Slévárenství. Výroba ocelového odlitku odlitím do pískové formy

Slévárenství Výroba ocelového odlitku odlitím do pískové formy

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE KB007 – STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE VYPRACOVAL JAROSLAV ZÁZVORKA 2012

O BSAH 1. Úvod ................................................................................................................................................. 3 2. Postupový diagram výroby............................................................................................................... 4 3. Technologie postupu výroby ............................................................................................................ 5 3.1. Základní technologické úpravy hrubého odlitku....................................................................... 5 3.1.1. Úkosy modelu ................................................................................................................................. 5 3.1.2. Přídavky na obrábění a technologické přídavky.............................................................................. 5

3.2. Návrh postupu výroby............................................................................................................... 6 3.2.1. Strojní formování ............................................................................................................................ 6 3.2.2. Dělící rovina a umístění odlitku ve formě ....................................................................................... 6 3.2.3. Nálitkování a smršťování při tuhnutí .............................................................................................. 6 3.2.4. Vtoková soustava............................................................................................................................ 7 3.2.5. Jádra a známky ............................................................................................................................... 8

4. Postupový výkres a výroba model. zařízení ..................................................................................... 9 4.1. Postupový výkres ...................................................................................................................... 9 4.2. Modelové zařízení ................................................................................................................... 10 5. Formování ...................................................................................................................................... 11 5.1. Formovací směsi...................................................................................................................... 11 5.1.1. Modelová směs ............................................................................................................................ 11 5.1.2. Výplňová směs .............................................................................................................................. 11 5.1.3. Jádrová směs ................................................................................................................................ 12

5.2. Formovací rámy ...................................................................................................................... 12 5.3. Výroba formy .......................................................................................................................... 12 5.4. Výroba jader ............................................................................................................................ 14 6. Příprava tekutého kovu a odlévání ................................................................................................ 15 7. Čištění, tepelné zpracování a výstupní kontrola ............................................................................ 17 7.1. Čištění odlitku.......................................................................................................................... 17 7.2. Tepelné zpracování odlitku ..................................................................................................... 18 7.3. Výstupní kontrola .................................................................................................................... 20 Použitá literatura................................................................................................................................ 22 Příloha ................................................................................................................................................ 23

2

1. Ú VOD Slévárenství poskytuje potenciálně nejekonomičtější způsob přeměny výchozí suroviny v žádaný finální nebo polofinální výrobek. Odlitek má unikátní tvarovou univerzálnost ve srovnání s produkty ostatních výrobních technologií. Slévárenství umožňuje zhotovovat díly a výrobky v široké škále hmotnosti až do desítek tun. Poměrně jednoduchými postupy lze vyrobit odlitek složitých tvarů i s vnitřními dutinami. Ocelové odlitky mají ve strojírenství bohaté zastoupení. Uplatňují se v konstrukci lanových, pojezdových a řetězových kol, pracovní části důlních strojů, mlecí a drtící komponenty apod. Často odlitky nahrazují pracně vyráběné svařence. Ve slévárenské výrobě směřujeme k odlitkům se stále vyšší přesností a kvalitou povrchu, větší tvarovou složitosti, zvýšenými mechanickými vlastnostmi a to vše při klesajících materiálových a energetických nákladech. Dnes existuje poměrně rozsáhlý výběr technologií výroby odlitků, přičemž lze některé označit za velmi vyspělé (odstředivé lití, lití pod tlakem, kontinuální lití apod.). I přesto, je díky své ekonomičnosti a nenáročnosti, stále hojně rozšířena klasická technologie gravitačního lití do netrvalých bentonitových forem. Právě touto technologii se zabývá tato práce. Zjednodušeně popisuje výrobu odlitku řetězového kola litého z materiálu ČSN 422719. Mechanické vlastnosti této oceli ovlivňuje v převážné míře uhlík. Odlitek se dodává tepelně zpracovaný a neobrobený. Součástí technicko-dodacích podmínek je pouze vizuální kontrola, rozměrová kontrola (dle třídy přesnosti ČSN 014470.4) a protokol o chemickém složení.

