenina tuhne rýchlo a rovnomerne.
Existujú dva typy vstrekovacích lisov – studená komora a horúca komora. Lisovacie stroje s horúcou komorou sa používajú hlavne na zliatiny na báze zinku. Horúca lisovacia komora je ponorená do roztaveného kovu; pod miernym tlakom stlačeného vzduchu alebo pôsobením piestu je tekutý kov vytláčaný z horúcej lisovacej komory do formy. V strojoch na odlievanie so studenou komorou plní roztavený hliník, horčík alebo zliatina medi formu pod tlakom od 35 do 700 MPa.
Odliatky získané vstrekovaním sa používajú v mnohých domácich spotrebičoch (vysávače, práčky, telefóny, lampy, písacie stroje) a veľmi široko v automobilovom priemysle a pri výrobe počítačov. Odliatky môžu vážiť od niekoľkých desiatok gramov až po 50 kg a viac.
Odstredivé liatie.
Pri odstredivom liatí sa roztavený kov naleje do pieskovej alebo kovovej formy, ktorá sa otáča okolo horizontálnej alebo vertikálnej osi. Vplyvom odstredivých síl sa kov vrhá z centrálneho vtokového kanála na okraj formy, vypĺňa jej dutiny a tuhne a vytvára odliatok. Odstredivé liatie je ekonomické a pre niektoré typy výrobkov (osovo symetrické ako sú rúry, krúžky, škrupiny a pod.) je vhodnejšie ako statické liatie.
Vákuové plnenie.
Kovy ako titán, legované ocele a vysokoteplotné zliatiny sa tavia vo vákuu a nalievajú do viacerých foriem, ako je napríklad grafit, umiestnených vo vákuu. Táto metóda výrazne znižuje obsah plynu v kove. Ingoty a odliatky vyrobené vákuovým liatím nevážia viac ako niekoľko stoviek kilogramov. V zriedkavých prípadoch sa veľké množstvá ocele (100 ton a viac), vytavenej konvenčnou technológiou, nalejú vo vákuovej komore do foriem alebo zlievarenských panví, ktoré sú v nej nainštalované, na ďalšie odlievanie vzduchom. Veľké hutnícke vákuové komory sú evakuované systémami s viacerými čerpadlami. Oceľ získaná týmto spôsobom sa používa na výrobu špeciálnych výrobkov kovaním alebo odlievaním; tento proces sa nazýva vákuové odplyňovanie.
LIETACIE FORMY
Odlievacie formy sa delia na viacnásobné a jednorazové (pieskové) formy. Viaceré formy sú kovové (formy a kokily) alebo grafitové alebo keramické žiaruvzdorné materiály.
Viaceré formy.
Kovové formy (formy a kokily) na oceľ sú zvyčajne vyrobené z liatiny, niekedy zo žiaruvzdornej ocele. Na odlievanie neželezných kovov, ako je mosadz, zinok a hliník, sa používajú liatinové, medené a mosadzné formy.
Plesne.
Toto je najbežnejší typ viacnásobných odlievacích foriem. Najčastejšie sú formy vyrobené z liatiny a používajú sa na výrobu oceľových ingotov v počiatočnej fáze výroby kovanej alebo valcovanej ocele. Formy patria medzi otvorené odlievacie formy, pretože kov ich plní zhora gravitáciou. Používajú sa aj „cez“ formy, otvorené hore aj dole. Výška foriem môže byť 1–4,5 m, priemer – od 0,3 do 3 m Hrúbka odlievacej steny závisí od veľkosti formy. Konfigurácia môže byť odlišná - od okrúhleho po obdĺžnikový. Dutina formy sa mierne rozširuje smerom nahor, čo je potrebné na vybratie ingotu.
Forma pripravená na liatie sa položí na hrubú liatinovú platňu. Formy sa spravidla plnia zhora. Steny dutiny formy musia byť hladké a čisté; Pri nalievaní je potrebné zabezpečiť, aby sa kov nerozlial alebo nestriekal na steny. Naliaty kov stvrdne vo forme, po ktorej sa ingot vyberie („odizolovanie ingotu“). Po vychladnutí sa forma zvnútra očistí, nastrieka formovacou farbou a opäť sa použije. Jedna forma umožňuje vyrobiť 70–100 ingotov. Na ďalšie spracovanie kovaním alebo valcovaním sa ingot zahreje na vysokú teplotu.
