avp – slévárenství část...
TRANSCRIPT
18.2.2013
1
AVP – slévárenství část 1
Ing. Aleš Herman, Ph.D.
Obsah přednášky
� Automatizace technologie přesného lití na vytavitelný model
� Mechanizace tavíren slitin neželezných kovů
� Mechanizace v oblasti gravitačního lití do kovových forem a nízkotlakého lití
TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍTECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ
METODA VYTAVITELNÉHO MODELUMETODA VYTAVITELNÉHO MODELU
18.2.2013
2
Parametry metodyrozměry: 100 – 200 mm (světové max. 1000 mm)hmotnost odlitu: 0,1 – 8 kg (48 kg –SPL Zlín, světové max. 200 kg )tvar: témeř bez omezenítlouš ťka st ěny : ocel =1,2 mm, neželezné kovy = 0,6 mm hmotnost odlitu: 0,1 – 8 kg (48 kg –SPL Zlín, světové max. 200 kg )Materiál: Ocel, slitiny Co, Ni, Cu, Al, Ti, Mg, legované litiny, Sériovost: kusová až velkosériová
Srovnání jednotlivých technologií z hlediska p řesnosti
Lití do písku ± 1 - ± 2 mm
Kokilové lití ± 0,1 - ± 0,3 mm
Tlakové lití ± 0,5 - ± 0,2 mm
Vytavitelný model ± 0,03 - ± 0,1 mm
Využití odlitků přesného lití
LetectvíAutomobilový průmyslZbrojní průmyslRaketová technikaLékařské nástrojeImplantátyOrtopedické produktyJaderná energieHydraul. a pneu. komponenty
EnergetikaPotravinářstvíPetrochemické zařízeníArmaturyPříslušenství lodíČásti jízdních kolHudební nástrojeGolfové holeZemědělská technika
Odběratelé odlitk ů přesného lití
Průmyslové plynové turbíny
25 %
Sportovní zboží7 %
Automobilový průmysl
3%
Všeobecné strojírenství
18%
Letecký průmysl
47%
18.2.2013
3
Přehled sv ětové výroby odlitk ů metodou vytavitelného modelu
Západní Evropa
25%
Asie17%
ostatní6%
Severní Amerika
52%
Pozice českého přesného lití ve světě
statistika k roku 2006
Evropa VelkáBritánie
Francie Německo Českárepublika
Severní Amerika
Obrat v mil. USD
1250 550 325 212 20 2600
Procento zeSvětovéProdukce
25% 10% 6% 4% 0,20% 50%
Nejvýznamnější slévárny přesného lití v ČR
PBS Velká Bíteš, a.s 230mil/2006
Kdynium Kdyně, a.s 640mil/2006
Prague Casting Services, a.s 84mil/2006
Rok Celkový počet
sléváren
Počet zaměstnanců
Kapacita [tun] / využití [%] Celkový obrat [mil.]
oceli superslitiny Neželezné kovy
1994 15 1100 3650 35% 90 10% 60 70% 230
2000 13 994 3500 80% 90 15% 60 100% 864
2006 12 950 3600 85% 150 30% 60 100% 1250
18.2.2013
4
TECHNOLOGIE VÝROBYmetoda
INVESTMENT CASTING
Pracovní postup Pracovní postup –– výrobní operacevýrobní operace
1.Výroba forem na modely
2.Výroby voskových modelů
3.Sestava stromečku
Pracovní postup Pracovní postup –– výrobní operacevýrobní operace
4.Výroba skořepin –keramické obaly
5.Výroba skořepin –žáruvzdorný posyp
6.Vytavení v autoklávu
*
18.2.2013
5
Pracovní postup Pracovní postup –– výrobní operacevýrobní operace
7.Vypalování skořepin
8.Tavení odlévání
9.Odstranění keramiky
Pracovní postup Pracovní postup –– výrobní operacevýrobní operace
10.Oddělování vtokové soustavy – řezání
11.Oddělování vtoků z odlitků - broušení
12.Dokončovací operace tryskání, broušení,
13.Kontrola
Formy na voskové modely
Materiál:- ocel- hliníkové slitiny- nízkotavitelné slitiny- zinkové slitiny- plastické hmoty- sádra- kaučuk
