Slévárenství
Výroba ocelového odlitku odlitím do pískové formy
SEMESTRÁLNÍ PRÁCE
KB007 – STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE
VYPRACOVAL JAROSLAV ZÁZVORKA 2012
O BSAH
1. Úvod ................................................................................................................................................. 3
2. Postupový diagram výroby............................................................................................................... 4
3. Technologie postupu výroby ............................................................................................................ 5
3.1. Základní technologické úpravy hrubého odlitku....................................................................... 5
3.1.1. Úkosy modelu ................................................................................................................................. 5
3.1.2. Přídavky na obrábění a technologické přídavky.............................................................................. 5
3.2. Návrh postupu výroby............................................................................................................... 6
3.2.1. Strojní formování ............................................................................................................................ 6
3.2.2. Dělící rovina a umístění odlitku ve formě ....................................................................................... 6
3.2.3. Nálitkování a smršťování při tuhnutí .............................................................................................. 6
3.2.4. Vtoková soustava............................................................................................................................ 7
3.2.5. Jádra a známky ............................................................................................................................... 8
4. Postupový výkres a výroba model. zařízení ..................................................................................... 9
4.1. Postupový výkres ...................................................................................................................... 9
4.2. Modelové zařízení ................................................................................................................... 10
5. Formování ...................................................................................................................................... 11
5.1. Formovací směsi...................................................................................................................... 11
5.1.1. Modelová směs ............................................................................................................................ 11
5.1.2. Výplňová směs .............................................................................................................................. 11
5.1.3. Jádrová směs ................................................................................................................................ 12
5.2. Formovací rámy ...................................................................................................................... 12
5.3. Výroba formy .......................................................................................................................... 12
5.4. Výroba jader ............................................................................................................................ 14
6. Příprava tekutého kovu a odlévání ................................................................................................ 15
7. Čištění, tepelné zpracování a výstupní kontrola ............................................................................ 17
7.1. Čištění odlitku.......................................................................................................................... 17
7.2. Tepelné zpracování odlitku ..................................................................................................... 18
7.3. Výstupní kontrola .................................................................................................................... 20
Použitá literatura................................................................................................................................ 22
Příloha ................................................................................................................................................ 23
2
1. Ú VOD
Slévárenství poskytuje potenciálně nejekonomičtější způsob přeměny výchozí suroviny v žádaný
finální nebo polofinální výrobek. Odlitek má unikátní tvarovou univerzálnost ve srovnání s
produkty ostatních výrobních technologií. Slévárenství umožňuje zhotovovat díly a výrobky v
široké škále hmotnosti až do desítek tun. Poměrně jednoduchými postupy lze vyrobit odlitek
složitých tvarů i s vnitřními dutinami. Ocelové odlitky mají ve strojírenství bohaté zastoupení.
Uplatňují se v konstrukci lanových, pojezdových a řetězových kol, pracovní části důlních strojů,
mlecí a drtící komponenty apod. Často odlitky nahrazují pracně vyráběné svařence.
Ve slévárenské výrobě směřujeme k odlitkům se stále vyšší přesností a kvalitou povrchu, větší
tvarovou složitosti, zvýšenými mechanickými vlastnostmi a to vše při klesajících materiálových a
energetických nákladech. Dnes existuje poměrně rozsáhlý výběr technologií výroby odlitků,
přičemž lze některé označit za velmi vyspělé (odstředivé lití, lití pod tlakem, kontinuální lití apod.).
I přesto, je díky své ekonomičnosti a nenáročnosti, stále hojně rozšířena klasická technologie
gravitačního lití do netrvalých bentonitových forem.
Právě touto technologii se zabývá tato práce. Zjednodušeně popisuje výrobu odlitku řetězového
kola litého z materiálu ČSN 422719. Mechanické vlastnosti této oceli ovlivňuje v převážné míře
uhlík. Odlitek se dodává tepelně zpracovaný a neobrobený. Součástí technicko-dodacích podmínek
je pouze vizuální kontrola, rozměrová kontrola (dle třídy přesnosti ČSN 014470.4) a protokol o
chemickém složení.