Kokili.
Ide o uzavreté kovové odlievacie formy s vnútornou dutinou zodpovedajúcou konfigurácii výrobku a vtokovým (odlievacím) systémom, ktoré sú vyrobené opracovaním v liatinovom, bronzovom, hliníkovom alebo oceľovom bloku. Chladiaca forma sa skladá z dvoch alebo viacerých častí, po ktorých spojení zostane v hornej časti len malý otvor na nalievanie roztaveného kovu. Na vytvorenie vnútorných dutín sa do formy vkladajú sadrové, pieskové, sklenené, kovové alebo keramické „tyče“. Chill casting vyrába odliatky zo zliatin na báze hliníka, medi, zinku, horčíka, cínu a olova.
Chill casting sa používa iba v prípadoch, keď je potrebné získať aspoň 1000 odliatkov. Životnosť kokily dosahuje niekoľko stoviek tisíc odliatkov. Kokila ide do šrotu, keď sa (v dôsledku postupného vyhorenia od roztaveného kovu) začne neúnosne zhoršovať kvalita povrchu odliatkov a prestanú sa plniť vypočítané tolerancie ich rozmerov.
Grafitové a ohňovzdorné formy.
Takéto formy pozostávajú z dvoch alebo viacerých častí, keď sa spoja, vytvorí sa potrebná dutina. Forma môže mať zvislú, vodorovnú alebo naklonenú deliacu plochu alebo sa dá rozobrať na samostatné bloky; to uľahčuje vyberanie odliatku. Po odstránení je možné formu znova zložiť a použiť. Grafitové formy umožňujú stovky odliatkov, keramické - len niekoľko.
Grafitové viacnásobné formy sa dajú vyrobiť obrábaním grafitu a keramické sa dajú ľahko tvarovať, takže sú výrazne lacnejšie ako kovové formy. Grafitové a žiaruvzdorné formy možno použiť na preliatie v prípade nevyhovujúcich tlakových odliatkov.
Ohňovzdorné formy sú vyrobené z porcelánovej hliny (kaolín) a iných vysoko žiaruvzdorných materiálov. V tomto prípade sa používajú modely vyrobené z ľahko opracovaných kovov alebo plastov. Práškový alebo zrnitý žiaruvzdorný materiál sa zmieša s hlinou vo vode, výsledná zmes sa tvaruje a polotovar odlievacej formy sa vypáli rovnakým spôsobom ako tehly alebo riad.
Jednorazové formuláre.
Formy na odlievanie do piesku podliehajú oveľa menej obmedzeniam ako akékoľvek iné formy. Sú vhodné na výrobu odliatkov akejkoľvek veľkosti, akejkoľvek konfigurácie, z akejkoľvek zliatiny; sú najmenej náročné na dizajn výrobku. Pieskové formy sú vyrobené z plastového žiaruvzdorného materiálu (zvyčajne kremičitého piesku), ktorý mu dáva požadovanú konfiguráciu, takže liaty kov si po stuhnutí zachováva túto konfiguráciu a môže byť oddelený od formy.
Formovacia zmes sa získava zmiešaním piesku s ílom a organickými spojivami vo vode v špeciálnom stroji.
Pri výrobe pieskovej formy je opatrená horným vtokovým otvorom s „misou“ na liatie kovu a vnútorným vtokovým systémom kanálov na zásobovanie odliatku roztaveným kovom počas procesu tuhnutia, pretože inak v dôsledku zmršťovania počas tuhnutia ( typické pre väčšinu kovov), môžu sa v odliatku vytvárať dutiny (zmršťovacie dutiny).
Formy škrupiny.
Tieto formy sa dodávajú v dvoch typoch: materiál s nízkou teplotou topenia (sadra) a materiál s vysokou teplotou topenia (jemný práškový oxid kremičitý). Sadrová škrupinová forma sa vyrába zmiešaním sadrového materiálu s vodou so spojovacím prostriedkom (rýchlotvrdnúcim polymérom) do riedkej konzistencie a obložením odlievaného modelu takouto zmesou. Po vytvrdnutí formovacieho materiálu sa nareže, spracuje a vysuší a potom sa obe polovice „spárujú“ a zalejú. Tento spôsob odlievania je vhodný len pre neželezné kovy.
