Grafiki rad Livenje

UNIVERZITET U TUZLIMAINSKI FAKULTET Proizvodno mainstvokolska godina 2012./2013.

G R A F I K I R A D

Tema:Projektovanje kalupa za livenje u pjeane kalupe

Predmet:Livenje

Studenti:Muratovi Semir Krievac Halil Lokmi Enver Grbi AmirTerzi Nermin Tuzla, 02.01.2013. god.Muminovi DamirKari AnelVajzovi OmerSalihovi Mirsadorbi NedimSADRAJ:

1.UVOD.........................................................................................................3.

2.MATERIJALI ZA LIVENJE.........................................................................5.

3.LIVENJE U PJEANE KALUPE..............................................................7.

3.1.Prednosti i nedostaci livenja u pjeane kalupe........................................8.

3.2.Tehnoloki proces livenja u pjeane kalupe.............................................8.

3.2.1.Izrada modela............................................................................................10.

3.2.2.Kalupna i jezgrena mjeavina....................................................................12.

3.2.3.Livenje i ienje nakon livenja..................................................................14.

4.PRIMJER IZRADE KALUPA I PRORAUN ULIVNOG SISTEMA............15.

4.1.Proraun ulivnog sistema...........................................................................16.

4.2.Izrada kalupa..............................................................................................18.

Popis slika..................................................................................................19.

Popis tabela...............................................................................................20.

1. UVOD

Proizvodnja metalnih predmeta livenjem, odnosno metalnih odljevaka je vrlo star postupak. Najstariji liveni metalni predmeti datiraju iz perioda oko 4500 godina prije nove ere. Proizvodnja odljevaka dugo vremena zasnivala se na empirijskim pravilima, odnosno metodi pokuaja i pogreke zbog nedovoljnih spoznaja o procesima koji se deavaju tokom livenja i ovravanja odlivka u kalupu. Iako se osnovni proces livenja metala nije znaajnije promijenio od svog poetaka, sve vee upoznavanje sa procesima livenja koje se permanentno nadograuju rezultirale su irokim spektrom pouzdanih postupaka i materijala koji se danas koriste pri livenju.Pri procesu livenja odlivak se oblikuje na nain to prolazi kroz osnovna agregatna stanja to je prikazano na slici 1.

Slika 1. Shema tehnolokog procesa livenja u pjeane kalupe

Kao to se moe vidjeti sa sheme, pri izradi odlivka se troi osnovni materijal, pomoni materijal od koga se izrauju modeli (drvo, vosak, epoksidne mase ...) i kalupi (pijesak, gips...), te toplina (gorivo, elektrina energija...). U graninim sluajevima imamo sledee karakteristike: sva toplina utroena na topljenje materijala se nepovratno gubi, sav rastopljeni materijal se iskoristi, pomoni materijal za izradu kalupa i modela se ili nepovratno gubi (kalupi za jednokratnu upotrebu) ili se ne troi (trajni kalupi).

U prednosti procesa livenja spadaju:

mogu se proizvesti odljevci vrlo kompliciranih predmeta, manje ili vie tanih dimenzija te time skratiti ili eliminisati dodatne postupke odvajanja strugotine, umjesto izrade veeg broja dijelova i njihovog spajanja moe se proizvod kompliciranog oblika odliti u jednom komadu, neki se materijali mogu oblikovati procesima livenja ali ne i postupcima plastinog deformisanja, postupci livenja mogu se prikladno automatizovati za serijsku i masovnu proizvodnju, mogu se proizvesti odlivci vrlo malih i vrlo velikih dimenzija, proizvodi vrlo malih masa do nekoliko stotina tona mogu se ekonomino proizvoditi jedino procesom livenja, za razliku od proizvoda oblikovanih plastinim doformacijama mehanika su svojstva odlivka uniformna.

Kao nedostaci procesa livenja mogu se navesti:

mehanika svojstva odlivka su esto manjkava, javljaju se greke u materijalu odlivka od kojih se neke ne mogu otkriti vizuelnom kontrolom, teko se postiu tane dimenzije i male hrapavosti te je esto potrebna dodatna povrinska obrada odlivka, zbog visokih temperatura rastaljenog materijala i djelimino ohlaenih odlivaka, osobitu pozornost treba posvetiti zatiti radnika i opreme, ako se ne provode pogodne mjere zatite okolia ljevaonice zagauju zrak, vodu i zemljite.

2. MATERIJALI ZA LIVENJE

U zavisnosti od termikih i mehanikih karakteristika koje treba da ima odlivak, biraju se materijali koji su adekvatni za potrebne karakteristike.Materijali koji se koriste pri procesu livenja prikazani su na slici 2.