3
2. P OSTUPOVÝ DIAGRAM VÝROBY
OBJEDNÁVKA
POSTUPOVÝ
VÝKRES
JÁDRA
MODEL
FORMOVÁNÍ
TAVENÍ OCELI
FORMOVACÍ
RÁM
ODLÉVÁNÍ
Vratný odpad
VYKLEPÁVÁNÍ
FORMOVACÍ
SMĚS
Rámy
Regenerovaný písek
TRYSKÁNÍ
PÁLENÍ
PŘEDBĚŽNÁ
KONTROLA
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ
BROUŠENÍ
TRYSKÁNÍ
OPRAVY
ZAVAŘENÍM
VÝSTUPNÍ
KONTROLA
EXPEDICE
4
3. T ECHNOLOGIE POSTUPU VÝROBY
3.1. Z ÁKLADNÍ
TECHNOLOGICK É ÚPRAVY HRUBÉHO ODLITKU
3.1.1. Ú KOSY MODELU
Aby bylo možno model snadno vyjmout z formy, dělají se stěny kolmé k dělící rovině s určitým
úkosem. Velikost úkosu je závislá na výšce modelu, na materiálu, z něhož je model zhotoven a na
způsobu výroby. U dřevěných modelů na strojním formování, kde model je při vyjímání z formy
přesně veden, se užívá úkosu 1-3°. Čím vyšší je stěna modelu, tím menší se volí úkos. Pokud to
výrobní a konstrukční důvody dovolí, je lépe volit vždy větší úkos, neboť vyjímání modelu z formy
je snazší. Vyžaduje-li však konstrukce odlitku rovnoběžné stěny odlitku, je třeba použít přídavku na
modelu a odlitek dodatečně opracovat nebo využít jádra. Podle vztahu úkosu ke jmenovitému
rozměru rozlišujeme 3 typy úkosu:
Úkos A - je jak do plusu, tak do mínusu od jmenovitého rozměru na výkrese. Nelze jej použít,
jestliže konstrukce odlitku nedovoluje zmenšení rozměru.
Úkos B - je do mínusu od jmenovitého rozměru na výkrese. Dělá se u ploch, které zůstanou
neobrobeny a konstrukce dovoluje větší zmenšení příslušného jmenovitého rozměru.
Úkos C - je do plusu vůči jmenovitému rozměru. Dělá se u těch ploch, které budou obrobeny.
Obr.1 – rozdělení slévárenských úkosů
3.1.2. P ŘÍDAVKY NA OBRÁBĚNÍ A TECHNOLOGICKÉ PŘÍD AVKY
Povrch odlitku je vždy nerovný a má na sobě připečený písek. Při přesné strojírenské výrobě však
není tento stav vždy přípustný. Je tedy nutné odlitek opracovat. Aby konečný rozměr odlitku
odpovídal požadavkům, musíme s tímto opracováním dopředu počítat a zvětšit jej o patřičnou
míru – o přídavek na obrábění. Určování velikosti přídavků na obrábění se řídí normou. Plochy
obrácené při lití směrem vzhůru mají větší přídavky na opracování než plochy spodní, protože se
na nich hromadí veškeré nečistoty. Technologické přídavky nejsou na rozdíl od přídavků na
obrábění normalizovány, ale musí být schváleny zákazníkem. Stanovují se v závislosti na
5
technologii výroby odlitku. Zajišťují usměrněné tuhnutí, ulehčují formování (nepředlévání otvorů =
úspora množství jaderníků), vyztužují odlitek, apod.
3.2. N ÁVRH
POSTUPU VÝROBY
3.2.1. S TROJ NÍ FORMOVÁNÍ
Při strojním formování je převážná část namáhavé práce vykonávána strojem, takže lze
dosáhnout větší efektivity práce. Oproti ručnímu formování má strojní několik výhod:
-
Odpadá ruční pěchování a vyjímaní modelu z formy
Velikost forem je stejnoměrná, protože rozklepávání provádí formovací stroj
Rám je vždy správně usazen na modelové desce pomocí kolíků
Při správném provedení modelu spodek i vršek přesně lícují
Vtoky, zářezy a nálitky se formují současně s modelem
Jednodušší práce slévače umožňuje použití méně kvalifikovaných dělníků
3.2.2. D ĚLÍCÍ ROVINA A UMÍSTĚNÍ ODLITKU V E FORMĚ
Volba umístění odlitku ve formě je první fází při návrhu postupu výroby. Určuje, která část modelu
bude ve vršku a která ve spodku. Plocha, v níž se spolu stýkají dvě části formy, se nazývá dělící
rovina. U strojního formování je možná pouze jedna dělící rovina. Při určování dělící roviny a
polohy odlitku ve formě platí několik pravidel :
-
Dělící rovina by měla být pokud možno rovinná
Odlitek by měl být převážně do spodku – lepší zakládání jader
Správná dělící rovina zajišťuje minimální pracnost při čištění odlitků
Dělící rovina by neměla procházet rádiusy
Dělící rovina by měla minimalizovat počet jader a jejich složitost
Odlitek by měl být ve formě tak, aby důležité a obráběné plochy byly ve spodku
Počet odlitků v jednom rámu závisí na jeho velikosti . Pokud umístíme do formy více odlitků, pak
se mezery mezi nimi řídí jejich výškou. Čím vyšší odlitek, tím větší vzdálenost mezi nimi. Umístění
odlitků v rámu musí zajistit, aby mohla být umístěna potřebně velké vtoková soustava.
