Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Moderní slévárenské •technologie Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111 Přednášky pro studijní program Strojírenství Doc. Ing. Ladislav SOCHA, Ph.D. a kol. Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Výroba odlitků, •slévárenské směsi a formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222 Přednáška č. 9 Slévárenství Přednáška č. X: Doplnit název přednášky333 üSlévárenství je výrobní odvětví, kde se zhotovují výrobky – odlitky litím roztaveného kovu, resp. slitiny kovů do dutiny slévárenské formy üPo vyplnění formy a po jeho ztuhnutí získáváme odlitek üVýhody odlévání ØOdlévat se mohou jakékoliv kovy nebo slitiny ØJe možné odlévat odlitky nejrůznějších velikostí a tvarů ØSložité vnější a vnitřní tvary mohou být vyrobeny pouze odléváním ØMožnost dosažení různých vlastností různých částí odlitků ØEkonomicky přijatelný pro malou i velkou výrobu – nejlevnější technika üNevýhody odlévání ØZahrnuje tavbu kovu – energeticky náročné ØVelmi pracovně náročné ØVelká spotřeba dalšího materiálu (zejména písek) ØČasová náročnost (čas od přijetí nákresu odlitku po vytvoření odlitku) ØNáročné pracovní podmínky ve slévárně – teplo, prach, výpary, odpad ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Bentonity pro slévárenství - Keramost, a.s. | Přední výrobce bentonitu v Evropě - Najisto.cz 3/25 Slévárenství Přednáška č. X: Doplnit název přednášky444 • ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Schéma procesu vyhotovení odlitků 4/25 Slévárenství Přednáška č. X: Doplnit název přednášky555 üZe širšího metalurgického pohledu rozlišujeme slévárenství hutní a strojní üHutní slévárenství ØHutní slévárenství se provádí v ocelárnách (odlévání oceli) ØTavenina se odlévá do jednoduchých kovových forem – kokil ØZískané odlitky nazýváme ingoty ØIngoty jsou podle následného procesu posílány buď do válcovny nebo do kovárny üStrojní slévárenství ØStrojní slévárenství představuje výrobu velmi členité a tvarově složité skupiny odlitků ØTyto odlitky mají uplatnění např. v automobilovém průmyslu (výroba bloků a hlav motorů, brzdových kotoučů a bubnů, části výfukových a sacích potrubí); výroba litých radiových těles; výroba mlýnků na maso, zvonů, šperků atd. ØNejvětší uplatnění však nacházejí ve výrobě nejrůznějších strojních součástí ü ü Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Image result for kliková hřídel litina 5/25 Slévárenské formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky666 üSlévárenská forma je předmět vyrobený ze žáruvzdorného materiálu, jehož dutina odpovídá svým tvarem budoucímu odlitku üFormy můžeme z hlediska trvanlivosti rozdělit na formy trvalé: ØKokily – kovové formy vyrobené z oceli nebo šedé litiny ØAž několik tisíc odlití, počet závisí na složitosti dutiny formy a na typu odlévané slitiny ØDo těchto forem může být tavenina odlévána gravitačním způsobem (málo používané) nebo tlakově (velmi časté) – vysoký nebo nízký tlak ØPro oba druhy tlakového lití se využívají příslušná zařízení ØU vysokotlakého lití se tavenina do dutiny slévárenské formy dopravuje na základě tlaku pístu pracovního stroje ØU nízkotlakého lití se tlakem vzduchu působí na hladinu taveniny v udržovací peci, která se nachází pod úrovní podlahy slévárny, tavenina se do formy, která je nad pecí upevněna k tlakovému přístroji, dopravuje pomocí vtokové trubice üPolotrvalé ØKeramické – vyrobené ze speciálních keramických