E‑BOOK

Spis treści

• Oprzyrządowanie odlewniczeD1ENeNuwaOprzyrządowanie odlewnicze

• Rodzaje połączeń mechanicznych stosowanych do wytwarzania oprzyrządowania odlewniczegoD17S8Od6LRodzaje połączeń mechanicznych stosowanych do wytwarzania oprzyrządowania odlewniczego

• Materiały konstrukcyjneD1UAW7n0fMateriały konstrukcyjne

• Masy formierskie i masy rdzeniowe

• Słownik pojęć e‑materiałuD26cWLJBJSłownik pojęć e‑materiału

• Netografia i bibliografiaD1DTA3LyHNetografia i bibliografia

Osnowa

Materiały na osnowę powinny charakteryzować się:

• odpornością na działanie wysokiej temperatury,

• odpornością na działanie tlenków metali,

• małą rozszerzalnością cieplną,

• brakiem przemian polimorficznych,

• odpowiednim składem ziarnowym.

Na osnowę składają się różne rodzaje i gatunki piasków formierskich. W przemyśle odlewniczym wykorzystywane są następujące rodzaje piasków:

• kwarcowy,

• chromitowy,

• cyrkonowych

• oliwinowy,

• glinokrzemianowy,

• glinokrzemianowy naturalny,

• magnezytowy,

• magnezytowo – chromitowy.

Wymienione rodzaje osnów piaskowych różnią się gęstością, temperaturą topnienia, a także rozszerzalnością liniową oraz odpornością na penetrację ciekłego metalu, która w dużej mierze jest uzależniona od składu ziarnowego piasku. Podczas doboru rodzaju osnowy piaskowej do danej technologii istotne jest, czy dany piasek odpowiednio współdziała z materiałami wiążącymi, czy nie zachodzą niepożądane reakcje między spoiwem, a ziarnami osnowy. Piasek oliwinowy, magnezytowy oraz magnezytowo – chromitowy nie może być łączony ze spoiwami kwaśnymi.

Materiały wiążące

Lepiszcze

Jest to materiał wiążący posiadający odpowiednią wielkość cząstek i zdolność do pęcznienia. W masach naturalnych, półsyntetycznych i gliniastych lepiszcze to illit i kaolinit. W masach syntetycznych lepiszcze to bentonitbentonitbentonit, którego głównym składnikiem jest montmorylonit.

Spoiwo:

• wiążące chemicznie:

  • oleje schnące surowe, żywice syntetyczne (klasa $\text{I}$),

  • oleje półschnące surowe, mieszanki olejowe, krzemian etylu, szkło wodne (klasa $\text{II}$),

  • mieszanki olejowe, szkło wodne, gips, cement, wapno (klasa $\text{III}$),

• wiążące przez krzepnięcie:

  • kalafonia, produkty smołowe (klasa $\text{III}$),

• wiążące przez odwadnianie:

  • dekstryna, skrobie (klasa $\text{II}$),

  • ług posiarczynowy, melasa, skrobie (klasa $\text{III}$).

Chemiczne materiały wiążące to pojedyncze lub wieloskładnikowe układy (na przykład żywica plus aktywator), które miesza się z osnową w celu pokrycia ziarn piasku ich cienką warstwą. Po procesie mieszania zachodzi reakcja utwardzania wywołana następującymi czynnikami: temperatura otoczenia, podwyższona temperatura, czynnik gazowy.

Podstawowe kryteria podziału materiałów wiążących:

• kondensacja: ciekłe i stałe,

• charakter chemiczny:

  • organiczne,

  • nieorganiczne,

• sposób wiązania:

  • chemiczne,

  • przez odwodnienie,

  • przez krzepnięcie,

• zdolność wiązania:

  • duża,

  • średnia,

  • mała,

• temperatura wiązania:

  • otoczenia,

  • podwyższona,

  • minusowa.