Odliatok strateného vosku.
Tento spôsob odlievania sa používa pre drahé kovy, oceľ a iné zliatiny s vysokým bodom topenia. Najprv sa vyrobí forma, ktorá zodpovedá odlievanej časti. Zvyčajne je vyrobený z kovu s nízkou teplotou tavenia alebo (obrobenej) mosadze. Potom naplnením formy parafínom, plastom alebo ortuťou (potom zmrazenou) sa získa model na jeden odliatok. Model je podšitý ohňovzdorným materiálom. Materiál v tvare škrupiny je vyrobený z jemného žiaruvzdorného prášku (napríklad práškového oxidu kremičitého) a tekutého spojiva. Vrstva ohňovzdorného obkladu je zhutnená vibráciami. Po vytvrdnutí sa forma zahreje, parafínový alebo plastový model sa roztopí a kvapalina vytečie z formy. Potom sa forma vypáli, aby sa odstránili plyny a po zahriatí sa naplní tekutým kovom, ktorý prúdi gravitáciou, pod tlakom stlačeného vzduchu alebo pod vplyvom odstredivých síl (v stroji na odstredivé liatie).
Keramické formy.
Keramické formy sa vyrábajú z porcelánovej hliny, sillimanitu, mullitu (hlinitosilikáty) alebo iných vysoko žiaruvzdorných materiálov. Pri výrobe takýchto foriem sa zvyčajne používajú modely z ľahko opracovateľných kovov alebo plastov. Práškové alebo granulované žiaruvzdorné materiály sa zmiešajú s tekutým spojivom (etylsilikátom) do želatínovej konzistencie. Novo vyrobená forma je flexibilná, takže model z nej možno vybrať bez poškodenia dutiny formy. Potom sa forma vypáli pri vysokej teplote a naplní sa taveninou požadovaného kovu - ocele, tvrdej krehkej zliatiny, zliatiny na báze vzácnych kovov a pod. Tento spôsob umožňuje vyrábať formy akéhokoľvek typu a je vhodný pre malosériová aj veľkosériová výroba.
Všetky kovy môžu byť odlievané. Ale nie všetky kovy majú rovnaké vlastnosti odlievania, najmä tekutosť - schopnosť naplniť odlievaciu formu akejkoľvek konfigurácie. Vlastnosti odlievania závisia hlavne od chemického zloženia a štruktúry kovu. Dôležitá je teplota topenia. Kovy s nízkou teplotou topenia sa ľahko priemyselne odlievajú. Z obyčajných kovov má najvyšší bod topenia oceľ. Kovy sa delia na železné a neželezné. Železné kovy sú oceľ, tvárna liatina a liatina. Neželezné kovy zahŕňajú všetky ostatné kovy, ktoré neobsahujú významné množstvo železa. Na odlievanie sa používajú najmä zliatiny na báze medi, niklu, hliníka, horčíka, olova a zinku. ZLIATINY.
Čierne kovy.
Stať sa.
Existuje päť tried ocelí na priemyselné odlievanie: 1) nízkouhlíkové (s obsahom uhlíka menším ako 0,2 %); 2) stredne uhlíkové (0,2–0,5 % uhlíka); 3) s vysokým obsahom uhlíka (viac ako 0,5 % uhlíka); 4) nízko legované (menej ako 8 % legujúcich prvkov) a 5) vysoko legované (viac ako 8 % legujúcich prvkov). Stredne uhlíkové ocele tvoria väčšinu odliatkov zo železných kovov; Takéto odliatky sú spravidla priemyselnými výrobkami štandardizovanej kvality. Rôzne typy legovaných ocelí sú navrhnuté tak, aby dosiahli vysokú pevnosť, ťažnosť, húževnatosť, odolnosť proti korózii, tepelnú odolnosť a únavovú pevnosť. Odliatky majú podobné vlastnosti ako kovaná oceľ. Pevnosť v ťahu takejto ocele sa pohybuje od 400 do 1500 MPa. Hmotnosť odliatkov sa môže meniť v širokom rozmedzí - od 100 g do 200 ton alebo viac, hrúbka v priereze - od 5 mm do 1,5 m Dĺžka odliatku môže presiahnuť 30 m Oceľ je univerzálny materiál na odlievanie. Pre svoju vysokú pevnosť a ťažnosť je výborným materiálom pre strojárstvo.
