E‑BOOK

Spis treści

• Oprzyrządowanie odlewniczeDSyW2r4IwOprzyrządowanie odlewnicze

• Modele odlewniczeDOA3p9CAKModele odlewnicze

• Materiały i metody stosowane do wykonania modeli odlewniczych

• Wykańczanie i kontrola modeli, form i rdzeniDPsx9odNWykańczanie i kontrola modeli, form i rdzeni

• Naprawa modeli i rdzennicDPkTHRigYNaprawa modeli i rdzennic

• Słownik pojęćD1FMAMeBfSłownik pojęć

• Netografia i bibliografiaDajwelKgNNetografia i bibliografia

Materiały i metody stosowane do wykonania modeli odlewniczych

Gotowe odlewy powinny spełniać między innymi warunki tolerancji wymiarowej i masowej. Na etapie projektowania można to zapewnić poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów do budowy modeli i rdzennic. Ważna jest również dokładność i jakość ich wykonania. Jakość odlewu jest skorelowana z jakością kompletu modelowego, którego ocenę wykonuje się pod względem:

• trwałości, umożliwiającej wykonanie dużej liczby form i rdzeni z użyciem tego samego kompletu modelowego,

• odporności na obciążenia (przykładowo w czasie transportu lub zagęszczania masy),

• zachowania kształtów i wymiarów w czasie,

• odporności na działanie wilgoci,

• dokładności wykonania (tolerancja wymiarów, gładkości).

Modele i rdzennice oraz elementy odtwarzające układ wlewowy, nadlewy itp. wytwarza się z różnych materiałów, takich jak: drewno, stopy metali, materiały ceramiczne, masy woskowe, tworzywa sztuczne i inne.

Materiałami stosowanymi w metodzie wytapianych modeli jest wosk, natomiast materiałami stosowanymi w metodzie wypalanych modeli jest np. styropian.

Modele drewniane

Drewno jest materiałem najczęściej wybieranym do wytwarzania modeli i rdzennic ze względu na szereg zalet, jakimi są:

• dostępność,

• łatwość obróbki ręcznej i mechanicznej,

• łatwość łączenia poszczególnych elementów,

• odporność na naprężenia,

• łatwość pokrywania lakierami ochronnymi,

• niska cena.

Oprócz zalet, drewno posiada też wady jakimi są:

• niejednorodna budowa

• niska odporność na rozciąganie w kierunku prostopadłym do włókien,

• zdolność do pochłaniania wilgoci (skłonność do pęcznienia),

Do obróbki drewna wykorzystuje się takie narzędzia jak:

• narzędzia ręczne:

  • piły,

  • strugi,

  • dłuta,

  • świdry,

• urządzenia mechaniczne (obrabiarki):

  • piły taśmowe i szablaste,

  • strugarki,

  • tokarki,

  • frezarki,

  • szlifierki.

R42w0PHTWjfzR

Ilustracja przedstawia zestaw dłut w drewnianej szufladzie. Szuflada posiada dwie przegrody. W większej przegrodzie znajduje się duża ilość różnych dłut ułożonych równolegle. Dłuta mają różne rozmiary. Każde z nich posiada drewnianą rączkę. W mniejszej szufladzie znajduje się niewielka ilość dłut oraz rękojeści wymienne.

Na zdjęciu widać zestaw wielu dłut o różnej wielkości służących modelarzowi do ręcznej obróbki drewna. Składają się one z drewnianej rękojeści oraz z metalowego tępo zakończonego ostrza.

R11d93ay888o5

Ilustracja przedstawia piłę taśmową. jest to metalowy pas wychodzący z otworu w stole, przechodzący przez prowadnice i wchodzący do górnej części obudowy. Pas posiada ostro zakończone zęby, przeznaczone do cięcia. Na stole w tle lezy szczotka druciana.

Zdjęcie przedstawia piłę taśmową służącą w warsztacie modelarskim do cięcia elementów drewnianych. Składa się ona z metalowego ostrza z wieloma ostrymi ząbkami oraz jednostki napędowej umożliwiające szybki poruszanie ostrza w górę i dół.

Modele drewniane konstruuje się z tak zwanego drewna modelarskiego. Wykazuje ono jednorodną budowę oraz twardość niezależną od kierunku. Przydatność  modelarska zależy od wieku drewna. Dla drzew iglastych jest to wiek od 60 do 80 lat, dla liściastych od 30 do 40 lat. Najczęściej stosowanymi gatunkami drewna do wykonania modeli są:

• drzewa iglaste:

  • sosna,

  • świerk,

  • jodła,

  • modrzew.