Slika 2. Prikaz materijala za livenje

Kada se odabere adekvatan materijal koji se koristi pri procesu livenja, bira se postupak livenja. Postupci livenja mogu se podijeliti na dva naina prema vrsti kalupa, i to kao:

postupci s jednokratnim kalupom, postupci s trajnim kalupom.

Kod postupaka s jednokratnim kalupom se za svaki odlivak izrauje novi kalup, uz koritenje trajnog modela, koji se unitava pri istresanju odlivka. Trajni kalupi izrauju se od postojanog materijala te se koriste za izradu veeg broja odlivaka, u nekim sluajevima i preko 100 000. Za serijsku proizvodnju su nepogodni postupci s jednokratnim kalupom a pogodni postupci s trajnim kalupom. Po nainu izvedbe procesa livenja razlikuju se postupci prikazani na slici 3.

Slika 3. Prikaz moguih postupaka livenja

U ukupnoj koliini proizvedenih odlivaka, postupak livenja u pjeane kalupe zauzima 60%, livenje u kokile 11%, livenje pod pritiskom 9%, precizno livenje 7%, centrifugalno livenje 7% i livenje u koljkaste kalupe 6%.

3. LIVENJE U PJEANE KALUPE

Da bi se izvrio postupak livenja u pjeani kalup, kao prva neophodna operacija jeste da se u pijesku formira otisak od modela koji treba odliti. Pjeani kalup se najee izrauje iz dva dijela radi lakeg vaenja odlivka iz kalupnog sanduka. Na slici 4 je prikazan odlivak koji treba odliti (a) i model i jezgro u kalupu potrebni za izradu prikazanog dijela (b).

a)b)

Slika 4. Primjer odlivka i pjeanog kalupa: a) Odlivak, b) Proces izrade kalupa u cilju odlivanja dijela

Shematski prikaz toka livenja u pjeane kalupe prikazan je na slijedeoj slici:

Slika 5. Shematski prikaz toka livenja u pjeane kalupe

3.1. Prednosti i nedostaci livenja u pjeane kalupe

U slijedeoj tabeli dat je pregledan prikaz prednosti i nedostataka samog procesa livenja u pjeane kalupe:

Tabela 1. Prednosti i nedostaci livenja u pjeanim kalupimaPrednostiNedostaci

komadi se mogu odliti od brojnih metala razliitih svojstava, mogu se odliti komadi i malih i vrlo velikih dimenzija, mogue je odliti komade veoma sloenih oblika, alat je jeftin, direktan je put od modela do komada, mehanizacijom i automatizacijom procesa mogu se postii vrlo velike produktivnosti. obrada komada odvajanjem strugotine je gotovo neizbjeno, veliki komadi imaju grube povrine, teko se postiu uske tolerancije, teko se odlivaju duge i tanke izboine, u odlivcima nekih metala esto se javljaju greke.

3.2. Tehnoloki proces livenja u pjeane kalupe

Postupak oblikovanja materijala livenjem sastoji se od osnovnih operacija procesa livenja:

izrada modela,izrada kalupa, topljenje materijala, ulijevanje rastopljenoga materijala u kalup,istresanje odlivka,dorada odlivka.

Na slijedeoj slici shematski je prikazan proizvodni proces u ljevaonici:

Slika 6. Shematski prikaz proizvodnog procesa u ljevaonici

, te shematski prikaz procesa livenja u pjeane kalupe:

Slika 7. Shematski prikaz procesa livenja u pjeane kalupe

3.2.1. Izrada modela

Model slui za obrazovanje unutranje upljine u kalupu i ima istu spoljanju konfiguraciju, kao i odlivak, koji treba da se dobije livenjem. Model je prototip, kopija odlivka, ali se od njega razlikuje po tome to je neto veih dimenzija zbod skupljanja metala i konane mainske obrade odlivka. Izrauje se iz jednog ili vie dijelova, to prije svega zavisi od sloenosti njegovog konanog oblika, kao i pogodnosti njegovog vaenja iz kalupa pri izradi upljine u kalupu. Ako je model izraen iz vie dijelova, onda se ti dijelovi meusobno spajaju po razdjeljnim povrinama. Gornja polovina modela uvijek sadri ispuste, a donja odgovarajue otvore, tako da je spajanje modela dovoljno vrsto. Unutranja kontura odlivka se dobija pomou jezgara koja se posebno pripremaju. Radne povrine modela i jezgara treba da budu glatke i iste, da bi se pri izradi kalupa dobili jasni i otri otisci modela.Za izradu modela mogu da se koriste drvo, metal, plastine mase, gips, cement, beton, itd. Izbor materijala za izradu modela zavisi od vrste livenja i sloenosti dijela koji se lije. U pojedinanoj i maloserijskoj proizvodnji model se obino pravi od drveta, dok je u masovnoj proizvodnju ekonominije koristiti model od metala zbog njegove vee vrstoe i dimenzione stabilnosti.

