E-materiały do kształcenia zawodowego

Dokumentacja technologiczna i konstrukcyjna procesów wytwarzania odlewów

Organizacja i nadzorowanie procesu odlewniczego – Technik odlewnik

bg‑cyan

Etapy przygotowania i wykonania odlewu metodą wytapianych modeli

INFOGRAFIKA

4

Spis treści

1

Sposoby przygotowania modeli

Modele w tej technologii wykonuje się z niskotopliwej mieszaniny różnych wosków (syntetycznego, pszczelego) oraz parafiny, stearyny, cerezyny, kalafonii, często z dodatkiem 2-3%polietylenu. Skurcz modeli wynosi od 0,2% i nie przekracza 1%, a wytrzymałość na rozciąganie osiąga wartości od 1do10MPa. Modele wytwarza się w matrycach. W przypadku wytwarzania dużych modeli o nieskomplikowanych kształtach wosk wlewa się do matryc grawitacyjnie. Modele drobne o kształtach złożonych wytwarza się w matrycach metodą wtrysku.

1
R1PTYlxxb4CDH
Sposoby przygotowania modeli
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ilustracja interaktywna prezentuje pięcioelementową planszę przedstawiającą sposoby przygotowania modeli. Każdy z elementów opatrzony jest punktem interaktywnym, po kliknięciu na który pojawia się ramka z tekstem oraz tożsamym z nim nagraniem dźwiękowym.

  1. Matryca elastyczna
    Matryce elastyczne wykonane są z kauczuku, silikonu lub gumy wulkanizacyjnej. Stosowane są do małych modeli, w których mogą wystąpić pochylenia ujemne utrudniające wyjęcie modelu woskowego i często niepłaskiej powierzchni podziału.
    Opis ilustracji
    Ilustracja przedstawia sześcienną matrycę silikonową z odwzorowanym kształtem siedzącego kota. Widoczne są dwie połówki matrycy leżące obok siebie. Na dwóch rogach lewej połówki znajdują się wypukłe kształty pasujące do wklęsłych kształtów na drugiej matrycy. Służą one odpowiedniemu wypozycjonowaniu dwóch połówek względem siebie. Następna ilustracja przedstawia złączone matryce oraz odlany wewnątrz model kota. Górna połówka matrycy jest do połowy zawinięta w górę, ukazując odlany model i to że jest elastyczna. Elementy te oznaczone są numerem 1.

  2. Matryca metalowa
    Matryce metalowe stosowane na modele techniczne i najczęściej wykonane ze stopów aluminium, które mają większość żywotność od matryc elastycznych oraz szybciej odprowadzają ciepło i pozwalają na skrócenie czasu wykonania modelu woskowego.
    Opis ilustracji
    Ilustracja przedstawia sześcienną matrycę metalową z odwzorowanym kształtem siedzącego kota. Widoczne są dwie połówki matrycy leżące obok siebie. Na dwóch rogach lewej połówki znajdują się wypukłe kształty pasujące do wklęsłych kształtów na drugiej matrycy. Służą one odpowiedniemu ustaleniu dwóch połówek względem siebie. Kolejna ilustracja przedstawia dolną połówkę matrycy z zastygniętym w formie modelem kota, która zakryta jest półprzezroczytą matrycą górną. Elementy te oznaczone są numerem 2.

  3. Matryca modelowa wielownękowa
    Na ilustracji w punkcie przedstawiona jest dokładna budowa matrycy modelowej wielownękowej. W pokrywce matrycy znajduję się otwór wtryskowy. Następnie po rozebraniu widnieje element układu wlewowego wraz z wlewem doprowadzającym i wnęką formy. Razem przypomina to kształt płatka śniegu. Dodatkowo po prawej stronie znajduję się mały otwór, który jest otworem centrującym.
    Opis ilustracji
    Ilustracja przedstawia matrycę modelową wielownękową. Przedmiot przypominający garnek. Na przeciwnych stronach ścianki bocznej posiada szeroki uchwyt. Wieko matrycy jest zamknięte. Na jego wierzchu widoczny jest niewielki otwór wtryskowy. Obok znajduje się ta sama matryca ale bez wieka. Ukazuje się wnęka matrycy, w której odwzorowany jest wklęsły gwieździsty kształt. Gwiazda posiada 10 ramion w postaci prostych ścieżek, czyli wlewy doprowadzające, na końcach których znajdują się wytłoczone pierścienie z nóżką. Na brzegu wnęki matrycy, znajdują się dwa otwory centrujące. Elementy te oznaczono numerem 3