materiálů obléváním modelu v rámu ØSlouží pro více odlití • Ø • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 6/25 Slévárenství – slévárenské formy, odlitky Přednáška č. X: Doplnit název přednášky777 Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 7/25 Trvalé formy – kovové formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky888 üVyrábí se litím nebo obráběním z kovových slitin üPři obrábění jsou využívány číslicově řízené obráběcí stroje, které umožňují výrobu složitých dutin kovových forem üMožné gravitační nebo tlakové lití (nízkotlaké a vysokotlaké) üUplatnění při velkých sériích odlitků, k výměně formy dochází až při jejím poškození üŽivotnost dána materiálem formy a odlévaným materiálem üNapř. formy pro tlakové lití bloků spalovacích motorů nebo formy pro odlévání hlav motorů • • • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Obří kokila ArcelorMittal Ostrava Kokila na výrobu střel Image result for kokila forma 8/25 Netrvalé formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky999 üVýroba pískových forem se provádí přímo ve slévárnách a je součástí výroby üPodkladem pro pískové formy je strojírenský (kótovaný) výkres součástky üPodle tohoto výkresu se nakreslí výkresy modelového zařízení üPodle toho se vyrobí příslušné modely, modelové desky a jaderníky üModelové zařízení ØK zařízení patří modely, šablony a jaderníky, modelové desky, všechny pomůcky vyrobené v modelárně ØRozlišujeme ruční a strojní formování ØModelová deska pro ruční formování je většinou rovná dřevěná deska s rámem, na kterou se usazuje model ØModelovou desku pro strojní formování tvoří deska, na kterou je připevněn model odlitku, model vtokové soustavy, model výfuků atd. üModel ØZákladní pracovní pomůcka sloužící k výrobě dutiny formy ØJeho tvar odpovídá budoucímu odlitku ØSoučástí modelu jsou známky, které po zaformování slouží jako plochy k uložení jádra ØModely jsou většinou dělené, jen zřídkakdy nedělené ØDělené modely musejí být spojeny spojovacími čepy, aby byla zajištěna vzájemná poloha částí modelu • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 9/25 Netrvalé formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky101010 üModel ØVýroba ze dřeva, dnes ze dřeva umělého, které nepodléhá roztažnosti nebo nabobtnání, modely mohou být i kovové, ty jsou dražší a vyplatí se pouze pro velké série malých a středních odlitků ØRozměr modelu je větší než odlitek o tzv. míru smrštění ØHodnota smrštění závisí na odlévaném materiálu ü ü ü ü üŠablona ØMá tvar obrysu odlitku ØMůže nahradit mnohem dražší modely, pokud má odlitek jednoduchý tvar – šablona je sice levná, ale její výroba je zdlouhavá a nákladná ü • ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Příklad slévárenského modelu 10/25 Netrvalé formy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111111 üJaderníky ØDřevěné nebo kovové formy, jejichž dutina se vyplní formovací směsí, čímž se zhotoví jádro ØVětšinou dělené a velmi složité ØMusejí být řešeny tak, aby z nich mohlo být pískové jádro bez poškození vyjmuto ü ü ü ü ü ü ü üPříslušenství modelového zařízení ØModely vtokových systémů (model jamky, vtokového, struskového, rozváděcího kanálu, zářezů, modely výfuků, nálitků atd.) ØPomocné prostředky – modelové desky, kontrolní šablony, zaváděcí kolíky ü • ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 11/25 Netrvalé formy – formovací směsi Přednáška č. X: Doplnit název přednášky121212 üObvyklým