VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

VÝROBA PÍSKOVÝCH FOREM A JADER PRO ODLÉVÁNÍ MAKING SAND MOULDS AND CORES FOR CASTING

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

Jiří Katrňák

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2016

Ing. Vítězslav Pernica

Zadání bakalářské práce Ústav:

Ústav strojírenské technologie

Student:

Jiří Katrňák

Studijní program:

Strojírenství

Studijní obor:

Strojírenská technologie

Vedoucí práce:

Ing. Vítězslav Pernica

Akademický rok:

2015/16

Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce:

Výroba pískových forem a jader pro odlévání Stručná charakteristika problematiky úkolu: Výběr slévárenských technologií je v současné době tak četný, že je nutné se při volbě způsobu výroby forem nebo jader pro konkrétní odlitky řídit mnoha kritérii, která mohou pozitivně či negativně ovlivnit jakost vyráběných odlitků. Cíle bakalářské práce: Na základě literární rešerše popsat technologie výroby pískových forem a jader. V praktické části bude navržen a vyroben jednoduchý odlitek odlitý do pískové formy. Seznam literatury: Jelínek, P. (1996): Slévárenské formovací směsi. Skripta VŠB-TU Ostrava. Ostrava: Ediční středisko VŠB, 177 s. ISBN 80-7078-326-5. Thienel, H. (2006): Rudal Verfahren-Ergebnisse in deutschen Giessereien. In: Sborník přednášek mezinárodní konference "Moderní formovací materiály". Brno: Sand-Team, s. 183-185. ISBN 80-0-01818-4. Škuta, R., Jelínek, P., aj (2003).: Pojivové soustavy pro dehydratační pochody výroby jader na bázi alkalických silikátů. In: Sborník přednášek mezinárodní konference "Moderní metody výroby jader". Brno: Sand-Team, s. 77-88. ISBN 80-02-01556-8.

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2015/16

V Brně, dne

L. S.

prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

ředitel ústavu

děkan fakulty

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

FSI VUT

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

List

4

ABSTRAKT Bakalářská práce popisuje jednotlivé metody výroby pískových forem a jader ve slévárenství a základní pojmy spojené s touto problematikou. Vzhledem k velkému množství způsobů výroby jsou popsány metody základní a dnes nejrozšířenější. Součástí práce je návrh a výroba litinového roštu do kamen, zhotovenou do bentonitové směsi a do samotuhnoucí směsi AlpHasetTM. Klíčová slova Forma, jádro, model, zhutňování, odlitek

ABSTRACT Bachelor thesis describes various methods for the production of sand molds and cores in foundry and basic concepts associated with this issue. Due to the large number of production methods are described only basic and most widespread methods. The work includes the design and manufacture of cast-iron grate for the stove, made into a mixture of bentonite and self-hardening mixture AlpHasetTM. Key words Mould, core, pattern, compaction, cast

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KATRŇÁK, J. Výroba pískových forem a jader pro odlévání. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2016. 39 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Vítězslav Pernica.


FSI VUT

List

5

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Výroba pískových forem a jader pro odlévání vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

Datum

Jiří Katrňák

FSI VUT


List

6

PODĚKOVÁNÍ Za účinnou podporu a pomoc, cenné připomínky a rady při zpracovávání bakalářské práce tímto děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Vítězslavu Pernicovi.

FSI VUT


List

7

OBSAH ZADÁNÍ…………………………………………………………………………………… 2 ABSTRAKT .......................................................................................................................... 4 PROHLÁŠENÍ....................................................................................................................... 5 PODĚKOVÁNÍ ..................................................................................................................... 6 OBSAH .................................................................................................................................. 7 ÚVOD .................................................................................................................................... 8 1

ROZBOR ZADÁNÍ ....................................................................................................... 9

2

VÝROBA FOREM ...................................................................................................... 11 2.1

Formovací směsi ................................................................................................... 12

2.2

Modelové zařízení ................................................................................................. 13

2.3

Zhutňování formovací směsi ................................................................................. 14

2.3.1 Lisování .............................................................................................................. 15 2.3.2 Střásání................................................................................................................ 16 2.3.3 Podtlakem ........................................................................................................... 16 2.3.4 Vstřelování .......................................................................................................... 17 2.3.5 Metání ................................................................................................................. 17 2.3.6 Impulzní zhuštění ................................................................................................ 18 2.4

Formovací linky .................................................................................................... 19

2.4.1 S formovacími rámy ........................................................................................... 19 2.4.2 Bezrámové .......................................................................................................... 20 2.5

Metoda spalitelného modelu bez pojiva ............................................................... 21

2.6

Moderní způsoby výroby forem ............................................................................ 22

2.6.1 3D tisk ................................................................................................................. 22 2.6.2 Obrábění forem ................................................................................................... 23 3

4

VÝROBA JADER ....................................................................................................... 24 3.1

CO2 – vodní sklo ................................................................................................... 25

3.2

COLD – BOX ....................................................................................................... 26

3.3

HOT – BOX .......................................................................................................... 26

3.4

ST směsi ................................................................................................................ 27

PRAKTICKÁ ČÁST – VÝROBA VLASTNÍCH FOREM ........................................ 28

ZÁVĚR ................................................................................................................................36 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ................................................................................. 37 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK ................................................................................. 39

FSI VUT


List

8

ÚVOD [1, 2] Slévárenskou technologií se zhotovují součásti odlitím tekutého kovu do předem připravené formy, jejíž dutina má tvar budoucího odlitku. Často se odlévají výrobky složitých tvarů s komplikovanými vnitřními dutinami a různou tloušťkou stěn, které jinou technologií nelze zhotovit. Hmotnost průmyslově vyráběných odlitků se pohybuje od několika gramů do mnoha desítek tun. Příklady odlitků, technologií a prostředí ve slévárně jsou znázorněny na obrázku 1. Z historického hlediska má slévárenství, jakož po staletí, tak i v dnešním průmyslu nenahraditelné místo. Již 5000 let před Kristem se pomocí jednoduchých nástrojů odlévali šperky a zbraně, ale teprve průmyslová revoluce v 18. a 19. století vedla k rozvoji slévárenství oceli a litin pro průmyslové účely. Současným trendem ve slévárenství je využití nejmodernější techniky pro simulaci odlévání, modelování součástí nebo plně automatizované výrobní linky. Rozvíjí se také odvětví rapid prototyping pro výrobu modelů nebo celých forem.

Obr. 1 Příklady odlitků a technologií výroby [3, 4, 5, 6]


FSI VUT

List

9

1 ROZBOR ZADÁNÍ [2, 7, 8] Obecně výroba forem a jader, pokrývá mnoho způsobů výroby od ruční zakázkové výroby až po plně automatizované sériové linky s chemickým vytvrzováním. Proto budou popsány hlavně základní principy a vybrané způsoby výroby forem a jader, které jsou v současné době nejvíce využívány. Základním prvkem při výrobě odlitku je forma, kterou podle počtu vyrobených odlitků v jedné formě můžeme rozdělit na: - Trvalou - jedná se převážně o kovové formy (kokily) využívané v sériové výrobě, odlévání může být gravitační nebo za zvýšených sil (vysokotlaké, nízkotlaké, odstředivé lití). - Polotrvalou – použití pro více jak jeden odlitek, nicméně nevydrží tolik jak trvalé formy. Po každém odlití se musí opravit. - Netrvalou – formy slouží pouze pro jeden odlitek, které se zhotovují z formovacích směsí (obsahující ostřivo, pojivo, přísady). Pískové formy a jádra spadají do kategorie netrvalých forem, které budou dále rozebrány. Výběr způsobu formování také záleží na odlévaném kovu, jehož využití v České republice je zobrazeno v následujícím grafu (Obr. 2).

