1

1. Teoria i practica realizrii formelor de turnare 1.1. Proiectarea i construcia garniturilor de model

Tehnologia de obinere prin turnare a pieselor cuprinde pe lng instruciuni tehnologice legate de procesul de elaborare, miezuire, formare turnare, i tratamente termice i un set de plane format din:

- desenul de pies finit provenit de la beneficiar; - desenul tehnologic al piesei brut turnate;

- desenul de execuie al garniturii de model; - desenul formei asamblate; Desenul de pies finit ofer date privind forma exterioar a piesei, conturul cavitilor,

tolerane admise, rugozitatea suprafeelor, cotele pentru fiecare element constructiv. Desenul tehnologic asigur obinerea informaiilor legate de forma i dimensiunile piesei

brut turnate (adaosuri de prelucrare, nclinri i racordri constructive, suprafaa de separaie), miezuri i mrci, reele de turnare, maselote .a. Grosimea minim de perete a pieselor turnate depinde de gabaritul, configuraia geometric i masa piesei turnate, tipul de aliaj, modalitatea

de formare. n tabelele 1.1 i 1.2 sunt prezentate valorile recomandate pentru grosimea minim de perete a pieselor turnate n amestec de formare sau n forme metalice [Cl. tefnescu .a. 1985].

Tabelul 1.1 Grosimea minim a pereilor pieselor turnate n forme realizate pe baz de amestec de formare , mm

Tipul de aliaj Dimensiunea maxim a piesei, mm

100 250 500 1000 2000 4000

Font cenuie

Fc 150 3 3 4 6 10 -

Fc 200 4 4 5 7 12 25

Fc 250 - 5 6 9 15 30

Fc 300 - 6 8 12 20 40

Font cu grafit nodular 4 4...5 5 8 12 25

Font maleabil 3 3 4 6...8 - -

Oel carbon - 5 7 10 20 40

Bronzuri, alame 3 3 5 8 - -

Aliaje Al-Si 3 3...4 6...8 6...8 10...15 -

Aliaje pe baz de Mg 3 4 5 8 15 -

Tabelul 1.2 Grosimea minim a pereilor pieselor turnate n forme metalice, mm

Tipul aliajului Grosimea minim de perete, mm

Turnare gravitaional Turnare sub presiune

Aliaje pe baz de Al 3 1...2

Aliaje pe baz de Cu 3...4 1,5...2,5

Aliaje pe baz de Mg 4...4.8 1,3...2,1

Aliaje pe baz de Sn - 0,8...1,5

Aliaje pe baz de Zn - 0,4...1

Aliaje pe baz de Pb 1,2...2 -

Pentru realizarea cavitii n care se toarn aliajul lichid este necesar un model, cu

ajutorul cruia se obine configuraia exterioar a piesei. Golurile interioare din pies se obin prin utilizarea miezurilor, realizate cu ajutorul cutiilor de miez.

Ansamblul constituit din modelul piesei, cutiile de miez, modelul reelei de turnare i n anumite situaii modelele maselotelor i canalelor de aerisire, formeaz garnitura de model. n desenul de execuie al garniturii de model se regsesc i urmtoarele elemente:

sistemul de ghidare i centrare a modelului si cutiei de miez; sistemul de prindere a modelului piesei i a modelului reelei de turnare de placa port model; cotarea i dimensionarea tuturor

elementelor .a. n desenul formei asamblate pentru turnare exist informaii privind: sistemul de ghidare i prindere a celor dou rame; jocul de montare a miezurilor; canalele de ventilare; amplasarea

reelei de turnare, dimensiunile ramelor; grosimea pereilor formei .a.

2

1.1.1. Aspecte generale privind proiectarea garniturilor de model Materialele utilizate la confecionarea garniturilor de model se aleg n funcie de condiiile

de exploatare (solicitri, numr piese etc.), procedeul de formare i de miezuire ales. n tabelul 1.1 se prezint cteva tipuri de materiale utilizate la confecionarea garniturilor de mode l [Cl.

tefnescu .a. 1985]. Tabelul 1.1

Materiale utilizate la confecionarea garniturilor de model

Material Numr de forme recomandat

Domeniul de utilizare Formare manual Formare mecanizat

Lemn < 100 < 2000 Piese unicat sau de serie mic, de orice dimensiuni

Aluminiu i aliaje de aluminiu

< 5000 < 75000 Piese mici i mijlocii n producie de serie

Fonte - 100000...125000

Piese n producie de serie mare,

plci de model, cutii de miez care lucreaz n condiii de temperatur ridicat

Bronzuri i alame - 100000...150000 Piese mici, cu o complexitate

ridicat, n producie de serie mare

Aliaje de plumb 200...300 2000 Piese mici i mijlocii n producie de serie mic

Materiale uor fuzibile 1 1 Piese mici cu o complexitate ridicat

Modele gazeificabile (Polistiren expandat)

1 1 Piese turnate n forme fr suprafee de separaie

Lemnul este recomandat ca material de realizare a garniturilor de model de un cumul de caracteristici: cost sczut, densitate mic, sub 1 g/cm3 (n funcie de esen, pentru o umiditate

de 15%, densitatea variaz ntre 0,5...0,7 g/cm3), prelucrabilitate ridicat, mbinare uoar prin elemente de consolidare (cuie, uruburi etc.) sau ncleiere.

Lemnul este constituit n principal din componente de natur organic: celuloz ( 50%,

substan macromolecular natural din categoria glucidelor, constituentul principal al membranelor celulelor vegetale cu formula molecular (C6H10O5)n identic cu cea a amidonului,

= 1,5 g/cm3), lignin (20...30%, un derivat fenolic, polimer format din trei tipuri de monomeri

alcoolul paracumarilic, alcoolul coniferilic, alcoolul sinapic -, componenta principal a peretelui

celular), hemiceluloz (15...25%, un amestec complex de polizaharide, arabani, xilani, pentozani).

Compoziia chimic a lemnului variaz n funcie de specie. Lemnul conine, n general, 50% carbon, 42% oxigen, 6% hidrogen, 1% azot, 1% minerale precum Ca, K, Na, Mg, Fe i Mn. Sulful, clorul, siliciul i fosforul se gsesc n cantiti foarte mici.

Dintre inconvenientele utilizrii lemnului se pot aminti: structura neomogen, higroscopicitatea ridicat, variaia umiditii, anizotropia proprietilor (rezistena mic

perpendicular pe fibre). n funcie de perioadele de vegetaie ale arborilor, lemnul se poate clasifica n:

- lemn de rinoase, de la arbori cu vegetaie permanent i frunze aciculare (pin, brad,

molid); - lemn de foioase, de la arbori cu frunze cztoare (arar, mesteacn, fag, stejar, frasin,

paltin, nuc, tei, anin, mahon, mr, pr, prun, cire). Un alt criteriu de clasificare a lemnului ia n considerare proprietile acestuia (rezistena mecanic i duritatea):

- lemn tare (stejar, carpen, frasin, paltin, arar, mesteacn, nuc etc.); - lemn moale (tei, anin, brad, molid .a.)

3

Pentru garniturile de model din lemn supuse la uzur mic se recomand utilizarea pinului sau molidului. n cazul unor solicitri ridicate la uzur se recomand folosirea cireului,

paltinului sau ararului. Bradul se folosete n cazul modelelor unicat. Carpenul, frasinul, fagul i stejarul se ntrebuineaz doar ca elemente de ntrire.

Modelele din lemn i pstreaz forma i dimensiunile iniiale numai dac au fost

executate din lemn uscat n prealabil. Uscarea lemnului se face pe cale natural sau artificial.

Uscarea natural se realizeaz n aer. Viteza de uscare este de 1...2 cm/an n funcie de tipul lemnului. Limita inferioar caracterizeaz foioasele tari. Limita superioar este aplicabil esenelor rinoase i foioaselor moi.

Uscarea artificial se face n incinte speciale cu aer cald, fr a depi temperatura de 70...80C.

n unele situaii, datorit dezavantajelor pe care le prezint lemnul n stare natural, se folosete lemnul aglomerat, obinut din achii i deeuri de lemn moale printr-un proces de

presare. Ca liant se folosete rina ureoformaldehidic.

Comparativ cu lemnul, modelele metalice au o durabilitate mare i asigur obinerea unor piese cu precizie dimensional i suprafa neted.

Efectul densitii ridicate a unor materiale metalice este anulat prin folosirea modelelor respective la formarea mecanizat.

Cel mai ieftin material metalic este fonta cenuie. n plus, fonta cenuie se toarn i se prelucreaz mecanic cu uurin. De asemenea, modelele sunt rezistente la aciunea abraziv a amestecului de formare.

