Livenje u kalupu

Sadraj :STR. 1. Livenje u kalupu 1.1. Poroznost 1.2. Projektovanje livenja u kalupu 1.3. Legure koje se koriste za livenje u kalupu 1.3.1. Legure na bazi aluminijuma 1.3.2. Legure na bazi cinka 1.3.3. Legure na bazi bakra 1.3.4. Legure na bazi magnezijuma 1.3.5. Legure na bazi kalaja 1.3.6. Legure na bazi olova 1.4. Kalupi za maine koje se izrauju procesom kalupnog livenja 1.5. Livenje metalnih leajeva u kalupu 2 5 5 6 6 7 7 8 9 9 10 10 11 12 14 15

1.6. Kalupljenje metalom 2. Precizno livenje 2.1. Tanost preciznog livenja Literatura

Seminarski rad Obrada oblikovanjem 1

2


1. Livenje u kalupu

Livenje u kalupu je metoda proizvodnje gotovih odlivaka, rastopljujui metal u tvrd metal koji je otvoreno ureen posle ovravanja metala da bi se livovi mogli uzvaditi. Proces livenja u kalupu omoguava preciznost i jednolikost pri livenju, a trokovi obrade su ili eliminisani ili su uveliko smanjeni. Najvea prednost procesa livenja u kalupu je u tome to su delovi precizno obraeni i esto potpuno zavreni prilikom preuzimanja iz kalupa. Kada je kalup pravilno napravljen liveni delovi mogu biti precizni izmeu 0,001 ina ili ak manje, a granica od 0,002 i 0,003 ina livenih dimenzija moe se odravati na vie naina. Kalupno livenje se intezivo koristi u proizvodnji poput proizvoda : registarskih blagajni, metara, toperica, malih kuita, maina za pranje vea i delova za razne velike mehanizme. Prtljani i opremni zubci mogu biti liveni na oba spoljanja i unutranja zavrtnja. Rupe se mogu formirati u rasponu veliine od oko 0,001 ina, a veina preciznih leajeva zahteva samo zavrnu-zaokrugljenu operaciju. Brojke i slova se mogu zaliti potapanjem ili pomou valjka za delove sa brojevima i slovima, i sa okretnim dizajnom, mnogi oblici koji su nekad izgledali previe komplikovano za livenje sada se uspeno proizvode po ovom procesu.

3


U procesu kalupnog livenja koristi se stvrdnuti elik u kalupima u kojoj se rastopljeni metal ubrizgava velikom brzinom, postiui pritisak i do 10 t / in 2 . (tona/in), koji pritiska hidrauliki nepokretni klip, a zatim ide do cilindrine pritisne komore koja je povezana sa kalupnom upljinom. Ako podruje livenja i njegov saonik sistem pokriva 50 ina, ukupna snaga koja se primenjuje je 10 t / in 2 . koja pritiska metal x 50 in. od poetne povrine, i stvara snagu od 500 tona, a kalupna maina mora drati kalup dalje od ove sile. Masivna abica mehaniki protee teki elik kroz spon barova oko 0,045 in 2 . na klasinoj maini za proizvodnju ove snage. Iako je kalup vru, metal se prilikom ulaska u kalup brzo hladi, proizvodei brzo ohlaene slojeve, gustog materijala 0,015 in 2 tankog metala imajui direktan kontakt sa upljinama podloge u kalupu. Poto velike ubrzavajue sile dozvoljavaju livenje sa tankim zidovima, ove guste slojeve ine veliki delovi ukupnih debljina zida vrei livenje sa visokom vrstoom. Ovaj fenomen je poznat kao povrinski efekat, i treba ga uzeti u obzir prilikom razmatranja istegljive vrednosti i drugih svojstva (obino debljih) koje se mere u barovima.

