tehnologia de turnare in forme

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi Facultatea Constructii de Masini si Management Industrial

Coordonator: Prof. Bejinariu Costica

Studenti: Palade Ionela Gr. 4107 Odaini Doina Gr.4107 Danila Mihai Gr. 4107 Anul I

IASI-2010


IASI-2010

2


TEMA PROIECTULUI....1 ARGUMENT...........3

CAPITOLUL I PRELUCRAREA MATERIALELOR METALICE PRIN TURNAREA IN FORME TEMPORARE..4o AMESTEC CU NISIP.5 o o o o o o o 1.2. EXECUTAREA MODELELOR SI A CUTIILOR DE 1.3. AMESTECURI PENTRU FORME SI 1.3.1. RETELE DE 1.4. EXECUTAREA 1.4.1. FORMAREA 1.4.2. FORMAREA MECANIZATA. 1.5. EXECUTAREA MIEZ.7 MIEZURI.....15 TURNARE19 FORMELOR...22 MANUALA..22 ...27 MIEZURILOR....31 1.1. FABRICAREA PIESELOR PRIN TURNARE IN FORME DIN

CAPITOLUL II PUNEREA IN PRACTICA A TURNARII IN FORMELOR TEMPORARE..33

IASI-2010

3


o 2.1. TEHNICA DE TURNARE IN FORME TEMPORARE...33 o 2.2. ELEMENTE DE DESIGN.37 o 2.3. MBUNATATIRI ESENTIALE ASUPRA TEHNOLOGIEI DE TURNARE.....37

BIBLIOGRAFIE41

IASI-2010

4


Desfasurarea unui proces de productie impune existenta unei mari varietati de procedee si metode in constructia pieselor necesare in industrie . Un important procedeu este si turnarea . Aceasta este cunoscuta inca din antichitate , ajungand pana in prezent la forme complexe si dimensiuni mari a pieselor. Prin turnare se pot realiza piese de forme complicate cu materii prime nepretentioare la preturi convenabile. Importanta turnatoriei rezulta din faptul ca o mare parte din metale si aliaje se utilizeaza in constructia de masini in stare turnata , intrucat pe alte cai tehnologice nu pot fi usor transformate piesele , cum sunt fontele cenusii , fontele maleabile , alame cu procent ridicat de staniu , aliaje de aluminiu , oteluri , etc. Turnarea in forme de nisip apare in a doua jumatate a sec.al-XIX lea , odata cu elaborarea materialelor metalice si aliajelor prin metodele moderne . Pentru montarea , exploatarea , intretinerea si repararea acestor forme este necesara o buna pregatire in domeniu . Acesta trebuie sa cunoasca foarte bine materialele metalice , aliajele precum si proprietatile lor . Turnarea metalului este , momentan , cea mai indicata metoda de a creea piese complicate care altminteri ar fi imposibil de realizat . Motivul pentru care turnarea a rezistat in constructia de masini de-a lungul timpului este eficienta de care da dovada procedeul . Inca din cele mai vechi timpuri exemple de turnari au fost descoperite in China si au o vechime de mii de ani . De altfel , toate civilizatiile importante, de la egiptenii la romani au practicat arta turnarii metalului , care a devenit foarte importanta in timpul Renasterii si a continuat sa se dezvolte de-a lungul timpului. In continuare vom supune atentiei dumneavoastra lucrarea cu titlul turnarea in forme temporare . Am ales aceasta tema deoarece este raspandita in cele mai mari fabrici din intreaga lume (Ferrari,Fiat) ,Germania( Volkswagen ) ,etc. precum sunt cele din Italia

IASI-2010

5


CAPITOLUL I PRELUCRAREA MATERIALELOR METALICE PRIN TURNAREA IN FORME TEMPORARE

Turnarea este una dintre metodele cele mai obisnuite si mai economice ale tehnicii actuale de obtinere a produselor metalice , motiv pentru care este larg raspandita . Prin turnare se intelege operatia de umplere cu metal lichid a unei forme avand cavitatea corespunzatoare geometriei piesei turnate . La solidificare , va reproduce si va pastra configuratia geometrica si dimensiunile cavitatii formei care reprezinta insasi piesa de fabricat . La baza proceselor de turnare sta principiul fizic in virtutea caruia orice lichid ia forma vasului pe care il contine . Forma de turnare este ansamblul metalic sau nemetalic care cuprinde una sau mai multe cavitati care prin umplere cu metal lichid si solidificare , va da una sau mai multe piese turnate . Peretii exteriori ai cavitatii materializeaza configuratia exterioara a piesei , iar miezurile materializeaza configuratia interioara a piesei , montandu-se in forma pe unele prelungiri denumite marci . In functie de natura pieretilor cavitatii si de numarul de utilizari , formele se impart in trei parti : temporare , semipermanente si permanente . In lucrarea de fata vom prezenta turnarea in forme temporare .

IASI-2010

6


Formele temporare sunt construite din amestecuri de formare , acestea avand in componenta nisip si lianti . Ele se utilizeaza o singura data distrugandu-se in momentul dezbaterii pentru scoaterea piesei , iar materialul de formare fie se recupereaza fie si pierde complet . Constituie metoda fundamentala de fabricare a pieselor prin turnare , iar cele mai importante procedeie in forme temporare sunt : turnarea in forme din amestec de formare bazate pe nisip si lianti , turnarea in forme coji , turnarea in modele usor fuzibile si turnarea in forme intarite CO2 .

1.1 FABRICAREA PIESELOR PRIN TURNARE IN FORME DIN AMESTEC CU NISIPEste cea mai universala metoda , caracterizata prin faptul ca se aplica tuturor tipirilor de metale si aliaje si pt orice tip de piesa . Aceasta metoda de turnare cuprinde o serie de operatiuni in succesiune logica , trecand de la forma si ansamblarea ei , elaborarea si turnarea metalului , pana la obtinerea piesei solide cu distrugerea formei si efectuarea controlului ethnic si receptiei pieselor . O schema logica a procesului complet de fabricare a unei piese turnate in forme temporare din amestec se da mai jos in figura 1 .