Způsob výroby:- obráb ěním- odléváním- galvanopalsticky
18.2.2013
6
Formy na voskové modely
Stupeň mechanizace:
- s ručním vyjímáním
- s vyhazovači
- s jádry a částmi forem ručně nebo mechanicky rozebíratelnými
- celkově mechanizovaná
Forma na voskový modelForma na voskový model
POSUVNÉ DÍLCE
PŘIDRŽOVACÍ DESKA
VSTUPNÍ OTVOR
Hliníková mříž pro zpevnění formy
Výroba voskových modelů – požadavky na vlastnosti vosku
Dostatečná pevnost, tvrdost a dostatečná stabilitaDostatečná pružnost pro manipulaciMalé smrštění během tuhnutíNízké procento popelaVhodná viskozitaOdolnost oxidaciNesmí se lepit na stěny kovové formyNesmí reagovat s obalovými hmotamiPřesná reprodukce formyMusí ztuhnout ve formě během krátké doby po vstříknutí
18.2.2013
7
Výroba voskových modelů – voskové směsy
na modely - čisté - plněné - emulgované
na vtokové soustavy
rekultivované voskyspeciální vosky - adhezní
- opravný- vosky na jádra- namáčecí
- rozpustné
Výroba voskových modelů – způsob výroby
Gravita ční lití model ůJe používáno už jen velice zřídka a to většinou při výroběpomocných modelů jako jsou např. vtokové kanály apod.
Vstřikování do formyVýroba voskových modelů vstřikováním vosku do formy jehlavní metodou výroby voskových modelů. Výroba seuskutečňuje na speciálních vstřikovacích lisech, které vstřikujíroztavený vosk pod tlakem. Teplota vosků při vstřikování jev rozmezí 55 – 90°C. Po ztuhnutí je model vyjmutz formy.Vstřikovací lisy jsou klasifikovány dle stavu vosku,který je stroj schopný vstřikovat.
Výroba voskových modelů – vstřikovací strojeStroje pracující s tekutým voskem- lisovací teplota ( 50 - 90 oC)- lisovací tlak ( 5 – 25 MPa)
- čas lisování ( 0,5 – 6 min )- teplota formy (25 – 45 oC)
- čas ve formě (0,5 – 1,5 min)
18.2.2013
8
Kalibrační přípravek
TVAROVÁ ZÁKLADOVÁ DESKA
VOSKOVÝ MODEL
Sestava vtokové soustavy
Podle počtu modelů v jedné licí soustavě se rozlišují:
Sestavování jednotlivých model ů
Používá se v případě rozměrnějších odlitků. Jsou to převážněodlitky u nichž velké nároky na kvalitu nebo rozměrovou přesnostvylučují použití jiné technologie. Vtoková soustava s různými druhynálitků se vyrábí ve zvláštních formách a na model se připojípájením nebo lepením.
Sestavování model ů do strome čkuStromeček se skládá z většího počtu modelů, spojených jednotlivými vtoky s vtokovou soustavou.
Sestava vtokové soustavy
Sestavování jednotlivých model ů Sestavování model ů do strome čků
18.2.2013
9
Výroba keramických foremObalování
spočívá v opakovaném namáčení modelových stromečků do obalové hmoty, posypávání žáruvzdorným materiálem o vhodné zrnitosti a sušení jednotlivých obalů. Tento cyklus se opakuje tolikrát, dokud nemá obal požadovanou tloušťku. Počet vrstev bývá obvykle mezi 5 až 15 obaly.
18.2.2013
10
Výroba keramických foremPři namáčení se čisté voskové stromečky pozvolna ponořují do obalové hmoty(břečky) při současném otáčení a naklánění tak, aby obalová hmota rovnoměrně pokryla stromeček, a aby se neutvořily v koutech, rozích nebo drážkách vzduchové polštáře, nebo aby tam neulpěly vzduchové bublinky.
