Dokładność odlewów
Zależnie od stosowanej metody wykonania dokładność odlewu, a zatem i wielkość naddatków, na ogół znacznie się różni. Niedokładność odlewów spowodowana jest zasadniczo następującymi przyczynami:
1)niedokładnością wykonania modeli i rdzeni, a także zniekształceniem ich przy eksploatacji i przechowywaniu (paczenie się modeli);
2)błędami przy składaniu form (niedokładnym zestawieniem skrzynek formierskich, przesunięciem rdzeni itp.);
3)zniekształceniem formy przez obruszanie modelu przed wyjęciem z formy;
4)odkształceniem formy przy odlewaniu;
5)niedokładnością określenia skurczu odlewniczego;
6)wpływem obróbki cieplnej odlewów.
Największy wpływ na dokładność odlewów ma skurcz, który z kolei zależy przede wszystkim od chemicznego składu użytego stopu. Na przykład odlewy staliwne mają skurcz liniowy dwukrotnie większy niż żeliwne. Dane charakteryzujące skurcz można uzyskać tylko doświadczalnie porównując wymiary modelu i przedmiotów określonego kształtu, odlanych w określonych warunkach.
W przypadku braku takich danych przyjmuje się skurcz liniowy normalny określony dla różnych stopów normą PN/H-851 i wskazany w tabl. 14.
Wpływ czynników wymienionych poprzednio w punktach 1, 2 i 4 można zmniejszyć przez zwiększenie dokładności wykonania modeli, skrzynek rdzeniowych i samych rdzeni, utrzymanie skrzynek w dobrym stanie jak również przez odpowiednią konstrukcję formy i prawidłowy skład masy formierskiej. Wpływ zniekształcenia formy przy obruszaniu modelu (punkt 3) również można zmniejszyć stosując doskonalsze sposoby usuwania modelu z formy (np. formowanie maszynowe).
Błędy odlewów mogą być systematyczne i przypadkowe. Rozpatrując je w granicach jednej serii przedmiotów
odlanych z jednakowego materiału, przy użyciu tego samego modelu oraz w jednakowych warunkach formowania i odlewania, oczywiście stwierdzimy mniejszą różnicę wymiarów niż przy porównywaniu odlewów
otrzymanych w różnych warunkach.
Jeśli przy odlewaniu próbnej serii przedmiotów wymiary ich odbiegają od wymaganych, to w przypadku błędu systematycznego (na przykład żle obliczonego skurczu) błąd ten można usunąć przerabiając model; w ten sposób dokładność następnych odlewów będzie większa. Dzięki takiemu ulepszeniu procesu odlewniczego na dokładność odlewów mają wpływ tylko błędy przypadkowe. Można to osiągnąć w warunkach produkcji wielkoseryjnej i masowej. Okoliczność ta oraz szeroki zakres stosowania modeli metalowych i formowania maszynowego umożliwia osiągnięcie dużej dokładności odlewów przy tego rodzaju produkcji.
W tabl. 15 podano tolerancje wykonania odlewów żeliwnych według normy radzieckiej GOST 1855-45. Tolerancje podane są w zależności od
mierzonego wymiaru. W tablicy zamieszczone są górne i dolne odchyłki w stosunku do wymiaru nominalnego dla powierzchni nie obrabianych. Wskazane odchyłki dotyczą wymiarów nie tolerowanych. Przy właściwej metodzie formowania i starannym wykonaniu formy i odlewów tolerancje te mogą być zmniejszone, c. Sposoby odlewania
Przy wytwarzaniu części silników spalinowych stosowane są następujące sposoby wykonania odlewów:
7)w formach piaskowych, wykonywanych ręcznie,
8)w formach piaskowych, wykonywanych maszynowo,
9)w formach rdzeniowych,
10)odśrodkowe,
11)w formach metalowych (kokilach),
12)pod ciśnieniem,
13)precyzyjne.
1. Odlewanie w formach piaskowych, wykonywanych ręcznie. Przy ręcznym formowaniu z modeli drewnianych, odkształcających się pod wpływem wilgoci i ulegających zużyciu, otrzymuje się najmniej dokładne odlewy. Przy starannym formowaniu ręcznym
w warunkach produkcji seryjnej, kiedy przy wykonywaniu modelu uwzględnia się doświadczenie nabyte przy odlewaniu przedmiotów o zbliżonym kształcie i w razie potrzeby wprowadza się poprawki modelu po wykonaniu próbnych odlewów, możliwe jest zapewnienie tolerancji wszystkich wymiarów dla odlewów średnich (o wielkości do 1000 mm) w granicach + 2 mm, a dla odlewów dużych (do 4000 mm) w granicach ± 6 mm. Dla odlewów małych tolerancje będą znacznie mniejsze (nie przekroczą wielkości podanych w tabl. 15, klasa I).
