Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 2

Download Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 2

Post on 05-Jul-2015

1.324 views

Category:

Documents

4 download

TRANSCRIPT

CAPITOLUL 2. PRELUCRAREA PRIN TURNARE 2.1. Consideraii generale Turnarea - este metoda tehnologic de fabricaie a unei piese prin solidificarea unei cantiti determinate de metal lichid, introdus ntr-o cavitate de configuraie geometrice corespunztoare. Este una dintre cele mai vechi metode tehnologice de prelucare a metalelor. Turnarea este o metoda tehnologic care are la baz principiul fizic n virtutea cruia orice lichid ia forma vasului ce l conine. Avantaje (Puncte tari) 1) Permite realizarea unor piese de geometrie complex la preuri reduse n raport cu piesele obinute prin alte metode; 2) Accesibilitate (se poate asimila cu costuri minime i n general nu necesit mn de lucru nalt calificat); 3) Se preteaz la mecanizare i automatizare; 4) Permite obinerea unei structuri uniforme a materialului piesei. Dezavantaje (Puncte slabe) 1) Compactitate i rezisten mecanic redus a pieselor obtinute prin acest procedeu; 2) Precizia dimensional este redus; 3) Consum mare de manoper, mai ales la turnarea n forme temporare; 4) Consum mare de energie pentru elaborarea i meninerea materialului n stare lichid; 5) Este o metod de fabricaie poluant. Prin turnare se pot prelucra att piese metalice ct i cele nemetalice. Statistic 50 - 70% din totalitatea pieselor utilizate se obin prin turnare (spre exemplu 55% la subansamblele tractorului). Dezvoltarea sectorului de turntorie conduce la micorarea sectorului de prelucrri prin achiere, deoarece prin creterea preciziei de turnare adaosurile de prelucrare devin mai mici i ponderea prelucrrilor ulterioare turnrii scade. Teoria turnrii studiaz urmtoarele probleme: proprietile metalelor n stare lichid; solidificarea pieselor turnate; hidraulica turnrii; proprietile materialelor de formare; 25

proiectarea i execuia formei de turnare; Dintre proprietile metalelor n stare lichid n procesele de turnare intervin n mod direct fluiditatea i tensiunea superficial. La temperatura de turnare, metalele lichide prezinta o vscozitate de 1,5 3 ori mai mare dect cea a apei. Vscozitatea materialului topit este influenat de : - temperatura metalului lichid (n mod normal este de 50 100 K peste temperatura de topire, n momentul turnrii. Limita superioar nu trebuie depit deoarece riscm arderea elementelor de aliere, cu consecine nefaste asupra caracteristicilor mecanice ale piesei obinute prin turnare); - compoziia chimic; Procesul cristalizrii primare a materialului turnat are o importan hotrtoare pentru calitatea piesei i n primul rnd pentru proprietile mecanice ale acesteia. Creterea rezistenei mecanice rezult din micorarea dimensiunilor grunilor, condiie care se obine din mrirea artificial a numrului germenilor de cristalizare prin introducerea n masa metalului lichid a unor cantiti mici de substane numite modificatori (Ca, Si, Al, Mg). Viteza de solidificare se poate defini ca viteza de deplasare a frontului de cristalizare n interiorul masei de metal topit. Odat cu mrirea vitezei de solidificare se nruttesc rezistena i plasticitatea metalelor. 2.2. Proprietile de turnare ale metalelor i aliajelor Proprietatea tehnologica a materialului metalic de a se turna n piese se numete turnabilitate. Proprietile fizice care influeneaz turnabilitatea sunt: 1) Fuzibilitatea - proprietate a materialelor metalice de a trece n stare lichid. Metalele i aliajele care se topesc la temperaturi joase se numesc uor fuzibile. Pentru metalele uor fuzibile se folosesc instalaii de topire simple, iar preul acestora este sczut. 2) Fluiditatea - proprietatea metalelor i aliajelor aflate n stare lichid de a curge cu uurin i de a umple forma n care sunt turnate. Piesele cu perei subiri i contur complex se obin numai din materiale cu fluiditate ridicat. 3) Tensiunea superficial - fora care se exercit tangenial la suprafaa lichidelor, datorit interaciunii dintre atomii de la suprafaa lichidului i cei din jur. Cu ct tensiunea

26

superficial este mai mare, cu att calitatea suprafeei pieselor turnate este mai bun. n timpul procesului de solidificare n piesa turnat au loc fenomene secundare care conduc la formarea retasurilor, suflurilor, fenomene care se datoreaz n principal strii de agregare i reducerii dimensiunilor la rcire (contracie). 2.3. Structura formelor turnate Forma de turnare este dispozitivul specific cu ajutorul cruia se realizeaz piesa turnat. Sinonime sunt: cochila, matria de injecie, etc. Prile componente ale formelor de turnare sunt: reeaua de turnare; cavitatea formei; maselotele (atunci cnd sunt necesare); Reeaua de turnare - reprezint ansamblul canalelor care servesc la introducerea i dirijarea metalului lichid n form. Ea are ca scop s asigure umplerea rapid a formei fr distrugerea acesteia i s favorizeze rcirea uniform i dirijat a piesei turnate. Ea trebuie s asigure: - umplerea rapid dar linitit a cavitii formei; - s rein impuritile, astfel nct acestea s nu ajung n interiorul cavitii formei; - s asigure o repartizare corect a temperaturii n metalul din form, prin alegerea corect a punctelor de intrare.