  4. Pneumatyczne urządzenie wtryskowe do wytwarzania jednorazowych modeli
    Urządzenie to pozwala na wtryskiwanie do matrycy wosku pod ciśnieniem, dzięki czemu można uzyskać lepsze wypełnienie wnęki matrycy o skomplikowanych kształtach. Temperatura wtryskiwania wosku wynosi od 45-65°C.
    Po kliknięciu w punkt na ilustracji przedstawiony jest pneumatyczne urządzenie wtryskowe do wytwarzania jednorazowych modeli. Na stole na środku umieszczona jest kwadratowa matryca modelowa. Nad matrycą umieszczona jest prostokątna wtryskarka zaokrąglona z jednej strony. Na górze wszystko trzyma siłownik w kształcie prostokąta do którego przyczepione jest doprowadzenie. Po prawej stronie umieszczone jest powiększenie wtryskarki, która zbudowana jest kolejno z cylindra, tłoka i woskowej pasty modelowej. Na końcu znajduję się otwór wtryskowy.
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia pneumatyczne urządzenie wtryskowe do wytwarzania jednorazowych modeli. Urządzenie ma kształt wysokiego cylindra z wiekiem na którym znajdują się zawory z pokrętłami. Od frontu na ściance bocznej widoczny jest okrąg z bardzo małym otworem. Przed nim znajduje się kostka sześcienna wraz ze strzałką skierowaną w stronę okręgu. Po prawej stronie ściany bocznej widoczne jest pokrętło. Element oznaczono numerem 6.

  5. Druk 3D
    W produkcji jednostkowej, kiedy nie jest opłacalne wykonanie matrycy, modele można drukować na drukarkach 3D. Jedną z metod druku jest metoda INK‑JET, w której kształt modelu uzyskuje się z materiału łatwo topliwego, czyli wosku wtryskiwanego przez dysze sterowaną systemem komputerowym. Wadą druku 3D jest dość znaczny czas wykonania modelu woskowego.
    Opis ilustracji
    Ilustracja przedstawia druk 3D. Jest to sześcienna kostka pusta w środku, bez frontowej ściany. W jej wnętrzu widoczna jest poprzeczka po której porusza się ekstruder wraz z żyłami filamentu. Na stoliku roboczym widoczny jest niedokończony model kota w trakcie wydruku. Obok drukarki 3D prezentuje się gotowy model siedzącego kota.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

2

Przebieg wytworzenia formy ceramicznej

1
RNrKg0TYWSikr
Przebieg wytworzenia formy ceramicznej
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ilustracja interaktywna prezentuje siedmioelementową planszę przedstawiającą przebieg wytwarzania formy ceramicznej. Każdy z elementów opatrzony jest punktem interaktywnym, po kliknięciu na który pojawia się ramka z tekstem, tożsamym z nim nagraniem dźwiękowym oraz czasami rysunkiem technicznym.

  1. Wtryśnięcie stopionego wosku do matrycy metalowej lub elastycznej
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia przekrój skrzynki, we wnętrzu której widoczny jest wyrzłobione miejsce do wlania wosku i uzyskania modelu.

  2. Otwarta matryca po wyjęciu modelu woskowego.
    Po kliknięciu w interaktywny punkt pojawia się rysunek techniczny matrycy do wosku. Matryca przedstawiona jest z perspektywy od bogu, od przodu oraz od boku. Z przodu matryca przedstawia kształtem prostokąt z dwoma śrubami umieszczonymi po bokach. Górna powierzchna prostokąta jest matrycą górną, natomiast dolna powierzchnia prostokąta przedstawia matrycę dolną. Po prawej stronie jest kołek ustalający. Po obu stronach znajdują się kątownik które łączą matrycę ze śrubami. Śruby zakończone są nakrętką skrzydełkową. Z boku matryca ma kształt kwadratu z rękojeścią po prawej stronie. Wewnątrz w dolnej połowie znajduję się sworzeń. Matryca przedstawiona od góry ma kształt prostokąta z rękojeścią. Wewnątrz znajduję się rdzeń. Po prawej stronie rysunku w rogu znajduję się tabelka z listą części opisanych na rysunku. W prawym górnym rogu znajduję się rysunek przestrzenny opisanej wyżej matrycy do wosku.
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia zamykaną skrzynkę stojącą w pionie, otwartą pod niewielkim kątem. W jej wnętrzu można dostrzec wyżłobiony kształt. Po doprowadzeniu wosku do formy otrzymuje się element w kształcie odcinka rury z denkiem.