3

2. P OSTUPOVÝ DIAGRAM VÝROBY OBJEDNÁVKA

POSTUPOVÝ VÝKRES

JÁDRA

MODEL

FORMOVÁNÍ

TAVENÍ OCELI

FORMOVACÍ RÁM

ODLÉVÁNÍ

Vratný odpad

VYKLEPÁVÁNÍ

FORMOVACÍ SMĚS

Rámy Regenerovaný písek

TRYSKÁNÍ

PÁLENÍ

PŘEDBĚŽNÁ KONTROLA TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

BROUŠENÍ

TRYSKÁNÍ

OPRAVY ZAVAŘENÍM

VÝSTUPNÍ KONTROLA

EXPEDICE

4

3. T ECHNOLOGIE POSTUPU VÝROBY 3.1. Z ÁKLADNÍ

TECHNOLOGICK É ÚPRAVY HRUBÉHO ODLITKU

3.1.1. Ú KOSY MODELU Aby bylo možno model snadno vyjmout z formy, dělají se stěny kolmé k dělící rovině s určitým úkosem. Velikost úkosu je závislá na výšce modelu, na materiálu, z něhož je model zhotoven a na způsobu výroby. U dřevěných modelů na strojním formování, kde model je při vyjímání z formy přesně veden, se užívá úkosu 1-3°. Čím vyšší je stěna modelu, tím menší se volí úkos. Pokud to výrobní a konstrukční důvody dovolí, je lépe volit vždy větší úkos, neboť vyjímání modelu z formy je snazší. Vyžaduje-li však konstrukce odlitku rovnoběžné stěny odlitku, je třeba použít přídavku na modelu a odlitek dodatečně opracovat nebo využít jádra. Podle vztahu úkosu ke jmenovitému rozměru rozlišujeme 3 typy úkosu: Úkos A - je jak do plusu, tak do mínusu od jmenovitého rozměru na výkrese. Nelze jej použít, jestliže konstrukce odlitku nedovoluje zmenšení rozměru. Úkos B - je do mínusu od jmenovitého rozměru na výkrese. Dělá se u ploch, které zůstanou neobrobeny a konstrukce dovoluje větší zmenšení příslušného jmenovitého rozměru. Úkos C - je do plusu vůči jmenovitému rozměru. Dělá se u těch ploch, které budou obrobeny.

Obr.1 – rozdělení slévárenských úkosů

3.1.2. P ŘÍDAVKY NA OBRÁBĚNÍ A TECHNOLOGICKÉ PŘÍD AVKY Povrch odlitku je vždy nerovný a má na sobě připečený písek. Při přesné strojírenské výrobě však není tento stav vždy přípustný. Je tedy nutné odlitek opracovat. Aby konečný rozměr odlitku odpovídal požadavkům, musíme s tímto opracováním dopředu počítat a zvětšit jej o patřičnou míru – o přídavek na obrábění. Určování velikosti přídavků na obrábění se řídí normou. Plochy obrácené při lití směrem vzhůru mají větší přídavky na opracování než plochy spodní, protože se na nich hromadí veškeré nečistoty. Technologické přídavky nejsou na rozdíl od přídavků na obrábění normalizovány, ale musí být schváleny zákazníkem. Stanovují se v závislosti na

5

technologii výroby odlitku. Zajišťují usměrněné tuhnutí, ulehčují formování (nepředlévání otvorů = úspora množství jaderníků), vyztužují odlitek, apod.

3.2. N ÁVRH

POSTUPU VÝROBY

3.2.1. S TROJ NÍ FORMOVÁNÍ Při strojním formování je převážná část namáhavé práce vykonávána strojem, takže lze dosáhnout větší efektivity práce. Oproti ručnímu formování má strojní několik výhod: -

Odpadá ruční pěchování a vyjímaní modelu z formy Velikost forem je stejnoměrná, protože rozklepávání provádí formovací stroj Rám je vždy správně usazen na modelové desce pomocí kolíků Při správném provedení modelu spodek i vršek přesně lícují Vtoky, zářezy a nálitky se formují současně s modelem Jednodušší práce slévače umožňuje použití méně kvalifikovaných dělníků

3.2.2. D ĚLÍCÍ ROVINA A UMÍSTĚNÍ ODLITKU V E FORMĚ Volba umístění odlitku ve formě je první fází při návrhu postupu výroby. Určuje, která část modelu bude ve vršku a která ve spodku. Plocha, v níž se spolu stýkají dvě části formy, se nazývá dělící rovina. U strojního formování je možná pouze jedna dělící rovina. Při určování dělící roviny a polohy odlitku ve formě platí několik pravidel : -

Dělící rovina by měla být pokud možno rovinná Odlitek by měl být převážně do spodku – lepší zakládání jader Správná dělící rovina zajišťuje minimální pracnost při čištění odlitků Dělící rovina by neměla procházet rádiusy Dělící rovina by měla minimalizovat počet jader a jejich složitost Odlitek by měl být ve formě tak, aby důležité a obráběné plochy byly ve spodku

Počet odlitků v jednom rámu závisí na jeho velikosti . Pokud umístíme do formy více odlitků, pak se mezery mezi nimi řídí jejich výškou. Čím vyšší odlitek, tím větší vzdálenost mezi nimi. Umístění odlitků v rámu musí zajistit, aby mohla být umístěna potřebně velké vtoková soustava.