IASI-2010

7


IASI-2010

8


1.2. EXECUTAREA MODELELOR SI A CUTIILOR DE MIEZ

Inventarul de modele , reprezinta un ansamblu de elemente si dispozitive necesare executarii formelor si miezurilor in care de regula intra: modelul piesi,placa de model cutii de miez , modele ale elementelor retelei de turnare . Modelul piesei , In vederea turnarii , este dispozitivul cu ajutorul careia se practica in forma , cavitatea active , care are forma geometrica si dimensiunile apropiate de configuratia pietei de obtinut . Modelul poate fi , dupa complexitatea piesei , fara plan de separatie , cu plan de separatie si cu elemente detasabile . Asa dupa cum se vede in Fig.1.2 , plecand de la studiul desenului de executie al piesei , Fig.1.2. ( a ) , conceput de inginerul constructor-proiectant , inginerul tehnolog determina desenul semifabricatului turnat , Fig.1.2. ( b ) . Fata de desenul de executie , in desenul semifabricatului turnat poate sa apara modificari de forma si dimensiuni . Aceste modificari sunt reclamate de precizia finala a piesei ( care mai sufera si alte modificari ) si de acele forme rationale ale piesei turnate , forme care daca nu le-a cunoscut constructorul , trebuie sa le creeze tehnologul . Astfel , pentru realizarea unui model de turnatorie , corespunzator trebuie sa se respecte o serie de principii de dimesionare si constructive .

IASI-2010

9


Dimensionarea modelelor . Principiile de dimensionare ale modelelor sunt aceleasi pentru toate tipurile de metode de turnare cu mici exceptii , si sunt determinate de natura metalelor turnate , materialul de formare , temperature de formare , calitatea piesei turnate . Prima influenta asupra dimensiunilor modelului se manifestata prin contractia metalului turnat in forme . Dimensiunile piesei din desenul de executie , Fig.1.2. ( a ) , vor fi afectate in primul rand de adausul de contractie , prin coeficientul de contractie . In aceste conditii , orice dimensiune se calculeaza cu relatia Lm=Lp[1+(ts-ta)] In care:

Lm,Lp = dimensiunile liniare ale modelului ,respective ale piesei ; = coeficientul mediu de contractie a metalului turnat ; ts = temperature de solidificare a aliajului ; ta = temperature ambianta ( 20C ) .

IASI-2010

10


Relatia de mai sus se aplica in metoda clasica de formare la temperature ambianta . Daca formarea se face la cald si modificarea formei este neglijabila , atunci dimensiuoarea modelului se va face cu relatia :

In care:

= coeficientul mediu de dilatare liniara a materialului din care este executat modelul ; Tf = temperature modelului in momentul formarii.

Daca si forma sufera modificari , se contracta , atunci la proiectarea modeluli trebuie sa se tina cont si de acest fenomen . In Tabelul 1.1 se dau cateva valori ale coieficientului de contractie a metalului turnat , iar in Tabelul 1.2 , cateva valori medii ale coeficinetului de dilatare a unor metale din care s-ar putea executa metalul . Tabel 1 Denumire aliaj Fonta cenusie Fonta maleabila Otel carbon si aliate Bronzuri cu staniu Bronzuri cu aliminiu Aliaje de aluminiu Aliaje de zinc Aliaje de magneziu Contractia liniara,[%] 0,7-1,0 1,0-1,5 1,5-2,2 1,0-1,3 2,0-2,4 0,8-1,5 1,5 1,25 Tabel 2 Coeficientul Metalul de dilatare IASI-2010 Variatia volumului de11


10-6(0-100) Fier pur Aluminiu Antimoniu Bismut Cadmiu Cupru Plumb Magneziu 12,5 27,4 10,0 13,0 31,0 16,5 29,0 29,0

topire ,[%] +0,4 +6,4 +1,4 -3,4 +4,7 +4,0 +3,4 +3,8

Adausurile de prelucrare trebuie prevazute pe acele suprafete ale modelului care vor genera parti ale piesei a caror precizie de forma , de pozitie si dimensionare , nu pot fi realizate din procesul de turnare . Marimea adausului de prelucrare ap din Fig.1.2. ( b ) , in functie de natura aliajului turnat si tehnologia de formare utilizata , este standardizata SR ISO 8062:1995 . Cum aceste adaosuri inseamna pierdere de metal si consum de manopera prin aschiere la alegerea lor se va tinde spre valorile minime . Tot la dimensiuni se prevad apoi pe desenuri de executie am modelului si tolerantele la dimensiuni -t din Fig.1.2. ( b ) . Valorile tolerantelor pieselor turnate sunt prevazute in SR ISO 8062:1995 .

Principii constructive ale modelului . Modelul trebuir astfel conceput , incat sa permita realizarea formei , extragerea sa ( demularea ) usoara din forma , fara deteriorarea formei si asamblarea corecta a elementelor de forma , inclusive a miezului , astfel :

Avand in vedere ca indesarea amestecului pe model si extragerea modelului din forma se executa pe aceeasi directie ( de regula verticala ) , pe aceasta directie nu trebuie sa nu existe zone moarte , Fig.1.3 . IASI-201012


Pentru a nu se lipi amestecurile de formare de suprafata modelului ( si pentru a evita ruperea formei ) , modelele se prelucreaza ingrijit pe suprafetele lor active ;

Toate suprafetele paralele cu directie de scoatere a modelului se fac usor inclinate , evitandu-se totodata frecarea inutila si periculoasa dintre model si forma , Fig.1.4 , Valoarea inclinariii depinde de inaltimea peretelui , metoda de formare , nedepasind 3-5 , cu atat mai mica cu cat peretele este mai inalt si extragerea asigurata mechanic ;