Comparativ cu fontele cenuii oelurile se pot repara uor prin sudare. Bronzurile pentru modele conin 90% Cu i 10% Sn, au proprieti bune de turnare, se

prelucreaz uor dar sunt scumpe. Alama pentru modele conine 3...7% Zn i restul Cu, prezit proprieti asemntoare cu cele ale bronzurilor.

Combinaia dintre costul relativ sczut, densitatea redus, fluiditatea ridicat, rezistena la aciunea mediului nconjurtor, proprietile mecanice suficient de bune i prelucrabilitatea

uoar recomand aluminiul i aliajele sale ca unele dintre cele mai convenabile materiale pentru a fi utilizate ca model. Aliajele de aluminiu folosite la confecionarea modelelor conin 7 ... 9% Cu, 5 ... 10% Zn i restul aluminiu.

Modelele uor fuzibile se folosesc la obinerea pieselor turnate n forme coji fr suprafa de separaie. Ca urmare, aceste piese nu prezint bavuri. Materialele folosite la

confecionarea modelelor trebuie s ndeplineasc o serie de cerine [Gh. Simionescu .a. 2000, S. Buzil 1978]: cost sczut; coeficient de contracie ct mai mic; rezisten mecanic dup solidificare; temperatur mic de topire; coninut mic de cenu n urma arderii.

Primele modele s-au confecionat din cear de albine (recoltat prin topirea fagurilor, culoare glbuie). Ulterior, ceara de albine fiind un material scump s-a nlocuit cu un amestec

compus din 50% stearin i 50% parafin. Stearina este un amestec de acid stearic (CH3(CH2)16CO2H, = 0,847 g/cm3 la 70C,

Ttop = 69,6C, se gsete n grsimile naturale i vegetale sub form de gliceride, din care se

obine prin saponificare) cu acid palmitic (acid gras solid, de culoare alb, inodor i insipid, care

se gsete n uleiurile i grsimile naturale, CH3(CH2)14COOH) i oleic (acid gras nesaturat care se gsete, de asemenea, n grsimile naturale, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH).

Parafina (formula generala CnH2n+2, cu un numr mare de atomi de carbon cuprins ntre

20...28, Ttop = 46...68C) este o substan solid, alb, translucid, format dintr-un amestec de

hidrocarburi saturate, rezultate la distilarea ieiului sau a crbunilor.

Cerezina i colofoniul sunt alte substane folosite la fabricarea modelelor uor fuzibile. Cerezina (Ttop = 75...85C, 1,5...2,5% ulei, = 0,92...0,94 g/cm3, culoare alb sau

galben) este un produs obinut prin rafinare din ozocherit (cear mineral alctuit din hidrocarburi parafinice, de culoare galben, galben-brun, verzuie sau negricioas, cu miros

aromatic i uor fuzibil, vgr oze miros, keros - cear) sau din cear de petrol.

4

Colofoniul este un reziduu n stare solid, = 1,07...1,09 gcm-3, casant la temperatura

ambiant, de culoare galben, cu variante rocate sau brun negricioase, care se obine la

distilarea rinilor de conifere, n special a celor de pin, ca produs ce rmne dup ndeprtarea terebentinei ( lichid incolor cu miros ptrunztor). Numele de colofoniu provine de la o rin de

calitate, extras din pdurile de pin din jurul oraului antic grecesc din Asia Mic, Kooo.

Colofoniul este compus n proporie de peste 90% dintr-un amestec de acizi organici din

familia diterpenelor (formula Hill C20H30O2), o variant a terpenelor. Terpenele reprezint o grup de substane chimice foarte raspndite n natur, cu o structura de baz care pornete de la structura izoprenului, o hidrocarbur nesaturat din clasa alcadienelor (hidrocarburi cu dou

legturi duble n molecul cu formula general CnH2n-2). La temperaturi peste 90C colofoniul se nmoaie. Este inflamabil la temperaturi obinuite

i arde cu mult fum la temperatura de 340C.

Modelele gazeificabile trebuie s ndeplineasc o serie de condiii pentru a fi utilizate la

producerea modelelor: volum mic de gaze la volatilizare; consum mic de cldur pentru volatilizare; viteza de volatilizare trebuie s permit umplerea complet a cavitii formei , cu

redarea celor mai fine detalii; rezisten ridicat la formare; prelucrabilitate mecanic. La confecionarea modelelor se folosete, n general, polistirenul expandat. Polistirenul este un compus organic obinut prin polimerizarea stirenului (hidrocarbura aromatica nesaturata

lichid la temperatura ambiant, Ttop = -30C, cu formula chimic C6H5CH=CH2, aspect incolor,

uleios, toxic i inflamabil, = 0,906 gcm-3, Tfierbere = 145C). Stirenul se obine prin

dehidrogenarea catalitic a etilbenzenului. Polistirenul, cu formula molecular (C8H8)n, se prezint sub forma unui material solid

spongios, cu o densitate cuprins ntre 0,96...1,04 g/cm3. Deoarece polistirenul se compune numai din carbon i hidrogen:

se volatilizeaz uor. Prin nclzire la temperaturi de peste 80C polistirenul trece ntr-o stare elastic

asemntoare cauciucului, care se menine pn la 150C, cnd ncepe volatilizarea.

La modelele din polistiren nclinrile constructive lipsesc deoarece modelele nu se extrag din form. Pentru modele destinate turnrii pieselor unicat se pornete de la semifabricate sub

form de plci care se prelucreaz, in general, manual cu ajutorul unui fir metalic nclzit electric.

n cazul comenzilor de serie mare, se folosesc granule din polistiren preexpandat. Aceste granule, introduse ntr-o matri prin presare i nclzite la 100 ... 110C, i mresc volumul i

formeaz un bloc monolit. Modelul se extrage din matri dup rcirea acesteia cu ap.

La stabilirea tehnologiei de confecionare a garniturilor de model se are n vedere, n mod special, procedeul de realizare a formei (manual sau mecanizat, forme crude sau uscate, n

rame de formare sau n solul turntoriei etc.). Obinerea unor piese turnate de calitate, cu cheltuieli minime, implic nc din faza de

proiectare a tehnologiei de turnare (ntocmirea desenului tehnologic) rezolvarea unor probleme legate n special de:

5

analiza poziiei piesei n timpul turnrii. n general, zonele piesei n care nu se accept

defecte de turnare (apariia retasurilor ori prezena incluziunilor nemetalice i a separrilor de

faz gazoas), se poziioneaz la partea inferioar. Piesele sub form de plci se formeaz orizontal i se toarn n poziie nclinat pentru a

uura eliminarea incluziunilor nemetalice n maselote sau canale de aerisire. Dac piesa are perei subiri, se recomad plasarea acestora n zonele inferioare ale formei pentr a evita apariia defectelor de neumplere.

Dac din anumite motive zonele ce urmeaz a fi prelucrate sunt amplasate la partea superioar, se va urmri ca defectele caracteristice turnrii s apar n maselote.

alegerea corect a suprafeei de separaie, de secionare a modelului i a cutiilor de

miez. Este de dorit ca garnitura de model s fie compus dintr-un numr minim de componente.

determinarea adaosului de contracie;

stabilirea nclinrilor pereilor i a racordrilor constructive;

fixarea adaosurilor de prelucrare (stratul de material care se nltur la prelucrarea

mecanic cu scopul obinerii preciziei dimensionale impuse piesei, n condiiile unui cost de

prelucrare minim). Sistemul de tolerane dimensionale i adaosuri de prelucrare pentru piesele turnate SR ISO 8062:1995 a fost nlocuit n anul 2007 cu SR EN 8062-3 (Specificaiile

geometrice ale produselor, Partea 3: Tolerane geometrice i dimensionale generale i adaosuri de prelucrare pentru piesele turnate) [www.asro.ro].

alegerea tipului de reea de turnare, poziionarea i dimensionarea acesteia;

stabilirea numrului de maselote, poziionarea i dimensionarea acestora;

amplasarea rcitorilor exteriori sau interiori;

existena canalelor de ventilare;

dimensionarea mrcilor pentru centrarea i fixarea miezurilor;

toate orificiile cu un diametru mai mic de 25 mm se obin pline la turnare i se

prelucreaz ulterior. Aceast regul nu este respectat n cazul unor orificii n form de S sau de cot, din cauza imposibilitii prelucrrii mecanice prin procedee clasice.

Pentru cotare se ine cont de dimensiunile piesei finite la care se adaug dimensiunile elementelor nou aprute. Aceste elemente pot fi identificate prin culorile prezente pe desenul

tehnologic (tabelul 1.1) [T. Ivnceanu .a. 1980].