materiálem pro výrobu netrvalých forem bývají formovací směsi üSměs je většinou tvořena pískovými zrny (ostřivem), která jsou k sobě navzájem vázána pojivem üPožadavky na formovací směs: ØVaznost – forma musí být dostatečně pevná, aby odolala tlaku vlévané taveniny ØProdyšnost – musí být umožněno rychlé unikání uvolněných plynů a par ØŽárovzdornost – nesmí se při styku s taveninou začít tavit üNejvětší nároky se kladou na formovací směs, která přichází do přímého kontaktu s taveninou üPři formování se model někdy pokrývá vrstvou jakostnější modelové směsi a zbytek rámu je doplněn méně kvalitní výplňovou směsí üPokud směsi nejsou příliš vlhké, je možné odlévat do syrových (nesušených) forem, jinak je třeba sušit/přisoušet üFormovací směsi se z velké části regenerují üOstřivo ØŽárovzdorná zrna určitého chemického složení, velikosti a tvaru ØZrna jsou větší než 0,02 mm ØUrčuje základní vlastnosti směsi – spěchovatelnost, prodyšnost, mechanickou a chemickou odolnost proti roztavenému kovu • ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 12/25 Formovací směsi – ostřivo üKřemen ØOxid křemičitý, nejčastější, v přírodě nejdostupnější s nejnižšími náklady na získání ØNevýhodou je tepelná dilatace, dilatační změny nastávají při ohřevu nad 573 °C, z toho vyplývá malá rozměrová přesnost odlévaných odlitků a vznik slévárenských vad üŠamotový lupek ØVýroba vypalováním vysoce žárovzdorných břidličnatých jílů ØVelmi drahý ØVyplatí se pouze pro tepelně a mechanicky namáhané formy üKorund ØTéměř čistý oxid hlinitý přetavený v elektrické peci ØVysoce stálý, neutrální povahy ØVyužívá se pro skořepinové formy üMagnezit ØPoužívá se pro formy na ocelové odlitky s vysokým obsahem manganu Ø üMezi další ostřiva patří chromit, zirkoniové ostřivo, olivín, některé materiály na bázi uhlíku Ø ü ü • ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Křemenný písek Šamot Křemenný písek 13/25 Formovací směsi – pojivo üLátka nebo směs látek tvořící pojivovou soustavu üPojivo se rovnoměrně rozprostře po zrnech ostřiva a váže je dohromady üPojivo dodává formovací směsi pevnost za syrova (vaznost) i plastičnost (nutné pro formování), pevnost po vytvrzení (vysušení) üPojiva se většinou dělí na anorganická a organická ØAnorganická pojiva: üJílová pojiva – nejrozšířenější, ekonomicky dostupné. Směsi velmi jemně rozpadlých jílových nerostů; dodávají vysokou pevnost i vaznost za syrova i sucha; důležitou součástí je volná (molekulová) voda, která umožňuje rozvinout plastické vlastnosti jílů üKaolinitické jíly – vysoká žárovzdornost, malá vaznost; při teplotách 500–600 °C dochází k jejich dehydroxylaci (odstranění chemicky vázané vody); při použití v šamotových formovacích směsích je vypalování na 500–600 °C nutné üIllitické jíly – hlavním pojivem přirozených formovacích písků; dodávají dobrou pevnost za syrova a velkou pevnost po vysušení üJíly montmorillonitické – třívrstvé jílové materiály, obsažené hlavně v bentonitech; vhodné pro směsi při lití na syrovo ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Kaolinitický jíl Illitický jíl Montmorillonitický jíl 14/25 Formovací směsi - pojivo üAnorganická pojiva ØVodní sklo – přidává se do směsi v množství 3–8 %; jedná se o vodný roztok křemičitanu sodného, jeho vytvrzení se dosáhne buď plynným oxidem uhličitým nebo vysušením vzduchem; existují i samotvrdnoucí směsi, kde probíhá reakce mezi vodním sklem a tvrdidlem (tvrdidlem může být např. bentonit nebo cement) ØCement – používá se jen zřídka; již v množství 10–15 % vysoká pevnost; dlouhá doba tuhnutí (i několik dní) üOrganická pojiva ØUmělé pryskyřice – moderní slévárenská pojiva; vytvrzují se buď teplem (180–200 °C) nebo chemicky za studena; vysoká pevnost po sušení a výborná rozpadavost po odlití; nejčastěji jde o pryskyřice fenolformaldehydové, močovinoformaldehydové a furanové Ø ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Image result for vodní sklo Vodní sklo Fenolformaldehydová pryskyřice Cement 15/25 Formovací směsi - přísady üDo formovacích směsí se někdy přidávají další přísady, kterými se mají zlepšit určité vlastnosti üUhlíkaté látky ØNejčastěji mleté černé uhlí; přidávají se do bentonitových formovacích směsí na syrové formy; při odlévání dochází k jejich pyrolýze a vzniklé produkty zabraňují kovu proniknout mezi zrna písku, čímž se zvyšuje kvalita povrchu odlitku üNeplastické látky ØKřemenná moučka, šamotová moučka ØVelmi jemné a vyplňují mezery mezi zrny formovacích písků – tím je lepší kvalita povrchu odlitku, ale horší prodyšnost üPlastifikátory ØDextrin, glukóza, sulfitový louh ØZlepšují plastické vlastnosti i prodyšnost ØSacharidy zmírňují osychání formovacích směsí Ø ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Mleté černé uhlí Šamotová moučka Dextrin 16/25 Formovací směsi üPomocné látky ØPomocné látky nejsou přímo obsaženy ve formovacích směsích, ale používají se při výrobě a úpravě forem a jader ØJsou to především dělicí prostředky, lepidla, postřiky a nátěry • üDále je možné formovací směsi rozdělit z tohoto hlediska: ØPřírodní směsi üObsahují ve vhodném poměru jak křemičitá zrna, tak vazný jíl üJsou levné, ale jejich vlastnosti jsou různorodé a neoptimální üNevhodné pro mechanizovanou výrobu ØSyntetické směsi üPro mechanickou výrobu üStálé vlastnosti üPříprava mísením ostřiva a pojiva ü ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 17/25 Formovací směs Netrvalé formy – Vtoková soustava üVtok je jednou z nejdůležitějších částí formy – protéká jím veškerý kov naplňující dutinu formy üNevhodná vtoková soustava může zapříčinit vznik mnoha vad odlitků üHlavním úkolem přípravy ve slévárnách je co nejlépe navrhnout vtokovou soustavu üZákladními prvky vtokové soustavy jsou vtoková jamka, vtokový kanál, struskový kanál, zářezy üNávrh vtokové soustavy je velmi složitý, neexistuje žádný přesný, jednoduchý a jednoznačný výpočet üSprávná funkce vtokové soustavy je dána: ØSprávným výpočtem doby lití ØSprávným výpočtem jednotlivých průřezů vtoků ØJejí konstrukcí vzhledem k vlastnostem odlévaného kovu üVtoková soustava zabezpečuje: ØRovnoměrné, stálé plnění dutiny formy optimální rychlostí ØAby došlo k plnému zaběhnutí ve všech částech odlitků ØAby nedošlo k poškození stěn formy a jader ØOdstranění nečistot a strusky v poslední fázi odlévání ØUsměrněné tuhnutí ü ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Image result for vtoková soustava Vtoková jamka Struskový kanál Zářezy Vtokový kanál 18/25 Netrvalé formy – Vtoková soustava üVtoková jamka ØSlouží k zachycení proudu kovu z licí pánve a jeho usměrnění do vtokového kanálu ØZachycuje strusku ØUsměrňuje tok kovu z licí pánve ØObjem licí jamky závisí především na surové hmotnosti odlitku a době lití üVtokový kanál ØPřivádí taveninu z vtokové jamky do úrovně zářezů ØMívá kruhový průřez, který se směrem k vtokové jamce kuželovitě zvětšuje pod úhlem 3–4° üStruskový kanál ØZ vtokového kanálu se tavenina dostává do