27

1 = gura plniei; 2 = piciorul plniei; 3 = canalul colector de zgur; 4 = canalele de alimentare Fig. 2.1. Reeaua de turnare Elementele componente ale reelei de turnare sunt : 1) Gura plniei de turnare - uureaz introducerea metalului lichid n cavitatea formei prelund o parte din ocul vnei de metal topit. Din punct de vedere constructiv gura plniei se execut sub forma de plnie tronconic, cup sau bazin. Cupa este folosit n cazul debitelor mari de lichid i este prevazut cu un prag pentru reinerea zgurei; Bazinele sunt cupe de dimensiuni mari, cu o capacitate de 50 - 60% (uneori 100%) din volumul de metal necesar turnrii i au dopuri la intrarea n piciorul plniei. Se aplic la turnarea pieselor de gabarite mari.

28

Fig.2.2. Variante c onstructive ale gurii plniei 2) Piciorul plniei de turnare - este un canal vertical, tronconic, care face legatura ntre gura plniei i colectorul de zgur. El se execut cu seciunea tronconica variabil, descresctoare nspre punctul de alimentare. 3) Colectorul de zgur - are rolul de a reine zgura, impuritile i de a asigura ptrunderea linitit a metalului n canalele de alimentare. Pentru a se reine zgura colectorul trebuie s aib o nlime mare ca s permit ridicarea la suprafata a impuritilor. 4) Canalele de alimentare - (unul sau mai multe) fac legatura ntre colectorul de zgur i cavitatea formei. Seciunea transversala a acestora poate fi dreptunghiular, triunghiular sau trapezoidal i mai rar circular. Calitatea unei piese turnate depinde n mod esenial de corectitudinea dimensionrii i execuiei reelei de turnare. Proiectarea reelei de turnare impune: 1) Stabilirea locului de alimentare cu metal a cavitii formei turnare directa; turnare lateral; turnare indirect cu sifon; 2) stabilirea schemei de amplasare a canalelor; 3) determinarea duratei de turnare; 4) calculul seciunii elementelor reelei; Trebuie s avem n vedere faptul c reeaua de turnare se nltur dup turnare i deci o reea de turnare voluminoas conduce la un indice sczut de utilizare a metalului, n timp ce o reea de turnare subdimesionat poate conduce la nghearea metalului topit si deci la obinerea unor piese incomplet turnate. Cavitatea formei - asigura obinerea piesei turnate la configuraia i dimensiunile dorite. Proiectarea geometriei cavitii formei este o problem fundamental n tehnica turnrii.

29

Cavitatea formei trebuie s reziste presiunii dinamice a jetului de metal lichid. Maselotele sunt rezervoare de metal lichid, amplasate corespunztor sub form de prelungiri ale piesei turnate. Rolul lor principal const n alimentarea cu metal lichid a cavitii formei pe durata rcirii i solidificrii, n vederea compensrii contraciei volumetrice. Cavitatea formei se umple cu metal lichid cu volum specific corespunztor temperaturii de turnare, mai mare cu 312% dect volumul specific al metalului la temperatura mediului ambiant. Deci fr luarea unor msuri imediate va apare un deficit de material sub form de goluri de contracie numite retasuri. Pentru combaterea retasurilor trebuie asigurat solidificarea dirijat a pieselor turnate prin: aezarea prii groase a pieselor n sus; corecta dimensionare i amplasare a maselotelor; Problema retasurilor se pune n special la materialele cu coeficieni de contracie ridicai: oel, fonte. Maselotele au urmtoarele dezavantaje: crete consumul de metal (35-50%); mreste consumul de manoper pentru nlturarea lor; 2.4. Clasificarea procedeelor de turnare Clasificarea procedeelor tehnologice de turnare se face dup urmtoarele criterii: I. Dup durabilitatea formei (numrul de turnri ce se pot efectua cu aceeai form) : 1. forme temporare (1 form de turnare conduce la obinerea unei piese turnate); 2. forme semipermanente (1 form de turnare conduce la obinerea a aproximativ 10 piese turnate); 3. forme permanente (1 form de turnare conduce la obinerea ctorva sute de piese turnate); II. Dup forele care acioneaz asupra metalului topit n timpul turnrii i al solidificrii metalului: 1. static; 2. centrifugal; 3. sub presiune; 30

III. Dup mrimea presiunii la care se toarn: 1. depresiuine; 2. suprapresiune; 3. presiune normal; IV. Dup modul de turnare: 1. direct; 2. indirect; 3. continu; 4. intermitent; 5. n planul de separaie; V. Dup numrul planelor de separaie: 1. fr plan de separaie; 2. cu un plan de separaie; 3. cu mai multe plane de separaie; VI. Dup grosimea pereilor: 1. perei groi; 2. pereti subiri (coji); VII. Dup gradul de uscare al formei: 1. forme crude (umede); 2. forme uscate; VIII. Dup natura liantului: 1.solid (argil, bachelit, etc.); 2. lichid (ap, rini, silicat de sodiu, etc.); 3. gazos (vid); IX. Dup gradul de automatizare: 1. manual; 2. mecanizat; 3. automatizat; Varietatea extrem de mare a procedeelor de turnare utilizate n prezent este legat de : volumul produciei (cantitatea de material turnat anual) ; caracterul produciei ; 31