3.2.3. N ÁLITKOVÁNÍ A S MRŠŤOVÁNÍ PŘI TU HNU T Í
Chladnutí slitin je doprovázeno zmenšováním jejich objemu – smršťováním. Pro slévárenskou
technologii je nejdůležitější smršťování při tuhnutí, které je příčinou staženin. Smršťování při
tuhnutí je závislé na materiálu odlitku, způsobu tuhnutí, formě a konstrukci odlitku. Rozdíl mezi
objemem tekutého kovu před tuhnutím a pevného kovu po ztuhnutí je nazýván staženinou.Na její
tvar a umístění má rozhodující vliv způsob odvodu tepla. Staženiny se tvoří v tepelném centru
litého útvaru.Pochod tvorby staženin v odlitcích nazýváme stahováním. Abychom doplnili úbytek
objemu při tuhnutí, musíme do formy nalít větší objem tekuté slitiny, než je objem odlitku.
6
Zásobník tekutého kovu, ze kterého se doplňuje úbytek objemu, se nazývá nálitek. V místech, kde
je proti svému okolí relativně nashromážděn kov, tuhne roztavená slitina později. Taková místa se
nazývají tepelné uzly a mají sklon k vytváření vnitřních staženin.
Má-li být dosaženo zdravého odlitku, musí jeho tuhnutí postupovat od nejvzdálenějších míst až do
nálitku, který má ztuhnout jako poslední. Pak je zaručeno, že nálitek doplňuje úbytek
slitiny při tuhnutí, a že tepelné uzly jsou napojeny na zásobník tekutého kovu. Takové tuhnutí se
nazývá usměrněné. Použijeme-li pravidla vepsaných koulí, pak při usměrněném tuhnutí se musí
podařit všechny koule vepsané do odlitku vykutálet do nálitku.
Podle uspořádání rozeznáváme nálitky otevřené, které vyúsťují do horní plochy rámu a uzavřené,
které jsou skryté ve formě. Doba tuhnutí nálitku je tím delší, čím je nálitek větší. Exotermickými
zásypy se izoluje povrch nálitku od okolní atmosféry, takže ztrácí méně tepla a proto tuhne déle.
Navíc vlivem exotermických reakcí uvolňují teplo, takže nálitek ještě vyhřívají. Nejvýhodnější tvar
nálitku je kulový. Jeho velikost se volí podle velikosti celkového smrštění při tuhnutí a podle druhu
nálitků s přihlédnutím na tvar odlitku v místě nálitku.
Obr.2 – zobrazení nálitku se staženinou s přídavků
3.2.4. V TOKOVÁ SOU STAVA
Pro zaplnění dutiny formy tekutým kovem se zhotovuje ve formě vtoková soustava, která má
zajistit dobré zaběhnutí kovu do všech jejich částí, stejnoměrné a homogenní teplotní pole odlitku,
bez eroze formy tekutým kovem a bez nasávání plynů, par a vzduchu z formy.
Pro zachycení prvního nárazu kovu při lití z pánve slouží vtoková jamka. U ocelových odlitků má
tvar normální trychtýřové nálevky. Jamka přímo navazuje na kruhový vtokový kůl, kterým klesá kov
od horní roviny formy do roviny vtokového zářezu. Je zakončen jamkou, která zachycuje náraz
padajícího kovu a způsobuje, že kov, který se při prvním dopadu rozstříkne, nevnikne rovnou do
formy, ale vytvoří zde určitou vrstvu, která tlumí pád dalšího kovu. Litím oceli z pánve s dolní
výpustí odpadá použití struskováku, protože kov teče do formy čistý a bez strusky. Vtokový kůl je
7
tedy přímo spojen s vtokovým zářezem, který je navržen jako nejužší část vtokové soustavy.Užší
průřez způsobuje zvýšení rychlosti kovu vtékajícího do formy, což podporuje zaběhnutí tekutého
kovu.
Vtoková soustava je po celou dobu lití vystavena žáru tekutého kovu. Je proto bezpodmínečně
nutné, aby byla zhotovena z nejlepšího modelového písku, který dobře odolá tomuto namáhání.
Vtokovou soustavu (nebo její část) je také možno poskládat z ohnivzdorných šamotových trubek.
Obr.3 – vtoková soustava
3.2.5. J ÁDRA A ZNÁMKY
Je-li potřeba odlít v součásti otvory, používáme k jejich vytvoření jádra, která se vkládají do formy
zvlášť. K upevnění jádra ve formě slouží známky, které se zakládají do známkových loží formy.
Známky zajišťují stabilitu jádra a pomáhají odvádět plyny z formy. Ačkoli se jádra používají většinou
pro vytvoření vnitřních tvarů odlitku (pravá jádra), lze někdy vytvořit i vnější povrch odlitku pomocí
jader (nepravá jádra). Jádra jsou obvykle nejnamáhavější části formy a proto musí být z velmi
jakostního materiálu. Zvlášť pečlivě je třeba dbát na jejich odplynění a zajištění proti prasknutí.