Rj4zJfzTPOVrh

Schemat wiązania mas formierskich o osnowie piaskowej z bentonitem

Ilustracja przedstawia schemat wiązania mas formierskich o osnowie piaskowej z bentonitem. Składa się odna z dwóch części - osnowy piaskowej z lepiczczem przed i po dodaniu wody. Po lewej stronie ilustracji elementy masy formierskiej mają postać nieregularnych białych ziaren z  obwódką. Przestrzeń pomiędzy ziarnami, a obwódką jest zakreskowana. Po prawej stronie grafiki przedstawiono masę związaną. Osnowa masy formierskiej ma postać nieregularnych białych ziaren, w tym przypadku zakreskowana część znajduje się tylko na ich części. Dodatkowo pomiędzy ziarnami występują czarne nieregularne fragmenty, przedstawiające pęczniejący bentonit pod wpływem wody. Na schemacie opisano słownie dwa elementy. Białe części ziaren to osnowa piaskowa ${\text{Si}}_{}{\text{O}}_2$. Natomiast zakreskowana część ziaren znajdujących się po lewej stronie oraz czarne miejsca na rysunku po prawej stronie to lepiszcze - bentonit.

Największy wpływ na zdolność wiązania masy ma wielkość cząstek bentonitu. W odlewnictwie zastosowania mają bentonity sodowe oraz wapniowe. Porównując ich właściwości fizyczne, znacznie lepiej wypada bentonit sodowy, który wyróżnia się większą zdolnością do pęcznienia, żaroodpornością oraz chłonnością wody.

Przygotowanie masy formierskiej

Kryteria doboru mas formierskich i rdzeniowych

Masa formierska jest to mieszanina różnych materiałów formierskich, dobranych w odpowiednim stosunku. Ilość i rodzaj poszczególnych składników mas są uzależnione od następujących czynników:

• rodzaj stopu, masa i kształt odlewów,

• wymagana dokładność wymiarowa odlewów oraz chropowatość,

• wymiar produkcji,

• ekonomika procesu,

• względy ekologiczne,

• temperatura zalewania formy,

• skład ziarnowy masy,

• oczekiwane właściwości mechaniczne i fizyczne mas np. płynność, zagęszczalność, przepuszczalność,

• przeznaczenie,

• wymagana konsystencja (sypka, ciekła),

• stopień zużycia,

• jakość.

Rodzaje mas formierskich i rdzeniowych

Masy formierskie z bentonitem

Należą do grupy mas syntetycznych. Taka masa jest mieszaniną osnowy piaskowej, bentonitu oraz wody. Istotny jest odpowiedni dobór proporcji poszczególnych składników. Obecność wody gwarantuje związanie ziaren osnowy przez glinę formierską. Odpowiednia ilość wody ma bezpośredni wpływ miedzy innymi na: wytrzymałość, przepuszczalność, zagęszczalność, osypliwość mas formierskich. Jeżeli masa jest zbyt sucha, powierzchnia styku między cząsteczką osnowy, a bentonitu jest punktem (zakładając kulisty kształt obu cząsteczek). Po dodaniu wody cząsteczki bentonitu pęcznieją, tym samym zwiększając powierzchnię styku. Zdolność przyłączania wody przez cząsteczki bentonitu jest ograniczona i po wprowadzeniu zbyt dużej ilości pozostaje ona jako woda niezwiązana i wpływa na spadek wytrzymałości.

Sypkie masy szybkoutwardzalne (szkło wodne przedmuchiwane ${\text{C}}_{}{\text{O}}_2$)

Ten rodzaj masy jest zaliczany do technologii zimnej rdzennicy. Jako osnowę stosuje się głównie piasek kwarcowy, zawartość lepiszcza nie może przekraczać $0,5\%$, zawartość frakcji pyłowej powinna wynosić mniej niż $5\%$. W tej technologii spoiwem jest głównie szkło wodne. Na $100$ części wagowych piasku dodaje się $2,6-6$ części wagowych szkła wodnego, ilość szkła jest uzależniona od składu ziarnowego oraz modułu, lepkości i gęstości spoiwa. Mieszaninę piasku i szkła wodnego umieszcza się w rdzennicy lub skrzynce, a następnie w celu związania przedmuchuje się ${\text{C}}_{}{\text{O}}_2$.

Masy cementowe

Mają zastosowanie w produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów pośrednich i dużych wymiarach i nieskomplikowanym, lub średnioskomplikowanym kształcie.