4


Kao nedostatk kalupnog livenja moe se pomenuti da joj je cena izrade visoka, i stoga livenje u kalupu je ekonomino samo kada se trai izrada velikog broja delova. Jai i tvri metali se ne mogu koristiti u ovom procesu livenja, da bi se materijali mogli kopirati. Mnoga kalupna livenja koja se izrauju preko metode vrele komore u kojoj je pritisak komore povezan sa kalupnom upljinom se trajno uranjaju u rastopljeni metal i automatski se ponovo popunjava kroz rupu koja je otkrivena (vertikalno) zbog pritiska koji pomera klip unazad nakon punjenja kalupa. Ova metoda se moe koristiti za legure sa niskom takom topljenja i visokom fluidnou kao to je cink, olovo, kalaj i magnezijum. Druge legure koje zahtevaju vei pritisak, kao to su mesing ili koje mogu napasti i rastopiti dvovalentni komorni pritisak materijala kao aluminijum, mora koristiti sporiji hladno-komorni metod sa vodenim hlaenjem (horizontalno) i pritiskom komore rastopljenog metala.

5


1.1. PoroznostLiven metal ubrizgan u upljine kalupa rashladi se veim delom pomou vazduha, ali deo vazduha je zarobljen i pomean sa metalom. Visok pritisak koji deluje na metal stee pore zadranog vazduha na veoma malu povrinu, ali naknadno grejanje e smekati livove tako da se vazduh moe proiriti u povrinske pore i stvoriti plikove. Livenje u kalupu se retko koristi kao reenje za zagrevajne ili zavarivanje, zbog ovog problema sa plikovima. Rashladni uinak na relativno hladnom kalupu uzrokuje da spoljnji slojevi kalupnog livenja budu gusti i relativno bez poroznosti. Postupak vakuumskog livenja u kalupu u kojoj su upljine atmosfere ispranjene pre ubrizgavanja metala, koristi se ponekad za smanjenje poroznosti. Drugom metodom se zamenjuje vazduh popunjavanjem upljina kiseonikom pre ubrizgavanja. Kiseonik sagoreva sa vrelim metalom da se ne bi pojavljivala poroznost. Kada se ove posebne metode ne koriste, mainske dubine moraju biti ograniene na 0,020 - 0,035 ina da pore ne bi bile izloene, ali je preciznost livenja obino dovoljno dobro za potreban lagani zavrni rez. Za posebne pora-zatite neophodan je nepropustljivi pritisak.

1.2. Projektovanje livenja u kalupuLivenje u kalupu se najbolje obavlja kada su im zidovi pancirni (kako bi se smanjilo hlaenje) i kada im je jezgro jednostavnog oblika (za lake vaenje iz kalupa). Treba izbegavati teke profile da bi se smanjila koncentracija metala koja privlai zarobljeni gas koji prouzrokuje poroznost. Tokom procesa bi trebalo da metal prolazi kroz debele delove do tankih. S obzirom na visoki pritisak metalnih ubrizgivaa, konvencijalni pesak jezgra se ne moe koristiti, pa se upljine i otvori prave od metalnog jezgra koji je deo kalupa. Mala i vitka jezgra se lako savijaju i lome, tako da treba izbegavati prodiranje ili buenje gotovog dela. Rebrasti delovi dodatno ojaavaju tanke krajeve, a ipke se ubacuju na svim unutranjim uglovima kako bi se izbegla visoka koncentracija pritiska u livu. Treba izbegavati otre spoljanje uglove.

6


1.3. Legure koje se koriste za livenje u kalupuLegure koje se koriste u praksi u modernom livenju su legure na bazi aluminijuma, cinka i bakra, a izrauje se i mali deo odivaka sa legurama na bazi magnezijuma, kalaja i olova.

1.3.1. Legure na bazi aluminijumaLegure aluminijuma se koriste dosta ee za livenje u kalupu u odnosu na druge metalne legure zbog njihove snage i izdrljivosti. Linearno skupljanje aluminijumskih legura pri hlaenju je 12.9 do 15.5 106 in./in.F. Temperatura livenja se kree oko 1200 stepeni. Veina aluminijumskih odlikva u kalupu se radi od legura aluminijuma silikona i bakra. Silikon poveava fluidnost pri punjenju kalupa, ali smanjuje obradivost, a bakar poveava vrstou a smanjuje istegljivost legure. Manje koritene legure koje imaju malo veu fluidnost su Br. 384 (ASTM SC114A; UNS A03840) koji sadri 10,5- 12,0 % silikona i 3,0 do 4,5% bakra. Za pomorsku upotrebu koriste se AA 360 (ASTM 100A; UNS A03600) koja sadri od 9 do 10 % silikona i 0,6% bakra koje je preporuljivo, sadraj bakra se odrava nisko da bi se smanjila podlonost koroziji pri slanoj atmosferi.