3.2.3. N ÁLITKOVÁNÍ A S MRŠŤOVÁNÍ PŘI TU HNU T Í Chladnutí slitin je doprovázeno zmenšováním jejich objemu – smršťováním. Pro slévárenskou technologii je nejdůležitější smršťování při tuhnutí, které je příčinou staženin. Smršťování při tuhnutí je závislé na materiálu odlitku, způsobu tuhnutí, formě a konstrukci odlitku. Rozdíl mezi objemem tekutého kovu před tuhnutím a pevného kovu po ztuhnutí je nazýván staženinou.Na její tvar a umístění má rozhodující vliv způsob odvodu tepla. Staženiny se tvoří v tepelném centru litého útvaru.Pochod tvorby staženin v odlitcích nazýváme stahováním. Abychom doplnili úbytek objemu při tuhnutí, musíme do formy nalít větší objem tekuté slitiny, než je objem odlitku.

6

Zásobník tekutého kovu, ze kterého se doplňuje úbytek objemu, se nazývá nálitek. V místech, kde je proti svému okolí relativně nashromážděn kov, tuhne roztavená slitina později. Taková místa se nazývají tepelné uzly a mají sklon k vytváření vnitřních staženin. Má-li být dosaženo zdravého odlitku, musí jeho tuhnutí postupovat od nejvzdálenějších míst až do nálitku, který má ztuhnout jako poslední. Pak je zaručeno, že nálitek doplňuje úbytek slitiny při tuhnutí, a že tepelné uzly jsou napojeny na zásobník tekutého kovu. Takové tuhnutí se nazývá usměrněné. Použijeme-li pravidla vepsaných koulí, pak při usměrněném tuhnutí se musí podařit všechny koule vepsané do odlitku vykutálet do nálitku. Podle uspořádání rozeznáváme nálitky otevřené, které vyúsťují do horní plochy rámu a uzavřené, které jsou skryté ve formě. Doba tuhnutí nálitku je tím delší, čím je nálitek větší. Exotermickými zásypy se izoluje povrch nálitku od okolní atmosféry, takže ztrácí méně tepla a proto tuhne déle. Navíc vlivem exotermických reakcí uvolňují teplo, takže nálitek ještě vyhřívají. Nejvýhodnější tvar nálitku je kulový. Jeho velikost se volí podle velikosti celkového smrštění při tuhnutí a podle druhu nálitků s přihlédnutím na tvar odlitku v místě nálitku.

Obr.2 – zobrazení nálitku se staženinou s přídavků

3.2.4. V TOKOVÁ SOU STAVA Pro zaplnění dutiny formy tekutým kovem se zhotovuje ve formě vtoková soustava, která má zajistit dobré zaběhnutí kovu do všech jejich částí, stejnoměrné a homogenní teplotní pole odlitku, bez eroze formy tekutým kovem a bez nasávání plynů, par a vzduchu z formy. Pro zachycení prvního nárazu kovu při lití z pánve slouží vtoková jamka. U ocelových odlitků má tvar normální trychtýřové nálevky. Jamka přímo navazuje na kruhový vtokový kůl, kterým klesá kov od horní roviny formy do roviny vtokového zářezu. Je zakončen jamkou, která zachycuje náraz padajícího kovu a způsobuje, že kov, který se při prvním dopadu rozstříkne, nevnikne rovnou do formy, ale vytvoří zde určitou vrstvu, která tlumí pád dalšího kovu. Litím oceli z pánve s dolní výpustí odpadá použití struskováku, protože kov teče do formy čistý a bez strusky. Vtokový kůl je

7

tedy přímo spojen s vtokovým zářezem, který je navržen jako nejužší část vtokové soustavy.Užší průřez způsobuje zvýšení rychlosti kovu vtékajícího do formy, což podporuje zaběhnutí tekutého kovu. Vtoková soustava je po celou dobu lití vystavena žáru tekutého kovu. Je proto bezpodmínečně nutné, aby byla zhotovena z nejlepšího modelového písku, který dobře odolá tomuto namáhání. Vtokovou soustavu (nebo její část) je také možno poskládat z ohnivzdorných šamotových trubek.

Obr.3 – vtoková soustava

3.2.5. J ÁDRA A ZNÁMKY Je-li potřeba odlít v součásti otvory, používáme k jejich vytvoření jádra, která se vkládají do formy zvlášť. K upevnění jádra ve formě slouží známky, které se zakládají do známkových loží formy. Známky zajišťují stabilitu jádra a pomáhají odvádět plyny z formy. Ačkoli se jádra používají většinou pro vytvoření vnitřních tvarů odlitku (pravá jádra), lze někdy vytvořit i vnější povrch odlitku pomocí jader (nepravá jádra). Jádra jsou obvykle nejnamáhavější části formy a proto musí být z velmi jakostního materiálu. Zvlášť pečlivě je třeba dbát na jejich odplynění a zajištění proti prasknutí. Velmi důležitou vlastností jader je jejich dobrá rozpadavost po odlití a vychladnutí odlitku tak, aby se mohl vzniklý vratný písek dostat beze zbytku i ze složitých dutin odlitků.

