Odlew (metal)

Wlewanie żeliwa do formy piaskowej
Sekwencja procesu podczas odlewania cynowych żołnierzy

Odlewania (również odlewanie lub pracy ) z metali i stopów jest proces produkcji , w której elementy ( odlewnictwo ) wykonane są z ciekłego metalu - w stanie stopionym . W najbardziej powszechnym procesie – odlewaniu ciśnieniowym wykonywanym w odlewniach – wytop jest wlewany do wydrążonej formy , w której następnie krzepnie . Wewnętrzna powierzchnia wydrążonej formy jest negatywem zewnętrznej powierzchni odlewu.

Odlewanie należy do głównej grupy formowania pierwotnego i jest w niej najważniejszą grupą procesów. Odnośnie odlewania materiałów niemetalowych, patrz Odlewnictwo (archetyp) .

Proces wlewania wytopu do form nazywa się odlewaniem . Cały łańcuch procesowy formowania, od surowca do odlewu, obejmuje również budowę formy , produkcję modeli , topienie materiałów i obróbkę wytopu , a także obróbkę końcową: rozformowanie, obróbkę cieplną i oczyszczanie . Ta ostatnia obejmuje usuwanie zasuw i podajników, które są używane tylko do dostarczania stopu, ale nie są częścią odlewania, odpiaskowania, gratowania , odkamieniania i naprawy wad odlewniczych .

Kiedy żelazo jest wydobywane z rudy , ciekły metal jest odlewany w sztaby lub gąski ( odlewanie wlewków ) lub w pasma bez końca ( odlewanie ciągłe ). Świnie są dalej przetwarzane w odlewniach, gdzie żelazo jest ponownie przetapiane. Spośród stosowanych tam procesów odlewniczych najważniejsze są odlewanie piaskowe , w którym wykorzystuje się formy z piasku, oraz odlewanie ciśnieniowe , w którym wytop jest wtłaczany za pomocą tłoka do stałej formy, która jest wielokrotnie eksploatowana.

Najważniejszymi materiałami odlewniczymi na odlewy są żeliwo o masowym udziale w produkcji odlewniczej około 75% oraz stopy aluminium . Właściwości materiału, które są ważne dla odlewania, są podsumowane w lejności .

Firmy odlewnicze i zaopatrujące określane są pod pojęciem „przemysł odlewniczy”, który z kolei w Niemczech jest zrzeszony w Federalnym Zrzeszeniu Niemieckiego Przemysłu Odlewniczego .

fabuła

Odlewanie w starożytnym Egipcie: podgrzewanie pieca mieszkiem u góry po lewej stronie, wyjmowanie pojemnika z wytopem z pieca u dołu po lewej

Prehistoria i wczesna historia

Odlew pochodzi z epoki miedzi , okresu przejściowego od neolitu do epoki brązu . Pierwsze metale były znane już w epoce kamienia. Złoto , srebro i miedź występowały w naturze w dostojnej , czyli metalicznej postaci . Miedź początkowo obrabiano młotkiem, przez co była bardzo krucha i krucha. Dlatego początkowo był używany tylko jako biżuteria; Wszystkie znane metale nie mogły być użyte na narzędzia ze względu na ich niską twardość i wytrzymałość. Wraz z rozwojem pieców do topienia (tzw. tyglowych ) około 3000 roku p.n.e. Pne – najpierw w Chinach i Indiach – stało się możliwe odlewanie metali i wydobywanie miedzi z rudy miedzi. Jednak miedź stanowiła problem przy odlewaniu, ponieważ ma tendencję do tworzenia pęcherzyków. Ma również wysoką temperaturę topnienia i jest stosunkowo lepki. Od 1500 pne Dlatego w Egipcie zamiast dmuchawek używano miechów. Decydujący przełom nastąpił w technice stopowania: w wyniku stopowania cyny powstał brąz , który doskonale nadaje się do odlewania, jest znacznie twardszy i mocniejszy niż miedź i dlatego nadaje się również do narzędzi. Brąz zastąpił w ten sposób kamień jako najważniejszy materiał narzędziowy. Do odlewania artystycznego używano brązu, srebra i złota, brąz także do wyrobu broni i narzędzi. Metale te były również przetwarzane przez kucie i wbijanie , ale najważniejszym procesem było odlewanie. Ponieważ piec do topienia wyewoluował z pieca ceramicznego, pierwsi metalowcy byli również zaznajomieni z budową form ceramicznych.