  3. Gotowy model woskowy po sprawdzeniu i usunięciu ewentualnych zalewek
    Po kliknięciu w interaktywny punkt pojawia się rysunek konstrukcyjny detalu. Detal widoczny z perspektywy bocznej ma kształt kwadratowej litery U. Detal ma grubość 3mm. Na rysunku są dodane wymiary przedmiotu. W prawym dolnym rogu widoczna jest tabela, w której są dane do rysunku tj. Format, podziałka, arkusz itp.
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia gotowy model z wosku. Jest to bryła o podstawie okręgu, która z zewnątrz kształtem przypomina walec lecz jest bez górnej podstawy. Model może również przypominać pojemnik ponieważ jego wnętrze jest puste.

  4. Wykonywanie zestawu modelowego tak zwanej choinki

    Etap ten polega na łączeniu poszczególnych modeli do układu wlewowego, wykonanego również z masy woskowej za pomocą kolby lutowniczej.
    Prawidłowe rozmieszczenie modeli w zespole modelowym powinno zapewnić:

  • spokojne i całkowite wypełnienie formy ciekłym metalem lub stopem metali

  • prawidłowe zasilanie wszystkich węzłów cieplnych odlewu.

Ponadto zestaw modelowy musi być tak sporządzony, aby zapewniał:

  • wygodne nanoszenie powłok ceramicznych,

  • dokładne wypełnienie wolnych przestrzeni masą ceramiczną,

  • całkowite usunięcie masy modelowej podczas wytapiania.

W opisie wykonania zespołu modelowego znajdują się trzy ilustrację. Ilustracja pierwsza przedstawia przykład łączenia modeli w zestawy modelowe tak zwanej „Choinki”. Na ilustracji widoczne są trzy rysunku. Pierwszy rysunek przedstawia dwa modele odlewów, które są umieszone na dole po obu stronach, połączone są wąskim prostokątem - wlewem doprowadzającym, na którego środku umieszczony jest podłużny element, który jest wlewem głównym zakończonym lejkiem wlewowym. W drugim rysunku kształt wlewu głównego jest długim prostokątem z jednej strony jest zaokrąglony. Od boków odchodzą po cztery modele z każdej strony. Wlew główny u góry zakończony jest trapezem, który jest lejkiem wlewowym. Trzeci rysunek pokazuję podobną sytuacje, tylko jest po jednym modelu po dwóch stronach, który ma podłużny kształt. 
Ilustracja druga przedstawia rysunek zespołu modelowego, czyli choinki w rzucie bocznym widoczny wlew główny w kształcie trapezu, zwężający się ku dołowi. Po bokach wlewu umieszczone są po dwa modele z każdej strony. Model ma kształt kwadratowej literki U. Na dole widoczne jest widok od góry. Wlew główny jest w kształcie okręgu, z czterech stron jest umieszczony model. Na rysunkach dodatkowo naniesione są wymiary. W prawej dolnej części rysunku jest tabelka w której znajdują się podstawowe dane rysunku raz lista części.
Opis ilustracji:
Ilustracja przedstawia proces montowania układu wlewowego. Układ przypomina drzewko. Podstawą jest ścięty stożek, od którego wychodzi podłużny walec, elementy te tworzą układ wlewowy. Do walca przymocowane są cztery modele woskowe, po dwa na stronę.