8

4. P OSTUPOVÝ VÝKRES A VÝROBA MODEL . ZAŘÍZENÍ 4.1. P OSTUPOVÝ

VÝKRES

Je to základní technologický podklad pro výrobu modelu. Jedná se o výkres součásti doplněný o grafické a textové údaje, určující požadavky na modelové zařízení. Grafické údaje se zakreslují do výkresu předepsanými značkami podle normy. Výběr některých základních značení je uveden v tabulce.

Název a určení

Vyobrazení

Razítko slévárenského postupu

Obsahuje údaje o materiálu odlitku, úkosech, stupni přesnosti, velikosti smrštění, doplňující informace o modelovém zařízení a jadernících

Dělící rovina modelu Značí se plnou zelenou čarou s křížky na koncích. Směr šipky s písmenem N nebo V udává část modelu, která bude ve vršku. Přídavky na obrábění a techn. přídavky Zakreslují se plnou červenou čarou, v řezu se šrafují. Velikost přídavků se udává číslicí nebo se kótují. Vtoková soustava Zakresluje se plnou červenou čarou a kótuje se. Nálitek Zakresluje se plnou červenou čarou a kótuje se. Obrysy jader Vnitřní obvod se šrafuje krátkými zelenými čárami.Pro přehlednost je možné šrafovat křížkovaně a použít jiné barvy kromě černé a červené. Známky Zakreslují se plnou zelenou čarou a kótují se. Známky na modelu se vyrábí větší o vůli, určenou kótou. Otevření jaderníku Značí se šipkou s písmeny OJ. Její směr udává stranu, ze které bude jaderník otevřený.

9

4.2. M ODELOVÉ

ZAŘÍZENÍ

Při odlévání do netrvalých forem je nutný model , který odpovídá svým tvarem vnějšímu povrchu odlitku a je zvětšený o smrštění, které je způsobeno smršťováním kovu v pevném stavu. Protože se převážně sleduje lineární změna rozměrů, udává se smršťování v pevném stavu jako lineární smrštění. Míra tohoto smrštění se u uhlíkatých ocelí pohybuje okolo 2%. Při výrobě modelů se používá tzv. modelářských metrů, které jsou již o příslušné měřítko zvětšené. Odpadá tedy pracné přepočítávání jednotlivých rozměrů. Model a jaderník se vyrábí na základě postupového výkresu v modelárně, která je součástí slévárny. Hlavním materiálem pro výrobu modelu je dřevo (především tvrdá olše a javor). Je dobrým kompromisem mezi cenou, opracovatelností a výdrží modelu. Kvalita řeziva a konstrukce modelu zásadně ovlivňuje jeho životnost a rozměrovou stálost. Model i jaderník se zhotoví opracováním sklíženého vysušeného materiálu do požadovaného tvaru. Pro strojní formování se model upevňuje na 2 formovací dřevěné desky – spodek a vršek, aby mohli 2 formovací stroje pracovat v páru. Na vrchní desce je dřevěný kolík pro šamotovou nálevku a jedna část modelu s nálitkem, který je volný. Kovový čep zajišťuje jeho polohu na modelu. Na spodní desce je druhá část modelu, známky pro založení jader a zbytek vtokové soustavy. Na každé modelové desce jsou 4 otvory vyztužené plechovou destičkou, které zaručují přesné usazení desek na formovací stroj. Jaderník je zhotoven ze stejného materiálu jako model. Stejně tak je důležité počítat se smrštěním a s úkosy, aby bylo zaručeno bezproblémového vyjmutí jádra z jaderníku bez poškození. Jaderník je zhotoven jako dělený ze dvou půlek. Proti vzájemnému posunutí jsou k sobě sesponkovány. Přesné složení obou půlek k sobě zajišťují kovové čepy upevněné v jedné polovině jaderníku, které zapadají do otvorů v druhé polovině jaderníku. Proti působení vlhkosti písku a jeho abrazivním účinkům se povrch modelu a jaderníku barví leštitelným nitrocelulózovým emailem. Pro ocelové odlitky se používá barva nátěru modrá, přičemž známky se barví na černo.

10

Obr.4 – modelové zařízení

5. F ORMOVÁNÍ 5.1. F ORMOVACÍ

SMĚSI

Netrvalé formy se zhotovují z formovacích písků a jsou po odlití znehodnoceny. Při výrobě forem a jader, manipulaci s hotovými výrobky, při odlévání, chladnutí a vytloukání musí formovací materiály vyhovět různým požadavkům. Proto se standartně každá namíchaná formovací směs podrobuje několika zkouškám, prováděných v pískové laboratoři na zkušebním tělese předepsaného válcového tvaru. Patří k nim zejména stanovení vlhkosti, pevnosti směsi v tlaku a prodyšnosti.