struskového kanálu ØRozvádí taveninu k zářezům a zachycuje strusku a nečistoty ØAby správně plnil funkci, musí být při lití zaplněn kovem a jeho průřez musí být větší než součet ploch zářezů üZářezy ØSpojují struskový kanál s dutinou formy ØNesmí být na konci struskového kanálu – proud kovu musí narazit do stěny odstruskovače, aby byly vytvořeny podmínky pro vyplavení strusky ü • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 19/25 Výroba netrvalé formy üVýroba netrvalé formy zahrnuje tyto základní kroky: 1.Výroba horního dílu formy 2.Výroba dolního dílu formy 3.Rozložení formy a vyjmutí modelu 4.Složení formy a odlévání 5. • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 1. 2. 3. 4. Netrvalá forma 20/25 Výroba odlitku Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 21/25 Vady odlitků üOčištěné odlitky podstupují kontrole kvality üSleduje se jak vizuální vzhled – výskyt povrchových vad a trhlin a geometrický tvar, tak kontrola rozměrů a jejich tolerance üVnitřní vady se zjišťují defektoskopickými zkouškami – rentgenem nebo ultrazvukem (kvůli nákladnosti zkoušek se provádějí pouze u velmi náročných odlitků) üChemické složení, zkoušky mechanických vlastností a struktury se provádějí na vzorcích celé tavby üVady odlitků bývají zapříčiněny například nesprávnou konstrukcí odlitků, nesprávně nadimenzované a umístěné vtokové soustavy, nesprávně provedeného tepelného zpracování, nedodržení licí teploty atd. üMezi nejčastější vady odlitků patří: 1.Bubliny 2.Staženiny 3.Trhliny 4.Praskliny 5.Nezaběhnutí 6.Přesazení 7.Zapečeniny • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy 22/25 Vady odlitků üBubliny ØBubliny se vytvářejí vlivem plynů, které nemohou z formy uniknout do atmosféry ØPříčinou může být příliš vlhká forma bez průduchů üStaženiny ØVznikají vlivem špatně navržených nálitků üTrhliny ØVznikají za tepla vlivem nestejné tloušťky stěn odlitků ØDůsledek nerovnoměrného ochlazování üPraskliny ØVlivem nevhodné konstrukce odlitku ØDůsledek smrštivosti různých objemů kovů ØVlivem nevhodného tepelného zpracování odlitku Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Bubliny Staženiny Trhliny Prasklina 23/25 Vady odlitků üNezaběhnutí ØVlivem špatně dimenzované a špatně umístěné vtokové soustavy ØVlivem příliš tenkých žeber – kov nevyplní celou dutinu soustavy üPřesazení ØDůsledek nadměrného opotřebení rámů a zaváděcích kolíků üPřipečeniny ØVniknutí kovu mezi zrna ostřiva ØVlivem příliš vysoké licí teploty a nevhodně volené formovací směsi ØDojde k natavení zrn ostřiva a přiškvaření k povrchu odlitku • Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy Nezaběhnutí Přesazení Připečenina 24/25 Použitá literatura Přednáška č. X: Doplnit název přednášky252525 Přednáška č. 9: Výroba odlitků, slévárenské směsi a formy üSlévárenství [online]. Dostupné z: http://techstroj.g6.cz/T/T05.pdf üBeztřískové obrábění [online]. Dostupné z: http://jointlab.upol.cz/schovanek/beztriskoveOBRABENI20140416.pdf üZáklady strojírenské technologie [online]. Dostupné z: http://users.fs.cvut.cz/libor.benes/vyuka/strojtech/zaklStrojTech.pdf üELBEL, Tomáš. Atlas fotografií vad odlitků [online]. In: . Ostrava: VŠB - Technická univerzita, 2016. Dostupné z: https://docplayer.cz/108478857-Atlas-fotografii-vad-odlitku-photo-atlas-of-casting-defects.html üHAMPL, Jiří. Metalurgie slévárenských slitin: studijní opora. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013. ISBN 978-80-248-3357-3. ü 25/25