IASI-2010

13


Toate unghiurile diedre sau poliedre vor fi racordate cu raze de racordare Fig.1.5 , cu atat mai mari cu cat unghiul este mai mic . Razele de racordare sunt impuse de fenomenele solidificarii pentru a se evita la maximum tensiunile periculoase si fisurarile si sunt proportionale cu grosimea peretilor ;

O problema deosebita o constituie alegerea planului de separatie al modelului , care este si al formei . Pe cat posibil planul de separatie sa fie unic si de simetrie ,un numar mai mare de plane de separatie , ingreuneaza manopera formarii si face dificila obtinerea preciziei piesei turnate . Numarul suprafetelor de separatie , sigur , tine cont de complexitatea geometrica a piesei , dupa care suprafata principala de separatie trebuind sa treaca prin cea mai mare sectiune a piesei , respective a modelului , pentru a rezolva total problema extragerii modelului din forma , Fig.1.6 .

Pentru asigurarea preciziei de contur geometric a piesei si nedeplasarea la semiformal , modelul se asambleaza pe planele de separatie asiguranduse o centrare corespunzatoare , care se face cu cepuri si contracepuri , Fig.1.2. ( c ) ;

IASI-2010

14


Modelele pentru piese cu goluri se completeaza si cu marci , Fig.1.2. ( c ) care au rolul de a crea in forma suprafetele de sprijin si centrarea miezurilor . Diversele forme de marci se prezinta in Fig.1.7 .

Fata de principiile universale de mai sus , in cadrul procedeelor speciale de turnare , mai intervin si alte conditii specifice . La proiectarea cutiilor de miez , in general se tine cont de aceleasi principii ca si la modele . Inpractica formarii se intalneste ca dispozitiv pentru formare , in loc de model simplu , asa numita placa de model , mai ales pentru modelele formarii mecanizate , cu ajutorul masinilor speciale . O placa de model are in suprafata activa atat moddelul piesei cat si unele elemente ale retelei de turnare , Fig.1.8 .

IASI-2010

15


Modelele si cutiile de miez pentru fabricatia unicat si de serie se executa din lemn , iar pentru productia de masa din fonta , aliaje de aluminiu si mase plastice Modelele din lemn se fac din esente de molid , tei ,artar , fag , stejar , cires si nuc . Teiul si artarul sunt cele mai bune intrucat se prrelucreaza usor si dau o suprafata neteda fiind in acelasi timp si mai putin sensibile la umiditate . Pentru precizarea distantei , modelele suntanume vopsite , respective rosu pentru turnarea fontei , albastru pentru turnarea otelului , galben pentru neferoase , negrul desemneaza marcile , hasururl negru marcheaza suprafetele prelucrate mecanic . Modelele si cutiile de miez metalice se fac din semifabricate turnate , jucand la randul lor rolul de model , dupa care se supun prelucrarilor mecanice de aschiere pe strunguri , masini de rabotat , de frezat , de gaurit . Dupa prelucrare modelele se monteaza pe placile de model . Aceste modele si cutii de miez mecanice , folosite in productia de serie mare si masa au durabilitate buna ,o precizie ridicata , o calitate superioara a suprafetelor si nu se deformeaza in perioada depozitarii , ceea ce se rasfrange si asupra calitatii pieselor turnate obtinnute .

1.3. AMESTECURI PENTRU FORME SI MIEZURIPrin materiale de formare , se intelege un conglomerat de materiale naturale si artificiale , care alcatuieste dupa caz amestecul pentru executarea formelor si respective amestecul pentru executarea miezurilor .

IASI-2010

16


Ca materie prima de baza se foloseste de regula nisipul cuartos , iar ca liant diverse sorturi de argila si alte substante . Liantii folositi , de fapt toate componentele amestecului , trebuie sa aiba o buna stabilitate chimica , pentru a rezulta piese fara arsuri si aderente . In acest scop se utilizeaza si substante ca adios , cum sunt praful de piatra , grafitul . Amestecul de formare , multicomponent , trebuie preparat dupa o reteta care sa corespunda metalului turnat si procedeului de turnare ales . O structura macro , a unui amestec se vede in Fig.1.9 .

Dupa modul de utilizare , amestecurile se impart in trei categorii : amestecuri de model sau de perete , amestecuri de umplutura , amestecuri unice . Amestecul de model , este folosit pentru a executa stratul din suprafata activa a formei si este alcatuit din materiale de calitate ( nisip si lianti )si poseda ridicate proprietati fizico-mecanice si de plasticitate .

IASI-2010

17


Amestecul de umplutura , este amestecul care se introduce in forma peste cel de model si asigura umplerea si consolidarea formei in vederea turnarii . Acest amestec cuprinde si un procent ridicat din amestecul recirculat dupa o anumita preparare , respective , concasare , separare magnetica si cernere . Amestecul unic , este amestecul care prin calitatile sale suplineste conditiile cerute atat de amestecul de model cat si de cel de umplutura.Aceste amestecuri se folosesc in metodele formarii mecanizate , cu ajutorulmasinilor de format si sunt mai scumpe . Metoda folosirii successive a celor doua amestecuri de formare , de perete si respective de umplutura , se intalneste mai ales la turnarea unor piese mari si de forma complexa . Pe de alta parte , dupa natura metalului turnat , se deosebesc : amestecuri pentru turnarea fontei , amestecuri pentru turnarea otelului , amestecuri pentru turnarea neferoaselor , pentru care se prescriu anumite proprietati , stipulate in literature tehnnica . Amestecurile de formare , indifferent de tipl lor , trbuie sa satisfaca urmatoarele caracteristici importante : refractaritatea , rezistenta mecanica , plsticitate , compresibilitate , permeabilitate la gaze si altele .