• drzewa liściaste:

  • olcha,

  • lipa,

  • grusza,

  • brzoza,

  • buk,

  • jesion,

  • klon,

  • dąb.

Często do wyrobu modeli i rdzennic dużych oraz średnich stosuje się sosnę, ze względu na dobra obrabialność, małe pęcznienie i brak paczenia po wyschnięciu. Rzadziej wykorzystuje się tarcicę z drewna świerkowego, ze względu na duża liczbę sęków i skłonność do paczenia się. Olcha dobrze sprawdza się w tworzeniu modeli o skomplikowanym kształcie i dużej dokładności wykonania, ze względu na jednorodną twardość, łatwość obróbki i wysoka wytrzymałość. Do bardzo małych modeli stosuje się między innymi brzozę oraz lipę.

Materiały drewnopochodne:

• płyty OSB,

• płyty wiórowe,

• płyty pilśniowe,

• płyty paździerzowe,

• sklejka,

• płyty MDF.

Niedogodności wynikające z niektórych własności drewna, można ograniczyć poprzez odpowiednią konstrukcje, łączenie i zabezpieczenie przed wchłanianiem wilgoci poszczególnych części wchodzących w skład zespołu modelowego. Od wysuszenia drewna zależą jego właściwości użytkowe. Stosuje się suszenie naturalne lub sztuczne.

Modele metalowe

Modele metalowe otrzymuje się za pomocą odlewania, obróbki skrawaniem i montażu. Do wykonania i obróbki modeli metalowych stosuje się głównie urządzenia mechaniczne, $\text{tj}$.:

• piły taśmowe,

• wiertarki,

• frezarki,

• tokarki,

• szlifierki,

• zautomatyzowane gniazda obróbcze $\text{CNC}$,

• urządzenia do metody rapid prototyping, np. druk 3D.

RchTXZwTzpvwF

Ilustracja przedstawia osprzęt do szlifierki kątowej oraz żółtą szlifierkę kątową bez założonej tarczy. Osprzęt to różnego rodzaje tarcze leżące obok siebie. Posiadają różne kolory i oznaczenia. Tarcze wyglądają na nowe. Całość leży na drewnianym stole.

Na zdjęciu widać szlifierkę kątową oraz zestaw siedmiu tarcz do szlifowania o różnej grubości oraz zbudowanych z różnego materiału ściernego o różnej gradacji.

RcRDRxs1amr3p

Ilustracja przedstawia frezarkę. Jest to urządzenie w kształcie walca, które posiada głowicę przypominającą koło zębate. Na każdym zębie znajduje się ostrze, stykające się z powierzchnia obrabianego stopu metalu. Obrabiany stop metalu to sześcienna kostka umieszczona w szczękach niebieskiego imadła. Wokół porozrzucane są mieniące się na niebiesko i purpurowo metalowe wióry, pochodzące z trwającego procesu obróbki.

Zdjęcie przedstawia frezarkę, służącą do obróbki skrawaniem modeli metalowych. Składa się ona z imadła, w którym stabilnie montujemy metalowy model oraz z obracającego się ostrza, którym wykonujemy obróbkę modelu.

Tworzywa metalowe cechują się łatwością i dokładnością obróbki, wysoką gładkością powierzchni, odpornością na ścieranie i korozję, nieuleganie paczeniu oraz odpornością na uszkodzenia.

Modele metalowe wykonuje się z takich stopów jak:

• stopy aluminium np. siluminy,

• stopy miedzi np. brązy, mosiądze,

• stopy żelaza np. żeliwo szare.

Modele z gipsu i mas ceramicznych

Do materiałów na modele ceramiczne zaliczamy: gips, masy cementowe.

Gips znajduje zastosowanie w formowaniu ręcznym przy wytwarzaniu kompletów modelowych i płyt modelowych jeśli mają proste kształty i niewielkie wymiary. Gips nie jest stosowany do wykonywania rdzennic. Cechuje go łatwość wykonania modeli, niskie koszty i zachowaniem stałej objętości po stężeniu.

Modele z gipsu można otrzymać przez:

• odlanie masy gipsowej do formy (wraz z żebrami wzmacniającymi z miękkiej stali),

• ukształtowanie modelu wzornikami obracanymi lub przeciąganymi,

• wyrobienie kształtu modelu w bryle gipsu.

Cement jest materiałem dużo tańszym od gipsu, a modele wykonane z niego są bardziej wytrzymałe. Są jednak znacznie cięższe od modeli gipsowych oraz czas wiązania jest dłuższy. Modele cementowe wykonuje się przez odlewanie.