Velmi důležitou vlastností jader je jejich dobrá rozpadavost po odlití a vychladnutí odlitku tak, aby
se mohl vzniklý vratný písek dostat beze zbytku i ze složitých dutin odlitků.
8
4. P OSTUPOVÝ VÝKRES A VÝROBA MODEL . ZAŘÍZENÍ
4.1. P OSTUPOVÝ
VÝKRES
Je to základní technologický podklad pro výrobu modelu. Jedná se o výkres součásti doplněný o
grafické a textové údaje, určující požadavky na modelové zařízení. Grafické údaje se zakreslují do
výkresu předepsanými značkami podle normy. Výběr některých základních značení je uveden
v tabulce.
Název a určení
Vyobrazení
Razítko slévárenského postupu
Obsahuje údaje o materiálu odlitku, úkosech, stupni
přesnosti, velikosti smrštění, doplňující informace o
modelovém zařízení a jadernících
Dělící rovina modelu
Značí se plnou zelenou čarou s křížky na
koncích. Směr šipky s písmenem N nebo
V udává část modelu, která bude ve vršku.
Přídavky na obrábění a techn. přídavky
Zakreslují se plnou červenou čarou, v řezu
se šrafují. Velikost přídavků se udává číslicí
nebo se kótují.
Vtoková soustava
Zakresluje se plnou červenou čarou a
kótuje se.
Nálitek
Zakresluje se plnou červenou čarou a
kótuje se.
Obrysy jader
Vnitřní obvod se šrafuje krátkými zelenými
čárami.Pro přehlednost je možné šrafovat
křížkovaně a použít jiné barvy kromě černé
a červené.
Známky
Zakreslují se plnou zelenou čarou a kótují
se. Známky na modelu se vyrábí větší o
vůli, určenou kótou.
Otevření jaderníku
Značí se šipkou s písmeny OJ. Její směr
udává stranu, ze které bude jaderník
otevřený.
9
4.2. M ODELOVÉ
ZAŘÍZENÍ
Při odlévání do netrvalých forem je nutný model , který odpovídá svým tvarem vnějšímu povrchu
odlitku a je zvětšený o smrštění, které je způsobeno smršťováním kovu v pevném stavu. Protože se
převážně sleduje lineární změna rozměrů, udává se smršťování v pevném stavu jako lineární
smrštění. Míra tohoto smrštění se u uhlíkatých ocelí pohybuje okolo 2%. Při výrobě modelů se
používá tzv. modelářských metrů, které jsou již o příslušné měřítko zvětšené. Odpadá tedy pracné
přepočítávání jednotlivých rozměrů.
Model a jaderník se vyrábí na základě postupového výkresu v modelárně, která je součástí
slévárny. Hlavním materiálem pro výrobu modelu je dřevo (především tvrdá olše a javor). Je
dobrým kompromisem mezi cenou, opracovatelností a výdrží modelu. Kvalita řeziva a konstrukce
modelu zásadně ovlivňuje jeho životnost a rozměrovou stálost. Model i jaderník se zhotoví
opracováním sklíženého vysušeného materiálu do požadovaného tvaru. Pro strojní formování se
model upevňuje na 2 formovací dřevěné desky – spodek a vršek, aby mohli 2 formovací stroje
pracovat v páru. Na vrchní desce je dřevěný kolík pro šamotovou nálevku a jedna část modelu s
nálitkem, který je volný. Kovový čep zajišťuje jeho polohu na modelu. Na spodní desce je druhá
část modelu, známky pro založení jader a zbytek vtokové soustavy. Na každé modelové desce jsou
4 otvory vyztužené plechovou destičkou, které zaručují přesné usazení desek na formovací stroj.
Jaderník je zhotoven ze stejného materiálu jako model. Stejně tak je důležité počítat se smrštěním
a s úkosy, aby bylo zaručeno bezproblémového vyjmutí jádra z jaderníku bez poškození. Jaderník je
zhotoven jako dělený ze dvou půlek. Proti vzájemnému posunutí jsou k sobě sesponkovány.
Přesné složení obou půlek k sobě zajišťují kovové čepy upevněné v jedné polovině jaderníku, které
zapadají do otvorů v druhé polovině jaderníku.
Proti působení vlhkosti písku a jeho abrazivním účinkům se povrch modelu a jaderníku barví
leštitelným nitrocelulózovým emailem. Pro ocelové odlitky se používá barva nátěru modrá,
přičemž známky se barví na černo.
10
Obr.4 – modelové zařízení
5. F ORMOVÁNÍ
5.1. F ORMOVACÍ
SMĚSI
Netrvalé formy se zhotovují z formovacích písků a jsou po odlití znehodnoceny. Při výrobě forem a
jader, manipulaci s hotovými výrobky, při odlévání, chladnutí a vytloukání musí formovací
materiály vyhovět různým požadavkům. Proto se standartně každá namíchaná formovací směs
podrobuje několika zkouškám, prováděných v pískové laboratoři na zkušebním tělese
předepsaného válcového tvaru. Patří k nim zejména stanovení vlhkosti, pevnosti směsi v tlaku a
prodyšnosti.