Refractaritatea , este capacitatea amestecului si formei de a rezista la inmuiere sau topire sub actiunea temperaturii metalului lichid . Din acest punct de vedere , cu cat nisipul va fi mai grosolan , cu cat continutul de impuritati va fi mai mic si cu cat praful de piatra va fi mai ridicat , cu atat si refractaritatea amestecului va fi mai buna . Daca refractaritatea amestecului de formare este

IASI-2010

18


necorespunzatoare pentru metalul ce se toarna , atunci se formeaza pe suprafata piesei si in mod deosebit in detalii inguste ( intrande ) , cruste , aderente , greu de indepartat si care necesita munca suplimentara . Rezistenta mecanica , trebuie sa asigure nedeteriorarea formei la extragerea modelului , la manipulari in procesul de depozitare , uscare , asamblare , transport , si turnere . Rezistenta mecanica va creste cu cresterea continutului de liant , a compactitatii si micsorarii granulatiei nisipului . Permeabilitatea la gaze , trebuie sa fie astfel incat sa permita in procesul de turnare si solidificare sa se elimine si vaporii . Va fi cu atat mai ridicata , cu cat granulatia nisipului este mai mare si in procent ridicat in reteta amestecului si respectiv cu cat liantul se gaseste in cantitate mai mica . Plasticitatea , este capacitatea amestecului de formare de a se deforma plastic fara distrugere , astfel incat in procesul de formare sa preia toate detaliile modelului , adica sa se mulezee foarte bine la suprafata modelului . Plasticitatea va fi cu atat mai buna cu cat nisipul va fi mai fin si cu cat continutul de liant si apa vor fi mai ridicate . Compresibilitatea , este capacitatea amestecului de formare , pentru forme si miezuri , de a se comprima sub actiunea efectului de contractie al metalului turnat , in curs de solidificare si racier . In caz contrar , piesa rezulta deformata , tensionata si chiar fisurata si cu crapaturi . Toate aceste caracteristici se pun in evident ape calea incercarilor standardizate pe o aparatura speciala creata , care alcatuieste asa numita trusa de turnatorie , iar aducerea amestecului de formare la valorile prescrise pentru diversele proprietati , se face pe calea prepararii in instalatii speciale .

IASI-2010

19


In functie de destinatie , proprietatile amestecului de formare se asigura prin compozitia granulometrica , definite conform STAS 5609-87 . De mare importanta este apoi reteta amestecului , respectiv procentul de participare a componentelor : nisip natural , liant argilos , apa si dupa caz alte componente si adaosuri . In general , continutul de argila pentru aliaje turnate in forme crude nu depaseste 8-10% , pentru formele uscate nedepasind 15% . Umiditatea amestecului de formare se incadreaza , in general in limitele 4,5-5,5% indifferent de aliajul turnat . Amestecurile de miez , sunt mai scumpe decat cele pentru forme , sunt ingrijit preperate si datorita actiunilor termice si mecanice deosebite la care sunt supuse miezurile in procesul de turnare , trebuie proprietati ridicate de refractaritate , permeabilitate la gaze , compresibilitate , sa nu degaje gaze in reactie cu metalul lichid si sa se dezbata usor din piesa dupa solidificarea si racirea acesteia . Pe langa amestecurile de formare si de miez , normale , mai sunt prezentate , in practica turnarii se utilizeaza si amestecuri speciale , respective cu intarire prin incalzire , cu rasini sintetice , cu sticla solubila si intarire cu CO2 amestecuri cu autointarire la rece .

1.3.1. RETELE DE TURNARE

IASI-2010

20


In vederea executarii formelor , trebuie precizat alaturi de model si amestecul de formare si tipul retelei de turnare , respective de introducere a metalului topit in forma . Pentru obtinerea de piese calitativ superioare , o retea de turnare , trebuie sa asigure urmatoarele conditii :

Umplerea formei in timp determinat , corespunzator turnabilitatii optime a metalului sau aliajului lichid ; Umplerea sa se faca uniform si continu ;

Sa asigure evacuarea aerului si gazului din forma ; Sa retina zgura metalului turnat ;

Sa asigure controlul umplerii formei cu metal lichid . Toate aceste conditii trebuie satisfacute prin dimensionarea si constructia retelei

de turnare . Pentru a defini mai bine reteaua de turnare , sa ne referim la elementele retelei normale de turnare , la care in mod constant se intalnesc elementele : palnie de turnare ; piciorul palniei de turnare ; canalul de distributie si colectare a zgurii si canalele de alimentare , a caror semnificatie se da in Fig.1.10 .

Palnia de turnare , prin forma si dimensiuni , trebuie sa evite stropiri si turbionarile si poate fi de diverse tipuri , asa cum se vede in Fig.1.11 .

IASI-2010

21


Forma din Fig.1.11 ( c , d ) , cu prag asigura retinerea zgurii provenita din metalul deversat din oala de turnare . Piciorul de alimentare ( piciorul palniei ) se face invers conic pentru a evita ruperea coloanei de lichid , iar pentru inlaturareamai eficace a zgurii se prevad la partea superioara si cu filtre , asa cum se vede in Fig.1.12 . Dimensiunile filtrelor sunt cuprinse in STAS 4634-88 . Canalul de distributie si colectare a zgurii prin lungime si pozitie orizontala asigura alimentarea in toate punctele de atac ale piesei si are , in general , o sectiune trapezoidala ( de exemplu in Fig.1.12 , sectiunea A-A ) . Canalele de alimentare sunt canalele care introduce direct metalul in forma si fac legatura intre canalul de distributie si colectare a zgurii si cavitatea formei .

Canalele de alimentare , Fig.1.12 , ataca piesa de regula in zonele cele mai subtiri , iar unghiul de atac sa nu degradeze peretii formei . Din acest punct de

IASI-2010

22


vedere de mare importanta este si inaltimea punctului de atac in raport cu forma , deosebindu-se trei moduri fundamentale de turnare si anume :

Turnarea directa sau de sus ; Turnarea din lateral ; Turnarea indirecta sau prin sifon , cum se vede in Fig.1.13 . Canalele de evacuare , completeaza reteaua de turnare si respecta cu elementele

retelei si cavitatea formei principiul vaselor comunicante , Fig.1.13 .