numrul de repere ; mrimea seriei de fabricaie . 2.5. Etapele fundamentale ale procesului tehnologic de turnare Ciclul de fabricaie al unei piese turnate cuprinde urmtoarele etape : 1. Proiectare tehnologic. Este etapa cea mai important, de ea depinznd succesul ntregului ciclu de fabricaie. Acum se concepe dimensiunea normativ a procedeului tehnologic, succesiunea fazelor, ca i echipamentul tehnologic de formare i miezuire. 2. Confecionarea modelului, cutiilor de miezuri, ramelor de formare (echipamentul tehnologic). 3. Executarea cavitii formei. Specificitatea fiecrui procedeu tehnologic de turnare const n modul de obinere a cavitii formei , restul etapelor fiind comune, indiferent de procedeul tehnologic de turnare adoptat. 4. Elaborarea materialului topit. 5. Turnarea propriu-zis. 6. Constituirea piesei turnate. 7. Dezbatere. Const n extragerea piesei turnate constituite din cavitatea formei. Dac forma este durabil, atunci dezbaterea se reduce la deschiderea formei si extragerea piesei turnate. Dac forma este temporar, extragerea piesei turnate presupune distrugerea acesteia. 8. ndeprtarea reelei de turnare. Se realizeaz prin tierea canalelor de alimentare, fie cu flacr de gaze, fie prin achiere. 9. Curarea. Const n ndeprtarea particulelor aderente la suprafeele piesei turnate. Operaia se poate realiza prin sablare cu alice, cu jet de ap sub presiune, manual sau n tobe rotative. 10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.). Presupune verificarea dimensional, a calitii suprafeei, a compoziiei chimice, a caracteristicilor mecanice, a structurii, a masei. Orice abatere de la valorile nominale indicate n documentaia de execuie este considerat defect. Defectele pieselor turnate sunt standardizate. 11. Remedierea defectelor de turnare se face prin diferite metode ce vor fi detaliate n capitolele urmtoare. 12. Tratament termic primar urmrete att eliminarea tensiunilor interne ce apar n timpul solidificrii i rcirii, ct i obinerea unei structuri cu gruni fini, urmare a recistalizrii.

32

Varietatea mare a procedeelor de turnare este condiionat de modul de obinere a cavitii formei turnate, restul etapelor fiind identice. Diferena dintre diferitele procedee tehnologice de turnare const n principal n modul de generare a cavitii formei, restul etapelor fiind aceleai, indiferent de procedeul tehnologic utilizat. De aceea, n cele ce urmeaz studiul diferitelor procedee tehnologice de turnare se va reduce n mare msur la modul de obinere a cavitii formei . 2.6. Turnarea n forme temporare Formele temporare se confecioneaz din amestecuri de formare constituite din materiale granulare refractare (nisipuri), din liani i materiale de adaos. Rezistena mecanic a acestor forme se obine n urma ndesrii granulelor refractare nvelite cu o pelicul de liant. Formele temporare se realizeaz din punct de vedere constructiv n dou variante: cu perei groi (50 250 mm); cu perei subiri (forme coji, 5 15 mm); 2.6.1. Turnarea n forme temporare cu perei groi Turnarea n forme temporare cu perei groi reprezint nu un procedeu tehnologic, ci o familie de procedee tehnologice, deoarece confecionarea formelor temporare se realizeaz n mai multe moduri, fiecare dintre ele efectundu-se cu utilaje specifice, deci constituindu-se n procedee tehnologice distincte. Vom distinge deci un procedeu tehnologic de turnare n forme temporare cu perei groi ale cror forme se obin prin formare manual cu model n rame de formare , un altul la care formele se obin prin formare manual cu ablon n solul turntoriei, sau diferite procedee tehnologice de turnare n forme temporare cu perei groi obinute prin diferite metode de formare mecanizat, n funcie de utilajul utilizat. Varietatea mare a procedeelor tehnologice de turnare n forme temporare este condiionat de echipamentul tehnologic utilizat pentru formare i miezuire, de natura sursei de energie folosit pentru operaiile de ndesare, demulare i asmblare a formelor, de locul unde se confecioneaz forma de turnare. Dup fiecare turnare, formele temporare se distrug n faza de extragere a piesei turnate. 33

Avantaje Procedeul permite obinerea unei game largi de piese turnate din punct de vedere al greutii i configuraiei geometrice. Ele se preteaz n special pentru fabricaia individual i de serie mic. Dezavantaje precizie dimensional mic; calitate slab; proprieti mecanice inferioare ale metalului turnat; consum mare de material pentru reeaua de turnare; adaosuri de prelucrare mari; n ciuda dezavantajelor, prin acest procedeu se obin 80% din totalul pieselor turnate gravimetric. n vederea obinerii cavitii formei turnate prin acest procedeu tehnologic avem nevoie de : - Echipament tehnologic pentru formare i miezuire; - Materiale pentru forme i miezuri; Echipamentul pentru formare i miezuire se compune din: modele; plci model; abloane; cutii de miez; rame de formare.

Modelele sunt dispozitive cu ajutorul crora se imprim n amestecul de formare cavitatea formei corespunztor configuraiei exterioare a piesei de turnat. Modelele se execut din lemn (60-70%) de esen moale (pin, molid), de esen tare (tei, arin, pr), din metal sau din materiale plstice i compozite. Modelele din lemn rezist la 100 de formri manuale sau 1000 de formri mecanice. Modelele metalice se confecioneaz din aluminiu. Modelele trebuie s posede urmtoarele elemente constructivtehnologice, dintre care majoritatea se regsesc i n piesa turnat: planul de separaie asigur demularea i trebuie s fie n numr minim, cel puin 1; 34

demulrii;

nclinri ale suprafeelor frontale - pentru uurarea racordri - pentru a preveni apariia fisurilor; mrci - locauri pentru montarea miezurilor; adaosurile de contracie; adaosurile de prelucrare.

Fig.2.3. Mrci de centrare n vederea recunoaterii cu uurin a modelelor, datorit faptului c o aceai pies turnat poate fi obinuta din diferite aliaje cu diferii coeficieni de contracie, acestea se vopsesc n diferite culori, dupa cum urmeaz : oel - albastru ; font - rou ; mrcile de centrare se vopsesc n negru; aliaje neferoase - galben sau lac incolor. Plcile model se obin prin dispunerea unor semimodele metalice pe plci metalice (din aluminium); abloanele sunt dispozitive sub form de plci, cu contur bine determinat i care supuse unor micri de rotaie sau translaie genereaz n amestecul de formare suprafeele interioare ale cavitii formei. Se folosesc la serii de fabricaie mici i au o precizie sczut. Au avantajul costului redus fa de modele.