4% 1%

41% LLG

13%

41%

19%

22% Lehké kovy 19% Ocel na odlitky 13% LKG

22%

4% Ostatní NŽK 1% Temperovaná litina

Obr. 2 Rozdělení odlévaného kovu v roce 2013 [8]

Součástí bakalářské práce je praktická část, v které bylo úkolem navrhnout a vyrobit nový litinový rošt do kamen za použití dvou pojivových systémů pískových forem. Jednalo se zejména o ruční formování do bentonitové směsi a samotuhnoucí směsi AlpHasetTM provedené v prostorách školní slévárny na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně pod odborným dohledem vedoucího bakalářské práce. Rovněž zde proběhlo také natavení kovu a odlití forem.

FSI VUT


List

10

Podkladem pro výrobu roštu byl vlastnoručně vyrobený dřevěný model. Jeho základní rozměry jsou na obrázku 3. Model bude opatřen 7 drážkami o šířce 5 mm pro propad popela a zkosením po obvodě drážek a celého obvodu modelu pro lepší manipulaci při formování.

Obr. 3 Nákres roštu

Odlévaným materiálem bude litina s vyšším obsahem křemíku, která je vhodná pro tepelně namáhané součásti. Jakost povrchu a vysoká rozměrová přesnost roštu není vzhledem k použití nutná.

Obr. 4 Hotový model roštu

FSI VUT


List

11

2 VÝROBA FOREM [7, 9, 10] Způsoby výroby forem se neustále vyvíjí a nové výrobní postupy jsou zejména z důvodu patentové a obchodní ochrany označovány často komerčními názvy. Proto je pro lepší přehlednost vhodné rozdělovat výrobní metody tak jak byly postupně zaváděny na tzv. generace (Obr. 5). Největší tlak při výrobě forem je dnes kladen na ekologii a ochranu životního prostředí, což má za následek rozvoj nových výrobních systémů.

Obr. 5 Rozdělení výroby forem dle generací [7]

FSI VUT


List

12

2.1 Formovací směsi [2, 11, 12, 13, 14, 15] Formovací látky do netrvalých pískových forem obvykle tvoří písková zrna (ostřiva) navzájem vázaná pojivem a dalšími pomocnými látkami (Obr. 6). Od této směsi se požaduje dobrá formovatelnost a potřebná vaznost, aby forma byla dostatečně pevná a odolala tlaku vtékajícího kovu. Nezbytná je i prodyšnost, žáruvzdornost a dobrá rozpadavost formovací směsi po odlévání. Ostřivo tvoří největší podíl ve formovací směsi (obvykle nad 90%) a dodává směsi potřebnou pevnost v tlaku. Tvar, velikost a stejnoměrnost zrn ostřiva má zásadní vliv na výsledné technologické vlastnosti formovací směsi. Volbu ostřiva je vhodné volit dle reaktivnosti vůči odlévanému materiálu. Dělení ostřiva podle chemického složení na: - Kyselá (křemen). - Zásaditá (magnezit). - Neutrální (korund, chromit). Obr. 6 Struktura netrvalé formy [2]

Další částí směsi je pojivo tvořící spojovací můstky mezi zrny ostřiva tak, aby forma byla schopna manipulace a odlévání. Jeho fyzikální vlastnosti, chemické složení a množství rozhodujícím způsobem ovlivňují fyzikální i technologické vlastnosti směsi. Pojiva lze rozdělit do dvou skupin, kde jednu skupinu tvoří pojiva anorganická, mezi které patří jíly, vodní sklo, sádra a cement. Tato pojiva produkují malé množství plynů při odlévání a nejsou tolik škodlivá pro životní prostředí. Nevýhodou některých anorganických pojiv (vodní sklo) jsou horší pevnostní vlastnosti, hlavně rozpadavost po odlití. Nicméně nově vyvinutá pojiva, kde se podařilo výrazně zlepšit jejich vlastnosti, mohou konkurovat druhé skupině pojiv organických. Vyznačují se vysokou pevností po vytvrzení, lepší regenerovatelností, ale také značným negativním vlivem na životní prostředí. Výjimkou jsou biogenní materiály, jejichž vliv na životní prostředí není škodlivý. Způsoby úpravy formovací směsi a druh mísiče, závisí převážně na použitém pojivu. Z hlediska použitého zařízení můžeme směsi rozdělit do dvou skupin. První směs označovanou jako vaznou lze přiřadit formovací směsi s přirozenými písky obsahující jíl a směsi s bentonitovým pojivem, které v současné době pokrývají 70% produkce odlitků. Za nevazné lze považovat všechny ostatní směsi, kde nepostačuje zhutnění formy pro vytvoření dostatečně pevných pojivových můstků mezi zrny.

FSI VUT


a) Zařízení pro úpravu vazných směsí Úkolem zařízení je úprava vstupní suroviny na hmotu, která má definované vlastnosti s ohledem na požadovanou výrobu forem či jader. Základem syntetické vazné směsi je křemenný písek, pojivo – bentonit a potřebné množství vody. Cílem úpravy je rovnoměrné rozdělení pojiva a důkladné zapracování vody v celé směsi. Nejvíce používaný je kolový mísič (Obr. 7), který svými koly dostatečně promíchává resp. hněte formovací směs. Vedle toho se také stále častěji užívá vířivý mísič. b) Zařízení pro úpravu nevazných směsí Tyto zařízení se specifikují podle používané směsi pro vytvrzování směsí zásahem zvenčí (ZZ), samotuhnoucích směsí (ST) a zařízení na úpravu obalovaných směsí (Croning). V principu jde o zařízení, které míchají ostřivo, pojivo a tvrdidlo v požadovaném poměru. Pro směsi samotuhnoucí se používají tzv. průběžné mísiče (Obr. 8).

List

13

Obr. 7 Kolový mísič Simpson Multi-Mull [14]

Obr. 8 Jednoramenný žlabový mísič [12]

2.2 Modelové zařízení [2, 16] Slouží jako nástroj k výrobě formy. Mezi základní prvky modelového zařízení k výrobě netrvalých forem patří: a) Modely a jaderníky. Pro výrobu modelů a jaderníků (Obr. 9) se používají různé materiály jako dřevo, kovy, umělé hmoty, vosk apod. Každé mají své výhody a nedostatky, které se projevují při výrobě a následném odlévání forem.

Obr. 9 Dělený model a jaderník [16]

FSI VUT


List

14

b) Šablony Jedná se o starou technologii, dnes využívanou spíše pro umělecké účely a kusovou výrobu odlitků. Principem výroby (Obr. 10) je vytvoření dutiny pomocí šablony, která svými nízkými pořizovacími náklady a odpovídající přesností splňuje funkci jinak drahého modelu. Šablona podle druhu vedení může být rotační nebo rovinná.

Obr. 10 Výroba šablonováním [16]

c) Modelové desky Nedílnou součástí strojní výroby forem jsou modelové desky (Obr. 11), které urychlují jejich výrobu. Rozdělovat je můžeme podle způsobu použití (jednostranné, oboustranné, reverzní) nebo podle způsobu zhotovení (montované, se zalitými modely, lité).