7


Snaga tegljenja legura AA 380, 384, i 360 je 47,000, 48,000, i 46,000 Ib / In . Iako su legure 380, 384, i 360 najee koritene legure pri livenju u kalupu, nekoliko drugih aluminijumskih legura se koriste za specijalne programe. Na primer legura 390 sa svojim visokim sadrajem silikona (od 16 18%) se koristi za izradu cilindrinih motora sa unutranjim sagorevanjem, i ima dobru otpornost na habanje zahvaljujui tvrdim zrnama silikona. Legura br. 390 sadri od 4 do 5% bakra, i ima tvrdou oko 120 brinela i ima istegljivost 41,000 Ib / In 2 .2

1.3.2. Legure na bazi cinkaPri rastopu cink je jako fluidan i zbog toga se mogu izraivati i prilino sloeni oblici liva. Metal je takoe bogata legura i ima dobre mehanike osobine. Livenjem u kalupu cinkom se mogu izraivati sitniji delovi i sa tanjim zidovima od aluminijuma. Linearno skupljanje ove legure prilikom hlaenja je oko 9 to 13 106 in./in.-F. Livenje pri niskim temperaturama (750-800 stepeni.) i procesom u vreloj komori omoguava se visoka proizvodna stopa sa jednostavnom automatikom. Livenjem cinkom se mogu izraivati proizvodi sa veoma glatkom povrinom. Postavljen broj legure cinka je 3, 5 i 7 [ASTM B86 (AG40A; UNS Z33520), AG41A (UNS Z35531), i AG40B (UNS Z33522)] svaki sadri 3,5 do 4 % aluminijuma, koji joj daje snagu i vrstou, i paljivo kontrolisane koliine drugih elemenata. Skorijim istraivanjima otkrivene su tri nove legure cinka koje sadre 8, 12 i 27 % aluminijuma, koje imaju dodatnu rastegljivost oko 50,00062,000 Ib / In 2 i priblinu tvrdou livenog gvoa (105125 brinela). Ove legure se mogu primenjivati npr. za menjae i zupanike, kao i za kuia za osovine koje su direktno spojene sa izbuenim i obraenim rupama.

1.3.3. Legure na bazi bakraLegure mesinga se koriste za vodovodne, elektrine i pomorske komponente gde se otpornost na koroziju mora kombinovati sa snagom i otpornou na habanje. Sa razvojem procesa livenja pomou hladnih komora, postalo je mogue livenje standardnih legura bakra i cinka kao to je ut mesing (ASTM B176-Z30A; UNS C85800) koji sadri 58% bakra,

8


40% cinka, 1% kalaja i 1 % olova. Kalaj i olovo se nalaze radi poboljanja otpornosti na koroziju, ova legura ima rastegljivost oko 45,000 Ib / In 2 . Silikonski mesing (ASTM B176-ZS331A; UNS C87800) ima 65 % bakra, 34 % cinka, takoe sadri i 1 % silikona koji mu daju veu fluidnost i veu rastegljivost (58,000 psi) i bolju otpornost na koroziju. Visok silikonski mesing (ASTM B176-ZS144A) sadri 82 % bakra, 14 % cinka i 4 % silikona i ima rastegljivost od 70,000 Ib / In 2 i dobru otpornost na habanje, ali na teret njegovog mehanizma.