Z drugiej strony ten
sposób odlewania ma sze-
reg zalet. Wykonanie mo-
deli drewnianych jest łatwe, formowanie odbywa się bez użycia, specjalnych maszyn, a więc z najmniejszym nakładem kosztów. Ponadto przy formowaniu ręcznym istnieje możliwość łatwej zmiany rodzaju produkcji. Z podanych względów ten sposób odlewania jest najczęściej stosowany w produkcji jednostkowej i małoseryjnej wielkich odlewów części silnika.
Przy odlewaniu części silnika formy piaskowe wykonywane są najczęściej w skrzynkach formierskich lub w gruncie. Normalnie przy odlewach małej i średniej wielkości stosuje się formowanie w składanych skrzynkach formierskich. Formowanie w gruncie może być zalecane przy produkcji wielkich odlewów, do których wykonania należałoby używać skrzynek formierskich o powierzchni ponad 10 m2. W praktyce formowanie w gruncie stosowane jest często i przy mniejszych odlewach, gdy odlewnia nie ma odpowiednich skrzynek formierskich oraz dźwigów.
Jako przykład odlewu otrzymanego w formie piaskowej, wykonanej ręcznie przy użyciu drewnianych modeli, może służyć kadłub dużego
5-cylindrowego silnika z zapłonem samoczynnym pokazany na rys. 20. Na rys. 21 przedstawiono model takiego samego silnika 6-cylindrowego. Przy jego formowaniu użyto skrzynek formierskich o wymiarach 3530X1765 X X 1325 mm. Forma w końcowym stanie prac przedstawiona jest na rys. 22. Suszenie formy, które trwa 10-f-12 godzin, przeprowadza się przy użyciu gorącego powietrza. Zespół rdzeni składający się z 90 sztuk pokazano na rys. 23.
2. Odlewanie w formach piaskowych wykonywanych maszynowo. Formowanie maszynowe w porównaniu z formowaniem ręcznym ma wiele zalet. Umożliwia ono:
a) zwiększenie wydajności pracy przeciętnie 10-i-15 razy przez zmechanizowanie lub wyeliminowanie takich operacji, jak rozmieszczenie modeli na płycie, wykańczanie form, zagęszczanie masy, wyjęcie mo-
delu itp;
14)otrzymanie form o większej wytrzymałości i jednakowym zagęszczeniu masy formierskiej;
15)zatrudnienie mniej wykwalifikowanych robotników;
16)zmniejszenie ilości braków;
e) otrzymanie większej dokładności odlewów; przy bardzo starannym formowaniu maszynowym w warunkach produkcji masowej można zapewnić tolerancje dowolnego wymiaru odlewu mającego długość nie większą niż 1000 mm w granicach + 1 mm.
Formowanie maszynowe ma szereg odrębnych cech, odróżniających je od formowania ręcznego. Konieczne jest nieco odmienne konstruowanie części przeznaczonych do formowania, inna budowa modeli (o jednej płaszczyźnie podziału i bez części odejmowanych, na miejsce których stosowane są rdzenie) oraz oprzyrządowania i wreszcie wyposażenia zmechanizowanej formierni w pomocnicze maszyny, urządzenia do przygotowania masy formierskiej i rdzeniarskiej, środki transportowe, urządzenia do wybijania gotowych odlewów z formy itd. Należyte wykorzystanie kosztownych instalacji zmechanizowanych formierni i rdzeniami wymaga dokładnego opracowania procesu technologicznego oraz prawidłowej organizacji stanowiska roboczego.
Zakres stosowania formowania maszynowego znacznie rozszerzył się w ostatnim dziesięcioleciu dzięki udoskonaleniu maszyn formierskich. O ile dawniej formowanie maszynowe było stosowane wyłącznie przy produkcji wielkoseryjnej i masowej małych i średnich części, o tyle obecnie obejmuje ono również odlewy duże oraz odlewy wykonywane w niewielkich seriach.