Obr. 11 Příklady modelových desek [16]

2.3 Zhutňování formovací směsi [ 2, 7, 12, 17] Proces probíhá převážně ve formovacích rámech, kde dochází k zhutnění formovací směsi okolo modelovacího zařízení a celého rámu. Důvodem zvýšení pevnosti formy je zabezpečení dostatečné manipulační a funkční pevnosti při odlévání. Základním principem zpevňování formy je ruční pěchování pomocí pěchovačky (Obr. 12). Tato metoda se používá převážně u kusové výroby rozměrných součástí. U hromadné a sériové výroby se uplatňuje strojního zhuštění, viz další podkapitoly.

Obr. 12 Ruční pěchování formy [17]

FSI VUT


List

15

2.3.1 Lisování [7, 12, 18] Nasypaná směs se zhutňuje působením síly na lisovací desku. Čím je vzdálenost od desky větší, tím je menší zhutnění směsi, proto se používají dva způsoby lisování. Při horním lisování se vtlačuje lisovací deska do směsi z opačné strany než je model. Při tomto zhutnění vzniká největší zhuštění pod lisovací deskou. Aby se docílilo největšího zhuštění okolo modelové desky, je zapotřebí spodního lisování, které se vyznačuje tím, že modelová deska přebírá funkci lisovací desky. Tato metoda vyžaduje přesné vedení desky a přesné dávkování směsi. Vedle schématu lisů (Obr. 13) lze vidět závislost zhutnění ρ na hloubce H formovacího rámu.

Obr. 13 Horní lisování (vlevo) a spodní lisování (vpravo) [12]

K zlepšení rovnoměrného zhuštění formovací směsi v celém průřezu se využívají různé lisovací hlavy (Obr. 14). Jejich tvar se především snaží kopírovat tvar modelu, aby vznikla přibližně stejná vrstva formovací směsi pod lisovacím mechanismem.

Obr. 14 Lisovací hlavy [12]

FSI VUT


List

16

2.3.2 Střásání [2, 7, 12] Střásací stroj (Obr. 15) je v principu přímočarý pneumotor, na kterém je usazen formovací rám s modelovým zařízením. Samostatnou práci vykonává píst, pod který je přiveden stlačený vzduch o tlaku 0,6 MPa. Stůl je tímto tlakem zvedán spolu s formou do hladiny výfukového ventilu, při jehož dosažení dojde k poklesu tlaku a stůl s formou volně spadne na doraz kovadliny. Při dopadech vznikají dostatečné tlaky ke kvalitnímu zhuštění formy. Nejlépe se zhutní směs okolo modelové desky, díky největšímu sloupci hmoty nad ním. Prodyšnost směsi stoupá směrem od modelovací desky nahoru, přičemž horní vrstvy jsou nejméně zhutněny (Obr. 16). Zdvihy se opakují a po určitém Obr. 16 Střásací stroj s tlumením rázů [12] počtu úderů (30-50) se zhuštění směsi nemění a naopak vznikají trhliny. Hlavní nevýhodou střásacích strojů je značná hlučnost a přenášení rázů do základů, proto jsou opatřeny tlumením a odvodem výfukového vzduchu mimo pracoviště. Porovnání kvality a oblastí zhutnění ve formovacím rámu mezi střásáním a lisováním je na obrázku 16, kde je patrné, že střásání vede v horizontálním směru k rovnoměrnému zhutnění vrstev. Lisování zanechává malé zhutnění u stěny rámu.

Obr. 16 Průřez střásanou a lisovanou formou [12]

2.3.3 Podtlakem [7, 12] Formovací rámy se zhutňují a plní v utěsněné formovací komoře, ve které je odsáván vzduch a vytvořeno potřebné vakuum. Poklesem tlaku se směs urychlí ve směru ze zásobníku na model. Směs se plní rozdílem tlaku mezi atmosférickým v zásobníku a nižším zbytkovým tlakem v komoře. Podtlakové formovací stroje předcházely proudovým strojům, jejichž využití je spíše u obtížných tvarů modelů s odvzdušněním v kritických místech.


FSI VUT

List

17

2.3.4 Vstřelování [7, 12, 19] Pro vstřelovací stroje je charakteristické rychlé plnění formy dávkovou směsí pomocí prudké expanze stlačeného vzduchu. Působí na sloupec směsi jako píst a směs vstupuje vstřelovacími otvory v hlavě do formy. Vzduch uniká odvzdušňovacím systémem pryč z formy. Tato metoda využívá původního patentu firmy Hansberg, která v dnešní době dodává kombinované vstřelovací stroje s dolisováním (Obr. 17). Dochází tak k velmi kvalitnímu zhuštění formovací směsi v celém průřezu.

Obr. 17 Vstřelovací stroj s dolisováním Hansberg [19]

2.3.5 Metání [2, 12] Zhušťování metáním je určeno pro rozměrově velké formy, které lze mechanizovat pomocí pískometů. Základní částí pískometu je metací hlava, která vrhá dávky formovací směsi do prostoru formy. Směs je vrhána vysokou kinetickou energií, která se nárazem mění na energii tlakovou, způsobující potřebné upěchování. Účelem je dosáhnout v celém průřezu formy stejnou tvrdost. Výsledné zhutnění závisí především na rychlosti dávky formovací směsi, kterou jí uděluje lopatka metacího kola, ke kterému je směs přiváděna pásovým dopravníkem. Na hustotu formy má také vliv rychlost pohybu metací hlavy nad formou, což může vést k vytváření nežádoucího kužele.

Obr. 18 Ukládání dávky formovací směsi [12]

FSI VUT


List

18

2.3.6 Impulzní zhuštění [7, 12] Tyto stroje zhušťují formovací hmotu přímým působením plynu. Rozlišujeme dle využité energie horkých nebo studeným expandujících plynů, tj. výbušné směsi plynu (GAS - IMPACT) nebo stlačeného vzduchu (AIR – IMPACT). GAS – IMPACT (Obr. 19) je metoda založena na exotermickém hoření směsi hořlavého plynu a vzduchu v prostoru nad formovacím rámem. Rostoucí tlak zplodin způsobuje okamžité zhuštění formovací směsi, což je vhodné pro komplikované modely s hlubokými kapsami. Nadávkované množství plynu (zemní plyn, metan, propanbutan) se urychluje ventilátorem na nastavenou rychlost proudění (cca. 50 m/s) a poté je zapálen automobilní svíčkou. Při výbuchu směs Obr. 19 GAS – IMPACT [12] plynu shoří během 0,01 sekund a vytvoří maximální tlak 0,72 MPa. I přes pokles tlaku netěsnostmi je vzniklé zhuštění dostačující. AIR – IMPACT (Obr. 20) je založen na uvolnění přetlaku vzduchu pomocí ventilu. V současnosti se pracuje s nízkým tlakem a vysokým průtokem vzduchu. Metoda vyžaduje přesně upravenou provzdušněnou směs k správnému zhuštění. Intenzita zhuštění poté závisí na parametrech vzniklé tlakové vlny. Impulzní stroj se dvěma talířovými ventily umožňující fluidní impuls. Při tomto procesu látka zfluidizuje v jistém rozsahu směsi a tím se zlepší prostorová Obr. 20 AIR – IMPACT [12] pohyblivost. Výsledkem je vyšší tvrdost a pevnost formy hlavně v krajích. Při tomto procesu je klíčové přesné časové řízení fluidizace, tedy první tlakové vlny. Uzavřením přepouštěcího ventilu se otevře hlavní vstup stlačeného vzduchu na povrch formy. Následující druhý tlakový impuls zhutní zbývající výšku směsi.