35

Fig. 2.4. abloane de rotaie i de translaie Ramele de formare - sunt dispozitive metalice utilizate pentru susinerea formelor temporare cu perei groi. Pentru fixarea i centrarea ramelor se folosesc boluri de centrare. De cele mai multe ori se obin din construcii sudate.

1=ram superioar; 2=ram inferioar; 3=suprafa separaie 4=mner manipulare; 5=guler ghidare; 6=bol centrare Fig. 2.5. Rame de formare Miezurile sunt o parte distinct a formei de turnare, cu ajutorul crora se obine configuraia interioar a pieselor turnate. Cutiile de miez - sunt dispozitive a cror configuraie corespunde golurilor sau orificiilor din piesa de turnat i servesc la confecionarea miezurilor. 36

Pentru piese cu configuraie simpl se execut un model, iar pentru piese cu configuraie complicat este necesar s se construiasc : - modelul propriu-zis; - cutia de miez; - modelul reelei de turnare; - modelele maselotelor; Golurile interioare ale piesei se obin cu ajutorul miezurilor executate n cutii de miez. Pentru a avea o anumit poziie n cavitatea formei, miezurile se aeaz n nite locauri numite mrci de centrare. Ele se materializeaz n cavitatea formei prin nite proeminene pe conturul exterior al modelului. Materiale folosite pentru forme i miezuri sunt amestecul de formare i amestecul de miez. Amestecul de formare este materialul din care se realizeaz, la formele temporare, interiorul formei de turnare. El este compus din: nisipuri; liani; materiale de adaos; Nisipurile - sunt materialele de baz ale amestecurilor de formare. Ele au drept principal component siliciul datorit proprietilor lui refractare. Ele pot fi brute , cu pn la 50% argil i splate cu pn la 0,2 2 % argil. Lianii - sunt materialele care ader la grunii de nisip i fac legtura ntre ei. Ei asigur plasticitatea i rezistena necesar a amestecului. - ARGIL; - BENTONIT) ANORGANICI CIMENTUL; - SILICATUL DE

Liani

- ULEIURI VEGETALE; - ULEIURI MINERALE; ORGANICI - ULEIURI SINTETICE; - DEXTRIN; 37

Fig.2.6. Structura amestecului de formare Accelerarea proceselor naturale de disociere i uscare este posibil prin : suflarea formelor i miezurilor cu CO2; introducerea de ferosiliciu mcinat n amestecul de formare; scufundare formelor n clorur de amoniu; Materiale de adaos cele mai frecvent utilizate sunt : ap; ageni de activare i accelerare a proceselor de ntrire; adaosuri pentru mbuntirea caracteristicilor, mecanice i tehnologice; Pe cavitatea formei, nainte de a se nchide forma, se aplic un strat de vopsea refractar. Vopselele refractare de turntorie sunt suspensii de material refractar (grafit, cuar) n ap sau alcool, crora li se adaug melas, dextrin sau bentonit pentru mrirea stabilitii. Aceste vopseluri sunt de protecie sau de izolaie. Se aplic pe suprafaa formelor i miezurilor nainte de uscare. 38

Pentru lipirea sau separarea formelor i miezurilor se utilizeaz cleiuri de turntorie. Pudrele de turntorie sunt materiale antiaderente. Ele pot fi de izolaie sau protecie. Pudrele de izolaie se presar pe suprafeele modelelor sau al cutiilor de miez pentru a le izola de amestecul de formare (de exemplu licopodiul). Pudrele de protecie se presar pe suprafeele formelor i a miezurilor crude pentru a evita aderena amestecului de formare la piesa turnat (exemplu grafit, talc, etc). Amestecurile de formare se difereniaz, din punct de vedere al compoziiei chimice, n amestecuri de formare pentru font, oel sau aliaje neferoase. Amestecuri de formare se folosesc pentru : formare; miezuire; remedieri; Amestecurile de forme se clasific n amestecuri de model amestecuri de umplere amestecuri unice Proprietile amestecurilor de formare sunt : a) - plasticitatea; b) - compresibilitatea; c) - permeabilitatea la gaze; d) - rezistena mecanic; e) - refractaritatea; f) - durabilitatea; Aceste proprieti sunt influenate de: umiditatea amestecului; compoziia granulometric; gradul de ndesare; compoziia chimic; compoziia mineralogic; Procesul tehnologic de obinere a cavitii formei piesei turnate se execut conform schemei de mai jos:

39

Prep. amestec

Execuie model

Execuie cutie miez

Prep. amestec miez

Execuia cavitii formelor de turnare Uscare Asamblarea formelor

Execuie miez Uscare

1=cavitatea formei; 2=reea de turnare; 3=rame de formare; 4=suprafaa de separaie 5=miez; 6=amestec formare; 7=maselote; 8=marc de miez; 9=canale aerisire Fig.2.7. Structura formei de turnare

40

Prezentm mai jos un exemplu de reet de amestecuri de formare unice pentru obinerea unei piese turnate din oel n forme uscate Amestec folosit i regenerat 40 - 80% Nisip splat 5 - 50% Argil 4 - 9% Umiditate 5 - 6%