1.3.4. Legure na bazi magnezijumaGlavni razlozi za korienje legura pri livenju u kalupu su laka teina u kombinaciji sa dobrim mehanikim osobinama i odline prigune karakteristike. Magnezijum ima nisku specifinu toplotu i ne rastapa gvoe, tako da se kalupno livenje ove legure primenjuje metodom vrele ili hladne komore. Zbog niske specifine toplote i brzog stvrdnjavanja proizvoda ovaj proces je za 50 % bri od procesa livenja legura na bazi aluminijuma. Kako bi se spreila oksidacija, koristi se atmosfera CO2 i vazduha, koja sadri oko 0,5 % SF6 gasa, koji se koristi za odstranjivanje kiseonika sa povrine livenog metala. Najee koritena legura je AZ91D (ASTM B94; UNS 11916), to je legura visoke istoe koja sadri 9 % aluminijuma i 0,7 % cinka i ima korisnu snagu od 23,000 Ib / In 2 . AZ91D ima podlonost koroziji slino kao legura aluminijima 380.

9


1.3.5. Legure na bazi kalajaU ovoj grupi kalaj je povezan sa bakrom, antimonom i olovom. SAE legura br. 10 kao glavne sastojke sadri 90 % kajala , 4 do 5 % bakra, , 4 do 5 % antimona i maksimum 0,35 % olova. Ova visoko kvalitetna meavina se koristi za vratilo i kod spoj-tap leajeva ili leajeva sa bronzanom podlogom u automobilskoj i avionskoj industriji. SAE br.101 sadri 87.75 % kalaja, 7.0 do 8.5 % antimona, i maksimum 2.25 do 3.75 % bakra i drugih elemenata kao i u br.10. SAE i br. 11, koji sadri malo vie bakra i antimona a 4 % manje kalaja nego br.10, koji se takoe koristi u kalupnom livenju 1344 za leajeve ili za druge ureaje koji zahtevaju visoko klasne legure na bazi nikla. Ove meavine na bazi kalaja uglavnom se koriste za automobilske leajeve, ali se takoe koriste za maine za obradu mleka, maine za obradu sode, pumpe za sirup i sline maine koje su otporne na kiselinu, alkalije i vlagu.

1.3.6. Legure na bazi olovaOve legure se obino koriste gde se trai jeftin nerajui metal i gde je snaga relativno nevana. Takve legure se koriste za delove baterija koje se sastoje od olova-kiseline, za automobilske tegove za balansiranje tokova, za delove koji moraju da izdravaju delovanja jakih mineralnih kiselina i za delove rengen aparata. SAE meavina br.13 sadri 86 % olova, 9.25 do 10.75 % antimona i 4.5 do 5.5 kalaja. SAE meavina br.14 sadri manje olova a vie antimona i bakra. Sadraj olova je 76 %, antimona 14 do 16 % i kalaja 9.25 do 10.75 % . Legure br.13 i 14 su jeftini zahvaljujui visokim sadrajem olova i mogu se koristiti za velike leajeve koji su podvrgnuti laganom radu.

10

Seminarski rad Obrada oblikovanjem 1 1.4.

Kalupi za maine koje se izrauju procesom kalupnog livenja

Kalupi za ove maine se uglavnom proizvode od elika dok se liveno gvoe i nemetalni materijali koji su otporni na vatru koriste za drugaiju namenu posebno livenje bronze i mesinga, zahvaljujui njihovoj relativnoj temperaturi topljenja, jer bi otetili obian elini kalup. elik koji se najee koristi je elik sa malim prisustvom ugljenika (karbon). Hromvanadijum i folfram elik se koristi za legure aluminijuma, magnezijuma i mesinga, kada je potrebno da kalup izdri relativno visoke temperature. Pravljenje kalupa za kalupno livenje zahteva strunu vetinu i iskustvo. Kalup mora biti tako napravljen da metal brzo popuni sve delove kalupa i istovremeno dozvoli vazduhu da pobegne kroz plitke kanale koji su 0.003 to 0.005 ina dubine urezanih u kalup. Da bi obezbedili solidan liv, vratanca i ventili smetaju se u zavisnosti od oblika liva. Smanjenje je jo jedna vana osobina, posebno kada je u pitanju precizan rad. Vrednost se obino kree od 0.002 do 0.007 in./in, ali utvrivanje tanog dozvoljenog smanjena za legure koje sadre tri ili etiri elementa je teko osim u eksperimentima.