Antyk

W starożytności brąz został zastąpiony żelazem jako najważniejszym materiałem, który nie mógł być odlewany w Europie aż do średniowiecza, podczas gdy Chińczycy stosowali tę technologię od około 500 roku p.n.e. Rządził. Odlew z brązu był nadal używany i dalej rozwijany w rzemiośle . Te statuetki stały się większe i bardziej złożone w trakcie starożytności. Początkowo wykonywano tylko masywne figury o wysokości około 30 cm. Później odlewano odlewy drążone (zarządzano odlewy drążone ), które pozwalały na rozdzielenie większej ilości materiału i znacznie większych przedmiotów, w tym naturalnej wielkości posągów jeździeckich. Zastosowano proces traconego wosku : warstwę wosku nałożono na glinianą bazę, w którą wkomponowano kształt, który ma być wykonany. Następnie ta warstwa została otoczona kolejną warstwą gliny. Stop wlano do pośredniej warstwy wosku, która go spaliła. W dalszym rozwoju procesu, posągi były zalewane w pojedynczych częściach, takich jak ramiona lub głowy, i lutowane razem. Jeśli poszczególne części zawiodły, nie trzeba było przerabiać całej formy.

średni wiek

W późnym średniowieczu, dzięki nowym piecom szybowym , prekursorom żeliwiaków , po raz pierwszy odniosła sukces produkcja żeliwa ( żeliwa odlewanego, ale nie ciągliwego), które było obecnie stosowane w odlewnictwie artystycznym. Ponadto miechy były coraz częściej napędzane energią wodną. W tych samych piecach szybowych produkowano niekiedy żeliwo i żeliwo kuźnicze. Część form została zbudowana w odlewni i przetransportowana do pieców, a część żeliwa została ponownie przetopiona w odlewniach. Szczególnego znaczenia nabrał odlew dzwonów .

Wczesna epoka nowożytna

16,8 t działo Dardanele . Odlew z brązu z XV wieku.

Pierwsze armaty wczesnego dzisiejszych czasach były kute z kutego żelaza blaszanych pasków, lecz jest to drogie. Potem na znaczeniu zyskał odlew z brązu. Armatki z brązu zostały najpierw wykonane w całości odlane, a następnie przewiercone, a następnie odlane na rdzeniu i jedynie przewiercony istniejący otwór, co zaoszczędziło masę odlewu i czas obróbki. Na krótko przed uprzemysłowieniem odlewano również żeliwne działa na rdzeniu, a następnie drążono.

Barokowy

Epoka przemysłowa

W okresie industrializacji żeliwo stało się ważnym materiałem budowlanym . Czasami robiono z niego całe mosty. Pod koniec XIX wieku odkryto nowe materiały odlewane z aluminium i magnezem . Już w serii 1900 części dla przemysłu motoryzacyjnego były odlewane z aluminium, ale większe zastosowania pojawiły się dopiero w połowie XX wieku.

W latach 70. rozwój nowoczesnej symulacji MES umożliwił symulację i optymalizację procesu odlewania .

Procedury konkurencyjne

Wiele procesów produkcyjnych można stosować alternatywnie. Odlewnictwo konkuruje przede wszystkim z formowaniem ( kucie ) i obróbką skrawaniem ( toczenie , wiercenie , frezowanie , szlifowanie ). Wymagają one jednak surowca w postaci stałej, którą zwykle wytwarzano metodą odlewania. Podczas odlewania można wytwarzać nawet bardzo skomplikowane kształty i nadaje się do dużych serii. Małe i średnie przedmioty są bardziej podatne na kucie lub obrabianie.

Materiały o bardzo wysokiej temperaturze topnienia są często wytwarzane metodą metalurgii proszków . Zamiast stopu stosuje się proszek metalowy. Druk 3D jest alternatywą dla pojedynczych sztuk .

Znaczenie ekonomiczne

Odlewanie skomplikowanych detali ma tę przewagę nad innymi metodami produkcji, że obejmuje stosunkowo niewiele etapów procesu i zmniejsza zużycie materiału, które B. powstaje podczas frezowania. Nawet przy zoptymalizowanej pod względem masy geometrii elementu, co jest wymagane w budowie samolotów lub w technologii medycznej do odlewania tytanu , odlewanie staje się coraz ważniejsze w porównaniu z obróbką skrawaniem. Udział produkcji odlewni w całkowitej produkcji przemysłu wytwórczego w Niemczech stanowi zaledwie około 1%, ale istnieje wiele branż, których odlewnie potrzebują jako dostawców. Głównymi klientami są przemysł samochodowy (z silnym trendem wzrostowym w ostatnich kilkudziesięciu latach) oraz inżynieria mechaniczna z ponad 50%. Z drugiej strony gwałtownie spadło zapotrzebowanie przemysłu węglowego i stalowego na części odlewane.

W 2011 roku liczba pracowników w Niemczech wynosiła 78 000, pracujących w około 500 odlewniach. Wielkość produkcji określana jest w odlewni jako całkowita masa detali. W 2011 roku dla Niemiec było to 5,8 mln ton. Światowa roczna produkcja odlewów w 2013 roku wyniosła ponad 100 milionów ton. W 2013 roku najważniejszym producentem były Chiny z 42,5 mln ton, a następnie Stany Zjednoczone (12,8 mln ton) i Indie (9,3 mln ton). Na kolejnych miejscach plasują się Japonia, Niemcy i Rosja z 5,3 do 4,3 mln ton.