Modele z tworzyw sztucznych

Zaletą tworzyw sztucznych jest niska gęstość, duża wytrzymałość i odporność na korozję, mały skurcz i odporność na ścieranie.

Tworzywa sztuczne można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

• termoutwardzalne,

• chemoutwardzalne,

• termoplastyczne.

Do materiałów na modele z tworzyw sztucznych zaliczamy:

• żywice np. żywica epoksydowa, poliuretanowa,

• polistyren,

• winidur.

Stosuje się trzy główne procesy wytwarzania modeli:

• frezowanie,

• wycinanie drutem oporowym

• spienianie w formie metalowej odtwarzającej model.

Winidur jest to potoczna nazwa twardego polichlorku winylu. Jest odporny na ścieranie i posiada niską gęstość. Znajduje zastosowanie w produkcji płyt, wykładzin powierzchni roboczych modeli odlewniczych i rdzennic, elementów aparatury chemicznej oraz rur. Modele z polistyrenu spienionego (styropian) są przeważnie modelami jednorazowymi których nie usuwa się z formy. Wykonuje się je z wykorzystaniem spieniarki cyklicznej. W czasie zalewania zamienia się w gaz który jest odprowadzany z formy. Stosuje się również metodę laminacji, czyli żywice utwardzane warstwami tkaniny szklanej. Są bardzo lekkie o dużej wytrzymałości, odporne na uderzenia i działanie wody.

Tworzenie modeli w technologii szybkiego prototypowania (Rapid prototiping)

Szybkie prototypowanie (Rapid prototiping) pozwala na tworzenie prostych jak i skomplikowanych modeli w krótkim czasie przy małych kosztach oraz niskich stratach materiałowych. Metoda szybkiego prototypowania jest chętnie wykorzystywana w procesach rozwoju istniejących lub nowych produktów ze względu na możliwość szybkiego sprawdzenia efektów projektowania. Tradycyjne metody często wydłużają czas niezbędny do wprowadzenia produktu na rynek. Możliwości rożnych metod pozwalają na ograniczenie tworzenia prototypów bez udziału zewnętrznych organizacji, co likwiduje problem niekontrolowanych wycieków nowych i unikalnych produktów.

Schemat przedstawia metodę szybkiego prototypowania przy użyciu metody przyrostowej. Proces może rozpocząć się przy tworzeniu nowego projektu lub modyfikacji już istniejącego. W przypadku tworzenia nowego produktu, proces rozpoczyna się od stworzenia projektu za pomocą oprogramowania CAD (Computer Aided Design), czyli projektowania wspomaganego komputerowo. Utworzony plik projektu należy przekonwertować, czyli przekształcić na rozszerzenie $\text{.stl}$ (pochodna nazwy stereolithography). Jest to format pliku stworzony przez 3D Systems na potrzeby druku przestrzennego metodą stereolitografii. Następnie następuje podzielenie pliku na warstwy co skutkuje koniecznością zastosowania rozszerzenia $\text{.gcode}$. Jest to plik z instrukcjami inicjującymi działanie i ruch narzędzi drukarki 3D. po wydrukowaniu modelu następuje obróbka ręczna wykańczająca i poprawiająca niedoskonałości. Gotowy prototyp zostaje testowany a następnie dochodzi do decyzji o dalszym modyfikowaniu projektu lub jego walidacji, czyli akceptacji projektu i wdrożenia do produkcji. W przypadku modyfikacji istniejącego produktu, istnieje konieczność jego odwzorowania w modelu komputerowym. Jest to możliwe na przykład dzięki skanerowi 3D lub fotogrametrii. Skaner 3D omiatając przedmiot wiązką lasera zbiera informacje na temat jego wymiarów przestrzennych dzięki czemu zostaje on odwzorowany w wersji elektronicznej, gdzie dzięki oprogramowaniu CAD może być modyfikowany. Fotogrametria odtwarza kształt przedmiotu na podstawie zdjęć produktu wykonanych z różnych punktów w przestrzeni. Następnie proces zapętla się, aż do momentu walidacji.

Przykłady technologii:

• 3D Printing– Drukowanie trójwymiarowe. Opatentowano w 1993 roku przez $\text{MIT.}$

Proces polegający na nanoszeniu przez dyszę drukarki 3D warstw materiału polimerowego, zgodnie z plikiem cyfrowym.

• $\text{SLA}$ (Stereolitography) Stereolitografia. Opatentowano w 1986r. przez $\text{UVP}$.

Stereolitografia polega na utwardzaniu przez wiązkę lasera w selektywny sposób żywicę światłoutwardzalną wykorzystujac zjawisko fotopolimeryzacji.