5.1.1. M ODELOVÁ SMĚS Modelovou směsí se při výrobě formy obkládá model. Přichází do přímého styku s roztaveným kovem a proto musí být velmi jakostní. Na formy vyráběné strojním formováním se nejčastěji používá bentonitová směs. Jako ostřivo (základní kostra formovacího materiálu určující základní vlastnosti směsi) je použit praný křemičitý slévárenský písek. Tento materiál je v přírodě nejvíce dostupný a náklady na jeho získávání jsou proti jiným ostřivům nejnižší. Písek je dodávám do slévárny vysušený a tříděný na požadovanou zrnitost. Je tedy přímo připravený k míšení v kolovém mísiči s ostatními složkami formovací směsi. Mezi nejrozšířenější pojivo patří jílové pojivo bentonit. Jedná se, pokud jde o vaznost, o hlínu nejlepší jakosti, jejíž vlastnosti tvoří její podstatná složka montmorillonit. Důležitou součástí formovacích směsí s jílovými pojivy je také voda, která umožňuje rozvinout plastické vlastnosti jílů při vytváření vaznosti směsi. Kromě bentonitu se jako pojivo a plastifikátor přidává bramborový škrob dextrin. Ten po odlití vyhořívá a tím snižuje pevnost písku. Díky tomu se pak písek snadněji vytlouká z formy a dutin odlitku. Zlepšuje také plastické vlastnosti směsí a jejich prodyšnost.

5.1.2. V Ý PLŇOVÁ SMĚS

11

Výplňová směs doplňuje zbývající volný prostor v rámu. Protože nepřijde do styku s roztaveným kovem, nemusí být již tak jakostní a proto se připravuje úpravou vratného písku získaného vyklepáním formy po odlití. Písek se během několika kroků zbaví zbytků kovových částí, prachových nečistot, větších kusů zpečeného písku a ostatního nežádoucího materiálu. V mísiči je poté smíchán se žáruvzdorným mletým jílem a vodou.

5.1.3. J ÁDROVÁ SMĚS Jádra se vyrábí u malosériové výroby ručně do jaderníků. Pro výrobu jader je požita kombinace slévárenského písku s novanolem a chromitová směs novanolem. Žáruvzdorný chromitový písek, který se získává drcením chromitové rudy je používán zejména díky své vysoké odolnosti proti penetraci a zapékání. Díky této vlastnosti se jeho použitím dosahuje kvalitnějšího povrchu odlitku. Vzhledem k vyšší ceně jsou jím ale obloženy pouze plochy, které přijdou do styku s tekutým kovem.

5.2. F ORMOVACÍ

RÁMY

Ocelový formovací rám zpevňuje formovací směs, která není schopna snést statické ani dynamické tlaky vlévaného kovu. Rámy mají mít malou hmotnost při dobré tuhosti. Jsou vylehčeny otvory, které zároveň slouží pro odvod plynů z formy při odlévání. K usnadnění manipulace s rámy, zvláště pak k snadnému otáčení pomocí jeřábu, jsou rámy opatřeny dvěma čepy, které jsou k rámu pevně přility. Při skládání rámů na sebe je zapotřebí velké přesnosti, aby nedošlo k přesazení jednotlivých částí formy. Proto musí být stykové plochy rámů pečlivě obrobeny. Vnitřní profil rámu je opatřen lištami, aby bylo zabráněno vypadnutí písku. Tomu napomáhají i příčky, které zároveň zvyšují celkovou tuhost rámu. Formovací stroj je vybaven vyměnitelným ložem, na které lze upnout 3 velikosti formovacích rámu. Nejčastěji se však používá rám o rozměrech 900x600x250 mm.

Obr.5 – formovací rám

5.3. V ÝROBA

FORMY

Výroba forem se realizuje na pneumatických střásacích strojích s dolisováním. Model je rozdělený a každá polovina modelu je upevněna na modelové desce. Dva formovací stroje pracují v páru, z