FSI VUT


List

19

2.4 Formovací linky [12] Linky mechanizují úkony při výrobě odlitků od výroby forem až po surový odlitek. Z hlediska dělící roviny a použití rámů je lze dělit na horizontální a vertikální nebo bezrámové a rámové. Dle druhu vyráběných odlitků, sériovosti, velikostí formovny a jejího výkonu se určuje vhodný typ formovací linky. Existuje několik variant linek v závislosti na požadavcích, od manuálních až po plně automatizované výrobní linky, jejichž realizace se upravuje dle přání zákazníka. 2.4.1 S formovacími rámy [12, 21, 22] U těchto zařízení je důležitá přesnost a tuhost formovacích rámů, která spolu s modelovým zařízením a formovací směsí vytváří formu. Na rozdíl od klasického jednostupňového zhušťování směsí se u těchto linek využívá dvoustupňové zhuštění. Jedná se zpravidla o kombinace metod, které vytvoří v celém průřezu dostatečnou pevnost pro manipulaci a odlévání. Např. v kombinaci impulsu a lisování (Obr. 21). V současné době existuje mnoho firem zabývajícím se sestavováním a výrobou formovacích linek či jejich součástí a každá zakázka se mění dle přání zákazníka. Pro představu poslouží koncept malé linky (Obr. 22). Na začátku procesu se vytvoří dvě poloviny formy, které se spolu s jádry složí a vytvoří ucelenou formu Obr. 22 Průběh pevnosti formy v rámu [12] určenou k odlévání. Kontinuálním posouváním se forma na licí trati odleje pomocí licího zařízení a následně přesune k chladnutí. Po určité době ochlazování ve formovacích rámech, kdy již nemůže dojít k deformaci odlitků, se formy s odlitky vytlačí. Dochlazování pak probíhá na chladících dopravnících, které surové odlitky dopraví k dalšímu opracování. Rámy jsou poté znovu použity při formování a proces se opakuje.

Obr. 22 Formovací linka KW [21]

FSI VUT


List

20

2.4.2 Bezrámové [12, 22] Snaha o zjednodušení principu formování do rámů vedla k vzniku bezrámových forem, které by se neobešly bez vysoké pevnosti zhutněné jílové směsi. Bezrámová technika je spjata s dánskou firmou DISA, která od roku 1961 vlastní patent na vertikální formovací linku dnes známou pod názvem Disamatic. Lze také využít provedení s horizontální dělící rovinou. Bezrámové formovací linky se svislou dělící rovinou jsou vysoce výkonné, využívající kombinaci vstřelování a lisování formovací směsi. Postup výroby je zobrazen na obr. 23. Do formovací komory se vstřelí pod nízkým tlakem nadávkovaná směs a poté se lisuje z obou stran modelovými deskami proti sobě. Odklopná lisovací hlava se vyjme z formy a sklopí do horizontální polohy. Lisovací deska posune formu dál z formovací komory, popřípadě se založí potřebná jádra. Přesné vedení zabezpečuje správné zapadání forem do sebe. Při dostatečném počtu spojených forem je pevnost mezi jednotlivými formami natolik veliká, že odolá metalostatickému tlaku vtékajícího kovu a formy se mohou odlévat pomocí licího zařízení. Formovací linka také musí mít dostatečně dlouhou chladící trať, aby odlitky dosáhly manipulační pevnosti a mohly být vytlučeny z formy. Vzhledem k ekonomičnosti se použitý písek recykluje a znovu používá při výrobě nových forem.

Obr. 23 Disamatic [22]

U Bezrámových linek s vodorovnou dělící rovinou (Obr. 24) odpadá manipulace s těžkými a drahými formovacími rámy, což vede k rychlému formování. Formuje se ve formovací komoře za použití oboustranných modelových desek. Vytvořené poloformy se skládají spolu s jádry. Pro zamezení přesazení forem slouží navlékací pomocné rámy tzv. žakety a proti vztlaku úkladky. Další postup je obdobný jako u předchozích formovacích linek. Obr. 24 Disa Forma [12]

FSI VUT


List

21

2.5 Metoda spalitelného modelu bez pojiva [12, 20] Tato metoda spadá do výroby s netrvalým modelem, kdy při odlévání kovu dochází k spálení a odpaření polystyrenového modelu. Model se opatří před samotným zaformováním nátěrem, který slouží jako chvilková skořápka při procesu lití. Následně se model zasype ostřivem bez pojiva. Ovšem polystyrenové modely se také formují do formovacích směsí s organickými pojivy. Spalitelný model (Obr. 25) se vyrábí z kopolymeru (polymetylmetakrylátu) napěněného párou, která se vstřikuje do kovových forem. Přivedením horké páry do prostoru formy model expanduje a dojde ke spojení částic kopolymeru. Poté se modely ochlazují a suší. Vzhledem k vysokým pořizovacím nákladům kovové formy se složitější detaily nebo dělené modely lepí tavným lepidlem dohromady. Hotový model se opatří izolačním nátěrem, který zásadně ovlivní povrch budoucího odlitku. Musí zabraňovat penetraci kovu Obr. 25 Slepený model (Lost foam) [20] a umožňovat plynovou propustnost. Tento postup je spíše pro sériovou a hromadnou výrobu, kde se vyplatí investovat do drahé kovové formy. U kusových zakázek se modely mohou obrábět z polystyrenového polotovaru (bloku). Hotové modely se na speciálním vibračním stole formují do beden (Obr. 26), kde se forma postupně plní čistým křemenným pískem. Vibrační pohyby ve více směrech napomáhají, aby písek natekl a ztuhl i v složitých tvarech okolo modelu. Po vyplnění se přes licí jamku odlévá tekutý kov přímo na zaformovaný model a po zchladnutí se celá forma i s odlitkem vysype. Písek se recykluje a znovu použije při dalším formování.

Obr. 26 Princip výroby odlitků na spalitelný model [12]

FSI VUT


List

22

2.6 Moderní způsoby výroby forem [23] V současné době se slévárenský trh snaží zákazníkům nabídnout co nejrychleji funkční součást pro ověření tvaru a její funkčnosti. Proto se začínají vyvíjet metody rychlého prototypování, které jsou schopny vytvořit kompletní odlitek během několika desítek hodin. Mezi nejprogresivnější z nich patří 3D tisk modelů nebo samotných pískových forem, ale ani využití obráběcích center není výjimkou. 2.6.1 3D tisk [24, 25, 26] Technologie 3D tisku přináší nový směr ve výrobě pískových forem a jader, kdy prakticky odpadá příprava výroby a zhotoví celou formu včetně vtokové soustavy a nálitkování na základě vymodelovaných 3D dat bez použití modelovacího zařízení. Celý proces výroby forem probíhá na speciální tiskárně, která si datový model vyráběného dílu rozdělí na jednotlivé vrstvy a ty následně při tisku poskládá zpět. Touto technologií lze tisknout formy do velikosti pracovní komory. Pokud daná forma přesahuje rozměry pracovní plochy tiskárny, lze ji rozdělit na několik dílů a po vytisknutí znovu spojit pomocí speciálních lepidel nebo šroubů. Naopak při tvorbě menších součásti je efektivní vhodně zaplnit pracovní prostor tiskárny (Obr. 27). Pro tisk se využívá písek o přesně definované zrnitosti, který je sycen aktivátorem. Tento písek je nanášen ve vrstvách na pracovní desku a je vytvrzován pomocí pryskyřice vystřikované pouze Zbylý písek slouží vrstvy. Po skončení tisku, se hrubá forma vyjme z tiskárny, slévárenským nátěrem. Touto technologií se dosahuje přesností jmenovitý rozměr a umožňuje výrobu odlitků bez formovacích úkosů a bez nepravých jader. Kromě výroby složitých tvarů se tato technologie uplatňuje spíše při kusové výrobě, zejména výrobě prototypů (Obr. 28), designových modelů nebo uměleckých odlitků. Nevýhodou zůstává současná pořizovací cena pracoviště 3D formovny a nízká životnost tiskové hlavy (jeden rok). Obr. 27 3D data forem [24]

do oblasti vytvrzení. jako podpěra pro další očistí a opatří běžným ±0,3 mm bez ohledu na