5.1.1. M ODELOVÁ SMĚS
Modelovou směsí se při výrobě formy obkládá model. Přichází do přímého styku s roztaveným
kovem a proto musí být velmi jakostní. Na formy vyráběné strojním formováním se nejčastěji
používá bentonitová směs. Jako ostřivo (základní kostra formovacího materiálu určující základní
vlastnosti směsi) je použit praný křemičitý slévárenský písek. Tento materiál je v přírodě nejvíce
dostupný a náklady na jeho získávání jsou proti jiným ostřivům nejnižší. Písek je dodávám do
slévárny vysušený a tříděný na požadovanou zrnitost. Je tedy přímo připravený k míšení v kolovém
mísiči s ostatními složkami formovací směsi. Mezi nejrozšířenější pojivo patří jílové pojivo bentonit.
Jedná se, pokud jde o vaznost, o hlínu nejlepší jakosti, jejíž vlastnosti tvoří její podstatná složka
montmorillonit. Důležitou součástí formovacích směsí s jílovými pojivy je také voda, která
umožňuje rozvinout plastické vlastnosti jílů při vytváření vaznosti směsi. Kromě bentonitu se jako
pojivo a plastifikátor přidává bramborový škrob dextrin. Ten po odlití vyhořívá a tím snižuje
pevnost písku. Díky tomu se pak písek snadněji vytlouká z formy a dutin odlitku. Zlepšuje také
plastické vlastnosti směsí a jejich prodyšnost.
5.1.2. V Ý PLŇOVÁ SMĚS
11
Výplňová směs doplňuje zbývající volný prostor v rámu. Protože nepřijde do styku s roztaveným
kovem, nemusí být již tak jakostní a proto se připravuje úpravou vratného písku získaného
vyklepáním formy po odlití. Písek se během několika kroků zbaví zbytků kovových částí,
prachových nečistot, větších kusů zpečeného písku a ostatního nežádoucího materiálu. V mísiči je
poté smíchán se žáruvzdorným mletým jílem a vodou.
5.1.3. J ÁDROVÁ SMĚS
Jádra se vyrábí u malosériové výroby ručně do jaderníků. Pro výrobu jader je požita kombinace
slévárenského písku s novanolem a chromitová směs novanolem. Žáruvzdorný chromitový písek,
který se získává drcením chromitové rudy je používán zejména díky své vysoké odolnosti proti
penetraci a zapékání. Díky této vlastnosti se jeho použitím dosahuje kvalitnějšího povrchu odlitku.
Vzhledem k vyšší ceně jsou jím ale obloženy pouze plochy, které přijdou do styku s tekutým
kovem.
5.2. F ORMOVACÍ
RÁMY
Ocelový formovací rám zpevňuje formovací směs, která není schopna snést statické ani dynamické
tlaky vlévaného kovu. Rámy mají mít malou hmotnost při dobré tuhosti. Jsou vylehčeny otvory,
které zároveň slouží pro odvod plynů z formy při odlévání. K usnadnění manipulace s rámy, zvláště
pak k snadnému otáčení pomocí jeřábu, jsou rámy opatřeny dvěma čepy, které jsou k rámu pevně
přility. Při skládání rámů na sebe je zapotřebí velké přesnosti, aby nedošlo k přesazení jednotlivých
částí formy. Proto musí být stykové plochy rámů pečlivě obrobeny. Vnitřní profil rámu je opatřen
lištami, aby bylo zabráněno vypadnutí písku. Tomu napomáhají i příčky, které zároveň zvyšují
celkovou tuhost rámu. Formovací stroj je vybaven vyměnitelným ložem, na které lze upnout 3
velikosti formovacích rámu. Nejčastěji se však používá rám o rozměrech 900x600x250 mm.
Obr.5 – formovací rám
5.3. V ÝROBA
FORMY
Výroba forem se realizuje na pneumatických střásacích strojích s dolisováním. Model je rozdělený
a každá polovina modelu je upevněna na modelové desce. Dva formovací stroje pracují v páru, z
12
nichž jeden formuje vršek druhý spodek formy. Po upnutí modelové desky na lože formovacího
stroje se pomocí jeřábku ustaví formovací rám. Jeho poloha je vymezena dvěma čepy.Na upínací
šrouby se nasadí kovové kužely, které ve formě vytvoří dutiny pro skládací kolíky. Díky jim pak při
skládání rámů na sebe lícuje vršek se spodkem. Model se nejprve posype separátorem (grafitem),
který zabraňuje přilepování písku na model. Na dřevěný kolík se nasadí šamotová nálevka a do
rámu se dopraví z násypky modelová směs a následně i směs výplňová. Pohyblivé lože nejdříve
setřese písek tak, že pravidelně vyplní rám a následně dolisovací deska na otočném rameni rám
překryje a dolisuje formovací směs. Rám je poté za pomocí 4 vyjížděcích čepů v kolmém směru k
dělící rovině vyzvednut a oddělen od modelu. Z formy se vytáhne dřevěný nálitek a forma se
otočí. V místě známek pro jádra se vršek formy ručně prorazí ocelovou jehlou . Vzniklé
odvzdušňovací otvory napomáhají odplynění formy při lití. Forma se pomocí stlačeného vzduchu
vyfouká, aby se zbavila nečistot, a do spodní poloviny formy se založí všechna jádra. Pomocí 3
skládacích kolíku se obě poloviny ihned složí na sebe, zajistí kovovými svorkami a dopraví na licí
pole. Formy je nutno zpracovat do 24 hodin, aby se předešlo osychání a drolení formy a následné
ztrátě mechanických vlastností.