12

nichž jeden formuje vršek druhý spodek formy. Po upnutí modelové desky na lože formovacího stroje se pomocí jeřábku ustaví formovací rám. Jeho poloha je vymezena dvěma čepy.Na upínací šrouby se nasadí kovové kužely, které ve formě vytvoří dutiny pro skládací kolíky. Díky jim pak při skládání rámů na sebe lícuje vršek se spodkem. Model se nejprve posype separátorem (grafitem), který zabraňuje přilepování písku na model. Na dřevěný kolík se nasadí šamotová nálevka a do rámu se dopraví z násypky modelová směs a následně i směs výplňová. Pohyblivé lože nejdříve setřese písek tak, že pravidelně vyplní rám a následně dolisovací deska na otočném rameni rám překryje a dolisuje formovací směs. Rám je poté za pomocí 4 vyjížděcích čepů v kolmém směru k dělící rovině vyzvednut a oddělen od modelu. Z formy se vytáhne dřevěný nálitek a forma se otočí. V místě známek pro jádra se vršek formy ručně prorazí ocelovou jehlou . Vzniklé odvzdušňovací otvory napomáhají odplynění formy při lití. Forma se pomocí stlačeného vzduchu vyfouká, aby se zbavila nečistot, a do spodní poloviny formy se založí všechna jádra. Pomocí 3 skládacích kolíku se obě poloviny ihned složí na sebe, zajistí kovovými svorkami a dopraví na licí pole. Formy je nutno zpracovat do 24 hodin, aby se předešlo osychání a drolení formy a následné ztrátě mechanických vlastností.

13

Obr.6 – schéma strojního formování 1) usazení modelu na lože formovacího stroje, usazení formovacího rámu a šamot. nálevky na dřevěný kolík 2) zasypání rámu modelovou a výplňovou směsí, střesení písku a následné dolisování 3) oddělení modelu od rámu a vytažení nálitku 4) založení jader a složení formy

5.4. V ÝROBA

JADER

Jádra se vyrábí ručním pěchováním písku do dvoudílného dřevěného jaderníků. Jaderník se položí otevřenou stranou vzhůru a vyplní se tak , aby chromitová směs pokrývala plochy budoucího odlitku. Zbytek se zaplní směsí s novanolem. Ručně se písek připěchuje a případně se doplní tak,

14

aby vyplnil celou dutinu jaderníku. Dutou kovovou jehlou se přivede do středu jaderníku CO2 a chemickou reakcí s novanolem se během několika sekund směs vytvrdí. Jaderník se rozebere a jádro vyjme. Po cca 4 hodinovém “zrání” na vzduchu jádro dosahuje požadovaných vlastností a po nátěru žáruvzdorným nátěrem je připraveno k založení do formy.

Obr.7 – jaderník a jádro

6. P ŘÍPRAVA TEKUTÉHO KOVU A ODLÉVÁNÍ Materiál o požadovaném složení je vyroben roztavením vsázky v zásadité elektrické obloukové peci. Vnitřek pece je vyzděn žáruvzdornými magnezitovými cihlami. Pec je uzavřena víkem, kterým procházejí tři grafitové elektrody (trojfázový proud), které jsou napojeny na regulační transformátor s automatickou regulací. V bocích pece jsou dvířka na stahování strusky a odpichový otvor. Celá pec je upevněna na sklápěcím zařízení. Po odsunutí víka se pec zaveze pomocí sázecího koše kovovou vsázkou. Tu tvoří až 80% vratného legovaného odpadu (nálitky, vtoky neshodné odlitky o stejném chem. složení), dále pak feroslitiny (FeMn, FeSi,Al) a struskotvorné přísady (CaO, CaF2). Víko se posadí zpět a začne se tavit. V první fázi probíhá tavení pevné vsázky žárem elektrického oblouku tím způsobem, že se ve vsázce vytavují otvory a elektrody do těchto otvorů pomalu klesají. Oblouky hoří uvnitř těchto otvorů, takže vyzdívka pece není tepelně namáhána a je možno použít maximálního příkonu tepla do pece. Tekutý kov stéká na půdu pece, kde se shromažďuje a jeho hladina stoupá. Po určité době dosáhnou elektrody úrovně hladiny tekutého kovu a hoření oblouků se stabilizuje. Při roztavení většího množství vsázky se pevná vsázka sesouvá do roztaveného kovu, tavení pokračuje až do úplného roztavení vsázky. Protože je ve vsázce určité množství kyslíku ve formě rzi a okují, probíhá již během tavení oxidace doprovodných prvků podle jejich afinity ke kyslíku. Po roztavení