Obr. 28 Část vytištěné převodové skříně [26]

FSI VUT


List

23

2.6.2 Obrábění forem [27] Metoda využívá CNC obrábění na tříosé frézce kde polotovarem je lisovaný blok písku na bázi jílových nebo chemických pojiv. Prvním krokem k vytvoření formy je CAD soubor, který lze samostatně vymodelovat nebo získat pomocí reverzního inženýrství. Dalším krokem se definuje CAM systémem dráha nástroje (Obr. 29) pro vysokorychlostní frézování. Při samotném obrábění formy (Obr. 30) se nástrojem naruší ztuhlá formovací směs, která je po obrábění většinou sypká (pojivo se naruší a zrna písku se mechanicky oddělí). Je nutné přebytečnou směs odsávat nebo vyfukovat proudem vzduchu z místa řezu, aby nedošlo k poškození formy nebo k rychlému opotřebení nástrojů. Z hlediska životnosti Obr. 29 Simulace dráhy nástroje [27] nástrojů je nejlepší použití PCD nástrojů, ale vzhledem k vysoké ceně se hojně využívají spíše karbidové nástroje s PVD (TiAlN) povlakem. Obrábění forem je výhodné u kusové výroby nebo vzniku prototypu, kde se uplatní hlavně: - Redukce času a nákladů na výrobu hotové součásti (nemusí vyrábět fyzický model) - Možnost využití Near net shape casting („lití téměř na hotovo“) - Možnosti vytvořit složitou formu (tenké stěny, 90° úhel stěn) Samotná technologie CNC se hojně využívá i při výrobě dřevěných modelů v modelárnách nebo pro výrobu trvalých kovových forem.

Obr. 30 Obrábění bloku písku [27]

FSI VUT


List

24

3 VÝROBA JADER [7, 12, 16, 28] Užití jader ve slévárenství je běžnou znalostí slévárenské technologie, kde je dělíme podle účelu jejich použití: Pravá jádra – účelem těchto jader je vytvořit v odlitcích dutinu Nepravá jádra – v podstatě jsou to části forem, které slouží k výrobě složitých odlitků nebo částí, které by běžnými metodami nebylo možné vyrobit. Prvním základním nástrojem k výrobě jader slouží jaderník (Obr. 31), který dle způsobu výroby může být použit pro ruční nebo strojní výrobu. Ruční způsob výroby se uplatňuje převážně u malých sléváren, nebo při výrobě jader pro jeden vyráběný odlitek. Přehled dnes využívaných metod je na obrázku 32, jejichž množství nabízí optimální možnosti pro danou výrobu, na druhou stranu vyžaduje důkladnou analýzu. Obr. 31 Jaderník [16]

Nejznámějšími a základními systémy jsou chemicky vytvrzované směsi: a) Ztvrzované zvenčí (ZZ), které se dále dělí na ztvrzované za tepla (např. HOT-BOX) a ztvrzované za studena (např. CO2-proces či COLD-BOX) b) Samotvrdnoucí (ST) – zvané také Nobake Směsi ZZ jsou užívané především pro sériovou výrobu jader, většinou při využití vstřelovacích strojů, některé z nich se však s výhodou užívají k ruční výrobě malosériových a kusových jader. ST-směsi převážně určené k výrobě forem se však zároveň hojně používají pro rozměrnější (a spíše tvarově jednodušší) jádra nejčastěji ve spojení s těmito formami. Zvláštní skupinou ST-směsí jsou směsi rychletvrdnoucí, které je možné i vstřelovat. Ve vývoji chemicky vytvrzovaných směsí celý svět předběhl Dr. Lev Petržela, který svou CT-směs (vodní sklo vytvrzované CO2) vyvinul a prakticky užíval již ve 40. letech minulého století. Pro každý způsob výroby jader dnes existuje jen několik používaných pojivových systémů, které se všestranně zdokonalují. Místo dřívější revoluce máme dnes evoluci, která směřuje k: - Technickému zdokonalování (snižování obsah pojiv, zvyšování pevnosti a rozpadavosti, kvalitativních parametrů odlitků, produktivity atd.). - Zlepšování pracovních podmínek ve slévárnách (hygiena práce, odstraňování těžké práce při formování i čištění odlitků). - Plnění stále přísnějších ekologických požadavků (čistota ovzduší, vod, přírody).


FSI VUT

List

25

Obr. 32 Přehled metod pro výrobu jader [12]

3.1 CO2 – vodní sklo [7, 28] Princip metody spočívá ve ztvrzení vodního skla (rozmíchaného s ostřivem) oxidem uhličitým CO2. Pro výrobu jader v českých a slovenských slévárnách je to proces stále velmi rozšířený jak pro vstřelování, tak i ruční výrobu. Konkurenční boj mezi českými i zahraničními výrobci vodního skla přináší nové typy pojiv vycházejících jednak z nových technologií vlastního vodního skla, jednak z pojiv modifikovaných především s ohledem na zlepšení rozpadavosti jader po odlití. Pro techniku vytvrzování jader oxidem uhličitým se nabízí celá řada mechanizačních a automatizačních prvků (vytvrzovací prostředky, pulsní dávkování CO2, …). Přesto je spotřeba CO2 na vytvrzení jader prakticky ve všech slévárnách mnohonásobně vyšší než je nutné. Pro další snížení nákladů se použitý písek s vodním sklem mechanicky regeneruje.


FSI VUT

List

26

3.2 COLD – BOX [12, 28] Proces byl vyvinut koncem 60. Let v USA a je dodnes pro sériovou výrobu jader vstřelováním bez významnější konkurence. Zvláště při výrobě odlitků pro automobilový průmysl vytlačil velkou část produkce jader do horkých jaderníků a skořepin. Za těchto, více než 40 let, byl učiněn obrovský pokrok v kvalitě pojiv, vytvrzovací technice, produktivitě, likvidaci škodlivin, regeneraci písku a ve všech technických, výrobních i ekologických procesech. Dnešní pojiva mají oproti původním: vyšší specifické pevnosti, lepší skladovatelnost směsi a odolnost jader vůči vlhkosti. Je známo několik druhů z různých generací těchto systémů. Nejrozšířenější jsou směsi tvořené křemenným ostřivem, různými druhy pryskyřic (např. polyuretanová, resolová, furanová, atd.) a vytvrzovacími látkami (aminy). Základní princip je zobrazen na obr. 33, kdy dochází k profukování jader pomocí vytvrzovacího média.