Tabelul 1.1 Tipuri de linii i culori utilizate la ntocmirea proiectelor tehnologice pentru piese turnate

Element specific Denumirea liniei Culoarea Suprafa de separaie Linie punct groas Albastru

Conturul piesei finite pe desenul piesei brut turnate

Linie punct subire Negru

Conturul piesei brut turnate Linie continu groas Negru

Conturul adaosului de prelucrare Linie continu groas Negru Conturul miezurilor pe desenul tehnologic al pieselor turnate

Linie continu groas Verde, galben sau maro

Grosimea adaosului de prelucrare Haur dubl la 45 cu linie continu

subire

Rou

Adaosuri tehnologice Haur cu linie punct subire la 45 Violet sau portocaliu

Reprezentarea miezurilor, n seciune, pe desenul tehnologic al pieselor turnate

Haur dubl la 45 Verde, galben sau maro

6

Reprezentarea miezurilor n vedere, pe desenul tehnologic al piesei turnate

Stelue Verde, galben sau maro

Reprezentarea amestecului de formare n seciune

Puncte Negru

Reprezentarea reelei de turnare pe desenul piesei brut turnate

Linie continu subire, cu stelue Negru

Reprezentarea reelei de turnare pe desenul tehnologic al piesei turnate

Linie continu subire, cu stelue Rou

Cote i linii ajuttoare pe desenul tehnologic al piesei turnate pentru adaosul de prelucrare, adaosul tehnologic i reeaua de turnare

Linie continu subire Rou

Cote i linii ajuttoare pe desenul tehnologic al piesei turnate pentru miezuri

Linie continu subire Verde, galben sau maro

Suprafaa de separaie este necesar pentru a uura procesele de formare i miezuire.

Alegerea corect a suprafeei de separaie implic de cele mai multe ori secionarea modelului

pentru a permite extragerea lui din amestecul de formare fr deteriorarea semiformelor. n general, n funcie de simetria piesei, de prezena suprafeelor care urmeaz s fie prelucrate

mecanic, de poziia de formare i de metoda de turnare adoptat pot exista mai multe variante privind alegerea suprafeei de separaie. Alegerea variantei optime presupune: - extragerea uoar a modelului din amestecul de formare;

- folosirea numrului minim de miezuri; - montarea uoar a miezurilor n form, fr riscul deplasrii ulterioare a acestora sub

influena unor factori exteriori. Pe ct posibil, miezurile se amplaseaz n semiforma inferioar. - poziionarea suprafeelor prelucrate mecanic n partea inferioar a formei sau n cele laterale;

- un numr redus de operaii pentru executarea formei. Suprafeele de separaie pot fi plane, curbe sau oarecare. Ultimele dou variante

complic operaia de formare i cresc costurile de producie. n cazul pieselor simple, unul dintre planele de simetrie ale acesteia se alege ca plan de separare a formei i de secionare a modelului. Astfel, n cazul unui butuc cu flane, dac nu se

recomand prelucrarea mecanic a suprafeei exterioare, acesta se poate turna n poziie orizontal (suprafaa de separaie este plan iar planul de separare corespunde cu unul din

planele de simetrie ale piesei). Dac suprafaa exterioar se prelucreaz, atunci este indicat ca turnarea s se fac n poziie vertical. Astfel suprafeele prelucrate mecanic sunt amplasate lateral iar planul de separaie se alege la partea superioar a flanei .

Principalul dezavantaj al suprafeelor de separare este legat de probabilitatea deplasrii semiformelor n timpul asamblrii, ceea ce conduce la obinerea unor piese dezaxate. De

asemenea, pot avea loc scurgeri de aliaj lichid prin suprafaa de separaie cu efecte negative asupra calitii piesei.

Fig. 1.1. Butuc cu flane.

7

Procesul de contracie reprezint fenomenul de micorare a volumului aliajului turnat n

cursul rcirii lui de la temperatura de turnare pn la temperatura mediului ambiant. Fenomenul de contracie are loc n toate cele trei etape principale ale rcirii aliajului (n stare lichid, n

timpul solidificrii, n stare solid).

Contracia n stare lichid ( vl ) se manifest prin micorarea volumului aliajului n

intervalul cuprins ntre temperatura de turnare ( turnT ) i temperatura lichidus ( LT ):

100)( Lturnll TT [%], (1.1)

unde: l este coeficientul de contracie volumic la rcirea topiturii n stare lichid,

)( LturnL

Lturnl

TTV

VV

; turnV , LV - volumul ocupat de faza lichid la temperatura de turnare,

respectiv temperatura lichidus. Contracia n stare lichid se datoreaz apropierii atomilor ca urmare a scderii gradului

de agitaie termic. n general, contracia volumetric n stare lichid este de 1 ... 1,5% (pentru un grad de supranclzire de 100C).

Contracia la solidificare ( k ) se desfoar fie la temperatur constant (metale pure,

aliaje eutectice), fie n intervalul de temperatur lichidus - solidus ( SLk TTT ), cnd are loc

o micorare pronunat a distanei dintre atomi. Contracia la solidificare poate fi apreciat n

dou moduri:

100)( SLkk TT [%] (1.2)

sau

100)('' SLkk TT [%], (1.3)

unde: )( SLL

SLk

TTV

VV

;

)(

'

SLS

SLk

TTV

VV

; SV - volumul ocupat de faza solid la temperatura

solidus.

Prin urmare:

'

'

1 k

kk

. (1.4)

Deoarece valorile coeficienilor k i 'k sunt mici n comparaie cu unitatea,

'kk i

'kk .

n cazul aliajelor turnate, k = 2,5 ... 4% pentru oeluri carbon, k = 4 ... 4,5% pentru font

alb, k = - 2,5% (dilatare datorit apariiei separrilor de grafit) pentru font cenuie, k = 4 ...

7% pentru aliaje de aluminiu, k = 6,5 ... 7,5% pentru bronzuri i k = 5 ... 7% pentru alame.

Contracia aliajului n stare solid ncepe n cazul aliajelor cu interval de solidificare la o temperatur aflat ntre curbele lichidus i solidus, din momentul n care faza solid formeaz o

structur suficient de rezistent la presiunea aliajului lichid. Contracia dup solidificare se poate determina cu expresia:

100)( 0 TTSss [%], (1.5)

n care: s este coeficientul de contracie volumic la rcirea topiturii n stare solid; 0T -

temperatura mediului ambiant.

8

Din motive practice contracia n stare solid se exprim prin variaia dimensiunilor (contracie liniar):

)( 00

0

TTL

LL

S

Ss

, (1.6)

unde: SL este lungimea piesei la temperatura ST ; 0L este lungimea piesei la temperatura 0T .

Pentru majoritatea alajelor s = 0 ... 6% (valorile zero fiind ntlnite n cazul unor fonte).

Deoarece, ca urmare a contraciei n stare solid are loc micorarea dimensiunilor liniare

ale piesei turnate, se recomand ca dimensiunile modelului folosit la executarea formei s fie mai mari dect cele ale piesei turnate, corespunztor cu valoarea contraciei.

n tabelul 1.2 se prezint intervalul de variaie a contraciei liniare pentru cteva tipuri de

aliaje turnate [Cl. tefnescu .a. 1985]. Dimensiunile modelelor pot fi determinate prin calcul, pe baza relaiei:

1001 spm ll (1.7)

n care: lm este lungimea modelului; lp lungimea piesei. n sectorul de modelrie se folosete un metru special (metru de contracie sau

metrul modelorului) ale crui diviziuni sunt sporite cu 1, 1,25, 1,5, 2,0, 2,5% pentru a permite

msurarea exact a dimensiunilor modelului. Curbele de contracie pot prezenta inflexiuni, contracia nefiind uniform pe ntreg

domeniul de temperatur. Tabelul 1.2 Valorile contraciei liniare pentru cteva tipuri de aliaje

Tipul aliajului Coeficientul de contracie n stare solid, % Domeniul de utilizare

Font cenuie 0,8 ... 1,2 0,6 ... 1,0 0,4 ... 0,8

Piese mici Piese mijlocii Piese mari

Font cu grafit nodular 0,5 ... 1,0 0,75 ... 1,1

Structur feritic Structur perlitic

Fonte aliate 1,0 ... 1,25 - Oel carbon 1,8 ... 2.2

1,5 ... 2,0 1,1 ... 1,8

Piese mici Piese mijlocii Piese mari

Oel manganos 2,0 ... 2,8 - Bronz cu aluminiu 2,0 ... 2,4 -

Bronz cu staniu 1,4 ... 1,6 1,0 ... 1,4 0,8 ... 1,2

Piese mici Piese mijlocii Piese mari

Aliaje Al-Si 0,8 ... 1,2 -

Aliaje de Mg 1,2 ... 1,5 -

n cazul procesului de rcire a aliajelor feroase curba este complex i se pot distinge

urmtoarele etape:

dilatarea iniial, id = 0 ... 1%, cauzat de:

- cristalizarea fazelor cu densitate mic (de exemplu, separarea grafitului n cazul fontelor sau formarea unor carburi de crom n cazul oelurilor nalt aliate cu crom);

- micorarea solubilitii gazelor i apariia separrilor de faz gazoas (separrile de CO n cazul oelurilor);

9

contracia anteperlitic, ap = 0,2 ... 3% (sau antemartensitic), dependent de natura

aliajului, proporia de carburi din structur .a. (la oelurile austenitice ap 3%, la oelurile

nealiate ap 1% iar la fonte ap < 1%);

dilatarea perlitic, pd (sau martensitic), cauzat de transformarea austenitei n perlit

sau martensit ( pd = 0 ... 2% la fonte);

contracia postperlitic, pp 1%, (sau postmartensitic), care se desfoar la

temperaturi relativ sczute, cnd nu intervin schimbri importante n reeaua cristalin.