Perspektywy rozwoju

Tylko niemieccy producenci pojazdów uzyskują z produkcji niemieckich odlewni około 3 mln ton. Świadczy to o tym, że branża prawdopodobnie dotkliwie odczuje wdrożenie elektromobilności , co doprowadzi do wyeliminowania ciężkich elementów mechanicznych (silnik, skrzynia biegów itp.). Produkcja samochodów przenosi się również do Azji. Innym ważnym trendem jest rozwój lekkich części odlewanych. Ręczne odlewanie dużych pojedynczych elementów i małych serii zostało w dużej mierze zaniechane w Niemczech ze względu na wydajność, co oznacza, że ​​obecnie duże, ręcznie odlewane pojedyncze elementy muszą być często pozyskiwane z zagranicy (np. Brazylia).

Osiągalne dokładności i produktywność

Wał korbowy z żeliwa . Ciemne obszary powstały przez polewanie, błyszczące zostały przerobione przez szlifowanie . Na dużym widoku wyraźnie widać różną chropowatość powierzchni.

Osiągalne dokładności są na ogół niskie. Te tolerancje ISO są między IT16 i IT11 (małe są bardziej precyzyjne), ze specjalnymi środkami także IT10. Dokładności w kuciu są porównywalne (odkuwanie precyzyjne do IT8) w obróbce znacznie lepsze z IT7 do IT6, dlatego też części odlewane są często przerabiane. Dalsze postępy w technologii odlewniczej starają się utrzymać tę przeróbkę na jak najniższym poziomie. Podobnie jak w przypadku kucia, chropowatość powierzchni jest stosunkowo duża, przy średniej głębokości chropowatości od 63 µm do 1000 µm, w przypadku obróbki skrawaniem od 10 µm do 0,25 µm.

Procesy odlewania seryjnego, takie jak odlewanie ciśnieniowe, są bardzo wydajne. Natomiast odlewanie próżniowe to proces precyzyjnego odlewania pojedynczych elementów, małych serii lub prototypów wykonanych z tworzywa sztucznego.

Bilans energetyczny i wykorzystanie materiałów

Wykorzystanie materiału jest bardzo dobre zarówno w odlewaniu, jak i kuciu. Tylko około 10% materiału jest tracone, podczas obróbki, czasami ponad połowa surowej części jest usuwana w postaci wiórów. Pomimo dużej ilości energii potrzebnej do topienia, odlewanie, podobnie jak kucie, jest bardzo energooszczędne, jeśli weźmie się pod uwagę cały łańcuch procesu do gotowego elementu, podczas gdy obróbka skrawaniem wymaga około trzy razy więcej energii.

Spektrum obrabianych przedmiotów i obszary zastosowań

Za pomocą odlewania można wytwarzać szeroką gamę detali. Niektóre małe części ważą zaledwie kilka gramów, największe ponad 200 ton. Różnorodność kształtów, które można wyprodukować, jest prawie ograniczona, zwłaszcza powierzchnie o dowolnym kształcie, tj. możliwe są trójwymiarowe zakrzywione powierzchnie. Ważnymi produktami są dzwony (wykonane metodą odlewania dzwonów ), implanty i protezy , posągi z brązu (wykonane metodą odlewania brązu ) i inne odlewy sztuczne , obudowy pomp, przekładni i silników elektrycznych, wirniki , śmigła okrętowe i łopatki turbin dla przemysłu lotniczego wykonane z tytan lub nikiel. Do najważniejszych sektora konsumenckiego odlewni, przemysłu motoryzacyjnego, są koła , części podwozia, takich jak tarcze hamulcowe , piasty i odwołuje się do zawieszenia , bloki silników , wały korbowe , głowice cylindrów , układów wydechowych i wiele innych części są wykonane, często przez piasek odlewanie (żeliwo) lub odlewanie ciśnieniowe (aluminium).

  • Dzwon, nadal z częściowo zachowanym kształtem i bramą

  • Część turbosprężarki .

  • Łopata turbiny (po lewej) i model woskowy

  • Część z odlewu aluminiowego (część wentylatora odkurzacza)

  • Blok silnika

  • Część samochodowa wykonana z aluminium ( podpora amortyzatora )

Zakres materiałów - odlewy i lejność

Materiały stosowane w odlewni określane są jako odlewy lub stopy odlewnicze, ich przydatność do odlewania to lejność .