15

vsázky se odlije kovový vzorek a na simultánním měřícím optickém emisním spektrometru se určí přesné chemické složení . Pak se pec nakloní na stranu pracovního otvoru a stáhne se 60 až 70 %strusky. Tím se odstraní značná část fosforu, který oxidoval již během tavení a přešel do strusky. Tím okamžikem skončilo období tavení vsázky a začíná období oxidační, během kterého je nutno snížit obsah doprovodných prvků a obsah plynů. Na lázeň se nahodí čerstvě pálené vysušené vápno v množství 1 až 1,5 % hmotnosti vsázky. Při vytvoření dostatečně tekuté strusky a při dosažení potřebné teploty lázně se do pece postupně přidávají železná ruda a vápno. Přísada rudy vyvolá v lázni uhlíkovou reakci a intenzívní var lázně, struska pění, její úroveň stoupá a struska odtéká přes práh pracovního otvoru do struskového koše. Jakmile intenzita varu začíná klesat, přidává se další dávka rudy a vápna. Odtékání strusky z pece a její obnovování má význam z hlediska obsahu fosforu v kovu. Aby var byl intenzívní a dostatečně dlouhý, vsázka se sestavuje tak aby po roztavení pevné vsázky bylo v kovové lázní o 0,4 až 0,5 % uhlíku více, než ho má být v hotové oceli. Když se obsah uhlíku v kovu přiblíží spodní hranici požadovaného obsahu a obsah fosforu klesne na hodnotu 0,01 % až 0,015 % stáhne se asi 80 % strusky, udržuje se asi 10 minut čistý var lázně a potom se dokončí stažení strusky. Stažením oxidační strusky končí oxidační údobí. Po oxidačním údobí nastává rafinační údobí. V jeho průběhu se musí provést dezoxidace a odsíření kovu a dosáhnout předepsaného chemického složení kovu. Při tavení uhlíkatých ocelí se používá difúzní dezoxidace pod karbidickou struskou. Napřed proběhne předběžná srážecí dezoxidace a pak důkladná difúzní dezoxidace, a to tím způsoben, že se struska redukuje uhlíkem mletého koksu. Ke konečné dezoxidaci se pak používá hliníku, který se přidává do pece. Konečným obdobím tavby je redukce, kdy se lázeň dolegovává a proto je třeba udržovat zvýšenou teplotu lázně. Hlavním úkolem redukce je zbavení lázně všech druhů oxidů, hlavně FeO a vměstků. V tomto období je třeba udržovat strusku aktivní, pěnivou, ne hustou, ani řídkou. Hustá ani řídká struska není schopna chemických reakcí. Na redukci se musí používat výběrové jakosti struskotvorných přísad, protože i výběrová jakost je nositelem a zdrojem zvyšování vodíku v lázní. Nositeli redukčních vlastností a schopností na strusku jsou redukční přísady - ropný koks a drcené Fesi. Častým pohazováním povrchu strusky v menších dávkách se vytváří redukční atmosféra v peci, kdy kouřové zplodiny vytváří přetlak plynů a proto se dvířka pece vždy po vhození dávky musí okamžitě uzavřít, aby pec nenasávala vzduch. V redukci, před vhozením každé dávky redukční přísady a po vhození a roztavení legur a před odebráním zkoušky je nutno lázeň řádně promíchat, protože v tomto období je lázeň v klidu a dochází zde k nerovnoměrnému chemickému složení lázně. Časté míchání má svůj hluboký význam i pro snižování vměstků, které se mícháním dostanou do styku se struskou, která je pohltí. V oxidačním období se lázní míchat nemuselo, protože tam míchání obstarával uhlíkový var.

Po dosažení chemického složení pro daný materiál a odpichové teploty se tavící pec nakloní a odpichovým otvorem se roztavený kov vylije do pánve. Hladina oceli v pánvi musí být kryta vrstvou strusky, aby kov nepřišel do styku s atmosférou. Pánev je vyrobena ze silnostěnného plechu a vyzděna žáruvzdornou vyzdívkou (šamotové cihly). Před použitím je nutno pánve předehřát na

16

teplotu 400-460 °C. Pánev s tekutým kovem se dopravuje jeřábem na licí pole, kde se za použití pákového mechanismu otvírá spodní výpusť, kterou proudí tekutý kov vtokovou soustavou do formy. Bezprostředně po odlití se nálitek ošetřuje exotermickým zásypem.

Obr.8 – elektrická oblouková pec

7. Č IŠTĚNÍ , TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A VÝSTUPNÍ KONTROLA 7.1. Č IŠTĚNÍ

ODLITKU

17

Po odlití je nutno počkat, až odlitek vychladne na takovou teplotu, aby snesl další manipulaci. Potřebná doba chladnutí závisí na hmotnosti a tvaru odlitku. Celé formy jsou po vychladnutí dopraveny jeřábem na vytřásací rošt. Ten pomocí vibrací oddělí písek od odlitku a rámu, který odchází pasovým dopravníkem k regeneraci. Vytloukáním se sice dosáhne odstranění převážné části formovacího materiálu, ale na odlitku často zůstává ještě připečený písek a většinou nejsou odstraněny zbytky jader. Hrubé čistění odlitků se provádí v bubnovém tryskači. V tomto zařízení dochází k odstranění připečeného a jádrového písku metáním ocelových broků na povrch odlitků. Po otryskání je potřeba zbavit surový odlitek vtoku a nálitku. Ocel s nízkým obsahem uhlíku je i v nežíhaném stavu poměrně houževnatá, takže uražení je nesnadné. Proto se vtoky a nálitky odstraňují kyslíko-acetylenovým hořákem. Odlitek je však nutné před pálením předehřát na teplotu 300 C° aby nedocházelo k praskání materiálu vlivem teplotního šoku. Dočišťováním se pak za pomocí kyvadlových brusek s kotoučem z umělého korundu a ručních brusek dosahuje konečného vzhledu a rozměru. Případné drobné vady se opraví zavařením.