Prin urmare, contracia liniar liber, l l , se poate calcula folosind relaia:

pppapill dd . (1.8)

Oelurile nalt aliate, austenitice, care nu prezint transformrile menionate n stare solid (structura format iniial cu participarea fazei lichide rmne neschimbat pn la temperatura ambiant), au curba contraciei fr inflexiunea datorat dilatrii perlitice.

Contracia liniar poate fi liber sau frnat. Contracia liniar liber este determinat numai de natura aliajului. Contracia liniar frnat reflect i aciunea unor factori externi

(amestec de formare, miezuri, armturi etc.), care pot mpiedica desfurarea procesului. Frnarea contraciei conduce la apariia tensiunilor interne sau crpturilor n piesele turnate. Pentru micorarea forei de frnare se pot lua unele msuri tehnologice:

- realizarea unor miezuri cu compresibilitate ridicat;

- evitarea montrii rcitorilor n miezuri n mod rigid;

- alegerea unor sisteme de alimentare care s influeneze ct mai puin procesul de contracie.

n cazul pieselor cu lungime mare i grosime neuniform de perete (batiuri, traverse .a.)

zonele subiri se solidific i se rcesc primele. Ca urmare, n pies apar tensiuni care pot provoca deformarea piesei turnate (fig. 1.1 a). n acest caz se recomand aplicarea la

garniturile de model a unei curburi opuse sensului de deformare a piesei. Acelai fenomen se ntlnete i n cazul pieselor cu grosime constant de perete i cu o suprafa mare (piese tip plc), datorit faptului ca zonele exterioare se rcesc mai repede dect partea central (fig. 1.1

b) [L. Sofroni .a. 1980, Gh. Simionescu .a. 2000].

a b Fig. 1.1. Schema de deformare a pieselor n procesul de rcire.

n aceste cazuri lungimea modelului se apreciaz utiliznd relaia [Cl. Cosneanu .a. 2000]:

220

3

16flsll ppm (1.9)

10

unde: lp este lungimea piesei turnate; s0 scurtarea specific (pl

ss 0 , s lungimea cu care se

scurteaz piesa); f sgeata curburii piesei brut turnate sau curbura cu care trebuie construit modelul.

Sgeata se poate stabili experimental sau determina prin calcul cu expresia:

064

sl

fp

. (1.10)

nclinri constructive. Pentru a asigura extragerea uoar a modelelor din amestecul de

formare se recomand ca pereii acestora s prezinte o nclinare fa de direcia de extragere , dac ele nu rezult din geometria piesei.

Din punct de vedere constructiv, nclinarea pereilor se poate realiza prin ngrosarea pereilor, subierea lor sau prin ngroare i subiere (fig. 1.2) [Gh. Simionescu .a. 2000].

Fig. 1.2. nclinri constructive prin: a ngroare; b subiere; c ngroare i subiere.

n general, pe desen se indic modul n care se realizeaz nclinarea (nclinare +, nclinare -, nclinare ).

Dintre factorii care influeneaz mrimea nclinrilor constructive se pot aminti [G. Barbu .a. 2006]:

- dimensiunile de gabarit ale piesei turnate; - metoda de formare adoptat. La formarea manual pericolul degradrii pereilor formei de turnare n cazul unor nclinri constructive mici este mai mare dect la formarea mecanizat.

- materialul utilizat la confecionarea modelului. La utilizarea lemnului nclinrile constructive sunt mai mari dect n cazul materialelor metalice deoarece la extragerea

modelului, forele de frecare dintre acesta i amestecul de formare sunt mai intense. - calitatea suprafeei modelului. O suprafaa rugoas necesit nclinri constructive mai mari deoarece crete pericolul deteriorrii formei la extragerea modelului.

Cteva exemple legate de mrimea nclinrilor constructive sunt prezentate n tabelul 1.3 [T. Ivnceanu .a. 1980].

Tabelul 1.3 nclinrile constructive ale garniturii de model

H, mm Model din lemn Model metalic

a, mm a/H a, mm a/H ,

< 40 1 1/35 145 0,8 1/55 1

40 ... 63 1,5 1/35 140 1 1/55 1

63 ... 100 2 1/40 130 1 1/75 45

100 ... 160 2,5 1/50 110 1,5 1/75 45

160 ... 250 3 1/65 50 2 1/100 35

250 ... 400 4 1/75 45 2,5 1/100 35 400 ... 630 5 1/100 35 3 1/150 23

630 ... 800 6 1/120 30 - - -

11

Valorile ridicate ale nclinrilor constructive, dorite din punct de vedere tehnologic, conduc la creterea consumului de aliaj lichid (micorarea indicelui de scoatere) i a manoperei

la prelucrarea mecanic.

Racordrile constructive sunt rotunjiri ale unghiurilor interioare (mai mici de 180) sau

exterioare (peste 180) ntre doi perei ai piesei turnate. Razele de curbur sunt necesare

pentru [S. Buzil, 1978, Gh. Simionescu .a. 2000, G. Barbu .a. 2006]:

- prevenirea efectului duntor al transcristalizrii. La solidificare, cristalele cresc perpendicular pe suprafaa care se formeaz. Ca urmare, la mbinarea a doi perei fr racordare (fig. 1.3) se formeaz un plan de rezisten minim, deoarece legtura ntre vrfurile

cristalelor este mai slab dect ntre cristale. n consecin, n condiii de exploatare piesa cedeaz la solicitri mai mici dect sarcina nominal de rupere [S. Buzil, 1978, Gh. Simionescu .a.

2000].

Fig. 1.3. Apariia fenomenului de transcristalizare la solidificarea pieselor, n cazul mbinrii a doi perei perpendiculari.

- prentmpinarea apariiei nodurilor termice. La intersecia a doi perei perpendiculari , ca

urmare a formrii unui nod termic, este posibil s apar retasuri nchise sau deschise (fig. 1. 4).

Fig. 1.4. Apariia golurilor de contracie: interioare i exterioare.

Att golurile de contracie nchise ct i cele deschise apar nspre muchia interioar a mbinrii celor doi perei, datorit nclzirii neuniforme a amestecului de formare din jurul piesei

(fig. 1.5). Zona colului exterior se rcete mai repede, n timp ce n interior fluxurile de cldur se suprapun i procesul de solidificare are loc mai lent.

Fig. 1.5. Modul de transmitere a fluxului de cldur.

Acumularea de aliaj (A) din nodurile termice de la mbinarea pereilor de aceeai grosime este prezentat n figura 1.6. Nodurile termice reprezint poriuni din pies mai groase dect pereii nvecinai i care se solidific zonal ultimele.

12

Fig. 1.6. Estimarea acumulrii de aliaj n nodurile termice.

- prevenirea ruperii formei la extragerea modelului. La extragerea modelului din form

apar ruperi ale formei la muchia interioar de la mbinrile celor doi perei. Ruperile apar mai

des n cazul modelelor din lemn datorit frecrilor mari dintre amestecul de formare i model. - mpiedicarea ruperii muchiilor formei ca urmare a uscrii acesteia. n cazul turnrii n

forme crude muchiile ascuite se usuc repede i la turnare aliajul poate antrena amestecul de formare.

- asigurarea unui aspect plcut al piesei turnate

Construcia pieselor turnate cu racordri constructive previne apariia tuturor aceste defecte prin uniformizarea schimbului de cldur (fig. 1.7).

Fig. 1.7. Uniformizarea schimbului de cldur prin executarea de racordri constructive la mbinarea pereilor.

Mrimea razei de racordare interioar r se alege ntre 1/5 i 1/3 din media aritmetic a grosimii pereilor care se racordeaz (1 i 2). Raza exterioar R este egal cu raza mic plus

media aritmetic a grosimii celor doi perei.

25

1...

3

1 21

r (1.11)

2

21 rR (1.12)

La alegerea razei de racordare se ine seama de grosimea real a peretelui , la care se

adaug adaosul de prelucrare. Racordrile se precizeaz pe desenul piesei prin indicarea razei respective (fig. 1.8) [S. Buzil, 1978].