Zdecydowanie najważniejszym materiałem odlewniczym z udziałem 75% jest żeliwo , stop żelaza zawierający co najmniej 2% węgla (zwykle około 4,3%). W 1200 ° C ma znacznie niższą temperaturę topnienia niż stal (1500 ° C), która zawiera mniej niż 2% węgla. Ponadto żeliwo jest bardzo łatwe do odlewania: wytop jest bardzo cienki i ma dobre właściwości wypełniania formy. Skurcz i skurcz podczas chłodzenia i krzepnięcia są niewielkie. Ponadto żeliwo posiada bardzo dobre właściwości użytkowe, w tym odporność na zużycie i tłumienie drgań. Większość rodzajów żeliwa nadal zawiera około 2% krzemu, co poprawia lejność. Żeliwo najlepiej odlewa się w formach piaskowych ( odlewanie w piasku ).

Drugim najważniejszym materiałem odlewniczym, mierzonym jako ułamek masowy całkowitej produkcji w odlewniach, jest odlew aluminiowy , stop aluminium, który nadal zawiera krzem, magnez lub miedź. Topnieją w temperaturze około 570 ° C i są również bardzo łatwe do odlewania. Odlewane stopy aluminium mogą być również stosowane do filigranowych elementów, których kształty nie zostałyby całkowicie wypełnione innymi materiałami. Do odlewania ciśnieniowego preferowane są stopy aluminium .

Odlewanie stali i różnych stopów miedzi ( mosiądz , brąz , gunmetal ) nadal mają jednocyfrowe procentowe . Implanty medyczne, ale również części lotnicze są częściowo odlewane z tytanu , ale odlewana część tytanowa znajduje się pod "Inne" w statystykach odlewniczych a z drugiej strony tylko około 2% tytanu jest przetwarzane przez odlewanie ponieważ ma bardzo wysoką topliwość punktu, a jego stopienie ma tendencję do pochłaniania tlenu, co prowadzi do kruchości w stanie stałym.

Proces odlewania

Istnieje wiele różnych procesów odlewniczych, które można sklasyfikować według kilku kryteriów.

Odlewanie ciągłe

Rozlewanie do form, które w dużej mierze odpowiadają kształtowi gotowej części, wypraski , która jest stosowana najczęściej. Do tego dochodzi odlewanie w pręty lub płyty , odlewanie wlewków oraz odlewanie ciągłych, teoretycznie niekończących się pasm, odlewanie ciągłe .

W zależności od rodzaju wypełnienia formy rozróżnia się odlewanie grawitacyjne , standardowy proces, w którym stopiony materiał wpada do formy pod wpływem siły grawitacji, a także odlewanie odśrodkowe z siłami odśrodkowymi (dla części obrotowo symetrycznych) i ciśnieniem odlewanie , w którym stopiony materiał jest wpychany do formy pod ciśnieniem tłoka.

Szczególnie ważny podział wyróżnia procesy z formami, które są używane tylko raz i ulegają zniszczeniu po usunięciu odlewów ( forma tracona ) oraz formach trwałych, które są używane wielokrotnie:

  • Casting z zagubionymi formami. Do wykonania form wykorzystywane są modele. Kolejne rozróżnienie dotyczy tego, czy modele mogą być używane raz ( model utracony ), czy wielokrotnie ( model stały ) .
    • Odlewanie za pomocą form traconych i modeli trwałych: Jest również znane jako odlewanie w piasku, ponieważ formy są wykonane z piasku. W zależności od rodzaju produkcji formy nadaje się do pojedynczych części i części seryjnych, a także do dowolnych wymiarów obrabianego przedmiotu, a zatem ma duże znaczenie ekonomiczne. W ten sposób powstaje wiele elementów pojazdu. Ponieważ piasek jest bardzo odporny na temperaturę, używa się go głównie do zalewania żeliwa i staliwa.
Odlewanie ciśnieniowe zgodnie z procesem zimnokomorowym (stosowane do aluminium)
  • Odlewanie za pomocą form traconych i modeli traconych: Obejmują one proces traconego wosku ( odlewanie metodą traconego wosku ) i pełne odlewanie formy . W odlewaniu metodą traconego wosku modele są wykonane z wosku i pokryte gliną lub ceramiką. Następnie wosk jest wytapiany, a forma jest wypełniana stopem. Nadaje się tylko do mniejszych ilości i małych wymiarów przedmiotu obrabianego, ale zapewnia wysoką jakość. W przypadku pełnego odlewania formy formy wykonuje się ze styropianu , otoczonego dowolnym materiałem formierskim, a następnie bez wyjmowania modeli wylewa się na nie wytop, który spala modele. Nadaje się do małych ilości, a także do bardzo dużych odlewów.
  • Odlewanie za pomocą form trwałych. W większości są wykonane ze stali. W kontakcie z roztopionym materiałem zużywają się, co oznacza, że ​​detale mają gorszą jakość powierzchni i dokładność kształtu niż kształty utracone. W przypadku materiałów niskotopliwych, takich jak aluminium, można je wylewać bardzo często, ale rzadziej w przypadku materiałów wysokotopliwych, takich jak miedź. Ponieważ formy trwałe są bardzo drogie, ilość sztuk ma duży wpływ na cenę jednostkową.