Slika 8. Detalj zupanika: a) crte detalja, b) radioniki crte modela, c) tehnoloki crte modela i d) detalj odlivka

Model se pravi na osnovu tehnolokog crtea elementa koji treba da se odlije (sl. 8.). Na tehnolokom crteu pored izgleda odlivka treba da budu naznaene razdjeljne povrine modela, poloaj modela pri izradi kalupa, poloaj odlivka pri izlivanju tenog metala u kalup, zakoenja, dodaci za skupljanje i za mainsku obrad.Kada se uzmu u obzir gore navedene injenice, za izradu kalupa koristi se model a ne originalan gotov proizvod.Ravnina dijeljenja modela sijee model po njegovom najveem presjeku kako bi se oba njegova dijela mogla izvui iz kalupa. Na slijedeoj slici prikazana je posljedica pogrenog postavljanja ravnine dijeljenja.

Slika 9. Pogreno postavljena ravnina dijeljenja

Dimenzije modela u zavisnosti od vrste materijala moraju biti vee od dimenzija originalnog odlivka (tabela 2).

Tabela 2. Skupljanje odlivaka pri ovravanju u kalupu

Vrsta metala, mm/mVrsta metala, mm/m

Legura aluminijuma11Magnezij21

Aluminijska bronca21Legure magnezija16

Legure bakar - nikl21Manganska bronca21

Cink26Mjed13

Ugljenini elik16 21Nikal 21

Kromni elik21Olovo 26

Manganski elik26Sivi eljezni liv8 13

Kositar 21Bijeli eljezni liv21

Povrine koje su okomite na modelnu plou treba izraditi sa zakoenjem kako se pri vaenju modela kalup ne bi otetio. Stepen zakoenja bira se na osnovu visine odlivka (tabela 4).

Tabela 3. Stepen zakoenja kod rune izrade kalupa

h, mma, mm0

do 201,030

20 501,51030'

50 1002,01015'

100 2002,50045'

200 3003,00030'

300 5004,00030'

500 8005,00030'

800 10006,00030'

1000 1200 7,00030'

Na slijedeim slikama prikazani su jednostavan i sloena model, kao i modeli izraeni od razliitih materijala:

Slika 10. Primjer jednostavnog i sloenog modela

Slika 11. Modeli izraeni od razliitih materijala (lijevo drvo, u sredini plastina masa i desno metal)

3.2.2. Kalupna i jezgrena mjeavina

Za izradu kalupne i jezgrene mjeavine koristi se livniki pijesak, prirodni i vjetaki, koji se sastoji od kvarcnog pijeska, gline, vezivnih sredstava i razliitih pomonih materijala. Kvalitet svakog odlivka direktno zavisi od kvaliteta kalupne mjeavine mnogobrojna ispitivanja su pokazala da je ak 50% greaka koje se javljaju na odlivcima, posljedica kalupne mjeavine loeg kvaliteta. Za pripremanje mjeavine za kalupe i jezgra koriste se mnogobrojni ureaji kao to su transporteri, suare, sita za sijanje, drobilice i mlinovi, magnetni separatori, ureaji za regeneraciju mjeavine, mjealice i ureaji za rastresanje mjeavine.Kalupna i jezgrena mjeavina, zbog specifinih radnih uslova, treba da ima odreene osobine, kao to su: Vatrostalnost je svojstvo smjese da pri duem djelovanju visokih temperatura ne dolazi do promjena koje bi negativno uticale na kvalitet povrine odlivka. Plastinost je svojstvo smjese da se bez osipanja moe da oblikuje prema modelu i da zadri njegov oblik. Gasna propustljivost je svojstvo mjeavine da proputa gasove i vazduh pri izlivanju tenog metala u kalupnu upljinu. vrstoa je sposobnost mjeavine da se pod dejstvom spoljanjeg optereenja, pri transportu ili pod statikim i dinamikim dejstvom tenog metala ne razara. Termohemijska stabilnost je svojstvo mjeavine da ne stupa u hemijsku reakciju sa rastopljenim metalom. Ovo svojstvo zavisi od minerolokog sastava pijeska. Dugotrajnost je svojstvo mjeavine da zadri sva svojstva pri ponovnoj upotrebi.