Posypávání žáruvzdorným materiálem se provádí fluidně, ponořením do vzduchem načeřeného posypového materiálu. Na první dva lícní obaly, které rozhodují o kvalitě povrchu odlitku se používá jemný zásypový materiál se zrnitostí většinou 0,1 až 0,25 mm, na další obaly pak 0,25 až 0,5 mm
Výroba keramických forem
Formovací směsi pro výrobu keramických skořepin se obecně skládají ze dvou látek - plniva
- pojiva (břečka)
Základní vlastnosti keramických skořepin
Minimální tepelná roztažnostVysoká teplota taveníChemická nete čnost v ůči odlévaným kov ům
materiály Al2O3 – oxid hlinitýZrO2 – oxid zirkoničitý. křemičitany mulitu, zirkonu, silimanitu a molochitu.
Výroba keramických forem
Při operace sušení keramických skořepin musí každý obal schnout v klimatizovaném prostoru při konstantních podmínkách.
Teplota prost ředí 20 až 24°C Vlhkost prost ředí 50 až 70%
Při sušení musí být zajištěno dostatečné proudění vzduchu. Podstatného zkrácení doby sušení se dosáhne sušením v proudu vzduchu s rychlostí proudění alespoň 180 m/min. V mírně ohřátém vzduchu (25 až 27°C), proudícím rychlostí 250 m/min , lze zkrátit dobu sušení mezi jednotlivými obaly na 50 až 55s
18.2.2013
11
Výrobní linka na keramické skořepiny
Vytavení voskové hmoty z formyVytavování voskových model ů se provádí:
V autoklávu 0,3 – 1,6 MPa, při T = 120 – 185 °CZa vysoké teploty v peci za teploty 900 až 1000°C, takže se spojí vytavení vosku s vypálením skořepiny. Ztráty vosku jsou 10 až 15%; Za nízké teploty vytavování se provádí v roztavené a přehřáté hmotě stejného složení jako má hmota modelů Dielektrickým oh řevem skořepiny se zvlhčí vodou a pak se umístí v poli vysokofrekvenčních oscilací. Vlhká skořepina se rychle ohřeje, vosk se těsně u skořepiny odtaví a vytvoří se dilatační spára, jenž zabrání popraskání skořepiny rozpínajícím se voskovým modelem Horkým vzduchem proud horkého vzduchu se zavádí do středu vtoku. Ten s protaví dříve než se celý model ohřeje a k odtavování pak dochází z vnitřku.
Příprava keramické skořepiny
Keramická skořepina je po vytavení tepelně izolována pomocí izolačního materiálu sibral. Tento materiál slouží jako izolace v místech, kde je potřeba prodloužit tuhnutí odlitku.
Podle tvaru, váhy a rozměrů se určí zda bude skořepina odlita:
- zasypaná ( lupek, ocelové broky)- samonosně
18.2.2013
12
Vypálení keramické skořepiny
Vypálené formy jsou schopny odolávat velmi vysokým teplotám a při pečlivém výběru skladby keramické břečky a posypového materiálu mohou být používány pro velmi širokou oblast slitin.
Důvody vypalování forem p řed odléváním:- Odstranění zbytků voskových materiálů a těkavých
látek zbylých po vytavování.
- Zhutnění struktury keramiky – dosažení potřebné pevnosti skořepiny.
- Předehřátí formy před litím na stanovenou teplotu (850–1150oC)
Vypálení keramické skořepiny -průběžná pec
Automatické licí pracoviště
Video 1
Video 2
18.2.2013
13
Dokon čovací operace
Typické po řadí dokon čovacích operací:Odstranění převážné části keramické skořepiny(mechanicky)
Odstranění odlitků z vtokové soustavy.
Odstranění zbylé keramiky (mechanicky / chemicky)
Odstranění vtoků z odlitků.
Tryskání a dokončování.
Odstranění zbylé keramiky
Chemické metody – lze použít fluorovodíkové kyseliny, žíravé soli nebo soli v roztavené formě jako vodní roztok.
Existují 2 chemické metody: Lázeň s rozpušt ěnou solí – hydroxid sodný,pracovní teplota
v rozmezí 475 – 600°C. Doba pono ření odlitků je okolo 20 minut. Po solné lázni jsou odlitky opláchnuty a vloženy do neutralizační kyseliny kde dojde k odstranění okují.Horká vodní žíravá láze ň – alkalické koncentráty, obvykle
s hydroxidem draselným. Pracovní teplota je okolo 80°C a odlitky, doba ponoření několik hodin.