Obr. 33 Produkce CB jader, výrobní fáze vstřelovačky [12]

Celkově u technologie cold box dochází k emisím při každém technologickém kroku výroby odlitku. Z tohoto hlediska jsou slévárny povinny splňovat ekologické normy, což vede k vzniku nových méně škodlivých pojiv. 3.3 HOT – BOX [7, 28] Známý pod českým názvem jako metoda horkého jaderníku (Obr. 34). Tato metoda je spíše na ústupu vzhledem k nutnosti použití kovových jaderníků, složitých systémů vyhřívání a rozměrových nepřesností, nicméně je stále využívána spíše pro menší rozměry jader. Základem horkého jaderníku je optimální teplota směsi před vstřelením do vytápěného jaderníku (21-27°C). Chladnější směs má tendenci se lepit na zásobník, teplejší by se vytvrzovala příliš brzy. Po vstřelení do vytápěného jaderníku, s teplotou 230-260°C, vytváří zpevněnou kůru jádra během pár minut do doby, kdy dosáhne dostatečné pevnosti, aby odolal síle vyhazovače.

FSI VUT


List

27

Obr. 34 Princip metody Hot- Box [7]

3.4 ST směsi [12, 28] Jedná se o metodu samovolně tvrdnoucích směsí, kdy se v průběžných mísičích míchá písek s pojivem a tvrdidlem či katalyzátorem. Je podstatné si uvědomit, že směs se začíná vytvrzovat v době, kdy pryskyřice přichází do kontaktu s tvrdidlem či katalyzátorem. Pro konečnou kvalitu jádra je nutno směs zhutnit běžnými způsoby zhuštění (Obr. 35). Rychlost vytvrzování záleží na: -

Typu pryskyřice. Chemickém charakteru písku. Procesu a typu katalyzátoru. Teplotě.

Použití samovolně tvrdnoucích směsí přináší řadu výhod. Rychlou a snadnou výrobu, dobrou rozměrovou přesnost, zlepšení povrchu odlitků a snížení nákladů na čištění. Pevnost forem po odlití a dobrá rozpadavost při uvolňování určuje, že se touto metodou vyrábějí především velké odlitky, respektive velké formy a jejich jádra. Nevýhodou této metody je vysoká cena pojiv, nutnost rychlého zpracování a problematika ochrany životního prostředí.

Obr. 35 Vstřelovací stroj na rychle vytvrzující ST jádra (Gisag KCB) [12]

FSI VUT


List

28

4 PRAKTICKÁ ČÁST - VÝROBA VLASTNÍCH FOREM [2, 7, 29] Pro praktickou ukázku byl zhotoven litinový rošt do kamen (Obr. 36) dvěma způsoby. První způsob byl zaformován pomocí bentonitové směsi a druhý pomocí samotuhnoucí směsi AlpHasetTM. Obě metody se vzhledem ke kusové výrobě a možnostem školní slévárny ručně zaformovaly a odlily v prostorách školní slévárny VUT v Brně na Fakultě strojního inženýrství. Důvodem výběru této součásti byl havarijní stav současného roštu, který už neplnil svou funkci. Zvolený litinový rošt odpovídá rozměrům otvoru v kamnech, který napomáhá správnému hoření dřevěného paliva Obr. 36 3D model roštu v Autodesk Inventor a postupnému propadávání popílku. Vzhledem k velké opěrné ploše pro rošt není nutné dodržet přesné rozměry odlitku a volit přídavky na smrštění či obrábění. Pro tento způsob postačí ručně zhotovený dřevěný model roštu, přímo určený pro daný otvor v kamnech. a) Model Jako základní materiál pro výrobu modelu se zvolilo dubové dřevo. Díky své dostupnosti a pevnosti se hodí pro opakovanou výrobu forem. Polotovarem byla deska o tloušťce 12 mm a rozměrech 300x157 mm, do které se vyfrézovaly drážky pro propad popela. Jak už bylo zmíněno přídavky na smrštění a obrábění nebyly nutné, ale velmi důležitými pro výrobu se staly úkosy svislých stěn. Tyto úkosy usnadňují vyjmutí modelu z formy bez poškození formovací směsi okolo modelu. Pro lepší manipulaci se do modelu ve směru vytahování vyvrtala díra se závitem, do které se při vytahování zašroubuje šroub. Povrch vyrobeného modelu se opatřil světle červeným nátěrem, který chrání dřevo před přímým účinkem formovací směsi a označuje druh odlévaného kovu, v tomto případě šedou litinu neboli litinu s lupínkovým grafitem.

Obr. 37 Dřevěný model roštu

FSI VUT


List

29

b) Formování bentonitovou směsí Aby se směs mohla označit za bentonitovou, je třeba, aby jílové pojivo obsahovalo více jak 75-85% montmorillonitu. Výsledná základní směs poté obsahuje: -

Ostřivo (křemenný písek)

-

Pojivo (6-10% bentonitu ve formovací směsi)

-

Přísady

-

Voda (4-5%) Při formování s bentonitovou směsí je zapotřebí správného navlhčení, aby se směs dala dobře zapěchovat a byla dostatečně pevná a prodyšná. K tomu slouží kolový mísič (Obr. 38), který rovnoměrně rozdělí pojivo v celé hmotě směsi a důkladně zapracuje vodu do pojiva včetně obalení každého zrna pojivem, aby po zhutnění vznikly mezi zrny pojivové můstky. Obr. 38 Kolový mísič

Při formování se model umístil rovnou plochou do formovacího rámu, tak aby se posléze mohla vytvořit vtoková soustava. Před nasypáním formovací směsi se model opatřil nátěrem dělícího prostředku. Zpracovaná formovací směs se poté ručně pěchovala okolo modelu a vrstvila až do konce jedné poloviny formovacího rámu. Tato forma se následně otočila a pomocí vodících kolíků se nasadil druhý formovací rám, do kterého se zaformoval model vtokové a rozváděcí dutiny (Obr. 39). Obr. 39 Bentonitová forma se zaformovanými modely

FSI VUT


List

30

Po rozebrání se vyjmuly modely a vytvořily zářezy (Obr. 40) pro přívod tekutého kovu a výfuky pro odvod plynů (Obr. 41). Rozměry zářezů se volí s ohledem na množství vtékajícího kovu, tak aby rovnoměrně plnil dutinu formy. V tomto případě se jednalo o tři vtokové zářezy o průřezu 20 x 3 mm.

Obr. 40 Spodní polovina formy s vtokovými zářezy

Obr. 41 Horní polovina formy s rozdělovací drážkou a výfuky

Obě poloviny se následně opět spojily a sešroubovaly, kvůli metalostatickému tlaku, který by mohl při odlévání horní polovinu nadzvednout.


FSI VUT

List

31

c) Formování samotuhnoucí směsí AlpHasetTM Technologie AlpHasetTM patří mezi samotuhnoucí alkalické pojivové systémy určené pro výrobu forem a také velkých jader pro odlévání železných i neželezných kovů. Je založena na dvousložkovém pojivovém systému, kde pojivem je alkalická fenolická pryskyřice a tvrdidlo je na bázi esterů. Přednosti technologie AlpHasetTM: -

Směsi zaručují dobrou kvalitu povrchu odlitků.

-

Rychlý nárůst pevností.