• $\text{SLS}$ (Slective Laser Sintering) Selektywne spiekanie laserowe. Opatentowano w 1989 roku przez University of Texas.

Proces polegający na spiekaniu sproszkowanego materiału o określonej gramaturze, za pomocą wiązki lasera.

• $\text{FDM}$ (Fused Deposition Modeling) Modelowanie ciekłym tworzywem sztucznym. Opatentowano w 1992r. przez Stratasys, Inc.

W tej technologii zastosowanie mają tworzywa termoplastyczne. Termoplasty, są to tworzywa sztuczne wykorzystywane do formowania w wysokich temperaturach, w tym czasie ulegają mięknieniu. Materiał ma formę żyłki o stałej średnicy nawiniętej na szpulę, nazywa się go filamentem. Modele 3D drukowane metodą $\text{FDM}$ powstają poprzez warstwowe nakładanie filamentu wytłaczanego z podgrzewanej dyszy.

• $\text{MJM}$ (Multi Jet Modeling) Modelowanie wielostrumieniowe. Opatentowano w 1992 roku przez 3D System, Inc.

Alternatywa dla stereolitografii. Drukarka natryskuje za pomocą głowic drobne krople materiału fotopolimerowego lub wosku na stół roboczy. Każda z głowic zawiera kilkaset dysz, co pozwala na osiągnięcie bardzo dobrej dokładności.

R12jDTOURs342

Ilustracja przedstawia drukarkę 3D oraz jej operatora. Operator jest w białym fartuchu i patrzy się na niewielki monitor znajdujący się na froncie drukarki, bezpośrednio pod komorą. Jest zwrócony tyłem do obserwatora i widać jedynie jego tors, głowę i dłoń. Drukarka 3D jest koloru białego. Jej większą część stanowi komora znajdująca się za przeszklonymi drzwiczkami. W jej wnętrzu widoczny jest stolik roboczy, czyli płaska część na której wykonuje się model. Jest on ustawiony w połowie wysokości komory. Na stoliku trwa wydruk modelu o skomplikowanym kształcie. Jest to gruba zakrzywiona ściana z okrągłymi otworami przechodzącymi na wylot. Na górze niedokończonego modelu, znajduje się ekstruder w białej obudowie, z kratką wentylacyjną od frontu. Wierzch drukarki 3D nie posiada przykrywy. Wchodzą do niej trzy przewody. Wewnątrz jednego z nich znajduje się biały filament, czyli materiał używany do druku 3D.

Zdjęcie przedstawia drukarkę 3D. Maszyna ma kształt prostopadłościanu, z przedniej strony ograniczona jest szybą. Za szybą drukowany jest model w kolorze białym.

RcMYD4pfuLB6j

Ilustracja przedstawia trwający proces druku. Widoczne jest wnętrze komory drukarki 3D ze stolikiem roboczym koloru srebrnego. Jest to obszerny płaski element na którym wykonywany jest model. Projekt wykonywany jest na środku stolika. Jest to podłużny i wysoki przedmiot o złożonym kształcie. Przypomina tuleję z wydrążonymi podłużnymi i nieregularnymi otworami, przechodzącymi na wylot ścianki. Na górze modelu znajduje się ekstruder czyli element wtłaczający tworzywo na model. Jego obudowa jest koloru białego i przypomina bryłę której ściany mają kształt trapezu. Na froncie znajdują się podłużne pionowe otwory stanowiące wentylację regulującą temperaturę urządzenia. Wewnątrz można dostrzec niewielki wentylator. Na szczycie obudowy widoczne są numery jeden i dwa. Odpowiadają one numerom filamentów czyli materiałom które mogą być wprowadzone do ekstrudera.

Zdjęcie przedstawia środek drukarki 3D. Środek drukarki przypomina metalowy prostopadłościan. Na środku przedstawione jest drukowanie modelu. U góry widoczne jest urządzenie - głowica, która nadrukowuje kolejne warty na model.

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Film edukacyjny: Stanowisko oraz materiały niezbędne do wykonania oprzyrządowania odlewniczegoDN51z1gmNStanowisko oraz materiały niezbędne do wykonania oprzyrządowania odlewniczego

• Wizualizacja modeli w grafice 2D i 3D: Wytwarzanie rdzeni metodą cold‑boxD6E083LCAWytwarzanie rdzeni metodą cold‑box

• Wycieczka wirtualna: Przedstawienie miejsca pracy i narzędzi w procesie powstawania oprzyrządowania odlewniczegoDx8uHzoFNPrzedstawienie miejsca pracy i narzędzi w procesie powstawania oprzyrządowania odlewniczego