Obě výše uvedené metody jsou schopny odstraňovat i přístupná keramická jádra. Pro obtížnější, nepřístupná jádra, se používá louhovacího autoklávu. Jako louhovací prostředek je úspěšně používána koncentrace vodné žíraviny nebo kyseliny fluorovodíkové
Kontrola odlitků
Metody pro rozm ěrovou kontroluDůsledné dodržování rozměrů je nevyhnutelným požadavkem na kvalitu přesných odlitků, dodávaných jako výrobky typu near-net-shape.
Metody pro zjiš ťování kvality povrchuMetody zkoumající povrchovou kvalitu odlitků.
Metody pro zjiš ťování vnit řních vad Zkoumání vnitřní struktury odlitku. Kontrola výskytu převážně ředin a staženin.
18.2.2013
14
Kontrola odlitků - rozměrová
Metody pro rozm ěrovou kontroluExistuje mnoho technik používaných ke kontrole rozměrové přesnosti odlitků. Kontrola se provádí pomocí mikrometrů, ručních či automatických měřidel, souřadnicových měřicích systémů a tří – rozměrných automatických měřicích systémů
Kontrola odlitků - povrchové vady
Metody pro zjiš ťování kvality povrchuTrhliny a jiné povrchové vady mohou být zjišťovány pomocí velkého počtu metod:
- visuální kontrola
- chemické leptání
- fluorescenční kapilární metoda
- zkouška vířivými proudy
- magnetická zkouška
Kontrola odlitků – vnitřní vady
Nedestruktivní metody lze systematicky rozdělit na optické, akustické, elektromagnetické, tepelné, radiografické a vzájemně propojené.
- Penetrační
- Magnetické
- Vířivé proudy
- Ultrazvukové
- Rentgenové
18.2.2013
15
Tavení slitin neželezných kov ů –mechanizace a automatizace
Al slitiny
Vsázka : Housky slitinHousky slitin – výrobky hutí – nejdražší surovina, ale nejkvalitn ější – existují
primární slitiny – slitiny prvního tavení – výroba hutnickým zp ůsobem –
a sekundární slitiny – výroba p řetavením Al šrotu (obsahují více nečistot a p řísadových prvk ů
Vratný materiálVratný materiál – vtoky, nálitky, zmetky
Nejpoužívan ější rozsah je podíl 40 – 60 % vratného materiálu, zbytek housky slitin.
Typy pecí pro tavení Al slitin
Elektrické odporové – kelímkové, komorové – špatná možnost automatizace
Plynové – kelímkové, šachtové
Elektrické kelímkové induk ční – nízkofrekven ční – již velmi omezeně – špatná možnost automatizace
18.2.2013
16
Šachtové pece a jejich princip
System ETAmax®
1. Automatische
Beschickung
2. Kontinuierliche
Metallentnahme,
konstante Temperatur
und hohe Qualität
• Posuvné dve ře zavážecího otvoru
• Horní kryt šachty
• Předehřívaná vsázka
• Tavící ho řáky
• Hořák udržovací komory
• Čistící dví řka tavící komorymožnost odstran ění
ocelových zálitk ů
• Odpichový ventil
MPL II
47
Příklad vizualizace šachtové pece, přehled termo článků
Příklad vizualizace na Touch-screenobrazovce – obecná kontrola stavu pece
Zjednodušený výkres vyzdívky Šachtové pece
Schéma tavení v šachtové peci
Odpadní spaliny 300°C
Tavící ho řák - plamen se nedotýká housek
Čistící otvor tavícího mostu
Přechod taveniny z tavící do udržovací komory
Předehřívaná vsázkaDosažení nejnižšího propalu:
=> krátká doba setrvání vsázky v přímém kontaktu s plamenem
=>� maximální p ředehřev vsázky
� ihned po natavení „sklouzává“ materiál do udržovací komory
� plamen se nedotýká vsázkyTavící most
18.2.2013
17
Pece s malým výkonem - nesklopnéTavící komora je nad udržovací komorou
Typ pece MH – díky této konstrukci zabírá mén ě místa
Detail odpichového ventilu
Pece s tavícím výkonem nad 1 tunu Al /htavící komora je vedle komory udržovací