Pijesak prije svega mora biti temperaturno i hemijski otporan. Vrste pijeska koji se koriste pri procesu izrade kalupa su:

kvarcni SiO2, cirkonijski ZrO2xSiO2, hromitni - FeOxCrO3, olivinski (MgFe)2xSiO4, amotni Al2O3x2SiO2.

Veliina zrna najvie koritenog kvarcnog pijeska je 0,06 0,75 mm. to su manja zrna pijeska to e biti manja hrapavost povrinskog odlivka. to su zrna pijeska vea to e biti lake proputati zrak i plinove tokom ulivanja i skruivanja rastopa. Smjesa zrna razliitih veliina poveava vrstou kalupa ali mu smanjuje propusnost.

Vezivo daje kalupu potrebna mehanika svojstva, a najee koritena veziva su prikazana u tabeli 4.

Tabela 4. Veziva koja se koriste pri procesu kalupovanjaAnorganska vezivaOrganska veziva

glinafenolni polimeri

cementfuranski polimeri

vodeno staklo

Dodaci i premazi spreavaju nastajanje povrinskih greaka na odlivcima, poboljavaju glatkou povrine kalupne upljine, spreavaju pojave zapeenog pijeska na povrini odlivka, olakavaju ienje odlivka, itd.

3.2.3. Livenje i ienje nakon livenja

Nakon uklanjanja modelnih ploa s dijelovima modela i dijelovima ulivnog sistema postavlja se jazgra u kalupnu upljinu, spajaju se dva dijela kalupa s kalupnikom i iz lonca za rastop uliva se rastop u kalup kroz au za ulivanje.

Slika 12. Ulijevanje rastopa u kalup kroz au za ulijevanje

Nakon hlaenja odlivka uklanja se kalupni sanduk, istresa odlivak, odsijecaju dijelovi odlivka skrueni u elementima ulivnog sistema i konano odlivak oisti.

Slika 13. Dijelovi koji se odsijecaju nakon vaenja i ienja odlivka iz kalupa

Iz kalupa se odlivci istresaju runo ili pomou vibracijskih strojeva za istresanje. Nakon istresanja iz kalupa potrebno je istresti jezgre iz odlivka te odlivak oistiti od izgorjelog pijeska i kalupnog premaza.Za runo ienje se koriste pneumatski ekii, iane etke i pogodne naprave za ienje. Kod mainskog ienja se koristi: rotirajui bubnjevi promjera 300 1500 mm i duina 600 3000 mm, strojevi za samiranje razliite izvedbe s oblom ili otrom elinom samom i hidrokomore sa mlaznicama promjera 4 8 mm kroz koje se na odlivke prska voda pod pritiskom od 50 150 bar u koliinama od 200 l/s.4. PRIMJER IZRADE KALUPA I PRORAUN ULIVNOG SISTEMA

Na slijedeoj slici prikazan je 3D model na osnovu kojeg e se vriti izrada kalupa, tj. uzimanje otiska u pijesku. Otisak e se dobiti utiskivanjem modela u pijesku koji se nalazi u kalupnom sanduku tj. U gornjem i donjem dijelu kalupnog sanduka. Tehnika dokumentacija modela e biti prikazana u prilogu.

Slika 14. 3D model

Na slici 15 prikazane su donja i gornja polovica modela. Na gornjoj polovici modela je dodat i ulivni sistem radi lakeg uzimanja otiska istog u kalupnom sanduku.

a) b)Slika 15. Donja (a) i gornja (b) polovica modela

4.1. Proraun ulivnog sistema

Za proraun uljevnog sistema usvojeni su slijedi podaci za livenje metala u pjeane kalupe: debljina zidova odlivka je =7 (mm); masa odlivka je mo=20 (kg); visina sprovodnika (ulevnog sistema) iznosi hs=12 (cm); koeficjent iskoritenja tenog metala =0,8; gustoa sivog liva =6,710-3 (kg/dm3).

Na slijedoj slici prikazan je izgled kalupa za livenje, liva sa strane i liva odozgo.