-

Dvoustupňový vytvrzovací proces (k sekundárnímu vytvrzení dochází při odlití).

-

Snadné rozebírání jaderníků, snadné čištění modelů a jaderníků.

-

Zpevnění formy po odlití. Při formování samotuhnoucích formovacích směsí je nezbytné užití průběžných mísičů k přípravě směsi v optimálním poměru ostřiva a pojiva s tvrdidlem. Rovněž v našem případě bylo využito průběžného mísiče (Obr. 42) pro smíchání všech složek směsi. Hotová směs se poté plnila rovnou na model do formovacího rámu.

Obr. 42 Průběžný mísič GM4 GRAND MIX MIXER

FSI VUT


List

32

Formovací směs je poměrně tekutá a dobře zabíhá, tudíž nebylo nutné silného pěchování. Vyplněný rám formy se nechal 15 minut samovolně vytvrdnout, aby dosáhl manipulační pevnosti (Obr. 43).

Obr. 43 Tvrdnutí spodní poloviny rámu s modelem

Následně se zaformovala druhá poloviny rámu s vtokovou soustavou. Opět se forma nechala vytvrdit a po rozebrání se upravily vtokové a výfukové kanály pro následné odlévání (Obr. 44). Tak jako u bentonitové formy se obě poloviny sešroubovaly a připravily k odlévání na licím poli.

Obr. 44 Hotová forma po vytvrzení


FSI VUT

List

33

d) Odlévání a dokončení Na odlití roštu byla zvolena litina s lupínkovým grafitem se zvýšeným obsahem křemíku. Jak již bylo zmíněno výše, kov byl nataven ve školní slévárně VUT v Brně v indukční peci (Obr. 45). Po natavení byl odebrán vzorek kovu a poté ihned provedena jeho analýza chemického složení na optickém jiskrovém spektrometru Q4 TASMAN. Po analýze byla provedena korekce dolegováním na požadované chemické složení kovu. Výsledné chemické složení uvádí tabulka 1. Tab. 1 Obsah jednotlivých prvků C Si Mn P % % % % 3,676

2,14

0,591

0,192

S %

Cr %

Ni %

0,046

0,15

0,045

Odpich litiny z pece (Obr. 45) byl za teploty cca 1400°C do ruční pánve. V tento moment byl kov také naočkován očkovadlem pro zlepšení krystalizace slitiny (podpora vzniku více zárodků). Poté se přistoupilo k samotnému odlévání forem na licím poli (Obr. 46). Licí teplota byla okolo 1330°C a odlití proběhlo bez komplikací. K vybourání surových odlitků došlo následující den po odlití. Ruční bruskou byl odlitek zbaven vtokové soustavy a následně obroušen. Konečná úprava povrchu se dosáhla opískováním odlitku (Obr. 48) v tryskací komoře.

Obr. 45 Elektrická indukční pec při odpichu

FSI VUT


List

Obr. 46 Odlévání forem

Obr. 47 Surové odlitky

Obr. 48 Hotový odlitek v kamnech

34

FSI VUT


List

35

e) Shrnutí Zvolené metody formování měly za výsledek přibližně stejně kvalitní odlitky, které se lišily detailními vzhledovými vadami (Obr. 49). Tyto vady mohly být zapříčiněny u bentonitové formy splavením volných částic, které nebyly řádně vyfoukány z dutiny či mohlo dojít k osychání a uvolnění ostřiva. Popř. bylo nevhodné vtokování odlitku, kde zářezy (Obr. 50) přiváděly kov na pískové drážky a mohly tak zapříčinit rozplavení písku ze vznikající eroze formy.

Obr. 49 Vady bentonitové směsi

Obr. 50 Odřezané vtokové soustavy

Odlitek v surovém stavu vážil 3,7 kg a po odstranění vtokové soustavy a obroušení dosahovala hmotnost hotového odlitku 2,3 kg.

FSI VUT


List

36

ZÁVĚR Bakalářskou prací byly shrnuty základní a vybrané technologie pro výrobu pískových forem a jader formou literární rešerše. Práce obsahuje i praktický návrh a výrobu jednoduchého odlitku odlitého do pískové formy. V první teoretické části jsou zpracovány jednotlivé technologické prostředky a postupy nezbytné pro výrobu forem od formovacích směsí, modelových zařízení až po samotné technologie zhotovení forem pro odlévání. Součástí jsou i moderní způsoby výroby využívající 3D technologií a metody rychlého prototypování, které jsou výhodným způsobem pro modernizaci kusové či malosériové výroby. Nicméně lze je bez problémů použít i pro sériovou výrobu při výrobě prototypů. Druhá část teorie se zabývá vybranými metodami výroby jader obsahující i celkový přehled dnes využívaných metod, které nabízí optimální podmínky pro určitou výrobu, ale na druhou stranu vyžadují důkladnou analýzu. Praktickou ukázkou je litinový rošt do kamen, který byl podle vlastnoručně vyrobeného dřevěného modelu zaformován dvěma způsoby. Do bentonitové směsi, která vyžadovala kvalitní zhutnění formovací směsi a do samotuhnoucí směsi AlpHasetTM. Velkou výhodou samotuhnoucí směsi byla dobrá zabíhavost a rychlost při zpracování. Výroba i odlévání proběhla v prostorách školní slévárny na Fakultě strojního inženýrství na VUT v Brně. Hotová součást splňuje rozměrové i funkční vlastnosti a lze ho použít pro danou funkci roštu v kamnech.

FSI VUT


List

37

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1]

ROUČKA, Jaromír. Co je slévárenství [online]. [cit. 2016-04-04]. Dostupné z: http://ust.fme.vutbr.cz/slevarenstvi/uvod/o_slevarenstvi

[2]

HORÁČEK, Milan. Teorie slévání. 2. vyd. Brno: VUT Brno, 1991. ISBN 8021402938.

[3]

Google obrázky. Google [online]. [cit. http://www.pyrometr.com/aplikace-slevarenstvi/

2016-05-12].

Dostupné

z:

[4]

Google obrázky. Google [online]. http://www.mikulasovice.cz/farnost.html

2016-05-12].

Dostupné

z:

[5]

Google obrázky. Google [online]. [cit. 2016-05-12]. Dostupné z: http://www.mcae.cz/litikovu

[6]

Google obrázky. Google [online]. [cit. 2016-05-12]. Dostupné z: http://byznys.ihned.cz/c161971980-evraz-vitkovice-meni-majitele-za-dve-miliardy-ji-rusove-prodali-skupineinvestoru

[7]

HORÁČEK, Milan. Slévárenská technologie I. 2. vyd. Brno: VUT Brno, 1990. ISBN 8021402172.

[8]

HLAVINKA, Josef. Přehled o slévárenské výrobě v ČŘ v letech 1990-2013. Slévárenství. Brno: Svaz sléváren ČR, 2014, 2014(9-10). ISSN 0037-6825.

[9]

JELÍNEK, Petr. Slévárenství. 5. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2007. ISBN 978-80-248-1282-3.

[10]

BERNÁŠEK, Vladimír a Jan HOREJŠ. Technologie slévání. 3., upr. vyd. V Plzni: Západočeská univerzita, 2006. ISBN 80-704-3491-0.

[11]

ŽÁK, Jan a Milan HORÁČEK. Základy strojírenské technologie. Část I, Slévání, tváření. svařování. Vyd. 1. Brno: Ediční středisko VUT, 1983.