Temperovaná liatina.
Existujú dve hlavné triedy tvárnej liatiny: obyčajná a perlitická. Odliatky sa vyrábajú aj z niektorých legovaných kujných liatin. Pevnosť v ťahu tvárnej liatiny je 250–550 MPa. Vďaka svojej odolnosti proti únave, vysokej tuhosti a dobrej opracovateľnosti je ideálny pre obrábacie stroje a mnohé ďalšie aplikácie sériovej výroby. Hmotnosť odliatkov sa pohybuje od 100 g do niekoľkých stoviek kilogramov a hrúbka prierezu zvyčajne nie je väčšia ako 5 cm.
Liatina.
Medzi liatiny patrí široká škála zliatin železa s uhlíkom a kremíka s obsahom 2–4 % uhlíka. Na odlievanie sa používajú štyri hlavné typy liatiny: sivá, biela, bielená a pololiata. Pevnosť liatiny v ťahu je 140–420 MPa a niektoré zliatinové liatiny až 550 MPa. Liatina sa vyznačuje nízkou ťažnosťou a nízkou rázovou pevnosťou; medzi dizajnérmi je považovaný za krehký materiál. Hmotnosť odliatkov sa pohybuje od 100 g do niekoľkých ton. Odliatky zo zlievárenskej liatiny sa používajú takmer vo všetkých priemyselných odvetviach. Ich cena je nízka a dajú sa ľahko spracovať rezaním.
Nodulárna liatina.
Sférické inklúzie grafitu dodávajú liatine ťažnosť a ďalšie vlastnosti, ktoré ju priaznivo odlišujú od sivej liatiny. Guľový tvar grafitových inklúzií sa dosahuje úpravou liatiny horčíkom alebo cérom bezprostredne pred odlievaním. Pevnosť v ťahu tvárnej liatiny je 400–850 MPa, ťažnosť je od 20 do 1%. Pravda, tvárna liatina sa vyznačuje nízkou rázovou húževnatosťou vrúbkovanej vzorky. Odliatky môžu mať veľkú aj malú hrúbku v priereze, hmotnosť - od 0,5 kg do niekoľkých ton.
Neželezné kovy.
Meď, mosadz a bronz.
Existuje mnoho rôznych zliatin na báze medi vhodných na odlievanie. Meď sa používa v prípadoch, keď je potrebná vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Mosadz (zliatina medi a zinku) sa používa, keď sa požaduje lacný, stredne odolný materiál proti korózii pre rôzne produkty na všeobecné použitie. Pevnosť v ťahu liatej mosadze je 180–300 MPa. Bronz (zliatina medi a cínu, do ktorej je možné pridať zinok a nikel) sa používa v prípadoch, keď je potrebná zvýšená pevnosť. Pevnosť v ťahu liatych bronzov je 250–850 MPa.
Nikel.
Zliatiny medi a niklu (ako je kov Monel) majú vysokú odolnosť proti korózii. Zliatiny niklu a chrómu (ako Inconel a nichróm) sa vyznačujú vysokou tepelnou odolnosťou. Zliatiny molybdénu a niklu sú vysoko odolné voči kyseline chlorovodíkovej a oxidujúcim kyselinám pri zvýšených teplotách.
hliník.
Liate výrobky z hliníkových zliatin sa v poslednej dobe stále viac využívajú pre svoju ľahkosť a pevnosť. Takéto zliatiny majú pomerne vysokú odolnosť proti korózii a dobrú tepelnú a elektrickú vodivosť. Pevnosť v ťahu zliatin hliníka sa pohybuje od 150 do 350 MPa.
magnézium.
Zliatiny horčíka sa používajú tam, kde je požiadavka na ľahkosť na prvom mieste. Pevnosť v ťahu liatych horčíkových zliatin je 170–260 MPa.
titán.