  1. Oczyszczanie zestawu modelowego
    Oczyszczenie polega na odtłuszczeniu powierzchni zestawów modelowych najczęściej przez zanurzeniu ich w acetonie, alkoholu etylowym lub 30% roztworze szarego mydła i płukaniu w strumieniu bieżącej wody. Dzięki temu zabiegowi lepiej przywiera potem masa ceramiczna do modelu.
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia układ wlewowy odwrócony do góry nogami. Jest przyczepiony do płaskiego przedmiotu z uchwytem. Model zanurzany jest w pojemniku z wodą. Na modelu widoczne są mokre ślady.

  2. Nanoszenie masy ceramicznej
    Masę ceramiczną na oczyszczony zestaw modelowy najczęściej nanosi się przez zanurzanie. Masa ceramiczna powinna być ciągle mieszana, aby miała jednakowe właściwości i skład w całej objętości. Po wynurzeniu zestawu modelowego z masy ceramicznej należy go cały czas obracać, żeby nadmiar masy ociekł i utworzyła się równomierna powłoka na modelu.
    Masa ceramiczna składa się z osnowy na którą się stosuje drobnoziarniste materiały ceramiczne (mączki) o dużej odporności cieplnej i małej rozszerzalności cieplnej: mulit– 3Al2O3·2SiO2, silimanit – 2Al2O3·3SiO2, cyrkonit – ZrO2·SiO2, kwarc – SiO2 oraz spoiwa, którymi mogą być: krzemian etylu, krzemianu sodu - szkło wodne, zol kwasu krzemowego - krzemionka koloidalna.
    Opis ilustracji
    Ilustracja przedstawia układ wlewowy odwrócony do góry nogami. Jest przyczepiony do płaskiego przedmiotu z uchwytem. Model zanurzany jest w pojemniku z masą modelową. Na modelu widoczne są ślady masy modelowej.

  3. Obsypywanie piaskiem
    Model powleczony masą ceramiczną obsypuje się drobnoziarnistym piaskiem. Do posypywania 1 i 2 warstwy używany jest piasek o uziarnieniu 0,1-0,3mm, natomiast do posypywania dalszych warstw o uziarnieniu 0,5-1,0mm. W zależności od geometrii i masy odlewu wykonuje się pięć do nawet ośmiu warstw. Każdorazowo każdą wykonaną warstwę (pokrycie masą i obsypanie piaskiem) utwardza się przez suszenie na powietrzu.
    Opis ilustracji:
    Ilustracja przedstawia skruszałą formę odwróconą do góry nogami i lekko przekrzywioną w prawą stronę. Widoczne są pozostałe płaty masy, przyczepionej do zastygłego zespołu czterech odlewów i układu wlewowego, odpowiadającemu kształtem formie.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

3

Przebieg wykonania odlewu i czynności wykańczające

1
R1VAgpHtXuNeg
Przebieg wykonania odlewu i czynności wykańczające
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ilustracja interaktywna prezentuje ośmioelementową planszę przedstawiającą przebiegwykonywania odlewu i czynności wykańczających. Każdy z elementów opatrzony jest punktem interaktywnym, po kliknięciu na który pojawia się ramka z tekstem oraz tożsamym z nim nagraniem dźwiękowym.

  1. Gotowa forma z modelem woskowym
    Po wykonaniu poprzednich czynności uzyskuje się dzieloną formę skorupową. Grubość jednej warstwy skorupy wynosi od 0,1mm dla pierwszych warstw i do 1mm warstwy ostatnie. Skorupy o mniejszej wytrzymałości, czyli mniejszej liczbie warstw przed zalaniem obsypuje się suchym piaskiem. Jeżeli skorupa ma więcej warstw i ma większą wytrzymałość nosi nazwę samonośnej.
    Opis ilustracji
    Na ilustracji przedstawiona jest gotowa forma, która obsypana jest suchym piaskiem, położona na płycie. Układ pod piaskiem przypomina drzewko. Podstawą jest ścięty stożek, od którego wychodzi podłużny walec, elementy te tworzą układ wlewowy. Do walca przymocowane są cztery modele, po dwa na stronę.