Fig. 1.8. Relaii de calcul i indicarea razei de racordare.

13

n figurile 1.9 i 1.10 se prezint modul de racordare a pereilor n form de V i Y [Gh. Simionescu .a. 2000].

Fig. 1.9. Racordarea pereilor n form de V.

Fig. 1.10. Racordarea pereilor n form de Y.

n cazul modelelor din lemn, razele de racordare mai mici de 16 mm se realizeaz cu chit (amestec din praf de cret i ulei de in). Pentru raze mai mari de 16 mm, la modelele din lemn de esen tare, racordarea se face din lemn (fig. 1.11) [S. Buzil, 1978].

Fig. 1.11. Racordri constructive n cazul modelelor: a chituire; b lemn.

Modificrile aprute n configuraia unei piese dup aplicarea nclinrilor i racordrilor constructive sunt prezentate n figura 1.12 [S. Buzil, 1978].

14

Fig. 1.12. Modificrile aprute n desenul tehnologic al piesei prin

aplicarea nclinrilor i racordrilor constructive.

Adaosuri de prelucrare. De cele mai multe ori precizia dimensional a pieselor turnate

nu poate fi obinut direct din turnare.

Standardul SR EN 8062-3 definete un sistem de tolerane i de adaosuri de prelucrare prevzute pentru piesele turnate obinute prin diferite procedee de formare.

Standardul utilizeaz urmtoarele definiii:

cota de baz dimensiunea unei piese brut turnate nainte de prelucrare (fig. 1.13),

care include adaosul de prelucare i tolerana dimensional (fig. 1.14). Cu excepia grosimii de perete, care poate fi definit printr-un lan de dou cote, se evit

cotarea n lan.

Fig. 1.13. Cota de baz a unei piese brut turnate.

tolerana dimensional diferena dintre dimensiunea maxim i minim admis la

prelucrare. Cmpul de toleran trebuie repartizat simetric fa de cota de baz (jumtate n zona pozitiv i jumtate n zona negativ). Din anumite motive, prin acord ntre beneficiar i

productor, cmpul de tolerane poate fi asimetric. Tolerana este o mrime strict pozitiv [C. Georgesu 2009].

Exist 16 clase de tolerane dimensionale ale pieselor turnate, notate de la CT 1 pn la

CT 16 (tabelul 1. 4).

Tabelul 1.4

15

Tolerane la formare Cota de baz a

piesei brute, mm

Tolerane totale la formare, mm

Clase de tolerane dimensionale ale pieselor turnate

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

< 10 0,09 0,13 0,18 0,26 0,36 0,52 0,74 1 1,5 2 2,8 4,2 - - - -

10 ... 16 0,1 0,14 0,20 0,28 0,38 0,54 0,78 1,1 1,6 2,2 3 4,4 - - - -

16 ... 25 0,11 0,15 0,22 0,30 0,42 0,58 0,82 1,2 1,7 2,4 3,2 4,6 6 8 10 12

25 ... 40 0,12 0,17 0,24 0,32 0,46 0,64 0,9 1,3 1,8 2,6 3,6 5 7 9 11 14

40 ... 63 0,13 0,18 0,26 0,36 0,50 0,7 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 10 12 16

63 ... 100 0,14 0,20 0,28 0,40 0,56 0,78 1,1 1,6 2,2 3,2 4,4 6 9 11 14 18

100 ... 160 0,15 0,22 0,30 0,44 0,62 0,88 1,2 1,8 2,5 3,6 5 7 10 12 16 20

160 ... 250 - 0,24 0,34 0,50 0,7 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 14 18 22

250 ... 400 - - 0,4 0,56 0,78 1,1 1,6 2,2 3,2 4,4 6,2 9 12 16 20 25 400 ... 630 - - - 0,64 0,9 1,2 1,8 2,6 3,6 5 7 10 14 18 22 28

630 ... 1000 - - - - 1 1,4 2 2,8 4 6 8 11 16 20 25 32

1000 ... 1600 - - - - - 1,6 2,2 3,2 4,6 7 9 13 18 23 29 37

1600 ... 2500 - - - - - - 2,6 3,8 5,4 8 10 15 21 26 33 42

2500 ... 4000 - - - - - - - 4,4 6,2 9 12 17 24 30 38 49

4000 ... 6300 - - - - - - - - 7 10 14 20 28 35 44 56

6300 ... 10000 - - - - - - - - - 11 16 23 32 40 50 64

Pentru cotele la care toleranele generale nu sunt adecvate se prevd tolerane

individuale. n tabele 1.5 i 1.6 se prezint clasele de tolerane care, n mod obinuit se pot obine n

funcie de procedeul de formare folosit i caracterul produciei. Tabelul 1.5

Clase de tolerane pentru piese brut turnate produse n serie mare

Metoda

Clasa de toleran, CT

Metale i aliaje turnate

Oel Font cenuie

Font cu grafit

nodular

Font maleabil

Aliaje de cupru

Aliaje de zinc

Aliaje pe baz de metale uoare

Aliaje pe baz de nichel

Aliaje pe baz de cobalt

Fomare manual n amestec

clasic 11 ...14 11 ... 14 11 ... 14 11 ... 14 10 ... 13 10 ... 13 9 ... 12 11 ... 14 11 ... 14

Formare mecanizat n amestec clasic, forme coji

8 ... 12 8 ... 10 8 ... 10 8 ... 10 8 ... 10 8 ... 10 7 ... 9 8 ... 12 8 ... 12

Forme metalice turnate gravitaional i la joas presiune

Valorile se stabilesc prin acord direct ntre productor i beneficiar Turnare sub presiune

Formare de precizie

Tabelul 1.6

Clase de tolerane pentru piese brut turnate produse n serie mic sau unicat

Metoda Material de formare

Clase de tolerane

Metale i aliaje turnate

Oel Font cenuie

Font cu grafit

nodular

Font maleabil

Aliaje de cupru

Aliaje pe baz de metale uoare

Aliaje pe baz de nichel

Aliaje pe baz de cobalt

Formare manual

n amestec clasic

Nisip liat cu bentonit 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15 13 ... 15

Nisip liat chimic 12 ... 14 11 ... 13 11 ... 13 11 ... 13 10 ... 12 10 ... 12 12 ... 14 12 ... 14

Valorile prezentate n tabelul 1.6 se utilizeaz n general la cote mai mari de 25 mm. Pentru cote mai mici se pot fixa tolerane mai severe din punct de vedere economic i practic: - trei clase mai mici pentru o cot de baz de pn la 10 mm;

- dou clase mai mici pentru o cot de baz de 10 ... 16 mm; - o clas mai mic pentru o cot de baz de 16 ... 25 mm.

adaosul de prelucare precizat, RMA adaos de material la piesele brut turnate, care

trebuie s permit n cadrul unor operaii speciale, ndeprtarea de pe suprafaa acestora a

efectelor formrii, cu scopul obinerii preciziei dimensionale prevzute. Adaosul de prelucrare care se ndeprteaz la o anumit opraiune de prelucrare se

numete adaos intermediar.

Adaosul total reprezint stratul de material care se ndeprteaz n cursul tuturor operaiilor de prelucrare mecanic. Adaosul total este egal cu suma adaosurilor intermediare [L.

Grama 2000].

16

Dac nu exist un acord contrar cu beneficiarul, adosul de prelucrare precizat este valabil pentru ntreaga pies brut turnat. Pentru toate suprafeele prelucrate se indic o

singur valoare, n funcie de cea mai mare dimensiune a piesei turnate finite (dup prelucrarea final).

Cota maxim a unui element din piesa brut turnat, nu trebuie s fie mai mare dect cota

final, la care se adaug adaosul de prelucrare prevzut i tolerana total la formare (fig. 1.14).

Fig. 1.14. Adaosul de prelucrare i limitele toleranelor.

n tabelul 1.7 se prezint clasele de adaosuri de prelucrare, notate de la A la K.