Titán, pevný a ľahký materiál, sa taví vo vákuu a odlieva do grafitových foriem. Faktom je, že počas procesu chladenia môže byť povrch titánu kontaminovaný v dôsledku reakcie s materiálom formy. Preto je titán odlievaný do iných tvarov ako z opracovaného a lisovaného práškového grafitu na povrchu silne znečistený, čo sa prejavuje zvýšenou tvrdosťou a nízkou ťažnosťou v ohybe. Titánový odliatok sa používa predovšetkým v leteckom priemysle. Pevnosť v ťahu liateho titánu je nad 1000 MPa s pomerným predĺžením 5%.
Vzácne a drahé kovy.
Odliatky zo zlata, striebra, platiny a vzácnych kovov sa používajú v šperkárstve, zubárskej technike (korunky, plomby), niektoré časti elektronických súčiastok sa vyrábajú aj odlievaním.
METÓDY ODLIETAVANIA
Hlavné metódy odlievania sú: statické liatie, vstrekovanie, odstredivé liatie a vákuové liatie.
Statická výplň.
Najčastejšie sa používa statické plnenie, t.j. nalievanie do pevnej formy. Pri tejto metóde sa roztavený kov (alebo nekov - plast, sklo, keramická suspenzia) jednoducho naleje do dutiny stacionárnej formy, kým sa nenaplní a drží, kým nestuhne.
Vstrekovanie.
Odlievací stroj plní kovovú (oceľovú) formu (ktorá sa zvyčajne nazýva forma a môže byť viacdutinová) roztaveným kovom pod tlakom 7 až 700 MPa. Výhodou tejto metódy je vysoká produktivita, vysoká kvalita povrchu, presné rozmery odlievaného výrobku a minimálna potreba opracovania. Typické kovy na tlakové liatie sú zinok, hliník, meď a zliatiny cínu a olova. Vzhľadom na nízky bod tavenia sú takéto zliatiny vysoko technologické a umožňujú úzke rozmerové tolerancie a vynikajúce vlastnosti odlievania.
Zložitosť konfigurácie odliatkov v prípade vstrekovania je obmedzená tým, že pri oddelení od formy môže dôjsť k poškodeniu odliatku. Okrem toho je hrúbka výrobkov trochu obmedzená; výhodnejšie sú výrobky s tenkým prierezom, v ktorých tavenina tuhne rýchlo a rovnomerne.
Existujú dva typy vstrekovacích lisov – studená komora a horúca komora. Lisovacie stroje s horúcou komorou sa používajú hlavne na zliatiny na báze zinku. Horúca lisovacia komora je ponorená do roztaveného kovu; pod miernym tlakom stlačeného vzduchu alebo pôsobením piestu je tekutý kov vytláčaný z horúcej lisovacej komory do formy. V strojoch na odlievanie so studenou komorou plní roztavený hliník, horčík alebo zliatina medi formu pod tlakom od 35 do 700 MPa.
Odliatky získané vstrekovaním sa používajú v mnohých domácich spotrebičoch (vysávače, práčky, telefóny, lampy, písacie stroje) a veľmi široko v automobilovom priemysle a pri výrobe počítačov. Odliatky môžu vážiť od niekoľkých desiatok gramov až po 50 kg a viac.
Odstredivé liatie.
Pri odstredivom liatí sa roztavený kov naleje do pieskovej alebo kovovej formy, ktorá sa otáča okolo horizontálnej alebo vertikálnej osi. Vplyvom odstredivých síl sa kov vrhá z centrálneho vtokového kanála na okraj formy, vypĺňa jej dutiny a tuhne a vytvára odliatok. Odstredivé liatie je ekonomické a pre niektoré typy výrobkov (osovo symetrické ako sú rúry, krúžky, škrupiny a pod.) je vhodnejšie ako statické liatie.
Vákuové plnenie.
Kovy ako titán, legované ocele a vysokoteplotné zliatiny sa tavia vo vákuu a nalievajú do viacerých foriem, ako je napríklad grafit, umiestnených vo vákuu. Táto metóda výrazne znižuje obsah plynu v kove. Ingoty a odliatky vyrobené vákuovým liatím nevážia viac ako niekoľko stoviek kilogramov. V zriedkavých prípadoch sa veľké množstvá ocele (100 ton a viac), vytavenej konvenčnou technológiou, nalejú vo vákuovej komore do foriem alebo zlievarenských panví, ktoré sú v nej nainštalované, na ďalšie odlievanie vzduchom. Veľké hutnícke vákuové komory sú evakuované systémami s viacerými čerpadlami. Oceľ získaná týmto spôsobom sa používa na výrobu špeciálnych výrobkov kovaním alebo odlievaním; tento proces sa nazýva vákuové odplyňovanie.