[12]

CHRÁST, Jaroslav. Slévárenská zařízení /. 1. vyd. Brno: CERM, 2006. ISBN 8072044567.

[13]

JELÍNEK, Petr. Slévárenské formovací směsi. 1. vyd. Ostrava: VŠB-Technická univerzita, 1996. ISBN 80-707-8326-5.

[14]

Simpson Multi-Mull Continuous Mixer. SIMPSON [online]. [cit. 2016-05-12]. Dostupné z: http://www.simpsongroup.com/equipment/chemical-process/mixers/simpson-multi-mullcontinuous-mixer

[15]

CUPÁK, Petr. Studium biogenních pojiv = Study of biogenous binders. 2010, 112 l.:1 elektronický optický disk [CD-ROM / DVD].

[16]

VALOUCHOVÁ, Klára. Strojírenská technologie III. Olomouc: OMTO, 2010. CZ.1.07/1.1.04/02.0071.

[17]

Do It Yourself Projects. Home Foundry [online]. 2014. [cit. 2016-04-04]. Dostupné z: (http://diy.smartkids123.com/home-foundry-foundry-work-at-home/)

[cit.

FSI VUT


List

38

[18]

MORES, Antonín a Milan NĚMEC. Technologická zařízení sléváren. Vyd. 1. V Praze: České vysoké učení technické, 2010. ISBN 978-80-01-04490-2.

[19]

HANSBERG. GREEN SAND MOLDING [online]. [cit. 2016-04-04]. Dostupné z: http://www.hansberg.com/products/green-sand-molding/

[20]

History of Lost Foam Castings. Foamcast [online]. India [cit. 2016-05-11]. Dostupné z: http://www.foamcast.in/history-of-lost-foam-castings.html

[21]

KÜNKEL WAGNER. Moulding plants [online]. [cit. 2016-04-06]. Dostupné z: http://www.kuenkel-wagner.com/

[22]

BEELEY, Peter R. Foundry technology. 2nd ed. Oxford: Butterworth Heinemann, 2001, x, 719 s. : il., čb. fot. ; 25 cm. ISBN 0750645679.

[23]

ŠLAJS, Jan. Nové trendy v technologii formování. Slévárenství. Brno: Svaz sléváren ČR, 2014, 2014(11-12). ISSN 0037-6825.

[24]

Modelárna LIAZ. SANDPRINT – "3D tisk písku" [online]. [cit. 2016-04-04]. Dostupné z: http://www.modelarna-liaz.cz/

[25]

PRAŽMA, Vojtěch a Libor HORÁČEK. Technologie 3D tisku písku v Modelárně LIAZ Liberec. Slévárenství. Brno: Svaz sléváren ČR, 2015, 2015(9-10), 312-314. ISSN 00376825

[26]

ExOne. Prototyping Printers: S-Print [online]. [cit. 2016-04-06]. Dostupné z: http://www.exone.com/

[27]

DE LACALLE, L. N. López, A. RODRÍGUEZ, A. LAMIKIZ a F. J. PEÑAFIEL. Milling of Sand Blocks to Make Casting Moulds. AIP Conference Proceedings [online]. 2011, 1315(1), 1065-1067 [cit. 2016-04-04]. DOI: 10.1063/1.3552321. ISSN 0094243X. Dostupné z: http://search.ebscohost.com.ezproxy.lib.vutbr.cz/login.aspx?direct=true&db=a9h&AN=575 81121&lang=cs&site=ehost-live

[28]

Moderní metody výroby jader: e >>modernen Verfahren für Kernherstellung : mezinárodní konference : 15. a 16.4.2003, Hotel Devět Skal, Českomoravská vrchovina, Milovy. 1. vyd. Brno: Česká slévárenská společnost, 2003. ISBN 80-020-1556-8.

[29]

AlpHaset. SANDTEAM [online]. [cit. 2016-05-12]. Dostupné http://www.sandteam.cz/nase-sluzby/suroviny/organicke-pojivove-systemy/

z:

FSI VUT


List

39

SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr.

1 Příklady odlitků a technologií výroby ........................................................................................... 8 2 Rozdělení odlévaného kovu v roce 2013....................................................................................... 9 3 Nákres roštu................................................................................................................................. 10 4 Hotový model roštu ..................................................................................................................... 10 5 Rozdělení výroby forem dle generací.......................................................................................... 11 6 Struktura netrvalé formy ............................................................................................................. 12 7 Kolový mísič Simpson Multi-Mull ............................................................................................. 13 8 Jednoramenný žlabový mísič ...................................................................................................... 13 9 Dělený model a jaderník.............................................................................................................. 13 10 Výroba šablonováním................................................................................................................ 14 11 Příklady modelových desek....................................................................................................... 14 12 Ruční pěchování formy ............................................................................................................. 14 13 Horní lisování (vlevo) a spodní lisování (vpravo) ..................................................................... 15 14 Lisovací hlavy ........................................................................................................................... 15 15 Střásací stroj s tlumením rázů.................................................................................................... 16 16 Průřez střásanou a lisovanou formou ........................................................................................ 16 17 Vstřelovací stroj s dolisováním Hansberg ................................................................................. 17 18 Ukládání dávky formovací směsi .............................................................................................. 17 19 GAS – IMPACT ........................................................................................................................ 18 20 AIR – IMPACT ......................................................................................................................... 18 21 Průběh pevnosti formy v rámu .................................................................................................. 19 22 Formovací linka KW ................................................................................................................ 19 23 Disamatic ................................................................................................................................... 20 24 Disa Forma ................................................................................................................................ 20 25 Slepený model (Lost foam) ....................................................................................................... 21 26 Princip výroby odlitků na spalitelný model............................................................................... 21 27 3D data forem ............................................................................................................................ 22 28 Část vytištěné převodové skříně ................................................................................................ 22 29 Simulace dráhy nástroje ............................................................................................................ 23 30 Obrábění bloku písku ................................................................................................................ 23 31 Jaderník ..................................................................................................................................... 24 32 Přehled metod pro výrobu jader ................................................................................................ 25 33 Produkce CB jader, výrobní fáze vstřelovačky ......................................................................... 26 34 Princip metody Hot- Box .......................................................................................................... 27 35 Vstřelovací stroj na rychle vytvrzující ST jádra (Gisag KCB) .................................................. 27 36 3D model roštu v Autodesk Inventor ........................................................................................ 28 37 Dřevěný model roštu ................................................................................................................. 28 38 Kolový mísič ............................................................................................................................. 29 39 Bentonitová forma se zaformovanými modely ......................................................................... 29 40 Spodní polovina formy s vtokovými zářezy .............................................................................. 30 41 Horní polovina formy s rozdělovací drážkou a výfuky ............................................................. 30 42 Průběžný mísič GM4 GRAND MIX MIXER ........................................................................... 31 43 Tvrdnutí spodní poloviny rámu s modelem............................................................................... 32 44 Hotová forma po vytvrzení........................................................................................................ 32 45 Elektrická indukční pec při odlévání ......................................................................................... 33 46 Odlévání forem .......................................................................................................................... 34 47 Surové odlitky ........................................................................................................................... 34 48 Hotový odlitek v kamnech ........................................................................................................ 34 49 Vady bentonitové směsi …………………………………...…………….………...………….35 50 Odřezané vtokové soustavy ………………………………………………………….……….35

Tab. 1 Obsah jednotlivých prvků……………………………………………….……………………… 33

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Recommend Documents