Formarea este ansamblul operaiilor prin care se realizeaz forma de turnare. Termenul se refer numai la formele de turnare temporare i semipermanente confecionate din amestec de formare. Formarearea presupune: - introducerea amestecului de formare n rame; - ndesarea amestecului de formare; extragerea modelului din form (demularea). Metodele de confecionare a formelor (de formare) pot fi : manuale; mecanizate. Metode manuale de formare Aproximativ 40-60% din volumul de munca necesar obinerii pieselor turnate se consum pentru executarea formelor. Se aplic la unicate i serie mic. Principalele procedee tehnologice de formare manual sunt: 1. cu model n solul de turntoriei; 2. cu ablon n solul turntoriei; 3. cu ablon n forme semipermanente; 4. n rame de formare cu model dintr-o bucat; 5. n rame de formare cu model demontabil; 6. n rame de formare cu placa model; 7. n rame de formare cu ablon; Formarea mecanizat Specific acestor metode este utilizarea plcilor model i a amestecurilor de formare unice. Se aplic la operaii grele i cu volum mare de munc. Pe mainile de format se execut mecanizat cele trei operaii principale ale formrii i anume: introducerea amestecului de formare n rame; ndesarea amestecului de formare; extragerea modelului din form; Avantaje precizie mare; 41

reduc efortul fizic; productivitate mare; personal cu calificare redus, de aici rezultnd costul redus al manoperei; Dup modul de ndesare a amestecului, mainile de format mecanizat se clasific n : 1. Maini de format prin scuturare; 2. Maini de format prin presare; 3. Maini de format prin aruncare; 4. Maini de format prin suflare; 5. Maini de format combinate. Maini de format prin scuturare ndesarea amestecului se face sub aciunea forelor de inerie ale granulelor de nisip. Sunt maini pneumatice. nlimea de cdere a pistonului este de 30 - 80 mm, iar frecvena scuturrilor este de 250 lovituri / minut. Pentru formare sunt necesare 30 - 50 lovituri.

1=travers; 2=sabot presare; 3=plac model; 5=piston cilindru 6=cilindru presare; 7=ram formare; 10=piston; 11=canal admisie evacuare Fig. 2.8. Schema mainii de format prin scuturare Dezavantaje ocuri construcie complicat a plcii model i a fundaiei maini 42

Maini de format prin presare Fac parte din familia preselor pneumatice. Dozarea amestecului este asigurat prin dimensionarea corespunztoare a unei rame de umplere, aezat deasupra ramei de formare.

1=travers; 2=sabot presare; 3=ram formare; 5=cilindru; 6=ram formare; 7=plac model. Fig.2.9. Schema mainii de format prin presare Maini de format prin aruncare Realizeaz ndesarea prin proiectarea amestecului de formare, n straturi succesive pn la umplerea formei. Capul arunctorului este fixat pe un bra articulat. Se folosete pentru formarea pieselor mari.

43

1=model; 2=ram formare; 3=amestec formare; 4=cup 5=carcas metalic; 6=band transportoare. Fig.2.10. Schema mainii de format prin aruncare Maini de format prin suflare Funcioneaz pe principiul amestecrii aerului comprimat cu amestecul de formare i proiectrii amestecului n cutia de formare special cosntruit. 2.6.2. Turnarea n forme temporare cu perei subiri (forme coji) Formele coji sunt forme cu perei subiri avnd grosimi de 3...5 mm, realizate din amestecuri de formare speciale. Caracteristici Se aplic n special pieselor mici, cu grad mare de complexitate, n turntorii specializate, n producia de serie mare i mas, la care costul relativ ridicat al materialelor utilizate la formare este compensat de eliminarea unor operaiuni ulterioare de prelucrare prin achiere a piesei turnate. Avantajele metodei reduce consumul de amestec de formare; reduce manopera de formare i dezbatere; 44

mbuntete calitatea pieselor turnate, ntruct permeabilitatea i compresibilitatea formelor coji sunt mai bune; crete precizia dimensionalei calitatea suprafeelor, obinute prin turnare; posibilitatea mecanizrii procedeului; 2.6.2.1. Tehnologia de confecionare a formelor coji cu liant pe baz de rini termoreactive

Amestecul de formare este compus din nisip cuaros (granulaie 0,1 0,2 mm), praf de bachelit sau novolac (rin termoreactiv, 5 - 9% ) ca liant i urotropin fin mcinat (0,5 - 1% ), ca material de adaos. Plcile model, exclusiv metalice, se nclzesc la 500 - 750 K (n general la temperaturi mai mari dect punctul de polimerizare al liantului). Datorit temperaturii ridicate a plcii model, rina termoreactiv se topete, polimerizeaz i se ntrete ireversibil legnd grunii de nisip ntre ei. Pentru a mpiedica aderarea amestecului la placa model se pulverizeaz pe aceasta ulei mineral sau ulei siliconic. Grosimea formei coji este cu att mai mare cu ct temperatura plcii este mai mare i durata de meninere crete. Ea poate ajunge la 6 - 10 mm. Pentru omogenizarea cojii ea este supus dup demulare unei calcinri la 550 - 600 K. Formele coji se pot obine prin urmtoarele metode ; cderea amestecului termoreactiv pe placa model cald; prin suflarea amestecului termoreactiv pe placa model calda ; prin imersia plcii model n amestecul de formare ; Semiformele coji astfel obinute (care au i reeaua de turnare i eventual mrci de centrare) se asambleaz corespunztor solidarizndu-se cu scoabe elastice sau prin lipire cu cleiuri adecvate. Pentru turnare formele mari se introduc n containere, iar spaiul rmas ntre form si peretele containerului se umple cu nisip. Aceste containere se introduc n cuptoare unde are loc calcinarea, iar turnarea se face in forma cald, din urmtoarele considerente - Se evit prezena apei (sau a altui lichid) care n contact cu metalul topit poate vaporiza instantaneu i produce o presiune care s distrug forma i s pericliteze integritatea celor din jur. - Forma fiind cald viteza de solidificare i rcire scade, cu consecine benefice asupra structurii (se obin gruni fini). 45

-

Se evita distrugerea formei , datorita diferenei foarte mari de temperatur dintre form i metalul topit.