La baza dimensionarii retelei de turner sta principalul criteriu acoperitor , respective timpul de umplere a formei , care trebuie sa fie cat mai mare decat timpul de evacuare al aerului si gazelor din forma si mai mic decat cel al turnabilitatii optime , al fluiditatii suficiente . Calculul de dimensionare al retelei de turnare , presupune in primul rand determinarea sectiunii totale a canalelor de alimentare considerate ca cea mai mica din retea . Sectiunea celorlalte elemente ale retelei de turnare , respective canalul de distributie si al piciorului de alimentare se determina pe baza de date experimentale in functie de sectiunea alimentatorilor .

1.4. EXECUTAREA FORMELOR

IASI-2010

23


Executarea unei forme cu pereti grosi din amestec de nisip , presupune efectuarea urmatoarelor operatii : Indesarea amestecului de formare in rame pentru obtinerea configuratiei geometrice a piesei prin mulare perfecta pe model , ca si pentru asigurarea unei rezistente suficiente ; Executarea canalelor de ventilare pentru evacuarea mai usoara a gazelor rezultate in procesul de turnare ; Extragerea modelului din forma ( demularea ) ; Finisarea si asamblarea formei in vederea turnarii ; Dupa gradul de mecanizare , se disting doua directii : formarea manuala , cu mai multe variante si formare mecannizata , cu mai multe variante .

1.4.1. FORMAREA MANUALASe aplica pentru obtinerea de piese unicat sau cateva bucati in conditii date ale procesului de productie ( investitii mici ) si respective pentru piese mari de pana la 200 tone . Se deosebesc mai multe variante ale formarii manuale , dintre cele mai uzuale enumerandu-se : Formarea in solul turnatoriei ; Formarea in rame cu model sectionat ( cu plan de separatie ) ; Formarea cu sablonul ; Formarea cu miezuri ; Formarea cu nisipsi sticla solubila intarit cu CO2 ; In cele ce urmeaza va com prezenta variantele formarii manuale : Formarea in solul turnatoriei . Cunoaste doua subvariante : in sol deschiscu model monolithic , pentru piese simple , fara goluri sau cu goluri simple si fara pretentii de calitate ( de exemplu , bare , gratare sau elemente de gratar pentru focare

, contragreutati ) si formare inchisa , cand se foloseste si o rama suplimentara care rezolva precizia piesei si la partea superioara , Fig,1.14 .

IASI-2010

24


Formarea in rame . Formarea in rame , cu model se executa in doua sau mai multe rame de formare , de diferite dimensiuni si constructii , folosind modele de lemn sau metalice , si este procedeul de formare practicat cel mai frecvent . Modelul folosit poate fi executat dintr-o singura bucata , caz in care se formeaza in rama superioara reteaua de turnare si eventual maselotele , Fig.1.15 , sau din parti distincte , separate prin unul sau mai multe plane de separatie , care coincide cu planul de separatie al formei , Fig.1.2. ( a ) . Executarea modelului demontabil este impusa de necesitatea scoaterii acestuia din forma , dupa batere .

Formarea cu sablonul , se aplica in cazul fabricarii unor piese unicat , care au forma de revolutie cu sabloane de rotatie si mai rar pentru alte piese sau sau detalii manevrand sabloane de translatie . Sabloanele , mai simple , inlocuiesc modelele de la metodele de anterioare . IASI-201025


Cel mai simplu , sabloanele se fac din lemn cu marginea curate , Fig.1.16 , iar pentru manevrarea sablonului in proces se foloseste un dispozitiv special , respective un ax vertical sau orizontal pe care se prevad si bratele de prindere a sabloanelor si inelele limitatoare .

Formarea cu miezuri , se practica in cazul productiei de serie mare si de masa la fabricarea unor piese de configuratie complexa cum sunt , blocuri motor , chiulase , cilindri si alte piese in constructia de masini . Metoda prezinta importante avantaje : mareste precizia pieselor turnate : se scurteaza procesul de formare si se reduce rebuturile . Realizarea formei de turnare , IASI-201026


presupune deci , executarea separata a unor miezuri , care se asambleaza si constituie forma . Pentru exemplificare , in Fig.1.17 se prezinta formarea numai cu miezuri a unei roti dintate cu bandaj , spite si butuc .

Formarea cu nisip si sticla solubila intarit cu CO2 . Aceasta se aplica pentru turnarea de piese cu masa de pana la 40 tone , fabricate unicat sau de serie . Procesul de formare , consta in indesarea pe model a unui amestec special cu sticla solubila , intr-un strat de 50-70 mm , in restul formei se umple cu amestec obisnuit de umplutura . Amestecul special este alcatuit din nisip cuartos , cu 5-6% silicat de sodiu ( sticla solubila ) . Dupa indesarea totala a amestecului in forma se insufla timp de 0,5-3minute CO2 la o presiune de 1-3daN/cm2 . Sub actiunea bioxidului de carbon , sticla

solubila reactioneaza chimic formand silicagelul , care intareste forma eliminand uscarea , rezistenta formei ajunge la 13daN/cm2 .

IASI-2010

27


Nisipul cuartos trebuie sa aiba un continut scazut de argila , sub 3-4% iar sticla solubila un modul m de 2-3,028 si o densitate de 1.52- 1.56g/cm3 . Cu cat modulul este mai ridicat , cu atat autoincalzirea este mai rapida . Aceasta metoda necesita o instalatie amenajata de racord la buteliile cu CO2 si de insuflare in in forma . De regula , insuflarea se face prin model ( o retea de perforatii ) cu ajutorul unor incinte de insuflare , asa cum se vede pe Fig.1.18 .