13
Obr.6 – schéma strojního formování
1) usazení modelu na lože formovacího stroje, usazení formovacího rámu a šamot. nálevky na dřevěný kolík
2) zasypání rámu modelovou a výplňovou směsí, střesení písku a následné dolisování
3) oddělení modelu od rámu a vytažení nálitku
4) založení jader a složení formy
5.4. V ÝROBA
JADER
Jádra se vyrábí ručním pěchováním písku do dvoudílného dřevěného jaderníků. Jaderník se položí
otevřenou stranou vzhůru a vyplní se tak , aby chromitová směs pokrývala plochy budoucího
odlitku. Zbytek se zaplní směsí s novanolem. Ručně se písek připěchuje a případně se doplní tak,
14
aby vyplnil celou dutinu jaderníku. Dutou kovovou jehlou se přivede do středu jaderníku CO2 a
chemickou reakcí s novanolem se během několika sekund směs vytvrdí. Jaderník se rozebere a
jádro vyjme. Po cca 4 hodinovém “zrání” na vzduchu jádro dosahuje požadovaných vlastností a po
nátěru žáruvzdorným nátěrem je připraveno k založení do formy.
Obr.7 – jaderník a jádro
6. P ŘÍPRAVA TEKUTÉHO KOVU A ODLÉVÁNÍ
Materiál o požadovaném složení je vyroben roztavením vsázky v zásadité elektrické obloukové
peci. Vnitřek pece je vyzděn žáruvzdornými magnezitovými cihlami. Pec je uzavřena víkem, kterým
procházejí tři grafitové elektrody (trojfázový proud), které jsou napojeny na regulační
transformátor s automatickou regulací. V bocích pece jsou dvířka na stahování strusky a odpichový
otvor. Celá pec je upevněna na sklápěcím zařízení.
Po odsunutí víka se pec zaveze pomocí sázecího koše kovovou vsázkou. Tu tvoří až 80% vratného
legovaného odpadu (nálitky, vtoky neshodné odlitky o stejném chem. složení), dále pak feroslitiny
(FeMn, FeSi,Al) a struskotvorné přísady (CaO, CaF2). Víko se posadí zpět a začne se tavit.
V první fázi probíhá tavení pevné vsázky žárem elektrického oblouku tím způsobem, že se ve
vsázce vytavují otvory a elektrody do těchto otvorů pomalu klesají. Oblouky hoří uvnitř těchto
otvorů, takže vyzdívka pece není tepelně namáhána a je možno použít maximálního příkonu tepla
do pece. Tekutý kov stéká na půdu pece, kde se shromažďuje a jeho hladina stoupá. Po určité
době dosáhnou elektrody úrovně hladiny tekutého kovu a hoření oblouků se stabilizuje. Při
roztavení většího množství vsázky se pevná vsázka sesouvá do roztaveného kovu, tavení pokračuje
až do úplného roztavení vsázky. Protože je ve vsázce určité množství kyslíku ve formě rzi a okují,
probíhá již během tavení oxidace doprovodných prvků podle jejich afinity ke kyslíku. Po roztavení
15
vsázky se odlije kovový vzorek a na simultánním měřícím optickém emisním spektrometru se určí
přesné chemické složení . Pak se pec nakloní na stranu pracovního otvoru a stáhne se 60 až 70
%strusky. Tím se odstraní značná část fosforu, který oxidoval již během tavení a přešel do strusky.
Tím okamžikem skončilo období tavení vsázky a začíná období oxidační, během kterého je nutno
snížit obsah doprovodných prvků a obsah plynů.