Díky „banánu“ je možné tavit i b ěhem skláp ění pece
Vylévací žlab
Tavící komora je „nalepena“ na komo ře udržovací
� Nižší hodnota DI a minimální vznik oxid ů – natavený materiál stéká do udržovací komory
� Snazší čišt ění pece – lepší přístup k tavícímu mostu
MPL II
51
• Laserový sníma č zaplnění šachty
• Otvor komínové šacht ě pro laserové paprsky
• Rám pro uložení 2 nosných blok ů a hydraulického válce
• Uložení 4 vážících buněk
Sklopné pece Laserové snímání šachty, vážící bu ňky, zavážení
18.2.2013
18
MPL II
52
� spot řeba energie pro tavení a oh řev na vylévací teplotu < 600 kWh / t Al(u kelímkových plynových pecí je uvád ěno 1300 – 1350 kWh / t Al)
� ztráty kovu = (propal + st ěry) při 50% vratu a 50% housek < 1,5 %
finan ční úspora na 1% ztráty kovu:1000kg/h * 20h/den * 340 dn ů / rok * 50 K č/kg Al * 0,01 = 3.400.000 Kč /
rok
� vysoké využití tepla – teplota odpadních spalin < 300 °C
� kontinuální odb ěr materiálu – ustálená tavenina je stále k dispozici v nastavené teplot ě,která kolísá v rozmezí ± 6°C
� snížení rizika exploze housek
� vyšší kvalita kovu – nedochází k vycezování tvrdých vm ěstků pono řením housek do taveniny
Proč jsou šachtové pece tolik rozší řené 1
� snadné čišt ění, možnost odstran ění železných zálitk ů bez rizika zvýšení procenta železa v tavenin ě
� Snadná obsluha celého za řízení
�Snadná údržba
� Žádné problémy s ekologií a množstvím NO x ve spalinách
�Archivace a zp ětná kontrola všech procesních dat
� množství nataveného a odebraného materiálu
� skute čná spot řeba plynu
� aktuální ztráty kovu (sledování zaváženého množství kov u, množství stěrů a nečistot p ři čišt ění pece
Animace pece
Proč jsou šachtové pece tolik rozší řené 2
Transport kovu• Transportní pánve – rozvoz pomocí vysokozdvižných
vozíků• Transportní žlab – kontinuální rozvod kovu
PEC
INGOTY
LICÍ STROJE
ŽLAB
18.2.2013
19
Automatizace v gravitační lití do kovových forem
Gravitační lití do kokil
� Licí stůl – s možností hydraulicky ovládaných jader
� Licí stroj (manipulátor, robot)� Apretace
Příklad pln ě automatizovaného pracovišt ě gravita čního lití
18.2.2013
22
Možná manipulace s odlitky
Karuselové uspo řádání pracovišt ě
Karuselové uspo řádané vým ěnné udržovací pece
18.2.2013
23
Automatizace apretace
Video Laempe
Sklopné gravitační lití do kokil (Tilt casting)� Licí stůl – s možností hydraulicky
ovládaných jader
� Licí stroj (manipulátor, robot)� Apretace
18.2.2013
25
Princip technologie
Možnosti automatizace nízkotlakého lití
� Licí stroj s různým příslušenstvím� Výměnné pece� Vyjímání odlitků� Manipulace s odlitky
� Ošetření formy� Apretace� Výrobní linky
Licí stroj pro netrvalé formy
18.2.2013
27
Výměnné pece
Další operace shodné s kokilovým litím, dopln ěné o různé typy manipula čních za řízení.
Pro odložení a přesun odlitku od robotu/manipulátoru používáme tyto zařízení:
� Krokový dopravník� Vytváří zásobník odlitků pro založení do
přepravního boxu nebo ostřihovacího lisu
� Otočný dopravník� Zajišťuje manipulaci s paletovanými odlitky
v přepravních boxech
� Skluzy� zajištění snadného odsunu odlitků z nebezpečného prostoru� možnost zajištění třídění dobrých/vadných kusů
� Válečkové tratě atd…
18.2.2013
29
Skluz s posuvem odlitku
Souhrn přednášky
� Automatizace technologie přesného lití na vytavitelný model
� Mechanizace tavíren slitin neželezných kovů
� Mechanizace v oblasti gravitačního lití do kovových forem (včetně sklopného lití) a nízkotlakého lití