Fig. 2.11. Forme coji obinute prin cderea amestecului de formare

46

Fig. 2.12. Forme coji obinute prin suflarea amestecului de formare 2.6.2.2. Tehnologia de confecionare a formelor coji cu modele uor fuzibile Particularitatea esenial a acestui procedeu de formare const n aceea c operaia de demulare se realizeaz prin scurgerea din form a materialului modelului adus n stare lichid. n consecin este posibil confecionarea unor forme de turnare fr suprafa de separaie, ceea ce permite obinerea unor piese turnate cu precizie dimensional ridicat (+0,25 mm) la care este exclus n principiu necesitatea unei prelucrri mecanice ulterioare. Cel mai des modelele se execut din materiale ceroase (stearin + parafin) prin presare n stare pstoas ntr-o matri. Modelele din materiale ceroase au uneori ataat reeaua de turnare, iar alteori se asambleaz n ciorchine la o plnie de turnare comun. Pentru realizarea formei coji ciorchinele se imersioneaz de 3 - 6 ori n amestecul de formare compus din 50% praf de cuar i 50% silicat de sodiu dup care se presar nisip cuaros. Aplicarea unui strat nou se face numai dup ntrirea celui precedent. Accelerarea proceselor de ntrire a liantului se asigur prin imersionarea ciorchinelui presrat cu nisip n soluie de clorur de amoniu. Dup obinerea unei forme cu grosimea dorit, modelele fuzibile se ndeprteaz din form prin nclzire n curent de aer sau ap. Formele coji se usuc la 450 - 575 K i apoi se introduc n cutii metalice cu nisip i se calcineaz la 1275 - 1325 K n cuptoare electrice. Formele se scot din cuptor cu cteva minute nainte de turnare, iar turnarea se face n forme calde la 1000 K. Metoda asigur o mare precizie, dar este limitat de greutatea pieselor turnate. SE TOARN N FORMELE COJI CALDE (APROXIMATIV 1000K) DEOARECE N ACEST MOD SE CONTROLEAZ VITEZA DE RCIRE (PRIN SCDEREA ACESTEIA SE AMELIOREAZ STRUCTURA PIESEI TURNATE I prin aceasta caracteristicile mecanice) i se prentmpin eventualele accidente ce ar putea fi cauzate de prezen vaporilor de ap n cavitatea formei. 2.6.3. Turnarea n forme vidate

47

Turnarea n forme vidate reprezint un procedeu de turnare static n forme temporare. Deoarece specificitatea acestui procedeu const n modul de obinere a cavitii formei, (celelalte etape fiind identice cu cele ale celorlalte procede tehnologice de turnare) n cele ce urmeaz vom detalia numai aceast operaie. Procedeul se recomand pentru obinerea pieselor de dimensiuni mijlocii, n producie de serie mare i mas, permitnd automatizarea complet a procesului. n vederea obinerii cavitii formei se utilizez plci model, rame de formare de construcie special, amestec de formare din nisip fin fr liant sau materiale de adaos i folie de polietilen. Rama de formare se umple cu nisip fin, peste care se aplic o folie de polietilen. Cu ajutorul modelului (prin apsarea acestuia) se imprim n nisip forma i dimensiunile acestuia. n acest moment se cupleaz rama de formare la o instalaie de vid, obinndu-se prin vidare cavitatea formei. n mod analog se obine i cealalt semiform. Pe durata turnrii i solidificrii forma de turnare rmne cuplat cu instalaia de vidare. Dup arderea polietilenei la contactul cu aliajul topit etanarea se face satisfctor prin masa aliajului. Dup turnare se recupereaz 90% din nisip. Procedeul permite obinerea unor piese turnate n condiii de precizie dimensional i de calitate a suprafeei deosebite. De asemeni se reduc manopera de formare i de obinere a amestecului de formare.

48

Fig. 2.13. Schema turnrii n forme vidate Turnarea n forme vidate are urmtoarele avantaje: - cost redus al materialelor de formare; - este nepoluant; - productivitate ridicat; - cost redus al manoperei de formare; - condiii mai bune de lucru; 49

- simplific prepararea amestecului de formare; Se remarc necesitatea folosirii unor rame de formare de construcie special, prevzute cu orificii pentru absorbia aerului i cu site fine pentru a preveni absorbia nisipului. In cazul pieselor cu configuraie interioar se pot folosi miezuri clasice din amestec de miez. Se utilizeaz plci model metalice, care se nclzesc n prealabil n vederea unei mai bune mulri a foliei de polietilen. Dup asamblare i nchidere formele se menin vidate pn la umplerea complet a formei i solidificarea unei cruste de metal la partea exterioar a piesei. Vidarea favorizeaz o bun degazare a metalului turnat. 2.6.4. Turnarea de precizie cu modele gazefiabile din polistiren Ca i alte procedee tehnologice de turnare, specificitatea acestuia const n modul de obinere a cavitii formei. n 1958 Harold Shroyer patenteaz tehnologia de turnare n forme pline, fr demularea modelului (cavityless casting mold - forma de turnare fr cavitate a formei). Tehnologia ptrunde n Romania n anii `80 prin achiziionarea de la firma italian FATA a unui robot de turnare cu patru posturi pentru pistoanele autoturismelor OLTCIT, care utilizeaz tehnologia numit POLICAST PROCES (modele expandabile din polistiren expandabil).

50

Fig. 2.14. Reprezentarea schematic a proceselor metalurgice la turnarea cu model gazeificabil Vom expune n cele ce urmeaz principiul acestui procedeu , aa cum rezult el i din figura 2.15. Geometria piesei turnate rezult concomitent cu eliminarea modelului din polistiren din forma construit din nisip uscat, fr liant. Sunt utilizate modele din polistiren expandat, vopsite, astfel nct crusta refractar sub aciunea presiunii gazelor rezultate la termodistrucia modelului menin rigiditatea formei i pastreaz configuraia cavitii amprent, evitnd surparea nisipului. Stratul de vopsea trebuie s aib i o oarecare permeabilitate astfel nct s asigure evacuarea corespunztoare a gazelor rezultate prin descompunerea polistirenului. Nu exist un contact direct ntre aliajul lichid i nisip i nici ntre metal i polistiren. Spaiul Dpoart denumirea de volum de control i are o mrime de aproximativ 1 mm. Pentru creterea vitezei de gazefiere, n compoziia polistirenului expandat se introduc diferiti compui care contribuie la : 51