Istnieje również szereg procesów specjalnych, takich jak Thixocasting , Vacuralgießen i prasowanie w prasowaniu .

Łańcuch procesowy w odlewaniu

Łańcuch procesu odlewania składa się z

  • przygotowanie wraz z wykonaniem form i topieniem materiałów,
  • odlewanie, które obejmuje napełnianie formy i krzepnięcie wytopu, a także
  • obróbka końcowa: rozformowywanie, oczyszczanie i obróbka cieplna.

przygotowanie

Aby przygotować się do właściwego procesu odlewania, odlewania, budowane są formy, dla których wcześniej wykonywane są modele. Aby móc wykonać wnęki w detalach, wykonuje się rdzenie i umieszcza się je w formach. Równolegle do tych zadań przygotowywany jest stop.

Modelowanie

Modele woskowe do odlewania metodą traconego wosku są albo ręcznie rzeźbione z modelu woskowego, albo wykonywane przez odlewanie przy użyciu modelu wzorcowego. Przy pełnym odlewaniu formy modele styropianowe są wycinane z bloków, a czasem również składane z pojedynczych części i sklejane. Modele stałe do odlewania w piasku mogą być wykonane z drewna, ceramiki lub metalu, które można wykorzystać w różny sposób. W niektórych przypadkach tanie modele drewniane mogą być używane tylko pięć razy, modele metalowe znacznie częściej.

Wykonanie form i przygotowanie materiałów formierskich

Utracona forma
e: lewatywa ;
w: podajnik;
k: rdzeń

Formy trwałe są kute lub frezowane ze stali i mogą kosztować kilkadziesiąt tysięcy euro. Formy tracone wykonuje się z materiału formierskiego , najczęściej używa się piasku, który łączy się z niewielką ilością gliny i wody. Kształtki mogą być frezowane z zastygłego piasku ( bezpośrednie frezowanie materiału formierskiego ). Niektóre z nich powstają metodą druku 3D. Zazwyczaj jednak do budowy formy wykorzystuje się modele, na które nakładany jest materiał do formowania. Pozostały jeszcze luźny materiał do formowania musi następnie zostać zestalony, do czego można zastosować wiele różnych procesów. Obejmuje to proste wytrząsanie i prasowanie, które jest stosowane w produkcji seryjnej, ponieważ może być zautomatyzowane ( formy maszynowe ). Podczas formowania maski , na model nakładana jest stosunkowo cienka warstwa materiału do formowania i nasycana jest żywicą. Te twardnieją w piekarniku.

Formy muszą zawierać nie tylko kształt wytwarzanych przedmiotów, ale także dodatkowe otwory do podawania stopionego materiału. Wnęka, do której wlewa się stop, nazywana jest bramą . Po napełnieniu formy zmniejsza się objętość płynnego, chłodzącego stopu, dlatego do formy musi wpłynąć więcej materiału. Pojedyncza bramka często nie wystarcza, dlatego dodaje się tzw. podajniki , które po zestaleniu usuwa się wraz z zastawką. W najprostszym przypadku bramka składa się z otworu bezpośrednio nad wnęką na obrabiany przedmiot. Lepszą jakość obrabianego przedmiotu można osiągnąć, gdy stopiony materiał spada na podłogę oddzielnym szybem i wpływa do obrabianego przedmiotu z boku. Istnieje wiele wariantów kształtu, wielkości i liczby podajników i zasuw, ponieważ mają one duży wpływ na jakość komponentów.

Produkcja rdzenia i przygotowanie materiału do formowania rdzenia

Górna i dolna skrzynia do odlewania w piasku z wkładkami i pionami

Rdzenie są niezbędne, aby móc wytwarzać części odlewane z wnękami. Ziarna są umieszczane w foremkach i usuwane po zestaleniu. W przypadku form trwałych rdzenie są zwykle również wykonane z metalu, a w przypadku form piaskowych z piasku. Są również niszczone po rzuceniu. Rdzenie są również wymagane do podcięć .

Przygotowanie stopu

Pracownicy przy piecu do topienia elektrycznego / indukcyjnego

Przygotowanie wytopu obejmuje skład surowców, topienie w piecach i obróbkę wytopu.

Metale mogą być wykorzystywane jako surowiec bezpośrednio w hutach, ale większe ilości złomu są przetwarzane w odlewni . Branża charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem recyklingu. Część złomu jest produkowana w samej odlewni; obejmuje to wadliwe odlewy, a także usunięte systemy podajnika i bramy, które działają jako materiał cyklu. Przetwarzany jest również stary złom ze zużytych i rozdrobnionych elementów.