Skład masy:

• piasek kwarcowy,

• $8 -12\%$ cementu portlandzkiego,

• $7-10\%$ wody.

W formie lub rdzennicy utwardza się na powietrzu $24-48$ godzin. Dodatek ${\text{Ca}}_{}{\text{Cl}}_2$ , ${\text{Mg}}_{}{\text{Cl}}_2$ w ilości $5-6\%$ skraca czas wiązania do $8-10$ godzin.

Do zalet tego rodzaju mas należy niski koszt cementu, mała ilość energii potrzebna do zagęszczenia masy, dobra dokładność wymiarowa, dobra wytrzymałość po utwardzeniu. Do wad możemy zaliczyć niezbyt dobrą jakość powierzchni oraz silne przywieranie masy do powierzchni modelu.

Ciekłe masy samoutwardzalne ($\text{CMS}$)

Mają zastosowanie w produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów o średnich i dużych wymiarach i nieskomplikowanym, lub średnioskomplikowanym kształcie. Masa składa się z mieszaniny piasku kwarcowego, szkła wodnego, żużla chromowego spełniającego rolę utwardzacza oraz dodatków spieniających w odpowiednich proporcjach. Mieszaninę o ciekłej konsystencji wylewa się na model. Po czasie $20-40 \min$ następuje utwardzenie masy.

Ciekłe masy szybkoutwardzalne ($\text{CMSZ}$)

Jako osnowę stosuje się głównie piasek kwarcowy. Wymagane są określona wielkość ziarna: $d=0,2-0,4$ oraz minimalna zawartość ziarn mniejszych od $0,02 \mathrm{mm}$ i frakcji pyłowych W tym przypadku spoiwem jest szkło wodne sodowe. Utwardzacze ciekłej masy są takie same jak sypkiej. Stosuje się środki powierzchniowo czynne. Sporządzenie masy rozpoczyna się od wymieszania ciekłych składników masy, następnie mieszaninę ciekłych składników dodaje się do osnowy. Masę wlewa się do rdzennicy lub skrzynki formierskiej bezpośrednio po zakończeniu mieszania. Masa powinna mieć ciekłość $18-19 \mathrm{cm}$, nie wymaga ona zagęszczania.

Proces gorącej rdzennicy

Metoda ta ma zastosowanie przy seryjnej i masowej produkcji rdzeni o podwyższonych wymaganiach wymiarowych. Do procesu gorącej rdzennicy zalicza się masy wiążące w podwyższonej temperaturze, masy tego rodzaju zawierają także utwardzacz, który może spełniać rolę nośnika składników niezbędnych do szybkiego usieciowania żywicy lub katalizatora. Rdzennica podgrzana do temperatury $200-300°\mathrm{C}$ zostaje napełniona za pomocą nadmuchiwarek lub strzelarek. Pod wpływem ciepła następuje polimeryzacja spoiwa powodująca utwardzenie masy rdzeniowej.

Wyróżniamy następujące procesy gorącej rdzennicy:

• Croninga (formowanie skorupowe),

• gorącej rdzennicy (Hot – box),

• ciepłej rdzennicy (Warm – box),

• skokowego utwardzania cieplnego (Thermoshock),

• Z przedmuchaniem podgrzanym powietrzem (Warm air).

Proces zimnej rdzennicy wykorzystujący system przedmuchiwania gazem

W tym przypadku rolę utwardzacza mają substancje w stanie gazowym (aminy – $\text{DMEA}$, $\text{DMIA}$, $\text{TEA}$, ${\text{S}}_{}{\text{O}}_2$, ${\text{C}}_{}{\text{O}}_2$ utwardzacz estrowy – mrówczan metylu). Najkorzystaniejsze jest dostarczenie gazowego utwardzacza we wszystkie przestrzenie porowate rdzenia. Zatem, proces ten wymaga odpowiedniej przepuszczalnosći masy, punktowego doprowadzenia gazu.