  2. Wytapianie wosku
    W etapie tym należy usunąć płytę zabezpieczającą z uchwytem transportowym i umieścić formę zbiornikiem wlewowym do dołu w autoklawie wysokociśnieniowym. Autoklaw wysokociśnieniowy stanowi kombinację kotła i komory ciśnieniowej. Para wodna jest wytwarzana przy pomocy grzałek elektrycznych, zamocowanych w kotle‑zbiorniku otaczającym komorę. Kocioł osiąga ciśnienie maksymalne 10 barów, czyli 1MPa i temperaturę rzędu 150°C. Zastosowanie autoklawu pozwala na bardzo szybkie i dokładne usunięcie masy modelowej z formy ceramicznej oraz otrzymanie formy ceramicznej wolnej od makro i mikropęknięć.
    Opis ilustracji
    Na ilustracji przedstawione jest wytapianie wosku. Podstawą jest ścięty stożek, od którego wychodzi podłużny walec, elementy te tworzą układ wlewowy. Do walca przymocowane są są cztery modele, po dwa na stronę. Model jest obsypany grubą warstwą piasku. Przy podstawie, która jest ściętym stożkiem umieszczona jest nierównomierna plama, która jest wytopiony wosk. Po obu stronach modelu umieszczone są dwie grzałki z podstawą i zakręconymi rurkami.

  3. Wyżarzanie formy
    Formy przed zalaniem ciekłym metalem należy utwardzić poprzez wyżarzanie w piecach komorowych lub tunelowych. Temperatura zależna jest od zalewanego stopu. Optymalnymi temperaturami wyżarzania form są:

  • 850-900°C dla stopów żelaza - staliwa,

  • 600-800°C dla stopów miedzi,

  • 200-350°C dla stopów aluminium.

Opis ilustracji Ilustracja przedstawia układ wlewowy odwrócony do góry nogami. Miejsca na odlewy znajdują się po dwa po obu stronach, obsypany jest grubą warstwą piasku. Przy podstawie modelu widoczne są płomyczki ognia.

4. Zalewanie formy ciekłym stopem
Opis ilustracji Ilustracja przedstawia układ wlewowy odwrócony do góry nogami. Miejsca na odlewy znajdują się po dwa po obu stronach, obsypany jest grubą warstwą piasku. Przy wlewie znajduję się metalowy kubek z którego wycieka ciekły metal, ze strzałką.

5. Rozbicie formy ceramicznej
Po zakrzepnięciu i ostudzeniu odlewu należy usunąć formę skorupową poprzez rozkruszenie jej na pneumatycznej oczyszczarce wibracyjnej.
Opis ilustracji
Ilustracja przedstawia odlew odwrócony do góry nogami. Widoczne są pozostałe płaty masy, przyczepionej do zastygłego zespołu czterech odlewów i układu wlewowego, odpowiadającemu kształtem formie.

6. Odlewy wraz z układem wlewowym po usunięciu formy, czyli skorupy.
Opis ilustracji
Ilustracja przedstawia odlewy wraz z układem wlewowym. Układ przypomina drzewko. Podstawą jest ścięty stożek, od którego wychodzi podłużny walec, elementy te tworzą układ wlewowy. Do walca przymocowane są cztery odlewy, po dwa na stronę.

7. Usunięcie układu wlewowego
W tym etapie odcina się odlewy od układu wlewowego za pomocą zautomatyzowanych urządzeń do usuwania układów wlewowych w przypadku produkcji seryjnej. Odlewy się oczyszcza poprzez piaskowanie lub śrutowanie.
Opis ilustracji
Ilustracja przedstawia usunięcie układu wlewowego. Układ przypomina drzewko. Podstawą jest ścięty stożek, od którego wychodzi podłużny walec, elementy te tworzą układ wlewowy. Od walca odczepiane są cztery odlewy, po dwa na stronę. Strzałkami zaznaczone jest kierunek usuwania odlewów.

8. Kontrola jakości
Na samym końcu dokonuje się kontroli jakości. Między innymi sprawdza się wymiary tolerowane przedstawione na rysunku surowego odlewu.
Opis ilustracji
Ilustracja przedstawia gotowy odlew. Jest to bryła o podstawie okręgu, z zewnątrz przypominająca walec lecz nie posiadająca górnej podstawy. Odlew może przypominać pojemnik ponieważ jego wnętrze jest puste. Przy lewej krawędzi odlewu jest lupa, która wewnątrz ma kwadrat z parafką.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Powiązane ćwiczenia