Drept avantaje , metoda prezinta urmatoarele:elimina liantii scumpi pentru executarea miezurilor , elimina uscarea si deci utilajele necesare si consumul energetic ; precizia pieselor creste , intrucat demularea se face dupa de amestecul este intarit ; se reduce pericolul aparitiei suflurilor ; se foloseste acelasi amestec pentru formare si miezuri ; creste productivitatea datorita rapiditatii autointaririi . Metoda are ca drept dezavantaje : consumul de CO2 , pericolul de inghetare a conductelor de CO2 , dezbaterea grea a formelor si in mod deosebit a miezurilor .

1.4.2. FORMAREA MECANIZATA

IASI-2010

28


Se practica pentru productia de serie si de masa , cand formele se executa cu ajutorul unor masini si instalatii mecanizate de lucru . Pentruformare se folosesc in acest caz placile de model , separat pentru rama inferioara si respective rama superioara . Formarea mecanizata realizeaza urmatoarele activitati :

Asezarea ramie pe masina ; Introducerea amestecului de formare in rame ; Indesarea amestecului de formare in model ; Extragerea modelului din forma ( demularea ) ; Transportul si asamblarea semiramelor in vederea turnarii . Masinile de format lucreaza cu amestec unic si asigura o precizie geometrica

ridicata a cavitatii formei , creste productivitatea muncii , reduce manopera scurteaza ciclul de fabricatie a unei piese . Clasificarea masinilor de format se face dupa modul de indesare , si anume :

Cu indesare prin presare ; Cu indesare prin scuturare ; Cu indesare prin aruncare ; Cu indesare prin vacuumare . Formarea mecanica prin presare . Amestecul de formare dozat in rama de

formare este indesat la gradul dorit prin intermediul unei supraumpleri cu ajutorul unui cadru suplimentar , Fig.1.19 .

IASI-2010

29


Presarea se realizeaza cu ajutorul pistonului masinii ( actionat hidropneumatic ) si indesarea se poate face in doua moduri : cu presare de sus in jos au din partea sabotului , respective amestecul este indesat pe model ; si cu presare din jos in sus , cand modelul preseaza amestecul in rama . Neuniformitatea indesarii creste cu cresterea inaltimii modelului sau a ramelor si prin urmare , afacacitatea metodei limiteaza inaltimea ramie intre 200-250 mm , iar presiunile de compactare nu depasesc 10-15daN/cm2 . Determinarea inltimii h a ramie de supraumplere pleaca de la faptul ca in proces greutatea amestecului dozat nu se schimba , ci numai volumul se modifica . Formarea mecanica prin scuturare . Metoda se bazeaza pe ciocnirea a doua mase , dintre care una este rigid legata de sursa de miscare ( modelul si rama de formare ) si cealalta este libera ( amestecul de formare ) . Dortele de impact create in proces provoaca indesarea amestecului pe model si din strat in strat pe inaltimea ramie . Gradul de indesare scade intrucateva pe inaltimea ramie , Fig.1.20 , datorita faptului ca si calitatea de amestec scade pe masura ce ne ridicam pe inaltimea ramie .

IASI-2010

30


Acest neajuns la partea superioara a ramie se poate corecta printr-o indesare suplimentara , care se face operativ manual sau tot mecanizat , cand masina de scuturat este prevazuta si cu sistem de presare mecanica finala dupa principiul masinilor de formare mecanica prin presare . Forma mecanica prin aruncare . Se bazeaza pe efectul de indesare obtinut prin aruncarea unor catitati mici de amestec de formare , in mod continu , asupra modelului si apoi asupra straturilor depuse , pana la comportarea ramei de formare . Forta de aruncare , care conditioneaza si gradul de indesare , depinde , conform teoriei ciocnirii corpurilor , de raportul maselor , de vitezele de ciocnire si de rigiditatea maselor . Masina de aruncat, are ca dispozitiv principal , capul aruncator , Fig.1.21. format dintr-o carcasa in care se invarte in rotor cu palete , care arunca tangential pe verticala amestecul de formare . Aceasta metoda prezinta drept avantaje doar la piesele mari si foarte mari , cu mare gabarit in plan orizontal , deoarece la piesele mici creste prea mult risipa de formare in jurul lamei de formare .

IASI-2010

31


Formarea prin vacuumare . Se foloseste ca amestec de formare nisipul calibrat , spalat , intucat liantul este suplinit de efectul vidului . Pentru aceasta , ramele si placile de model sunt speciale cu posibilitatea de racordare la pompa de vid . In principiu , modul de executarea a unei rame prin acesta metoda se vede in Fig.1.22 .

1.5. EXECUTAREA MIEZURILORIASI-201032


Pentru a produce cavitati in turnare , cum ar fi cele pentru lichidul de racire in blocurile de motor , sunt folosite forme negative pentru a produce miezuri . De obicei , la formele din nisip , miezurile sunt introduce dupa inlaturarea modelului . De fiecare data cand este posibil , designul initial este facut in asa masura incat sa evite folosirea miezurilor , datorita costurilor ridicate si timpului suplimentar necesar folosirii lor .

Doua tipuri de turnari rezultate din matritele anterioare : bronz si aluminiu Cu o matrita completa si o umezeala corespunzatoare , cutia care contine forma de nisip este pozitionata pentru introducerea metalului lichid cum ar fi : fier , otel , aluminiu , magneziu etc. Dupa turnarea metalului lichid , cutia este data la o parte pana la o racire suficienta a metalului . Dupa aceasta operatie , nisipul este inlaturat lasand in urma sa o turnare bruta , care in cazul fierului sau otelului inca mai patreaza culoare rosie .