Sypkie masy szybkoutwardzalne (szkło wodne przedmuchiwane ${\text{C}}_{}{\text{O}}_2$)

Ten rodzaj masy jest zaliczany do technologii zimnej rdzennicy. Jako osnowę stosuje się głównie piasek kwarcowy, zawartość lepiszcza nie może przekraczać $0,5\%$, zawartość frakcji pyłowej powinna wynosić mniej niż $5\%$. W tej technologii spoiwem jest głównie szkło wodne. Na $100$ części wagowych piasku dodaje się $2,6-6$ części wagowych szkła wodnego, ilość szkła jest uzależniona od składu ziarnowego oraz modułu, lepkości i gęstości spoiwa. Mieszaninę piasku i szkła wodnego umieszcza się w rdzennicy lub skrzynce, a następnie w celu związania przedmuchuje się ${\text{C}}_{}{\text{O}}_2$.

Fenolowy proces Ashland

Proces tan zalicza się do technologii zimnej rdzennicy. Masy formierskie i rdzeniowe wykonane z udziałem żywicy są przedmuchiwane aminą ($\text{DMEA}$, $\text{DMIA}$, $\text{TEA}$), co powoduje natychmiastowe utwardzenie materiału w temperaturze otoczenia. Mała lepkość żywicy umożliwia wykorzystanie wszystkich rodzajów mieszarek do wytwarzania masy. Masa może być zagęszczana ręcznie, wibracyjnie, lub za pomocą strzelarek i nadmuchiwarek. Pary katalizatora , są wytwarzane w urządzeniach o konstrukcji umożliwiającej uzyskanie dużej prężności aminy w gazie obojętnym lub powietrzu. Nadmiar aminy jest usuwany przez przedmuchiwanie rdzenia powietrzem. Usunięta amina jest poddana procesowi odzysku i kierowana do następnego cyklu utwardzania. Rdzenie po utwardzeniu posiadają dużą wytrzymałość i mogą być transportowane, wykańczane, łączone ze sobą. Temperatura osnowy ziarnowej powinna wynosić $20-25°\mathrm{C}$. Niższa lub wyższa temperatura może stwarzać problemy z wykonaniem rdzeni. Zaleca się stosowanie wilgotności osnowy na poziomie $0,1\%$. Wzrost wilgotności osnowy ziarnowej powyżej $0,25\%$ powoduje znaczny spadek wytrzymałości masy i skrócenie czasu jej przydatności do formowania. Jako oprzyrządowanie modelowe można stosować żeliwo, aluminium, żywice epoksydowe i uretanowe.

Szkodliwość mas formierskich i rdzeniowych

Na szkodliwość mas formierskich i rdzeniowych wpływają następujące czynniki:

• szkodliwe i toksyczne świeże składniki mas,

• zapylenie,

• szkodliwe produkty destrukcji cieplnej (wydzielanie się gazów),

• temperatura,

• hałas, drgania,

• pole magnetyczne,

• trudne do utylizacji odpady.

W tym celu odlewnie mogą podjąć następujące działania:

• hermetyzacja szkodliwych procesów,

• własna oczyszczalnie ścieków i chłodnia przemysłowa, dzięki czemu zrzut wód po etapie chłodzenia jest wstrzymany,

• recykling i odpowiednia utylizacja odpadów produkcyjnych,

• uruchomienie linii produkcyjnej pozbawionej przesypów masy - wówczas maleje emisja pyłów,

• dach odlewni zmniejszający emisję hałasu,

• maszyny i urządzenia wyposażone w program oszczędzania energii,

• nowoczesne systemy wentylacji i odpylania,

• wykorzystanie ogrzewania solarnego,

• szkolenia podnoszące świadomość pracowników odnośnie ekologii.

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Film instruktażowy - tutorial: Stanowisko oraz materiały niezbędne do wykonania formy odlewniczejDE8ItT92bStanowisko oraz materiały niezbędne do wykonania formy odlewniczej

• Wizualizacja modelu w grafice 3D: Narzędzia i przyrządy formierskie do formowania ręcznego i maszynowegoDrPQCRHcwNarzędzia i przyrządy formierskie do formowania ręcznego i maszynowego

• Schemat interaktywny: Podstawy wykonywania i kontroli modeli odlewniczychDNU80zuIqPodstawy wykonywania i kontroli modeli odlewniczych

• Rzeczywistość wirtualna: Łączenie materiałów z wykorzystaniem metody spawaniaDaOOVfZKxŁączenie materiałów z wykorzystaniem metody spawania