LIETACIE FORMY
Odlievacie formy sa delia na viacnásobné a jednorazové (pieskové) formy. Viaceré formy sú kovové (formy a kokily) alebo grafitové alebo keramické žiaruvzdorné materiály.
Viaceré formy.
Kovové formy (formy a kokily) na oceľ sú zvyčajne vyrobené z liatiny, niekedy zo žiaruvzdornej ocele. Na odlievanie neželezných kovov, ako je mosadz, zinok a hliník, sa používajú liatinové, medené a mosadzné formy.
Plesne.
Toto je najbežnejší typ viacnásobných odlievacích foriem. Najčastejšie sú formy vyrobené z liatiny a používajú sa na výrobu oceľových ingotov v počiatočnej fáze výroby kovanej alebo valcovanej ocele. Formy patria medzi otvorené odlievacie formy, pretože kov ich plní zhora gravitáciou. Používajú sa aj „cez“ formy, otvorené hore aj dole. Výška foriem môže byť 1–4,5 m, priemer – od 0,3 do 3 m Hrúbka odlievacej steny závisí od veľkosti formy. Konfigurácia môže byť odlišná - od okrúhleho po obdĺžnikový. Dutina formy sa mierne rozširuje smerom nahor, čo je potrebné na vybratie ingotu.
Forma pripravená na liatie sa položí na hrubú liatinovú platňu. Formy sa spravidla plnia zhora. Steny dutiny formy musia byť hladké a čisté; Pri nalievaní je potrebné zabezpečiť, aby sa kov nerozlial alebo nestriekal na steny. Naliaty kov stvrdne vo forme, po ktorej sa ingot vyberie („odizolovanie ingotu“). Po vychladnutí sa forma zvnútra očistí, nastrieka formovacou farbou a opäť sa použije. Jedna forma umožňuje vyrobiť 70–100 ingotov. Na ďalšie spracovanie kovaním alebo valcovaním sa ingot zahreje na vysokú teplotu.
Kokili.
Ide o uzavreté kovové odlievacie formy s vnútornou dutinou zodpovedajúcou konfigurácii výrobku a vtokovým (odlievacím) systémom, ktoré sú vyrobené opracovaním v liatinovom, bronzovom, hliníkovom alebo oceľovom bloku. Chladiaca forma sa skladá z dvoch alebo viacerých častí, po ktorých spojení zostane v hornej časti len malý otvor na nalievanie roztaveného kovu. Na vytvorenie vnútorných dutín sa do formy vkladajú sadrové, pieskové, sklenené, kovové alebo keramické „tyče“. Chill casting vyrába odliatky zo zliatin na báze hliníka, medi, zinku, horčíka, cínu a olova.
Chill casting sa používa iba v prípadoch, keď je potrebné získať aspoň 1000 odliatkov. Životnosť kokily dosahuje niekoľko stoviek tisíc odliatkov. Kokila ide do šrotu, keď sa (v dôsledku postupného vyhorenia od roztaveného kovu) začne neúnosne zhoršovať kvalita povrchu odliatkov a prestanú sa plniť vypočítané tolerancie ich rozmerov.
Grafitové a ohňovzdorné formy.
Takéto formy pozostávajú z dvoch alebo viacerých častí, keď sa spoja, vytvorí sa potrebná dutina. Forma môže mať zvislú, vodorovnú alebo naklonenú deliacu plochu alebo sa dá rozobrať na samostatné bloky; to uľahčuje vyberanie odliatku. Po odstránení je možné formu znova zložiť a použiť. Grafitové formy umožňujú stovky odliatkov, keramické - len niekoľko.
Grafitové viacnásobné formy sa dajú vyrobiť obrábaním grafitu a keramické sa dajú ľahko tvarovať, takže sú výrazne lacnejšie ako kovové formy. Grafitové a žiaruvzdorné formy možno použiť na preliatie v prípade nevyhovujúcich tlakových odliatkov.