Aby uzyskać stop o pożądanym składzie, należy zmieszać różne surowce. Ta mieszanina jest znana jako rodzaje . Do obliczenia, jakie ilości są wymagane w jakich proporcjach dla najtańszej opłaty, można użyć specjalnego oprogramowania.

Do topienia metali stosuje się różne piece przemysłowe . Szczególne znaczenie mają: żeliwiak , elektryczny piec łukowy i piec indukcyjny . W różny sposób nadają się do różnych materiałów. Żeliwiaki są używane do materiałów żelaznych, elektrycznych pieców łukowych do stali i metali nieżelaznych, ale oba są używane tylko do topienia. Piece indukcyjne i piece oporowe nadają się również do utrzymywania ciepła stopionego materiału. Około 60 do 70% zapotrzebowania odlewni na energię wynika z topnienia.

Po tym następuje obróbka w stanie stopionym . Do stopionego materiału dodawane są różne substancje, które zapobiegają jego reagowaniu z tlenem z powietrza i niezamierzonym zmianom. Podczas zaszczepiania stopów dodawane są obce substancje, które wpływają na krzepnięcie, a tym samym na twardość i wytrzymałość gotowego odlewu.

Metale są najczęściej przetapiane w odlewni, czasem w hutach lub hutach, a następnie transportowane do odlewni transportem ciekłego metalu .

Rzucać

Odlewanie płynnego aluminium

Wlewanie stopu do formy nazywa się odlewaniem. Następnie, aw niektórych przypadkach równolegle do tego, stop zestala się. Procesy te mają decydujący wpływ na jakość odlewów. Stop można wlewać do formy bezpośrednio z pieca, ale można go również wlewać do kadzi lub kadzi i dopiero potem do form.

Wypełnienie formy

Odlew z zasuwam (górny i lewy przód) i podajnikiem (dolny, cylindryczny). Część była odwrócona w formie.

Stop można wlewać bezpośrednio do form, co odbywa się głównie w formach otwartych od góry. Powszechne jest zalewanie w specjalnym systemie nalewania . Stop może wpaść do formy od góry lub wpłynąć do niej z boku lub od dołu. Spadające roztopy prowadzą do wirów i turbulentnych przepływów. Stop miesza się z powietrzem i pochłania niepożądane gazy, które później pozostają w postaci porów odlewu. Jednak formy wypełniają się stosunkowo szybko. Wraz ze wzrostem wypełnienia formy turbulencje są niewielkie lub nie występują wcale, co prowadzi do przepływów laminarnych. Odlewy zawierają wtedy tylko kilka porów. Oba warianty łączone są z odlewaniem uchylnym .

Stopiony materiał schładza się, gdy wchodzi w kontakt z formą. Krzepnięcie powinno rozpocząć się dopiero po całkowitym wypełnieniu formy, w przeciwnym razie mogą wystąpić wady. Niektóre roztopy stają się lepkie po ostygnięciu, co sprzyja powstawaniu niedoskonałości. Odpowiednią właściwością odlewania jest zdolność wypełniania formy . Niektóre formy są podgrzewane, aby utrzymać jak najmniejszą różnicę temperatur lub stosuje się formy o niskiej przewodności cieplnej. Wydłuża to jednak późniejsze krzepnięcie. Inne formy, zwłaszcza formy trwałe, są chłodzone w celu przyspieszenia procesu i zmniejszenia obciążenia temperaturowego.

Chłodzenie i krzepnięcie stopu

Najpóźniej po całkowitym napełnieniu formy stopiony materiał ochładza się i zmniejsza swoją objętość, co określa się mianem skurczu (płynnego) . Stop musi płynąć z bramy i pionów, aż zestali się. Zmiany objętości występują również podczas krzepnięcia w wyniku skurczu . Nie mogą już być kompensowane przez podajniki. Objętość następnie dalej maleje, aż odlew osiągnie temperaturę pokojową (skurcz ciała stałego).

Dokładny przebieg krzepnięcia, a następnie chłodzenia ma decydujący wpływ na mikrostrukturę, a tym samym na twardość i wytrzymałość odlewów. W stopie rozpuszczają się różne substancje. Ponieważ rozpuszczalność spada podczas chłodzenia, substancje te są wydalane. Na przykład w przypadku żeliwa wytrąca się grafit (węgiel). Rodzaje żeliwa są klasyfikowane według (mikroskopowej) postaci grafitu: żeliwo z grafitem płytkowym , żeliwo z grafitem wermikularnym ( grafit ślimakowy) oraz żeliwo z grafitem sferoidalnym , które różnią się twardością i wytrzymałością. Rozpuszczone gazy można również oddzielić od stopu. Jeśli nie mogą uciec z pleśni, pozostają w postaci porów lub ubytków . Szybkość chłodzenia ma również wpływ na twardość i wytrzymałość odlewów. Na przykład przy powolnym chłodzeniu powstaje łatwe w obróbce żeliwo szare z szybszym odlewaniem na zimno .