7.2. T EPELNÉ

ZPRACOVÁNÍ OD LITKU

Ocelové odlitky se tepelně zpracovávají, aby se odstranila hrubozrnná licí struktura, zlepšily mechanické vlastnosti a odstranila vnitřní pnutí. To vzniká v odlitku tehdy, je-li vnějšími překážkami (forma, jádra) nebo vnitřními překážkami (konstrukce odlitku) bráněno smršťování jednotlivých částí odlitku. Vnitřní pnutí však vzniká i tehdy, chladnou-li některé části odlitku nestejnoměrně. Pro dosažení rovnovážné struktury se odlitek normalizačně vyžíhá a pro zlepšení obrobitelnosti ještě odlitek projde popuštěním. To vše se děje v žíhací peci na zemní plyn. Programově řízené impulsní hořáky zajišťují rovnoměrnou teplotu v celé peci. Pec je také vybavena rychlostními vzduchovými tryskami pro ochlazování vsázky. Pro žíhaní odlitků se používají žíhací vany s otvory ve stěnách a ve dnu, pro prostup tepla a ochlazovacího média. Průběh teplot během tepelného zpracování zachycují digramy tepelných cyklů.

18

Obr.9 – diagram tepelného zpracování – normalizační žíhání

Obr.10 – diagram tepelného zpracování – popouštěcí žíhání

19

7.3. V ÝSTUPNÍ

KONTROLA

Po očištění se odlitek kontroluje na přítomnost vad, přičemž se nejprve provádí povrchová, vizuální kontrola a pak se odlitek proměří podle výkresu dodaného technologem. V některých případech požaduje zákazník i prověření vnitřní jakosti nedestruktivními zkouškami. Na zvlášť litých nebo přilitých vzorcích se z každé tavby (nebo i kusu) kontroluje chemické složení a mechanické, popřípadě i fyzikální vlastnosti. Jako vadu odlitku označujeme odchylky (neshody) vzhledu, tvaru, rozměru, hmotnosti, struktury, celistvosti (homogenity) a sjednaných podmínek a norem. Podle normy ČSN 42 1240 se vady odlitků třídí do sedmi skupin. Nejběžnější vady jsou vyjmenovány v následující tabulce.

Název skupiny vad

1

11 - 16

Vady rozměru, tvaru a váhy

2

21 - 26

Vady povrchu

3

31 - 32

Přerušení souvislosti

4

41-46

Dutiny

5

51-55

Vměstky

6

61-65

Vady struktury

71-73

Vady chem. složení a mechan. vlastností

7

Metoda

Schéma vybraných vad

Vizuální zjišťování

Číslo vady

Zjišťování pomocí defektoskopických přístrojů

Číslo skupiny

20

Vady odlitku můžeme specifikovat jako: Přípustné vady nejsou na závadu použití odlitků a musí být buď výslovně povoleny a nebo nesmí být alespoň výslovně zakázány. Nepřípustné vady jsou obvykle jmenovitě uvedeny a jejich výskyt znamená neshodný výrobek a tzv. zmetkování. Opravitelné vady jsou takové vady, které lze vhodnými způsoby odstranit dodatečnými operacemi (zavařením, které slévárna provádí na své náklady. Odstranitelná vada je taková odchylka od příslušných norem nebo technickým podmínek, kterou je možno odstranit po dohodě se zákazníkem jen zvláštními úpravami nepředpokládanými výrobním postupem (vypouzdřením, nepředepsaným tepelným zpracováním atd.)

21

P OUŽITÁ LITERATURA Ing. Jan Kraus, Výroba ocelových odlitků, Vydavatelství ROH, Praha 1954 Rudolf Brabec, Václav Koutecký, Příprava výroby ve slévárnách, SNTL, Praha 1955 prof.Ing. Tomáš Elbel,CSc., Základy slévárenské technologie, Ostrava 2006 Radek Čada, Technologie I – část tváření a slévání, Ostrava 2008 ČSN 42 1240 – Vady odlitků, názvosloví a třídění vad, Vydavatelství úřadu pro normalizaci a měření, Praha Interní materiálny Slévárny Chomutov a.s.

22

P ŘÍLOHA

Obr.11 – pracoviště strojního formování

Obr.12 – jádra

23

Obr.12 – upálený nálitek

Obr.13 – kyvadlová bruska

24

Obr.14 – lití tekutého materiálu do licí pánve

Obr.15 – slévárna

25

Obr.16 – odlévání do forem

26

Obr.17 – žíhací pec

Obr.18 – odlitek kola

27