creterea vitezei de topire i de gazefiere al polistirenului; ruperea complet i rapid a legturilor din lanul polistirenului n procesul de termodistrucie. Topirea total a modelului are loc ntr-un interval scurt de timp 1,54 secunde. Rezistena la rupere a aliajelor turnate prin acest procedeu tehnologic este superioar cu aproximativ 5% celei a aceluiai aliaj turnat n form temporar cu model de lemn. Modelele de polistiren se obin n matrie prin umflarea granulelor de polistiren i sudarea ntre ele. Dac modelele sunt foarte complexe, ele se pot confeciona din buci i asambla prin lipire. Operaia de formare are trei etape principale : 1) Aezarea modelului centrat n cutia de formare ; 2) Acoperirea modelului cu nisip uscat, fr liant ; 3) Indesarea nisipului n jurul modelului, pentru a realiza o mularea ct mai perfect a nisipului pe suprafaa lui. Pentru formare, n locul perechii clasice de rame de formare se utilizeaz cutii metalice de tip container, cilindrice sau poligonale, care permit manipularea mecanizat. Dup umplerea cu nisip a cutiilor se realizeaz ndesarea prin scuturare. Putem mrii gradul de ndesare al nisipului prin vidare. Dac piesele turnate au i configuraie interioar se pot utiliza miezuri (metalice sau nemetalice), care se ncastreaz n prealabil n model, la operaia de expandare a granulelor de polistiren. Se pot utiliza reele de turnare clasice. Fa de procedeele de turnare clasice n forme temporare, acest procedeu de turnare cu modele gazificabile din polistiren prezint urmtoarele avantaje: 1) Nu apar bavuri n special n planul de separaie, datorit absenei acestuia, modelele fiind monobloc; 2) Lipsa mrcilor de centrar, ceea ce micoreaz tolerana dimensional i de poziie ; 3) Se elimin operaia de demulare; 4) Elimin lemnul din modelarii, scznd costurile de fabricaie; 5) Dispare operaia de ntrire a formei; 6) Procedeul se preteaz la automatizare. Avnd n vedere faptul c fenomenele i legile proprii ale acestui procedeu difer de cele ale celorlalte procedee tehnologice de turnare, procedeul poate fi asimilat n categoria celor neconvenionale.

52

2.7. Turnarea n forme durabile (metalice) Formele permanente sunt confecionate din materiale durabile, care permit utilizarea formei de mai multe ori, fr recondiionri.. Ele sunt confecionate din materiale metalice, refractare ceramice. Cel mai frecvent ele sunt confecionate din font cenuie sau perlitic. n raport cu turnarea n forme temporare, turnarea n forme durabile prezint urmtoarele particulariti: Avantaje mbuntete caracteristicile mecanice ale pieselor turnate cu 10 - 30 %; mbuntete precizia dimensional i calitatea suprafeelor turnate; reduce cu 50 - 60% manopera de formare; reduce consumul de materiale de formare; asigur condiii mai bune de lucru; se reduce adaosul de prelucrare; Dezavantaje cost ridicat al formelor; conductivitate termic ridicat a formei, ceea ce duce la nghearea rapid a metalului; Din punct de vedere economic procedeul se justific numai la producia de serie mare. Din punct de vedere tehnologic exist urmtoarele probleme : evacuarea aerului i a gazelor din form (se construiesc canale de aerisire i rsuflatori); asigurarea unei corelaii ntre temperatura de topire a materialului care se toarn i temperatura de topire a materialului formei; evitarea reaciilor chimice ntre topitur i form; 2.7.1. Turnarea n cochil Cochilele sunt forme metalice n care se introduce metalul lichid exclusiv sub aciunea forelor gravitaionale. Cochilele pot avea unul sau mai multe plane de separaie. Prin acest procedeu se pot turna i piese cu configuraie interioar folosind miezuri metalice. Alimentarea cu metal lichid a cochilelor se asigur printr-o reea de 53

turnare plasat n planul de separaie. Pentru evacuarea gazelor sunt prevzute canale de aerisire cu diametrul de 0,2 - 0,5 mm. Principalele faze ale turnrii n cochil sunt : 1. Pregtirea cochilei. Se asambleaz cochilia, eventual cu miezuri i se acoper suprafeele care intr n contact cu metalul lichid cu un strat de material refractar de 0,1 - 2 mm. Se folosesc grafitul, argila, uleiurile minerale, etc. Se prenclzete cochilia la 375 - 725 K pentru eliminarea vaporilor de ap. n plus se urmrete micorarea vitezei de rcire a metalului. 2. Turnarea metalului lichid. 3. Constituirea piesei turnate. 4. Dezbaterea prin dezmembrarea cochilei. 5. ndepartarea reelei de turnare i debavurarea. n producia de serie mare turnarea n cochilie se poate realiza mecanizat. Pentru eliminarea unuia dintre defectele principale - dificultatea de a obine piese cu perei subiri - se recurge la presarea materialului lichid n cavitatea formei. Se combin astfel turnarea n cochilie cu matriare. Este de fapt o variant nrudit cu turnarea sub presiune. 2.8 Turnarea sub presiune La turnarea pieselor mici, cu pereti subiri, complexe, pentru a evita nghearea materialului topit n form, se recurge la presarea acestuia sub aciunea unei fore exterioare. Pentru nvingerea rezistenei opuse curgerii metalului lichid n reeaua de turnare se aplic presiuni de pn la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare a matriei cu metal lichid variaz de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemele tehnologice ale procedeului const n eliminarea porilor (mai nou s-a ncercat vidarea cavitii matriei). Matriele se confecioneaz din oeluri aliate. Mainile folosite sunt din familia preselor hidraulice (orizontale sau verticale). Matria este cald ca i camera de compresie (uneori poate fi i rece). Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care se alimenteaz matria. Dezbaterea se face automat cu arunctor. Dozarea corect a metalului lichid este absolut necesar, deoarece incorecta dozare poate conduce fie la obinerea unei piese incomplet turnate (metal lichid insuficient) fie la obinerea unei bavuri foarte mari n planul de separaie (cantitate prea mare de metal lichi).