Slika 16. Izgled kaupa za livenje

Povrina poprenog presjeka ulivnog sistema rauna se na osnovu obrazca:

Masa se rauna kao:

Visina hr se na osnovu metalno-statiki pritisak rauna na osnovu obrazca:

Brzina kretanja metala kroz sprovodnik se rauna kao:

Vrijeme livenja se moe izraunati prema obrazcu:

Koeficjent s se bira iz tabela i za vrijednost debljine zida (=3,5-8) i za metal u ovom sluaju sivi liv usvaja se (s=1,85), pa je sada vrijeme livenja:

Odlivak spada u sloenije oblike, ali usljed jednostavnog ulivnog sistema gubici u sistemu nisu veliki, pa se moe usvojiti koeficjent otpora (=0,6).Ako se usvoje 2 ulivna sitema, odnosno sprovodnika krunog presjeka dobija se:

Pa se na osnovu dobivenih vrijednosti rauna prenik sprovodnika na osnovu obrazca:

4.2. Izrada kalupa

Nakon izrade modela i njegovog razdvajanja po osi simetrije pristupa se konstrukciji kalupnih sanduka. Na slijedeoj slici prikazane su gornja i donja polovica kalupnog sanduka sa utisnutim polovicama modela:

Slika 17. Donja (a) i gornja (b) polovica sanduka sa utisnutim modelom(plava kalupni sanduk, crvena pijesak, uta model)

Poslije utiskivanja modela u pijesak sa vezivnim materijalima, u kalupnom sanduku dolazi do otvrdnjavanja pijeska sa vezivnim materijala. Poslije otvrdnjavanja mjeavine pristupa se izvlaenju modela iz mjeavine kako bi se dolo do dobijenog otiska u mjeavini. Nakon toga pristupa se spajanju donjeg i gornjeg dijela kalupnog sanduka. Veza izmeu gornjeg i donjeg dijela kalupnog sanduka mora biti vrsta i ostvarena tako da ne dolazi do istjecanja rastopljenog metala na sastavu ivica kalupnih upljina. Veza se ostvaruje pomou vijaka sa leptir navrtkama.

Slika 18. Sklopljeni kalup

Pored prethodno prikazanih ilustracija procesa dobijanja odlivka bit e prikazan i proces dobijanja velikog i malog poklopca koji su sastavni dijelovi gotovog odlivka. Osnovne geometrijske karakteristike e biti date u prilogu.

Slika 19. 3D model velikog i malog poklopca

Slika 20. 3D model velikog i malog poklopca sa uljevnim sistemomKako se za dobijanje otiska u mjeavini primjenjuje isti postupak koji je prethodno opisan, to e onda postupak dobijanja kalupa biti samo ilustrativno prikazan.

Slika 21. Dobijeni otisci u kalupnim sanducima

Slika 22. Sklopljeni sanduk

Nakon zavretka procesa livenja, odlivak se dalje obrauje, tj. Potrebno je izbuiti otvore za vez poklopaca i velikog odlivka, te otvore za vezu odlivka sa postoljem.

Popis slika:

Slika 1.Shema tehnolokog procesa livenja u pjeane kalupe........................3.

Slika 2.Prikaz materijala za livenje....................................................................5.

Slika 3.Prikaz moguih postupaka livenja..........................................................6.

Slika 4.Primjer odlivka i pjeanog kalupa.........................................................7.

Slika 5.Shematski prikaz toka livenja u pjeane kalupe...................................7.

Slika 6.Shematski prikaz proizvodnog procesa u ljevaonici..............................9.

Slika 7.Shematski prikaz procesa livenja u pjeane kalupe.............................9.

Slika 8.Detalj zupanika.....................................................................................10.

Slika 9.Pogreno postavljena ravnina dijeljenja.................................................11.

Slika 10.Primjer jednostavnog i sloenog modela...............................................12.

Slika 11.Modeli izraeni od razliitih materijala...................................................12.

Slika 12.Ulijevanje rastopa u kalup kroz au za ulijevanje.................................14.

Slika 13.Dijelovi koji se odsijecaju nakon vaenja i ienja odlivka iz kalupa....14.

Slika 14.3D model................................................................................................15.

Slika 15.Donja (a) i gornja (b) polovica modela...................................................15.

Slika 16.Izgled kaupa za livenje...........................................................................16.

Slika 17.Donja (a) i gornja (b) polovica sanduka sa utisnutim modelom.............18.

Slika 18.Sklopljeni kalup......................................................................................19.

Slika 19.3D model velikog i malog poklopca.......................................................19.

Slika 20.3D model velikog i malog poklopca sa uljevnim sistemom....................19.

Slika 21.Dobijeni otisci u kalupnim sanducima....................................................20.

Slika 22.Sklopljeni sanduk...................................................................................20.

Popis tabela:

Tabela 1.Prednosti i nedostaci livenja u pjeanim kalupima...............................8.

Tabela 2.Skupljanje odlivaka pri ovravanju u kalupu.......................................11.

Tabela 3.Stepen zakoenja kod rune izrade kalupa...........................................11.

Tabela 4.Veziva koja se koriste pri procesu kalupovanja.....................................13.

2