IASI-2010

33


Cand efectuam turnari cu metale precum fier sau plumb , care sunt considerabil mai grele decat forma de nisip , cutia de formare este de obicei acoperita cu o placa stabila pentru a preveni o asa numita plutire a formei . Aceasta problema apare cand presiunea metalului impinge nisipul deasupra cavitatii formei , ducand astfel la distrugerea procesului de turnare .

n stanga observam cutia de miez cu miezurile rezultate sub aceasta iar in dreapta observam modelul ( folosit cu miezul ) si rezultatul turnarii sub acesta ( firele care se observa sunt ramasite de la miez ) . Dupa turnare , miezurile sunt inlaturate prin batai sau lovituri repetate . Metalul din canale si din maselota este inlaturat de pe piesa bruta . Pot fi aplicate diferite tratamente termice pentru a inlatura solicitarile survenite in urma racirii initiale si pentru a adauga duritate materialului turnat : in cazul otelurilor sau fierului se aplica o calire in apa sau ulei . Suprafata mai poate fi intarita si cu ajutorul tratamentelor de comprimare .

IASI-2010

34


CAPITOLUL IIPUNEREA IN PRACTICA A TURNARII IN FORMELOR TEMPORARE 2.1. TEHNICA DE TURNARE IN FORME TEMPORAREPentru a sublinia importanta acestor metode de turnare , mai jos vom prezenta punerea ei in practica la Ferrari cu ajutorul etapelor de turnare a unei piese in forme din nisip . 1 . Operatiile pregatitoare principale ale unei forme in vederea turnarii , mai cuprind : Asamblarea formelor si a miezurilor Uscarea miezurilor si a formelor Asigurarea si consolidarea formelor Turnatoria din cadrul uzinei isi fabrica singura formele de turnare si miezurile , din nisip si din cateva categorii de rasini si catalizatori chimici , acestia diferind de la o piesa la alta , dupa ce este turnata piesa , nisipul este inlaturat iar rasina este arsa pentru a permite astfel refolosirea nisipului . Mai jos , in partea dreapta , se observa o jumatate interioara a matritei care va forma suportul . De remarcat este cavitatea minuscula de la baza matritei care va forma una dintre tijele care pot fi folosite la testele de rezistenta la tractiune , In partea stanga avem bucati de miez din care se va forma interiorul piesei de turnat .

IASI-2010

35


Pentru a ajuta aluminiul topit sa treaca prin con , sectiunea subtire a matritei , unul dintre tehnicieni va arde matrita initial cu o flacara de acetilena . Carbonul depozitat inegreste epartea respective si actioneaza ca un lubrifiant care inlesneste curgerea aluminiului topit . 2 . Turnarea metalului in forme : Dupa marimea pieselor si seria de fabricatie , introducerea metalului topit in forme se realizeaza cu ajutorul unor oale de turnare de diferite capacitati , specifice pentru fonta , otel si neferoase . Dar cea mai mare importanta , pentru reusita turnarii , este alegerea temperaturiide turnare . Astfel daca temperature este ridicata , se imbunatateste fluiditatea metalului si umplerea formelor , insa creste absorbtia de gaz , oxidarea si pericolul de aderenta a amestecului la suprafata pieselor . Daca temperature este sub cea optima , atunci apare pericolul neumplerii formei si inglobarii aerului in corpul piesei. In principiu , temperatura optima de turnare pentru orice aliaj este intre 100-1500C deasupra liniei lichidus . In uzina Ferrari sunt folosite doua tipuri de turnari : turnarea sub presiune si turnarea simpla .

IASI-2010

36


Masina aceasta foloseste turnarea simpla cu ajutorul gravitatiei pentru a forma coturile suspensiilor si miezul pentru care am vazut ca se foloseste flacara de acetilena . Un echipament innovator cum este acesta poate fi programat sa toarne atat aluminiu cat este nevoie pentru umplerea matritei , usurand astfel sarcina tehnicienilor . 3 . Racirea , dezbaterea si curatirea pieselor turnate : Racirea pieselor turnate in forma , se face pana la atingerea temperaturii admisa la dezbatere in functie de metalul turnat :

piesele turnate din otel trebuie lasate sa se raceasca pana sub 7000C ; piesele turnate din fonta trebuie lasate sa se raceasca pana sub piesele cu configuratii complexe , susceptibile la deformare , trebuie

5000C ;

lasate sa se raceasca pana sub 3000C . Pentru scurtatea timpului de raciere in forma , mai ales in cazul pieselor masive se aplica diferite solutii :

se insufla asupra formei aer sub presiune ;

se amenajeaza prin forma la formare , serpentine sau tevi prin care se insufla

aer sau circula apa de racier ;

IASI-2010

37


partile nepericuloase ale piesei din punct de vedere al starii de tensiuni si

deformatii se dezbat mai devreme decat intreaga piesa . Dezbaterea este procedeul de distrugere a formei si de eliberare a piesei turnate In mod curent , cele mai utilizate solutii de utilaj de dezbatere sunt : cobilitele de dezbatere si gratarele de dezbatere .

La fabrica Ferrari , dupa procesul de turnare si dupa racirea piesei , matritele din nisip sunt sparte si inlaturate si apoi sunt tratate termic pentru a atinge rezistenta optima ( unule dintre ele sunt calite su ajutorul unor fluide polimerice ) . Insa inainte de tratarea termica , piesele dezbatute vor fi supuse unui proces de curatare pentru a indeparta de pe corpul piesei asa numitele capete pierdute ( maselote , elemente ale retelei de turnare ) , dar si a bavurilor ca si curatirea propriuzisa a piesei atat suprafata exterioara cat sic ea interioara . Indepartarea partilor metalice se face , dupa caz , astfel : cu dalti pneumatice , cu fierastraie mecanice cu banda sau disc , prin taiere termica , cu gaze , prin forfecare . Cei de la Ferrari inlatura rezidurile de material rezultate in urma turnarii care se regasesc pe canalele prin care a fost turnat aluminiul sau la liniile in care au fost incheiate jumatatile de forma , cu ajutorul unui dispozitiv exterior , apoi , piesele sunt curatate cu un jet de aer .

IASI-2010

38


In final , piesele sunt supuse metodelor de inspectate pentru descoperirea defectelor de turnare 10% din piesele turnate in uzinele Ferrari sunt supuse inspectiei cu raze X .