Ohňovzdorné formy sú vyrobené z porcelánovej hliny (kaolín) a iných vysoko žiaruvzdorných materiálov. V tomto prípade sa používajú modely vyrobené z ľahko opracovaných kovov alebo plastov. Práškový alebo zrnitý žiaruvzdorný materiál sa zmieša s hlinou vo vode, výsledná zmes sa tvaruje a polotovar odlievacej formy sa vypáli rovnakým spôsobom ako tehly alebo riad.
Jednorazové formuláre.
Formy na odlievanie do piesku podliehajú oveľa menej obmedzeniam ako akékoľvek iné formy. Sú vhodné na výrobu odliatkov akejkoľvek veľkosti, akejkoľvek konfigurácie, z akejkoľvek zliatiny; sú najmenej náročné na dizajn výrobku. Pieskové formy sú vyrobené z plastového žiaruvzdorného materiálu (zvyčajne kremičitého piesku), ktorý mu dáva požadovanú konfiguráciu, takže liaty kov si po stuhnutí zachováva túto konfiguráciu a môže byť oddelený od formy.
Formovacia zmes sa získava zmiešaním piesku s ílom a organickými spojivami vo vode v špeciálnom stroji.
Pri výrobe pieskovej formy je opatrená horným vtokovým otvorom s „misou“ na liatie kovu a vnútorným vtokovým systémom kanálov na zásobovanie odliatku roztaveným kovom počas procesu tuhnutia, pretože inak v dôsledku zmršťovania počas tuhnutia ( typické pre väčšinu kovov), môžu sa v odliatku vytvárať dutiny (zmršťovacie dutiny).
Formy škrupiny.
Tieto formy sa dodávajú v dvoch typoch: materiál s nízkou teplotou topenia (sadra) a materiál s vysokou teplotou topenia (jemný práškový oxid kremičitý). Sadrová škrupinová forma sa vyrába zmiešaním sadrového materiálu s vodou so spojovacím prostriedkom (rýchlotvrdnúcim polymérom) do riedkej konzistencie a obložením odlievaného modelu takouto zmesou. Po vytvrdnutí formovacieho materiálu sa nareže, spracuje a vysuší a potom sa obe polovice „spárujú“ a zalejú. Tento spôsob odlievania je vhodný len pre neželezné kovy.
Odliatok strateného vosku.
Tento spôsob odlievania sa používa pre drahé kovy, oceľ a iné zliatiny s vysokým bodom topenia. Najprv sa vyrobí forma, ktorá zodpovedá odlievanej časti. Zvyčajne je vyrobený z kovu s nízkou teplotou tavenia alebo (obrobenej) mosadze. Potom naplnením formy parafínom, plastom alebo ortuťou (potom zmrazenou) sa získa model na jeden odliatok. Model je podšitý ohňovzdorným materiálom. Materiál v tvare škrupiny je vyrobený z jemného žiaruvzdorného prášku (napríklad práškového oxidu kremičitého) a tekutého spojiva. Vrstva ohňovzdorného obkladu je zhutnená vibráciami. Po vytvrdnutí sa forma zahreje, parafínový alebo plastový model sa roztopí a kvapalina vytečie z formy. Potom sa forma vypáli, aby sa odstránili plyny a po zahriatí sa naplní tekutým kovom, ktorý prúdi gravitáciou, pod tlakom stlačeného vzduchu alebo pod vplyvom odstredivých síl (v stroji na odstredivé liatie).
Keramické formy.
Keramické formy sa vyrábajú z porcelánovej hliny, sillimanitu, mullitu (hlinitosilikáty) alebo iných vysoko žiaruvzdorných materiálov. Pri výrobe takýchto foriem sa zvyčajne používajú modely z ľahko opracovateľných kovov alebo plastov. Práškové alebo granulované žiaruvzdorné materiály sa zmiešajú s tekutým spojivom (etylsilikátom) do želatínovej konzistencie. Novo vyrobená forma je flexibilná, takže model z nej možno vybrať bez poškodenia dutiny formy. Potom sa forma vypáli pri vysokej teplote a naplní sa taveninou požadovaného kovu - ocele, tvrdej krehkej zliatiny, zliatiny na báze vzácnych kovov a pod. Tento spôsob umožňuje vyrábať formy akéhokoľvek typu a je vhodný pre malosériová aj veľkosériová výroba.