Tabelul 1.7

Adaosuri de prelucrare precizate Cota maxim,

mm

Adaosuri de prelucrare precizate, mm

Clasa de adaosuri de prelucare precizate

A B C D E F G H J K

< 40 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 1,0 1,4

40 ... 63 0,1 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 1,4 2,0

63 ... 100 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0

100 ... 160 0,3 0,4 0,5 0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 6,0

160 ... 250 0,3 0,5 0,7 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0 5,5 8,0

250 ... 400 0,4 0,7 0,9 1,3 1,8 2,5 3,5 5,0 7,0 10,0

400 ... 630 0,5 0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 1,0 6,0 9,0 12,0

630 ... 1000 0,6 0,9 1,2 1,8 2,5 3,5 5,0 7,0 10,0 14,0

1000 ... 1600 0,7 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0 5,5 8,0 11,0 16,0

1600 ... 2500 0,8 1,1 1,6 2,2 3,2 4,5 6,0 9,0 13,0 18,0

2500 ... 4000 0,9 1,3 1,8 2,5 3,5 5,0 7,0 10,0 14,0 20,0

4000 ... 6300 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0 5,5 8,0 11,0 16,0 22,0

6300 ... 10000 1,1 1,5 2,2 3,0 4,5 6,0 9,0 12,0 17,0 24,0

n tabelul 1.8 sunt prezentate clasele de adaosuri de prelucrare prevzute recomandate, n funcie de tipul aliajului i metoda de formare.

17

Tabelul 1.8 Clase de adaosuri de prelucrare precizate recomandate pentru piese brut turnate

Metoda

Clasa de adaosuri de prelucrare precizate

Metale i aliaje turnate

Oel Font cenuie

Font cu grafit

nodular

Font maleabil

Aliaje de cupru

Aliaje de zinc

Aliaje pe baz de

metale uoare

Aliaje pe baz de

nichel

Aliaje pe baz de

cobalt

Fomare manual n amestec clasic

G ... K F ... H F ... H F ... H F ... H F ... H F ... H G ... K G ... K

Formare mecanizat n amestec clasic, forme coji

F ... H E ... G E ... G E ... G E ... G E ... G E ... G F ... H F ... h

Forme metalice turnate gravitaional i la joas

presiune

- D ... F D ... F D ... F D ... F D ... F D ... F - -

Turnare sub presiune - - - - B ... D B ... D B ... D - -

Formare de precizie E E E - E - E E E

abaterea deplasarea relativ a suprafeelor unei piese datorit asamblrii

necorespunztoare a celor dou semiforme (fig. 1.15).

Fig. 1.15. Abaterea maxim.

stabilirea adaosurilor tehnologice. Adaosul tehnologic reprezint surplusul de material

metalic prevzut pe suprafaa piesei turnate fa de desenul de construcie, ca rezultat al

tehnologiei de procesare, n vederea: uurrii prelucrrii mecanice; evitrii apariiei unor defecte ca urmare a contraciei frnate a aliajului turnat; dirijrii solidificrii; ndeprtrii maselotelor;

simplificrii procesului de formare. Dintre adaosurile tehnologice se pot enumera:

- adaosuri pentru a uura prelucrarea. n multe cazuri configuraia piesei brut turnate nu

permite fixarea pe mainile de prelucrat. n figura 1.16 este prezentat o pies tip cot cu flane prelucrate mecanic, cu adaosul tehnologic (1) necesar pentru fixarea piesei n vederea

prelucrrii.

Fig. 1.16. Adosul tehnologic prevzut la turnarea unei piese tip cot cu flane.

- adaosuri pentru a preveni apariia crpturilor. n unele cazuri, datorit configuraiei geometrice a piesei turnate, amestecul de formare mpiedic procesul de contracie al aliajului

turnat. Astfel, la turnarea unei piese tip tub cu flane (fig. 1.17 a), ca urmare a frnrii contraciei

18

de ctre amestecul de formare dintre cele dou flane, apar crpturi la mbinarea bridelor cu zona tubular (fig. 1.17 b) [Gh. Simionescu .a. 2000]. Pentru evitarea acestei situaii nedorite, se

recomand s se execute o serie de nervuri subiri, care s lege flanele de tub (fig. 1.17 b). Adaosurile tehnologice solidific mai repede dect piesa i asigur rezistena mecanic necesar pentru a prentmpina formarea crpturilor (fig. 1.17 c). Grosimea nervurii este de

0,2 ... 0,3 din grosimea peretelui piesei. Dup dezbaterea formei, nervurile pot fi ndeprtate cu uurin. De asemenea, apariia crpturilor poate fi evitat i prin ngroarea progresiv a

zonei tubulare ctre cele dou flane (fig. 1.17 d).

Fig. 1. 17. Apariia i posibilitile de evitare a crpturilor la turnarea unei piese tip tub cu flane a piesa; b prezena crpturilor n zona flanelor; c adaosuri tehnologice sub form de nervuri; ngroarea progresiv a zonei tubulare ctre flane.

- adaosuri pentru dirijarea solidificrii pieselor turnate. n cazul pieselor la care prin configuraia geometric exist noduri termice, se prevd adaosuri care permit o solidificare dirijat spre maselot (fig. 1.18) [Cl. tefnescu .a. 1985]. Adosul de prelucrare se suprapune

adaosului tehnologic dac suprafeele respective urmeaz a fi prelucrate prin achiere.

Fig. 1.18. Adaosul tehnologic pentru dirijarea solidificrii n cazul unei piese tip carcas de turbin: 1 adaos tehnologic; 2 maselot; 3 rcitor exterior.

Dei prin aceast tehnic se elimin multe noduri termice, metoda prezint un viciu de fond deoarece aliajul n exces, care produce o variaie convenabil a vitezei de solidificare, se

comport ca i materialul piesei turnate, adic se contract la rcire i necesit o cantitate suplimentar de aliaj care s compenseze golul de contracie. Rezult prin urmare un consum

ridicat de aliaj lichid (maselotele fiind redimensionate conform ngrorii peretelui piesei) i de manoper la prelucrarea mecanic.

n figura 1.19 este prezentat modul de aezare a maselotei pe o suprafa curb a piesei

turnate [Gh. Simionescu .a. 2000].

Fig. 1.19. Modul de aezare a maselotei pe o suprafa curb a piesei turnate.

19

- adaosuri tehnologice pentru ndeprtarea maselotelor. n zona de contact a maselotei cu piesa se prevede un adaos tehnologic care s preia neregularitile suprafeei rezultate la

operaia de tiere a maselotei (mecanic, cu flacr oxiacetilenic etc.). Grosimea acestui adaos tehnologic este prezentat n tabelul 1.9. Tabelul 1.9. Dimeniunile adaosului tehnologic necesar pentru ndeprtarea maselotei

Diametrul maselotei, mm < 125 125 ... 400 > 400

Grosimea adaosului tehnologic, mm 4 ... 8 10 ... 18 20 ... 32

- adaosuri tehnologice i modificri constructive n vederea simplificrii tehnologiei de

formare turnare. Prin aceste adaosuri se urmrete simplificarea tehnologiei de formare prin micorarea numrului de miezuri sau prin simplificarea operaiilor necesare pentru extragerea

modelului din amestecul de formare (piese cu bosaje sau perei cu o conicitate invers). Modificrile constructive se fac numai cu acordul beneficiarului (fig. 1.20) [Gh. Simionescu .a. 2000].

Fig. 1.20. Modificri constructive n vederea simplificrii tehnologiei de formare turnare.

alegerea tipului de reea de turnare, poziionarea i dimensionarea acesteia.

Reeua de turnare se definete prin totalitatea canalelor verticale i orizontale din interiorul formei, utilizate pentru introducerea aliajului lichid n cavitatea n care se obine piesa.

O reea de turnare trebuie s asigure:

umplerea rapid i linitit a cavitii utile, fr formarea de turbioane sau distrugerea

pereilor formei;

reinerea incluziunilor nemetalice i n special a celor de natur exogen (particule de

zgur sau amestec de formare);

obinerea unui cmp de temperatur corect repartizat pe seciunea pereilor piesei

turnate.

Separarea incluziunilor nemetalice se produce atunci cnd exist o diferen ntre

densitile componentelor fluidului polifazic. n tabelul 1.1 sunt trecute valorile densitii ctorva tipuri de incluziuni nemetalice comparativ cu densitatea aliajelor n care se gsesc [Sofroni, L. .a., 1980].

Tabelul 1.1 Densitatea unor incluziuni nemetalice

Elementul de baz al aliajului

Densitatea, g/cm3

Elementul de baz Zgura sau fondantul Principalii oxizi

Fier 6,98 Zgura: 2.5...3,5

FeO: 5,7

Fe2O3: 5,2

Fe3O4: 5,1

SiO2:2,3

Cr2O3: 5,2

Al2O3: 3,9

20

Cupru 8,02 Fondant: 2,5...4

Cu2O: 6,0 CuO: 6,4

Al2O3: 3,9 SnO2: 6,9

Titan 4,11 - TiO2: 3,8

Aluminiu 2,37 Fondant: 1,6...2,1

Al2O3: 3,9

MgO: 3,6

Na2O: 2,3

Magneziu 1,58 Fondant: 1,5...2,5 MgO: 3,6

Al2O3: 3,9

Elementele componente ale reelei de turnare sunt urmtoarele: plnia, cupa sau bazinul de turnare (utilizate n funcie de cantitatea de aliaj lichid

necesar pentru obinerea piesei); piciorul de turnare;

canalul de distribuie a aliajului i reinere a particulelor nemetalice (canal colector);

canalele de alimentare (alimentatoarele).