2.2. ELEMENTE DE DESIGNPiesa care urmeaza sa fie turnata si modelul sau trebuie sa fie concepute astfel incat sa se acomodeze fiecarui stadiu al procesului de turnare , pe cat posibil inlaturarea modelului sa se produca fara deranjamente la nivelul matritei , si sa prezinte locatiile speciale pentru pozitionarea miezurilor . Palnia si maselotele trebuie aranjate astfel incat sa permita fluxului de metal si gaze sa cuprinda toata matrita pentru a nu avea o turnare incompleta . Pungile da gaz pot cauza goluri interne , acestea putand fi vizibile imediat sau abia dupa o prelucrare intensa . Pentru aplicatii critice , in care costul este un factor important de decizie , se pot folosi metode non-distructive inainte lucrului propriu-zis asupra piesei .

2.3. MBUNATATIRI ESENTIALE ASUPRA TEHNOLOGIEI DE TURNAREn 1924 , compania de automobile FORD a atins un record de 1 milion de masini produse , proces care a consumat o treime din intreaga productie de turnare din SUA . Cum industria automobilistica a crescut , a aparut si nevoia de o eficienta mai ridicata a proceselor de turnare . Cererea in crestere pentru turnari din industria automobilistica si cea a masinilor unelte de dupa primul si al doilea razboi mondial , a stimulat noi inventii IASI-201039


privind mecanizarea , si mai tarziu automatizarea tehnologiei proceselor de turnare in forme de nisip .

Au fost realizate imbunatatiri in ceea ce priveste viteza de turnare , prepararea formelor de nisip , amestecul de nisip , procesele de fabricare a miezurilor , si in ceea ce priveste rata lenta de topire a metalului in cupola furnalelor . n 1912 a fost inventat aruncatorul de nisip de catre compania americana BRIDSLEY & PIPER . Tot in 1912 a fost realizat de catre compania Simpson si primul amestecator de nisip care folosea o miscare de rotatie mecanizata . n 1915 a fost primul experiment care a folosit argila bentonita in loc de argila arsa simpla ca liant pentru matritele de nisip . Aceasta a imbunatatit extraordinar rezistenta matritelor din nisip verde cat si celor din nisip uscat . n 1918 a intrat in productie prima topitorie automatizata care producea grenade de mana pentru armata Statelor Unite . n 1930 a fost instalat primul furnal electric de inalta frecvenata fara miez . n 1943 a fost inventata fonta prin adaugarea de magneziu la mult utilizatul fier gri . n 1946 a fost aplicata o imbunatatire la nisipul termal pentru matritele si mizurile de nisip . n 1952 a fost descoperit procesul D pentru marcarea invelisului matritei cu nisip sintetic fin . n 1953 a fost inventata cutia de nisip termica in care miezurile erau tratate termic , iar n 1954 a fost aplicat un nou liant si anume sticla solubila consolidate cu CO2 din aerul obisnuit . Turnarea rapida. Procese de turnare in forme de nisip

IASI-2010

40


Odata cu dezvoltarea rapida a industriei automobilistice si a masinilor unelte , a aparut si necesitatea unui volum de turnari mai mare si mai stabil .

Etapele proceselor de baza a turnarii mecanizate si a matritarii sunt similare cu cele cele prezentate mai sus . Dezvoltarea tehnica insa a fost atat de rapida si profunda incat caracterul proceselor de turnare in forme de nisip s-a schimbat radical . Turnarea in forme de nisip mecanizata Necesitatea imbunatatirii calitatii a dus la o crestere a stabilitatii formelor de turnare prin aplicarea cu fermitate a unei presiuni de comprimare si a unor metode moderne de compresare a nisipului in cutiile de formare . La inceputul anilor 50 a fost descoprita turnarea sub presiune ridicata si a fost aplicata initial liniilor de productie mecanizate si apoi liniilor de productie automatizate . Turnarile mecanizate utilizau socuri sau vibratii pentru a compresa nisipul in cutiile de formare de la etapa la etapa si puterea pistoanelor cu aer comprimat pentru presarea matritelor . Turnarea orizontala in formele de nisip n prima linie automata de turnare orizontala nisipul era imposcat sau aruncat pe modelul din cutia de formare si comprimat cu ajutorul unei presiuni hidraulice de pana la 140 de bari . IASI-201041


Utilizarea ulterioara a matritei presupune intoarcerea , asamblarea , si mpingerea pe o banda rulanta , aceasta find realiazata fie manual fie automatic .

La sfarsitul anilor 50 au fost utilizate pistoane sau sisteme de pistoane hidraulice pentru comprimarea nisipului din interiorul cutiilor de formare . Aceasta metoda oferea mai multa stabilitate si acuratete formelor decat putea oferi metoda manuala sau cea pneumatica . La sfarsitul anlor 60 consolidarea formelor de turnare se realize cu ajutorul presiunii rapide a aerului sau cu ajutorul presiunii gazelor . n schema de mai jos sunt prezentate principiile generale de functionare a turnarii orizontale :

IASI-2010

42


1. C-tin Ciochina , Tehnologia materialelor , Vol. I , Iasi 1983 ; 2. Ion Malureanu , Costica Bejinariu , Tehnologia materialelor , Ed. Gh.Asachi, Iasi 1999 3. A. Florescu , C. Bejinariu , A.Dima , Stiinta si tehnologia materialelor , Ed. Pamfilius , Iasi 2001 ; 4. C. Bejinariu , I. Malureanu ,Tehnologia materialelor , Ed. Tehnopress, Iasi 2003 ; 5. V. Margineanu s.a. , Utilajul si tehnologia meseriei , E.D.P. , Bucuresti , 1997 ;

IASI-2010

43


6. I. Gheorghe s.a. , Utilajul si tehnologia meseriei , E.D.P. , Bucuresti , 1997 ; 7. www.ferrari.com

IASI-2010

44

tehnologia de turnare in forme

Documents