Na lázeň se nahodí čerstvě pálené vysušené vápno v množství 1 až 1,5 % hmotnosti vsázky. Při
vytvoření dostatečně tekuté strusky a při dosažení potřebné teploty lázně se do pece postupně
přidávají železná ruda a vápno. Přísada rudy vyvolá v lázni uhlíkovou reakci a intenzívní var lázně,
struska pění, její úroveň stoupá a struska odtéká přes práh pracovního otvoru do struskového
koše. Jakmile intenzita varu začíná klesat, přidává se další dávka rudy a vápna. Odtékání strusky z
pece a její obnovování má význam z hlediska obsahu fosforu v kovu. Aby var byl intenzívní a
dostatečně dlouhý, vsázka se sestavuje tak aby po roztavení pevné vsázky bylo v kovové lázní o 0,4
až 0,5 % uhlíku více, než ho má být v hotové oceli. Když se obsah uhlíku v kovu přiblíží spodní
hranici požadovaného obsahu a obsah fosforu klesne na hodnotu 0,01 % až 0,015 % stáhne se asi
80 % strusky, udržuje se asi 10 minut čistý var lázně a potom se dokončí stažení strusky. Stažením
oxidační strusky končí oxidační údobí.
Po oxidačním údobí nastává rafinační údobí. V jeho průběhu se musí provést dezoxidace a odsíření
kovu a dosáhnout předepsaného chemického složení kovu. Při tavení uhlíkatých ocelí se používá
difúzní dezoxidace pod karbidickou struskou. Napřed proběhne předběžná srážecí dezoxidace a
pak důkladná difúzní dezoxidace, a to tím způsoben, že se struska redukuje uhlíkem mletého
koksu. Ke konečné dezoxidaci se pak používá hliníku, který se přidává do pece.
Konečným obdobím tavby je redukce, kdy se lázeň dolegovává a proto je třeba udržovat zvýšenou
teplotu lázně. Hlavním úkolem redukce je zbavení lázně všech druhů oxidů, hlavně FeO a vměstků.
V tomto období je třeba udržovat strusku aktivní, pěnivou, ne hustou, ani řídkou. Hustá ani řídká
struska není schopna chemických reakcí. Na redukci se musí používat výběrové jakosti
struskotvorných přísad, protože i výběrová jakost je nositelem a zdrojem zvyšování vodíku v lázní.
Nositeli redukčních vlastností a schopností na strusku jsou redukční přísady - ropný koks a drcené
Fesi. Častým pohazováním povrchu strusky v menších dávkách se vytváří redukční atmosféra
v peci, kdy kouřové zplodiny vytváří přetlak plynů a proto se dvířka pece vždy po vhození dávky
musí okamžitě uzavřít, aby pec nenasávala vzduch. V redukci, před vhozením každé dávky redukční
přísady a po vhození a roztavení legur a před odebráním zkoušky je nutno lázeň řádně promíchat,
protože v tomto období je lázeň v klidu a dochází zde k nerovnoměrnému chemickému složení
lázně. Časté míchání má svůj hluboký význam i pro snižování vměstků, které se mícháním
dostanou do styku se struskou, která je pohltí. V oxidačním období se lázní míchat nemuselo,
protože tam míchání obstarával uhlíkový var.
Po dosažení chemického složení pro daný materiál a odpichové teploty se tavící pec nakloní a
odpichovým otvorem se roztavený kov vylije do pánve. Hladina oceli v pánvi musí být kryta vrstvou
strusky, aby kov nepřišel do styku s atmosférou. Pánev je vyrobena ze silnostěnného plechu a
vyzděna žáruvzdornou vyzdívkou (šamotové cihly). Před použitím je nutno pánve předehřát na
16
teplotu 400-460 °C. Pánev s tekutým kovem se dopravuje jeřábem na licí pole, kde se za použití
pákového mechanismu otvírá spodní výpusť, kterou proudí tekutý kov vtokovou soustavou do
formy. Bezprostředně po odlití se nálitek ošetřuje exotermickým zásypem.
Obr.8 – elektrická oblouková pec
7. Č IŠTĚNÍ , TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A VÝSTUPNÍ KONTROLA
7.1. Č IŠTĚNÍ
ODLITKU
17
Po odlití je nutno počkat, až odlitek vychladne na takovou teplotu, aby snesl další manipulaci.
Potřebná doba chladnutí závisí na hmotnosti a tvaru odlitku. Celé formy jsou po vychladnutí
dopraveny jeřábem na vytřásací rošt. Ten pomocí vibrací oddělí písek od odlitku a rámu, který
odchází pasovým dopravníkem k regeneraci. Vytloukáním se sice dosáhne odstranění převážné
části formovacího materiálu, ale na odlitku často zůstává ještě připečený písek a většinou nejsou
odstraněny zbytky jader. Hrubé čistění odlitků se provádí v bubnovém tryskači. V tomto zařízení
dochází k odstranění připečeného a jádrového písku metáním ocelových broků na povrch odlitků.
Po otryskání je potřeba zbavit surový odlitek vtoku a nálitku. Ocel s nízkým obsahem uhlíku je i v
nežíhaném stavu poměrně houževnatá, takže uražení je nesnadné. Proto se vtoky a nálitky
odstraňují kyslíko-acetylenovým hořákem. Odlitek je však nutné před pálením předehřát na
teplotu 300 C° aby nedocházelo k praskání materiálu vlivem teplotního šoku. Dočišťováním se pak
za pomocí kyvadlových brusek s kotoučem z umělého korundu a ručních brusek dosahuje
konečného vzhledu a rozměru. Případné drobné vady se opraví zavařením.