54

Fig. 2.15. Instalaie de turnare sub presiune cu piston vertical Avantaje Dezavantaje productivitate mare; posibilitatea automatizrii; precizie dimensional i calitatea suprafeei; se elimin prelucrrile mecanice ulterioare. se aplic la serie mare; costuri mari ale matriei. 2. 9 Turnarea n forme metalice n micare de rotaie (turnarea centrifugal) Procedeul se caracterizeaz prin faptul c n timpul turnrii i solidificrii metalului, forma de turnare este antrenat n micare de rotaie n jurul unei axe verticale sau orizontale. Exist posibilitatea ca prin rotirea suficient de rapid a formei, combinat cu rcirea metalului lichid, s se obin un corp cilindric tubular, avnd o grosime uniform a peretelui. Prin acest procedeu se toarn piese de revoluie cu nlime mic i diametru mare. De asemeni se pot turna piese mici n afara axei de rotaie. Piesele obinute prin acest procedeu tehnologic sunt compacte fr defecte de turnare. n cazul rotaiei n jurul unei axe orizontale a unei forme parial umplute cu metal lichid se pot distinge trei situaii caracteristice n funcie de turaia n: n=n1 metalul lichid este imobil; 55

n=n2>n1 metalul lichid este antrenat prin frecare de ctre forma n rotaie; n=n3>n2 metalul este supus micrii de rotaie mpreun cu forma de turnare tubular;

Fig. 2.16. Schema turnrii centrifugale cu ax vertical Turnarea centrifugal cu ax orizontal se aplic la obinerea pieselor tubulare cu lungimi mari i grosimi mari, de tip buce. Formele de turnare folosite sunt metalice dar pot fi cptuite cu amestec de formare. Cele necptuite se protejeaz prin acoperire cu vopsele refractare. Dezbaterea pieselor este posibil datorit conicitii interioare a formei. Turnarea se face n forme nclzite. Principala problem tehnologic este cea a dozrii materialului, dozajul fiind singurul mod de a asigura grosimea dorit a peretelui piesei turnate. Avantaje economie de amestecuri de miez ; economie de metal prin eliminarea reelei de turnare; compactitate i proprieti mecanice superioare; 56

Dezavantaje

productivitate a muncii mare; adaosuri de prelucrare mari; cochil scump;

2.10. Turnarea continu Spre deosebire de toate procedeele de turnare prezentate anterior la turnarea continu introducerea de metal lichid n cavitatea formei i extragerea piesei turnate se efectueaz simultan fr ntrerupere. Aceasta este un procedeu tehnologic de mare productivitate prin care se obin piese de lungimi mari n raport cu seciunea , cum ar fi barele i evile. Instalaiile pentru turnare continu au ca element esenial cristalizorul. Aceasta este o form metalic cu perei subiri, rcit intens prin circulaia apei. Cavitatea formei se obtureaz cu o plac, care prin construcia ei va constitui un dispozitiv de prindere al captului solidificat al produsului. Metalul lichid se solidific n contact cu pereii rcii forat. Dup solidificare el este tras prin intermediul plcii de baz i al unui sistem de role care-i imprim o micare continu cu o vitez corespunztoare. Problema principal o constituie corelarea vitezei de rcire cu cea de tragere. Cristalizorul se construiete din cupru i se acoper cu grafit pe suprafeele active. Procedeul se aplic mai ales la obinerea semifabricatelor din aliaje neferoase. Datorit tensiunilor interne mari ce sunt introduse de regimul de rcire forat se impune aplicarea unui tratament termic de detensionare.

57

1 = cristalizor; 2 = cavitatea formei; 3 = plac de baz; 4 = role antrenare; 5 = pies turnat. Fig.2.17. Schema de obinere a pieselor prin turnare continu

2.11. Defectele pieselor turnate i remedierea lor Prin defect al unei piese turnate se nelege orice abatere de la: - forma, - dimensiunile, - masa, - aspectul exterior, - compactitatea, - structura, - compozitia chimic, - proprietiile fizico-chimice ale aliajelor turnate. Defectele de turnare sunt provocate de nerespectarea tehnologiilor de turnare, de utilizarea unor materiale necorespunztoare, de

-

58

alegerea nejudicioas a procedeului de turnare. Ele se datoreaz fenomenelor care nsoesc elaborarea i solidificarea metalelor. Conform STAS 782-79 defectele pieselor turnate se simbolizeaz printr-un caracter alfanumeric format dintr-o liter i trei cifre. Litera indic categoria de baz a defectului. Prima cifr indic grupa defectului. A doua cifr indic subgrupa defectului, iar a treia cifr este specific fiecrui defect. De exemplu B122 este simbolul suflurilor de col. Clasificare : A= excrescene metalice; B= goluri; C= discontinuiti, crpturi; D= defecte de suprafa; E= piesa turnat incomplet; F= dimensiuni sau configuraii necorespunztoare; G= incluziuni i defecte de structur; H= compoziia chimic,proprieti chimice i mecanice necorespunztoare. Metode de remediere se mpart, conform STAS, n 3 categorii. 1. Metode de remediere cu materiale metalice a pieselor turnate din font i aliajelor neferoase grele. 2. Metode de remediere cu materiale feroase i condiii impuse pentru piesele turnate din oel. 3. Remedierea pieselor turnate cu materiale nemetalice. Printre metodele de remediere enumerm: metalizarea, supraturnarea, sudarea, lipirea tare, doparea, bucarea, pastilarea, mpregnarea, chituirea.

59