Formowanie maszynowe jest najczęściej stosowane przy: formowaniu w dwóch skrzynkach, bezskrzynkowym, do odlewania piętrowego (w stosach lub schodkowego) i wreszcie przy formowaniu z rdzeniami wilgotnymi, czyli tzw. formowaniu na trzech formierkach.
Istnieje cały szereg odmian maszyn formierskich, spośród których przy odlewaniu części silnikowych najczęściej stosowane są wstrząsarki i narzucarki
Formierki - wstrząsarki. Schemat działania wstrząsarki przedstawiono na rys. 24. Na stole wstrząsarki 1, stanowiącym całość z tłokiem 2 umieszczony jest na płycie 3 model i skrzynka formierska 4 wraz z ramką nastawianą 5. Przez doprowadzenie sprężonego powietrza do cylindra wstrząsarki 6 przez otwór dopływowy 7 tłok podnosi się na wysokość określoną różnicą poziomów otworów dopływowego i odpływowego. Przez nagłe ujście powietrza przez otwór odpływowy 8 następuje szybkie opadanie stołu oraz uderzenie dolnej jego powierzehni o obrzeże cylindra 6, co powoduje wstrząs stołu razem z umieszczoną na nim skrzynką wypełnioną masą formierską. Zagęszczenie masy formierskiej w skrzynce następuje w wyniku nacisku warstw wyżej położonych wywołanego wyzwoleniem energii kinetycznej poszczególnych cząsteczek masy przy uderzeniu. Największe zagęszczenie masy występuje w dolnej części skrzynki, tj. przy modelu; im bardziej ku górze tym stopień zagęszczenia jest mniejszy, tak że warstwy najwyższe nie ulegają prawie żadnemu zagęszczeniu i wymagają dodatkowego ubicia.
Dodatkowe zagęszczenie górnej warstwy przeprowadza się różnymi sposobami: a) ubijakiem ręcznym lub pneumatycznym po zakończeniu wstrząsania; b) przez ustawienie na skrzynce ramki 5 (rys. 24), wsypanie masy formierskiej na większą wysokość i zgarnięcie linijką po zakończeniu wstrząsania słabo zagęszczonego nadmiaru masy aż do górnej krawędzi skrzynki;
c) przez obciążenie górnych warstw masy w skrzynce żeliwną płytą o wymiarach nieco mniejszych od wewnętrznych wymiarów skrzynki.
Najlepszym rozwiązaniem omawianego zagadnienia jest zastosowanie formierek kombinowanych, tj. wstrząsarek z dodatkowym naciskiem statycznym, przy czym nacisk następuje zaraz po ubiciu masy przez wstrząsanie, a w najnowszych konstrukcjach równocześnie ze wstrząsaniem. Ze względu na trudności konstrukcyjne sposób ten stosowany jest dotychczas tylko przy wstrząsarkach niezbyt dużych.
Wstrząsarki mają najczęściej napęd pneumatyczny, który znajduje zastosowanie nie tylko do formierek, lecz także do szeregu innych maszyn i urządzeń w odlewni, jak np. podnośników, ubijaków itp. Napęd hydrauliczny szeroko stosowany przed pierwszą wojną światową zanikł prawie zupełnie w miarę rozpowszechnienia wstrząsarek ze względu na zbyt powolny przepływ cieczy.
W zależności od sposobu wyjmowania modelu z masy formierskiej po jej zagęszczeniu nowoczesne wstrząsarki dzielimy następująco:
17)wstrząsarki trzpieniowe z dociskiem, stosowane do prostych niewysokich form i modeli o dużych zbieżnościach (schemat formowania pokazano na rys. 25o);
18)wstrząsarki przeciągowe z dociskiem (rys. 25b), stosowane do wysokich form modeli o wysokich pionowych ścianach bocznych;
19)wstrząsarki z obracanym stołem i z dociskiem (rys. 25c);
20)wstrząsarki obrotowe z dociskiem (rys. 25d);
21)wstrząsarki z przerzucanym stołem (rys. 25e).
Trzy ostatnie typy wstrząsarek stosuje się wtedy, kiedy wyjęcie modelu bez uszkodzenia formy jest trudne. Formierki te są mniej wydajne i mają bardziej złożoną konstrukcję, lecz zabezpieczają przed odłamaniem wystających części formy.