7.2. T EPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OD LITKU
Ocelové odlitky se tepelně zpracovávají, aby se odstranila hrubozrnná licí struktura, zlepšily
mechanické vlastnosti a odstranila vnitřní pnutí. To vzniká v odlitku tehdy, je-li vnějšími
překážkami (forma, jádra) nebo vnitřními překážkami (konstrukce odlitku) bráněno smršťování
jednotlivých částí odlitku. Vnitřní pnutí však vzniká i tehdy, chladnou-li některé části odlitku
nestejnoměrně.
Pro dosažení rovnovážné struktury se odlitek normalizačně vyžíhá a pro zlepšení obrobitelnosti
ještě odlitek projde popuštěním. To vše se děje v žíhací peci na zemní plyn. Programově řízené
impulsní hořáky zajišťují rovnoměrnou teplotu v celé peci. Pec je také vybavena rychlostními
vzduchovými tryskami pro ochlazování vsázky. Pro žíhaní odlitků se používají žíhací vany s otvory
ve stěnách a ve dnu, pro prostup tepla a ochlazovacího média. Průběh teplot během tepelného
zpracování zachycují digramy tepelných cyklů.
18
Obr.9 – diagram tepelného zpracování – normalizační žíhání
Obr.10 – diagram tepelného zpracování – popouštěcí žíhání
19
7.3. V ÝSTUPNÍ
KONTROLA
Po očištění se odlitek kontroluje na přítomnost vad, přičemž se nejprve provádí povrchová, vizuální
kontrola a pak se odlitek proměří podle výkresu dodaného technologem. V některých případech
požaduje zákazník i prověření vnitřní jakosti nedestruktivními zkouškami. Na zvlášť litých nebo
přilitých vzorcích se z každé tavby (nebo i kusu) kontroluje chemické složení a mechanické,
popřípadě i fyzikální vlastnosti. Jako vadu odlitku označujeme odchylky (neshody) vzhledu, tvaru,
rozměru, hmotnosti, struktury, celistvosti (homogenity) a sjednaných podmínek a norem.
Podle normy ČSN 42 1240 se vady odlitků třídí do sedmi skupin. Nejběžnější vady jsou vyjmenovány v
následující tabulce.
Název
skupiny vad
1
11 - 16
Vady
rozměru,
tvaru a
váhy
2
21 - 26
Vady
povrchu
3
31 - 32
Přerušení
souvislosti
4
41-46
Dutiny
5
51-55
Vměstky
6
61-65
Vady
struktury
71-73
Vady chem.
složení a
mechan.
vlastností
7
Metoda
Schéma vybraných vad
Vizuální zjišťování
Číslo
vady
Zjišťování pomocí defektoskopických přístrojů
Číslo
skupiny
20
Vady odlitku můžeme specifikovat jako:
Přípustné vady nejsou na závadu použití odlitků a musí být buď výslovně povoleny a nebo nesmí
být alespoň výslovně zakázány.
Nepřípustné vady jsou obvykle jmenovitě uvedeny a jejich výskyt znamená neshodný výrobek a
tzv. zmetkování.
Opravitelné vady jsou takové vady, které lze vhodnými způsoby odstranit dodatečnými operacemi
(zavařením, které slévárna provádí na své náklady.
Odstranitelná vada je taková odchylka od příslušných norem nebo technickým podmínek, kterou
je možno odstranit po dohodě se zákazníkem jen zvláštními úpravami nepředpokládanými
výrobním postupem (vypouzdřením, nepředepsaným tepelným zpracováním atd.)
21
P OUŽITÁ LITERATURA
Ing. Jan Kraus, Výroba ocelových odlitků, Vydavatelství ROH, Praha 1954
Rudolf Brabec, Václav Koutecký, Příprava výroby ve slévárnách, SNTL, Praha 1955
prof.Ing. Tomáš Elbel,CSc., Základy slévárenské technologie, Ostrava 2006
Radek Čada, Technologie I – část tváření a slévání, Ostrava 2008
ČSN 42 1240 – Vady odlitků, názvosloví a třídění vad, Vydavatelství úřadu pro normalizaci a měření, Praha
Interní materiálny Slévárny Chomutov a.s.
22
P ŘÍLOHA
Obr.11 – pracoviště strojního formování
Obr.12 – jádra
23
Obr.12 – upálený nálitek
Obr.13 – kyvadlová bruska
24
Obr.14 – lití tekutého materiálu do licí pánve
Obr.15 – slévárna
25
Obr.16 – odlévání do forem
26
Obr.17 – žíhací pec
Obr.18 – odlitek kola
27
Download

Slévárenství