Plnia, cupa sau bazinul de turnare

Plnia de turnare reprezint componenta reelei de turnare care preia aliajul lichid din

oala de tunare. Plnia de turnare i variantele sale ndeplinesc urmtoarele funcii: - meninerea unui debit constant la turnare;

- reducerea pierderilor de aliaj prin deversare; - micorarea tendinei de apariie a zonelor turbionare la intrarea aliajului n piciorul de

turnare; - reinerea incluziunilor nemetalice (n special a celor exogene provenite din zgur). Plnia de turnare se recomand n cazul unor debite de turnare mai mici de 4 kg/s. n

general, plnia de turnare are o configuraie tronconic cu reguli de dimensionare stabilite n funcie de diametrul piciorului de turnare la partea superioar dp (D = (2,7... 3) dp, h = D, unde D

este diametrul plniei la partea superioar, h - nlimea plniei). n cazul unor debite mari de aliaj lichid ( mQ 4 kg/s) se recomand utilizarea cupelor de

turnare. Cupa este o cavitate evazat, de form oval sau dreptunghiular, n care piciorul de turnare este amplasat lateral (dezaxat). Aliajul se toarn n zona lateral opus piciorului de

turnare. Prin prezena unui prag tansversal n zona adiacent piciorului de turnare, jetul de aliaj are n primele momente ale turnrii o micare de rotaie n sens ascendent. Prin acest proces se favorizeaz ridicarea la suprafa a particulelor cu densitatea mai mic dect densitatea

fazei lichide (particula se deplaseaz sub aciunea urmtoarelor fore: fora ascensional, fora centrifug, fora de antrenare de ctre jetul de aliaj lichid). Ulterior turnarea se face meninnd

cupa plin. Pentru dimensionarea plniei se recomand urmtoarele relaii: D = 6dp, h = 3,25 dp, hprag = dp.

Comparativ cu plnia de turnare cupa prezint urmtoarele avantaje: - turnarea se realizeaz cu debit mare, fr pierderi prin deversare;

- probabilitatea de ptrunde a fazei incluzionare n piciorul de turnare este mic deoarece aliajul nu se toarn n aceast zon. n anumite condiii (nivel sczut al topiturii n cup, nlime mare de turnare, poziionarea

jetului de aliaj n dreptul piciorului de turnare) pot s apar turbioane n jurul axului vertical al piciorului de turnare, cu efecte indezirabile (antrenarea incluziunilor nemetalice i a aerului n

reea). n vederea mbuntirii condiiilor de reinere a particulelor nemetalice se recomand utilizarea unor cupe de turnare prevzute cu nervuri laterale, praguri i perei verticali, prin care

se evit formarea turbioanelor n jurul axului piciorului de turnare.

21

La turnarea pieselor cu o mas foarte mare (Mpt > 5000 kg) se pot folosi bazinele de turnare. Volumul acestora reprezint 50...60% din volumul de aliaj necesar pentru turnarea

piesei (n unele cazuri se poate ajunge chiar i la 100%). Bazinele de turnare prezint la partea inferioar unul sau mai multe orificii de evacuare, blocate cu dopuri refractare nainte turnare. Bazinele de turnare se execut separat, din

amestec de formare, n rame metalice i se amplaseaz deasupra formei de turnare.

Piciorul de turnare reprezint canalul vertical de legtur ntre plnie (cup, bazin) i

canalul de distribuie a aliajului i reinere a particulelor metalice. nlimea lui este de ordinul

centimetrilor sau metrilor n funcie de dimensiunile piesei turnate i a formei de turnare. Piciorul de turnare trebuie s ndeplineasc urmtoarele funcii: - asigurarea vitezei necesare de curgere a aliajului;

- evitarea apariiei zonelor depresionare i deci a procesului de aspiraie a gazelor de ctre jetul de aliaj lichid;

- mpiedicarea dispersrii jetului. La intrarea n piciorul de turnare viteza jetului de aliaj este:

gHv 21 , (1.37)

unde: este coeficientul de pierdere a vitezei; g acceleraia gravitaional; H nlimea de

turnare. La baza piciorului de turnare viteza aliajului va fi:

)(22 phHgv ,

(1.38)

n care ph este nlimea piciorului de turnare.

n conformitate cu ecuaia continuitii:

2211 vSvS (1.39)

unde 1S este seciunea piciorului de turnare la partea superioar; 2S - seciunea piciorului de

turnare n zona de contact cu canalul de distribuie a aliajului i reinere a particulelor metalice

Deoarece, 21 vv , din ecuaia (1.39) rezult c 21 SS . Prin urmare, la deplasarea

aliajelor lichide printr-un canal vertical de seciune constant dintr-o form temporar, acestea

se pot desprinde de suprafaa solid, formndu-se o zon depresionar. n acest domeniu ptrund gazele existente n amestecul de formare i sunt antrenate de topitura metalic. Datorit temperaturii nalte a aliajului, volumul gazului ncorporat se mrete i, n cazul unei

viscoziti ridicate a fazei lichide, separrile de gaz rmn incluse n topitur. La solidificarea aliajului aceste incluziuni de faz gazoas provoac defectul cunoscut sub numele de sufluri

exogene. n cazul formelor metalice aspiraia de gaze din exterior nu are loc. n schimb, aliajele conin gaze dizolvate sub form atomic. Datorit micorrii solubilitii gazelor dizolvate n

aliaj, ca urmare a variaiei de temperatur, acestea se degaj n zona depresionar sub form molecular. Ulterior, ca i n cazul formelor temporare, sunt antrenate de jetul de aliaj.

Din acest motiv forma piciorului de turnare este tronconic, cu o nclinare de 0,5...1 [I.

Ciobanu, 1984].

Pentru a evita apariia zonelor depresionare i a vrtejurilor la intrarea i ieirea din piciorul de turnare se recomand aplicarea racordrilor constructive n zona de contact cu plnia sau canalul de distribuie. n plus, n zona n care aliajul vine n contact cu canalul de

distribuie se execut o adncitur (clci) cu rolul de a diminua efectul de lovire a jetului prin formarea unei bi de aliaj lichid.

Piciorul de turnare nu asigur eliminarea incluziunilor nemetalice deoarece perioda de curgere prin acest element este scurt.

22

n cazul aliajelor cu tendin mare de oxidare (aliajele pe baz de aluminiu sau magneziu), dac diametrul piciorului depete 30...40 mm, se recomand utilizarea mai multor

canale (piciorul de turnare subdivizat), astfel nct seciunea acestora s fie egal cu seciunea calculat:

n

ipp i

SS1

( 6n ). (1.40)

Subdivizarea piciorului de turnare conduce la creterea suprafeei de contact cu forma de turnare i deci la micorarea forei i energiei de lovire a jetului. De asemenea, se micoreaz

intensitatea fenomenului de turbionare i spumare. La turnarea pieselor cu nlime mare viteza de curgere a aliajului este ridicat. n acest

caz, pentru diminuarea acestui parametru, se utilizeaz piciorul de turnare sub form de serpentin.

Canalul de distribuie a aliajului i reinere a particulelor nemetalice

Colectorul reprezint un canal orizontal care leag piciorul de turnare de alimentatoare.

Canalul de distribuie asigur: - repartizarea fazei lichide la diferite alimentatoare;

- ptrunderea linitit a aliajului n alimentatoare; - reinerea incluziunilor nemetalice.

Deplasarea aliajelor n reeaua de turnare are loc n regim turbulent. Mrimile

caracteristice micrii turbulente (viteza, presiunea, temperatura, densitatea etc.) variaz continuu n timp i spaiu. Determinarea valorilor instantanee ale acestor mrimi se realizeaz

cu dificultate. Din acest motiv, pentru descrierea matematic a micrii turbulente se recomand o descompunere a valorii mrimii instantanee n valori medii i fluctuaii (pulsaii) [Julieta Florea .a. 1987]:

psfff , (1.41)

unde: f este o mrime scalar sau vectorial; f - valoarea medie; psf - pulsaia (componenta

pulsativ). Prin urmare, viteza de deplasare a particulei nemetalice este o rezultant a vitezei de

antrenare de ctre jetul de aliaj lichid ( atv ), vitezei ascensionale sau de sedimentare ( pv ) i

componentei pulsative datorate caracterului turbulent al curgerii ( )psv .

Componenta pulsativ a vitezei se poate determina cu formula:

atps vv , (1.42)

unde este un coeficient de proporionalitate (n general, = 0,2).

Incluziunile nemetalice dintr-o topitur, aflat n stare de repaus, urmeaz o traiectorie

ascensional dac lp sau de depunere dac lp .