Na rys. 26 pokazano wstrząsarkę z dociskiem i płytą obracaną, a na rys. 27 — wstrząsarkę obrotową z dociskiem.
Narzucarki w zależności od sposobu pracy dzielimy na odśrodkowe i pneumatyczne. Konstrukcja narzucarek pneumatycznych oparta jest na działaniu strumienia sprężonego powietrza, które porywa cząsteczki masy formierskiej i wyrzuca przez dyszę do skrzynki formierskiej. Narzucarki te są rzadko stosowane ze względu na duże zużycie energii.
Schemat narzucarki odśrodkowej przedstawiono na rys. 28. Głowica narzucarki 1 jest ustawiona nad modelem 2 umieszczonym w skrzynce formierskiej 3. Podajnik taśmowy 4 wsypuje masę formierską do obudowy głowicy 5, w której obraca się
wirnik 6. Do wirnika przymocowana jest wymienna łopatka 7, która chwyta dostarczaną przez podajnik 4 masę i wyrzuca ją z dużą prędkością przez otwór 8 do skrzynki formierskiej. Przerwy pomiędzy oddzielnymi porcjami masy są niewidzialne dla oka i wydaje się, że masa jest wyrzucana nieprzerwanym strumieniem. Uderzenia kolejnych porcji masy powodują jej zagęszczanie w skrzynce. Wirnik głowicy napędzany jest silnikiem elektrycznym.
Narzucarka mechanizuje czynność napełniania formy masą i jej zagęszczenia, nie mechanizuje natomiast wyjmowania modelu. Pozwala to na stosowanie narzucarek przy jednostkowym lub małoseryjnym wykonywaniu form z wyjmowaniem modelu za pomocą suwnicy lub też ręcznie. Przy produkcji wielkoseryjnej i masowej narzu-carki współpracują z maszynami z trzpieniowym podnoszeniem skrzynki lub z przeciąganiem modelu.
Rozpatrzmy kilka przykładów formowania maszynowego w produkcji części silnikowych.
Na rys. 30 przedstawio-
no kadłub sześciocylindro
wego silnika samochodowego od strony wałka rozrządu, a na rys. 31 i 32 żeliwny model odlewniczy tego kadłuba, dzielony w płaszczyźnie środkowej, z wykonaniem łożysk głównych i otworów cylindrowych.
Ze względu na wgłębienia do osadzenia rdzeni model ten ma tylko częściowe podobieństwo do produktu gotowego.
W celu przygotowania formy piaskowej każda połówka modelu jest oddzielnie montowana na płytach odpowiadających sobie maszyn formierskich. Na każdej maszynie wykonywane są połówki form, a skrzynki formierskie są zaopatrzone w kołki ustalające do ustawiania tych skrzyń na płycie maszyny oraz do łączenia obu połówek form. Narzucarka napełnia skrzynie formierskie masą oraz ją zagęszcza.
Wnętrze odlewu jest kształtowane za pomocą rdzeni. Jeden z nich jest pokazany w pozycji, w jakiej jest osadzony w formie. Taki rdzeń odnosi się
tylko do jednego przedziału kadłuba i kształtuje jego wnętrze wraz z otworami na cylindry (rys. 33). Na rdzenie używany jest w tym przypadku piasek z domieszką oleju, wypalany potem w suszarni rdzeni. Dzięki temu rdzenie mają porowatą budowę, umożliwiającą odpływ tworzących się gazów podczas odlewania. Rdzenie są wkładane w dolną połowę formy, tj. tę, która odpowiada stronie wałka rozrządu. Model zaopatrzony jest w znaki rdzeniowe do otrzymania gniazd w formie umożliwiającej osadzenie rdzeni: komory popy-chaczy zaworów, płaszcza wodnego, otworów cylindrowych oraz komór skrzyni korbowej. Wymienione rdzenie są wkładane według kolejności podanej w instrukcji technologicznej. Na rys. 34 pokazana jest dolna połowa formy z ustawionymi rdzeniami komory popychaczy zaworowych i płaszcza wodnego. Na rys. 33 przedstawiono rdzeń komory skrzyni korbowej. W czasie składania formy rdzeń ten ustawia się po uprzednim włożeniu rdzenia płaszcza wodnego. Inny podobny rdzeń stojący na płaszczyźnie stykowej połówki formy pokazany jest obok. Należy zauważyć, że w rdzeniu tym znajdują się otwory łożysk głównych i łożysk wałka rozrządu.