1.5. Livenje metalnih leajeva u kalupuPraktino svi metali koji su odgovarajui za leajeve mogu se liveti u kalupu. ipke koje povezuju automobil su primer uspene primene rada ovog procesa. Nakon livenja leajeva u kalupu, zavravaju se buotinama. Najbolji metali za leajeve i oni koji se takoe mogu brzo liveti u kalupu su babbitts koji sadre oko 85 % kalaja sa ostatkom bakra i antimona. Ovi metali ne bi trebalo da sadre vie od 9 % bakra. Bakar smanjuje tvrdou elemenata u leaju. Preporuljiv sastav za visokoklasne metalne leajeve je da sadri 85 % kalaja, 10 % antimona i 5 % bakra. Antimon se moe menjati od 7 do 10 %, a bakar od 5 do 8 % . Da bi se smanjili trokovi za neke metalne leajeve se koristi olovo umesto kalaja. Jedna legura za izradu leajeva sadri od 95 do 98 % olova. Metal za kalupno livenje postaje vri nakon nekoliko dana. Pri livenju leajeva u kalupu rad se zasiva na izbuenim rupama koje su izbuene pre poetka procesa. Bitno je da se buene rupe paljivo bue u odnosu na ostatak proizvoda.

11


1.6. Kalupljenje metalomProces livenja u kalupu i proces kalupljenja se kombuju da bi se omoguilo ubrizgavanje liva mnogih metalnih legura meanjem metala u prahu, od 5 do 10 m (0.0002 do 0.0004 in.) je veliina estica sa termoplastinim vezivima. Ova veziva su odabrana zbog maksimalnog karakteristinog protoka koja obezbeuje da smea ispuni najudaljenije praznine kalupa. Prilikom kalupljenja ovih meavina vri se kontrola pritiska i temperature, i kako se liveni delovi hlade oni ovravaju da bi se mogli izvaditi kao celina iz kalupa. Dozvoljeno smanjenje praznina su vea nego to je to potrebno za proces livenja u kalupu, jer je kalupljenje delova podlono veem skupljanju (10 do 35 %) posle vaenja iz kalupa, zbog isparavanja veziva i uvravanja praha.

12


2. Precizno livenje

Tehnologija preciznog livenja u poslednje vreme je doivela veliki uspon, naroito u Sjedinjenim Amerikim Dravama i u Engleskoj. Primena proizvoda preciznog livenja veoma je iroka i kree se od opte primene preciznih odlivaka, preko proizvoda namenjenih za avionsku industriju, u juvelirstvu, do preciznih odlivaka za hirurguju i dentalnu medicinu. Uspenost tehnologije preciznog livenja povezano je sa mnogobrojnim faktorima kao to su : specifina oprema za topljenje, livenje i ovravanje sa prateim ureajima za voenje i kontrolu celokupnog procesa; modeliranje, materijali za precizno livenje i vatrostalni materijali za izradu keramikih koljki; metalurki aspekti, problemi vezani za defekte i ispitivanje bez razaranja i kontrolu orjentacije kristala dobijenih odlivaka, kao i potrebna ogromna materijalna sredstva i dobro obuen tim strunog kadra. U ovom radu prikazana je ukratko tehnologija preciznog livenja superlegura na bazi nikla. Ovde se radi o visokoj tehnologiji koja se u svetu dri pod embargom, ali se na osnovu raspoloivih literaturnih podataka uoava da je pristup reenju problema naroito tehnologije proizvodnje lopatica sa usmernom i monokristalnom strukturom, kod poznatih svetskih proizvoaa slian. Unapreenje oblikovanja superlegura spojeno je vie sa radikalnim promenama u procesnoj tehnologiji nego sa tradicionalnim razvojem legura. Variranjem hemijskog sastava dolo se do savremenih superlegura na bazi nikla obradivih samo do nekog odreenog stepena i to veoma skupom mainskom obradom. Zbog toga se za proizvodnju kompleksnih oblika od veine superlegura danas primenjuje postupak preciznog livenja u keramike kalupe nakon rastapanja votanog modela.