Opieka postpenitencjarna

Obróbka końcowa obejmuje rozformowanie, podczas którego odlewy są usuwane z form. Można to zrobić po ostygnięciu do temperatury pokojowej lub natychmiast po zestaleniu. Zwłaszcza w produkcji seryjnej odlewy są usuwane z form tak szybko, jak to możliwe, ponieważ z jednej strony forma nie utrudnia dalszego skurczu, a z drugiej strony formy są szybko dostępne do ponownego odlewania. W przypadku form trwałych odlewy usuwane są wyrzutnikami, w przypadku form traconych forma ulega zniszczeniu.

Dalsza obróbka końcowa obejmuje głównie czyszczenie, a czasem obróbkę cieplną.

Czysty

Okrawanie obejmuje oddzielenie bramy i Speißern usunięcie nasion, Ent -Temperatura utleniania (podwulkanizacji) usuwanie piasku (usuwania pozostałości materiału po formowaniu) naprawy defektów odlewania i czyszczenia powierzchni. Czasami usuwa się również naddatki na obróbkę. Prace porządkowe stanowią dużą część całkowitych kosztów w odlewni, ponieważ można je tylko częściowo zautomatyzować. Przyjazna dla gipsu konstrukcja odlewu ma zatem decydujące znaczenie dla kosztów jednostkowych .

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna ma na celu poprawę właściwości mechaniczne odlewu. W żeliwie ciągliwym (rodzaj żeliwa) jest elementem stałym ( odpuszczanie jest formą obróbki cieplnej). Również staliwo jest zwykle wyżarzane, ponieważ struktura odlewu jest bardzo gruba. Obróbkę cieplną można również pominąć w przypadku innych materiałów.

Symulacja procesu odlewania

Przykładowy obraz oprogramowania do symulacji procesów odlewniczych (tu na przykład wypełnianie i krzepnięcie formy, porowatość i zachowanie płynięcia)

Symulacja procesu odlewania wykorzystuje metody numeryczne do przewidywania całego procesu odlewania, w tym napełniania formy, krzepnięcia i chłodzenia części odlewanych, a także pozwala na ilościowe przewidywanie właściwości mechanicznych, naprężeń termicznych i wypaczeń odlewanych części. Za pomocą symulacji można dokładnie opisać jakość odlewu przed rozpoczęciem produkcji, a technologię odlewania można dostosować do pożądanych właściwości części. Eliminuje to nie tylko drogie odlewy testowe w fazie rozwoju. Precyzyjna konstrukcja całego systemu odlewniczego pozwala również zaoszczędzić energię, materiały i koszty narzędzi.

Oprogramowanie do symulacji procesów odlewniczych wspiera użytkownika od projektowania elementu, definiowania praktyki topienia i technologii odlewania, poprzez budowę modeli i produkcję form, aż po obróbkę cieplną i obróbkę końcową. Oznacza to, że w całym łańcuchu produkcyjnym można konsekwentnie oszczędzać koszty.

Symulacja procesu odlewania była początkowo rozwijana na uniwersytetach, zwłaszcza w Europie i USA, od lat 70. XX wieku i jest uważana za najważniejszą innowację w technologii odlewniczej ostatnich 50 lat. Od końca lat 80. dostępne są komercyjne programy, które dają odlewniom pierwszy wgląd w technologię odlewania, która wcześniej była czarną skrzynką. Jednak optymalizacja geometrii formy odlewniczej i określenie prawidłowej konfiguracji odlewu (materiał, temperatura, czas odlewania itp.) są stosunkowo złożonymi procesami, dla których nie zawsze są dostępne dokładne modele matematyczne. Dlatego wykorzystanie metod eksperymentalnych jest nadal niezbędne do rozwoju metod symulacyjnych.

Edukacja

Miejsce pracy nazywa się odlewnią, robotnik nazywa się odlewnią . Oficjalne tytuły stanowisk to:

  • Mechanik odlewniczy (staż 3,5 roku) specjalizujący się w formowaniu ręcznym , odlewaniu ciśnieniowym, formowaniu trwałym i formowaniu maszynowym.
  • Odlewnik metali i dzwonów (staż 3 lata) specjalizujący się w technologii odlewnictwa artystycznego, dzwonów, metali i cyny

Pomimo mechanicznych pomocy odlewnikom i ich pomocnikom stawiane są stosunkowo wysokie wymagania fizyczne.