Innym przykładem odlewania w formach piaskowych, wykonywanych maszynowo, może być produkcja kadłuba 3-cylin-drowego silnika samochodowego, który wraz z u-kładem wlewowym przedstawiony jest na rys. 35.
Cały zespół rdzeni złożony jest z dziewięciu sztuk (rys. 36), które wykonywane są na maszynach do nadmuchiwania rdzeni w skrzynkach aluminiowych. Po poczernieniu i ponownym osuszeniu każdy rdzeń jest oddzielnie kontrolowany zanim nastąpi ich składanie.
Składanie zespołu rdzeni odbywa się w przyrządach posiadających te same punkty osadzenia co forma. Przyrządy te są następnie umieszczane na wózkach, które przejeżdżają przez tunelowy piec opalany gazem w celu ostatecznego wysuszenia zespołu rdzeni. Po tym suszeniu następuje przegląd rdzeni.
Obie połowy formy wykonywane są na dwóch stojących obok siebie wstrząsarkach. Po ustawieniu dolnej połowy formy na stole i wstawieniu w nią trzech małych rdzeni, zostaje w niej osadzony zespół rdzeniowy za pomocą uchwytu przenoszącego (rys. 37). Prawidłowe wstawienie zespołu rdzeni uzyskuje się przez zastosowanie sworzni prowadzących. W formie przewidziane są oczywiście odpowiednie przejścia pozwalające na wyciągnięcie łap przyrządu po oswobodzeniu rdzeni. Przejścia te są następnie wypełniane piaskiem formierskim. Forma zostaje wówczas zamknięta, a obie połowy — spięte klamrami. Wlewy wykonuje się z piasku formierskiego na oddzielnej małej formierce.
Przy formowaniu jest zatrudnionych sześć osób; cztery osoby obsługują dwie maszyny do formowania, a dwie pozostałe zatrudnione są przy ustawianiu rdzeni, zamykaniu form, wykonaniu wlewów itp. Grupa ta wytwarza 30 form kadłubów na godzinę.
Po odlaniu kadłub zostaje poddany kontroli przez wstawienie go do
specjalnego przyrządu kontrolnego (rys. 38), który umożliwia dokładne sprawdzenie oraz wykonanie baz do późniejszej obróbki.
Jeszcze innym przykładem odlewania w formach piaskowych, wykonywanych maszynowo, może być odlewanie wielkoseryjne głowicy przemysłowego silnika z komorą wirową (rys. 39), wymagające wykonania: metalowego modelu, metalowych rdzennic, sprawdzianów, przyrządów do szlifowania i do montażu rdzeni, płyt do suszenia rdzeni itp.
Zestawienie formy głowicy pokazano na rys. 40. Forma jest zasadniczo' prosta, gdyż dolna jej część stanowi jedynie gniazdo, w którym montuje się zespół rdzeni, górna zaś część formy — pokrywę zaopatrzoną w odpowietrzniki. Formę wykonuje się na dwóch wstrząsarkach. Do formy wkłada się gotowy, montowany oddzielnie zespół trzynastu rdzeni. Podstawę stanowi rdzeń główny, w którym są ustawione pozostałe rdzenie. Rdzeń główny oraz rdzenie płaszcza wodnego wykonuje się na wstrząsarce. Formę zalewa się na wilgotno.
Przykładem odlewania w formach piaskowych, wykonanych maszynowo, jest również odlewanie w stosach pierścieni tłokowych przy produkcji masowej (rys. 41). Skrzynka specjalnie ukształtowana dla danych odlewów może pomieścić sześć pierścieni 1. Metal wlany do wlewu głównego przechodzi trzema promieniowymi kanałami, znajdującymi się w każdej skrzynce, do odżużlacza 2, a stąd do poszczególnych pierścieni. W pierścieniu metal płynie dwoma strumieniami, schodzącymi się po stronie przeciwległej do wlewu doprowadzającego. Aby umożliwić zlanie się tych dwóch strumieni i zapobiec powstawaniu w odlewie niespawu, stosuje się specjalne wgłębienia 3, do których powinny dopłynąć spotykające się strumienie. Dzięki stosunkowo dużej pojemności wgłębień 2 metal stygnie w nich wolniej niż w pierścieniu i tym samym ogrzewa przylegającą część pierścienia.