13


Osnovne operacije ovog postupka su : izrada votanog modela, izrada kalupa, odvotavanje, zagrejavanje kalupa, izrada i livenje legure, valjenje odlivaka, finalna obrada. Da bi se zadovoljio veoma visokim metalurkim i dimezionalnim zahtevima propisanim za svaki tip odlivaka potrebno je kontolisati veliki broj faktora po pojedinim fazama postupaka naroito prilikom izrade alata i planiranja detalja tehnike koja e biti primenjena. U protivnom na finalnom proizvodu, dolazi do pojave sledeih greaka : dimenzionalne greke, poroznost usled skupljanja volumena (lunker), levake greke usled nedostatka materijala ili neodgovarajue temperature, toplotne pukotine, ukljuci... Ispitivanja makrostrukture su pokazala da se struktura centralnog dela rotora i debljih delova lopatica sastoji od stubastih dentritnih kristala. Makrostruktura najtanjih delova lopatica sastoji se ekviaksijalnih, sluajno rasporeenih kristala iste morfologije. Kao najnovije dostignue u tehnologiji vakuumskog preciznog livenja, moe se navesti simuliranje kontrolnog toplotnog toka za vreme ovravanja odlivaka od superlegura, uz primenu aplikacionih kompjuterskih programa koji omoguavaju simuliranje ovrivanja odlivaka kompleksih oblika kao to su na primer, turbinske lopatice. Uklanjane veziva moe potrajati nekoliko dana, da bi se izbegla distorzija, i kada je taj proces skoro gotov istopljeni delovi koji su u pei sa kontrolisanom atmosferom, pri visokim temperaturama uklanjaju preostala veziva uvravajem preostalih metalnih komponenata u prahu. Prema tome gustina moe biti poveana na oko 95 % od gustine slinih materijala proizvedene drugaijim procesima. Tolerancije su sline kao kod livenja kalupima i neki delovi se rade procesom kovanja zbog vee tanosti. Glavna ogranienja tog precesa je veliina, delovi su ogranieni na oko 1,5 In 2 .

14


2.1. Tanost preciznog livenja Precizno livenje je proces koji je razvijen u velikoj meri u kome je omoguena velika tanost livenja i moe formirati izuetno komplikovane konture. Proces se moe koristiti i kada su previe vrsti za obradu, kada je to jedini praktian metod proizvodnje nekog dela, ili kada je to vie ekonominije nego bilo koji drugi metod dobijanja potrebnog kvaliteta. Tanost preciznog livenja se posebno primenjuje pri proizvodnji kod ili spoljnjih ili unutranjih kontura komplikovanog oblika sa povrinom koja je takvog oblika da se ne moe obraivati odjednom. Proces obezbeuje efikasnu i tanu proizvodnju delova od, npr : seiva turbine, aviona i od drugih delova koji se prave od legura koji imaju visoku taku topljenja i koji mogu da izdre izuzetno visoke temperature, i mnogu drugi proizvodi. Tanost i zavrnica preciznog livenja mogu ili eliminisati obradu u celosti ili je smanjiti na minimum. Koliina koja se moe proizvesti zavisi od ekonominosti i moe se kretati do nekoliko hiljada dupliranih delova. Preciznim livenjem se koriste uzorci koji se troe, obino od voska ili ubrizgavajue isopljene plastike. Nekoliko votanih replika se obino spajaju zajedno ili ipkama od voska koje su oblikovane za saonik kanale u kalupu. Odlivak se formira sipanjem voska u smeu sa gustim vatrostalnim esticama. Nakon to se prevlaka osuila, proces se ponavlja dok se ne postigne dovoljna debljina materijala i dobije se ceo komad ljuske kalupa. Poto je odlivak iz jednog dela postolja, otvori i upljine se jednostavno dobijaju. Neki odlivci su pravljeni od solidnih vatrostalnih materijala koji su takoe sueni i peeni da bi im se poveala snaga. Sa odlivcima za lake livenje se esto slino postupa kao sa odlivcima ljuska. Punjenje kalupa se odvija u atmosferi, u komori ispunjenom inertnim gasom ili radu u vakuumu, da bi odgovaralo metalu koji se lije.

15


Literatura

Literatura koja je koritena :

1) 2)

http://www.britannica.com http://www.afsinc.org http://www.google.com

3)

16

Documents

Livenje u kalupu