Technologia odlewnicza jest praktyką w Austrii od 1 lipca 2010 roku. Zastępuje on dotychczasowego mechanika odlewnika, byłego i odlewnika. Technologia odlewnicza praktykantów odróżnia odlewanie żeliwa i stali od odlewania metali nieżelaznych. Oba kursy szkoleniowe trwają cztery lata. Technicy odlewni z ukierunkowaniem na odlewanie żeliwa i stali pracują w firmach z branży odlewniczej oraz w przemyśle hutniczym, hutniczym i maszynowym. Wykonują odlewy z żelaza i stali. Technicy odlewni z ukierunkowaniem na odlewanie metali nieżelaznych pracują w firmach z branży odlewniczej oraz w przemyśle odlewniczym metali lekkich, metali nieżelaznych i inżynierii mechanicznej. Wykonują odlewy z metali nieżelaznych i stopów, m.in B. aluminium, mosiądz, brąz, miedź.

Zobacz też

literatura

linki internetowe

Commons : Pouring  - album ze zdjęciami, filmami i plikami audio
Wikisłownik: Foundry  - objaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Indywidualne dowody

  1. ↑ Günter Spur: O zmianach w świecie przemysłowym poprzez obrabiarki. Carl Hanser Verlag, Monachium, Wiedeń 1991, s. 38, 42, 44 f.
  2. ↑ * Günter Spur: O zmianach w świecie przemysłowym poprzez obrabiarki. Carl Hanser Verlag, Monachium, Wiedeń 1991, s. 51.
    • Wolfgang König (red.): Propyleaea History of Technology - Tom 3. Propyleje, Berlin 1997, s. 104 f.
  3. ^ Johann Mehrtens: Odlewniczy piec szybowy w budowie i eksploatacji. Berlin 1942, s. 4. Digital Archive Springer Books, zob. Google Books .
  4. ^ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - odlewanie, metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 5 f.
  5. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze: Technologia wytwarzania. Wydanie XI. Springer, 2015, s. 2, 8.
  6. ↑ Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. V, 7.
  7. ↑ Heiko Lickfett: Gospodarcze znaczenie przemysłu odlewniczego , w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s.
  8. ↑ Światowy przemysł odlewniczy. (PDF; 709 KB) W: get-in-form.de. Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, dostęp 7 lutego 2017 r .
  9. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze: Technologia wytwarzania. Wydanie XI. Springer, 2015, s. 4
  10. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze: Technologia wytwarzania. Wydanie XI. Springer, 2015, s. 5.
  11. ↑ Andreal Bühring Polaczek: Znaczenie technologiczne i gospodarcze w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 7–9, 85, 91, 96, 101, 216, 224 .
  12. ^ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - odlewanie, metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 6 f, 9 f.
  13. ↑ Ilschner, Singer: Material Science and Manufacturing Technology, wydanie 5, Springer, 2010, s. 455.
  14. ^ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - odlewanie, metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 4.
  15. ↑ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - Gießen, Metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 20.
  16. ↑ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - Gießen, Metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 13.
  17. ↑ Böge: Handbuch Maschinenbau , Springer, wydanie 21, s. M1 f.
  18. ↑ Matthias Blünkin: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 252, 272.
  19. ↑ Hartmut Polzin: Prototypowanie Rapit z materiałami formierskimi w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 237.
  20. ↑ Böge: Handbuch Maschinenbau , Springer, wydanie 21, s. M3f.
  21. ↑ w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 112.
  22. ^ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - Gießen, metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 15.
  23. ↑ Veronika Groten: Technologia topienia i odlewania w: Andreal Bühring Polaczek: Znaczenie technologiczne i gospodarcze w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 112.
  24. ↑ Eike Wüller, Bin Lao, Benjamin Schelnberger: Obróbka w stanie stopionym w: Andreal Bühring Polaczek: Znaczenie technologiczne i gospodarcze w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 21.
  25. ^ Fritz Klocke: Proces produkcyjny 5 - odlewanie, metalurgia proszków, wytwarzanie przyrostowe , wydanie 4, Springer, 2015, s. 2.
  26. ↑ Roland Kahn: Urządzenie do transportu i nalewania stopu oraz technologia dozowania w: Andreal Bühring Polaczek: Znaczenie technologiczne i gospodarcze w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 171 , 175.
  27. ↑ Veronika Groten: Technologia topienia i odlewania w: Andreal Bühring Polaczek: Znaczenie technologiczne i gospodarcze w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 13.
  28. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze: Technologia wytwarzania. Wydanie XI. Springer, 2015, s. 18 i n.
  29. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze: Technologia wytwarzania. Wydanie XI. Springer, 2015, s. 15.
  30. ↑ Rüdiger Bähr, Stefan Scharf: Obróbka po odlewaniu i dokończenie odlewów dla Versnad w: Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 348.
  31. ↑ Andreas Bühring-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s. 358.
  32. ↑ Federalna Agencja Pracy, opisy stanowisk w BERUFENET
  33. ↑ Informacje zawodowe i branżowe: Technologia odlewnicza - odlewanie żeliwa i stali na stronie Austriackiej Izby Gospodarczej.
  34. ↑ Informacje zawodowe i branżowe: Technologia odlewnicza - odlewanie metali nieżelaznych na stronie Austriackiej Izby Handlowej.