Pentru un regim tranzitoriu de accelerare ( 0dt

dv p), ecuaia de micare a unei particule

solide de form sferic este:

RpAp

p FGFt

vm

d

d, (1.43)

unde: AF este fora arhimedic, ,gVF plA l - densitatea fazei lichide; pV - volumul

particulei;

pG - greutatea particulei, gmG pp , pm - masa particulei; g - acceleraia gravitaional;

RF - fora de rezisten la naintare, 2

2

1rplRR vACF , RC - coeficientul de rezisten la

23

naintare; pA - aria seciunii particulei solide, normale la direcia vectorului vitez; rv - viteza

relativ dintre topitur i particul. Valoarea coeficientului de rezisten la naintare este dependent de forma particulei,

exprimat prin sfericitatea acesteia, i de numrul Reynolds ataat particulei n micare pRe .

Sfericitatea, , se definete prin raportul dintre aria suprafeei exterioare a particulei i

aria suprafeei unei sfere de volum egal. Pentru o particul perfect sferic, = 1. Dup un interval de timp, o dat cu creterea vitezei particulei se mrete i fora de

rezisten la naintare, ceea ce conduce la 0dt

dv p. n consecin, ecuaia de micare a

particulei devine:

pAR GFF .

(1.44)

Pentru un proces de flotare a fazei incluzionare, ecuaia (1.44) devine:

gr

gr

vAC pp

lp

rplR

3

4

3

4

2

133

2 , (1.45)

unde pr este raza particulei.

Din condiia de echilibru a forelor care acioneaz asupra particulei solide se obine pentru viteza particulei expresia:

gC

rv

l

pl

R

pp

3

8, (1.46)

cunoscut ca relaia lui Rittinger. n ecuaia (1.46) coeficientul de rezistena la naintare se poate determina pe baza

relaiei lui Oseen:

ppRC

Re

24Re

16

31

. (1.47)

ntr-un regim laminar de deplasare a particulei solide, caracterizat prin valori subunitare

ale numrului Reynolds ataat acesteia, coeficientul de rezisten la naintare se determin cu urmtoarea relaie:

pRC

Re

24 . (1.48)

n consecin, expresia forei de rezisten la naintare devine:

ppR vrF 6 ,

(1.49)

fiind viscozitatea aliajului.

Viteza particulei va fi:

plpp rgv2

9

2.

(1.50)

Relaia lui Stokes neglijeaz prezena altor particule n topitur i este valabil doar pentru dimensiuni ale fazei incluzionare mai mici de 10 m.

Pentru ca rezultatele calculelor referitoare la viteza de deplasare a particulelor s se

24

apropie de situaiile reale, se pot folosi diferite expresii modificate ale relaiei lui Stokes. Dac se are n vedere prezena mai multor particule nemetalice n baia de aliaj, se recomand utilizarea

expresiei [Iyengar, R. K., 1970]:

3

1

1 k

vv Stp , (1.51)

n care: Stv este viteza particulei, care se determin cu ecuaia lui Stokes; - concentraia

volumetric a particulelor; k - coeficient de distribuie a particulelor (k = 1,3 1,9).

Dac se ine cont de efectul inerial, se recomand utilizarea ecuiei propuse de Oseen:

p

Stp

vv

Re8

31

. (1.52)

Pentru particulele cu o form neregulat se recomand utilizarea ecuaiei Chowdury Fritz:

,9

2 2

plep

rgv (1.53)

n care: er este raza echivalent a particulei (raza unei particule sferice de volum egal); -

factor de form,

lg862,01

1; - coeficient de sfericitate.

O deficien major a relaiilor utilizate pentru determinarea vitezei de flotare a incluziunilor nemetalice din baia metalic (Rittinger, Stokes) const n faptul c se neglijeaz

rolul proprietilor superficiale i n special cel al tensiunii interfazice topitur particul. Pentru nlturarea acestei deficiene Lewici a propus pentru viteza ascensional relaia [I. Dragomir, 1987]:

42

4g

Cv

Rl

plpp

,

(1.54)

valabil pentru oelurile lichide ( p - densitatea particulei; pl - tensiunea interfazic particul

topitur; l - densitatea fazei lichide; RC - coeficientul de rezisten la naintare; g acceleraia

gravitaional). Prin urmare, eliminarea incluziunilor din baia metalic este favorizat de valori ridicate

ale tensiunii interfazice topitur particul. Pentru sistemul aluminiu alumin, tensiunea interfazic dintre particul i topitur se

poate determina utiliznd relaiile [S. Bao .a. 2011]:

pl = lg + pg (1,55 14,38 e-0,0029T)(lgpg)0,5 [mN/m],

lg = 875 0,18 (T - Ttop), [mN/m]

sg = 2077 0,7083T [mN/m].

Pentru reinerea incluziunilor nemetalice n canalul de distribuie a aliajului lungimea acestuia trebuie s fie suficient de mare pentru ca particulele s aib timpul necesar pentru a se

ridica la suprafa n perioada n care aliajul parcurge distana de la piciorul de turnare la primul alimentator. n situaia cea mai puin favorabil, componenta pulsativ a vitezei este de sens contrar

vitezei ascensionale a particulei.

25

Pentru a realiza o vitez redus de curgere a aliajului n canalul de distribuie este necesar ca seciunea acestuia s fie mult mai mare dect seciunea piciorului de turnare.

Notnd cu cdl i ah lungimea canalului de distribuie i respectiv nlimea alimentatorului,

condiia necesar pentru ca separarea particulelor s aib loc este:

acd tt , (1.55)

sau:

atp

a

at

cd

vv

h

v

l

,

relaie echivalent cu:

tl

pl

R

p

tacd

gHgC

r

gHhl

23

8

2

, (1.56)

n care: cdt este timpul n care o particul nemetalic parcurge distana dintre piciorul de

turnare i primul alimentator; at - timpul necesar pentru ca particula nemetalic s se deplaseze

pe o distan egal cu nlimea alimentatorului, - coeficientul de pierdere a vitezei; g

acceleraia gravitaional; Ht nlimea total de turnare.

Aliajul se deplaseaz n canalul colector cu o vitez care nu trebuie s depeasc o

valoare critic ( crtatv = 0,4 m/s) deoarece, n caz contrar pot fi antrenate particulele deja

separate.

Deoarece canalele de distribuie au o lungime relativ mare se recomand pentru seciunea lor o raz hidraulic ct mai mare pentru reducerea pierderilor hidraulice i a celor de

temperatur. Din acest motiv n practic se folosesc canale de distribuie cu o seciune trapezoidal (nlimea este egal cu baza mare, avnd o nclinare a pereilor laterali de 6...10), acestea avnd o raz hidraulic apropiat de o seciune circular [I. Ciobanu, 1984].

Pentru mbuntirea capacitii de reinere a incluziunilor nemetalice n canalul de distribuie se recomand:

utilizarea modificrilor constructive;

folosirea colectoarelor centrifugale;

amplasarea filtrelor ceramice.

Utilizarea modificrilor constructive. Cea mai simpla modificare constructiv const n

prelungirea canalului de distribuie dincolo de ultimul alimentator pe o distan de 20...50 mm. n acest domeniu sunt reinute, n mod special, incluziunile care se gsesc n zona de vrf a jetului

de aliaj (de exemplu, particulele de amestec de formare de pe traseul reelei de turnare sau cele rezultate din ruperea acestuia la contactul cu topitura metalic). Pentru a favoriza procesul de reinere a fazei incluzionare, se recomand ca nlimea n acest zon s fie superioar

nlimii canalului de distribuie. De asemenea, prezena unor coturi ascendente pe traseul de deplasare sau executarea

unor colectoare zimate la partea superioar a canalului asigur eliminarea incluziunilor nemetalice.

O eficacitate sporit n procesul de reinere a fazei incluzionare este asigurat de

folosirea separatoarele centrifugale. Separatorul centrifugal reprezint o cavitate de form

tronconic (cilindric) amplasat pe canalul de distribuie, n care topitura ptrunde i iese tangenial. Datorit acestui mod de intrare n separator, aliajului i se imprim o micare de

rotaie n jurul axei verticale a cavitii.

26

n acest caz, ntr-un regim de curgere laminar, deplasarea incluziunilor spre centrul colectorului se desfoar n conformitate cu ecuaia:

t

RrR

r

t

Rrp

ppl

pp

d

d6

3

4

d

d

3

42

3

2

23

, (1.57)

n care: R este raza traiectoriei particulei n canalul colector; t timpul; - viteza unghiular

instantanee (unghiul descris de raz n unitatea de timp); 2R acceleraia centripet; -

viscozitatea dinamic a topiturii. Acceleraia micrii scade pe msur ce particula nemetalic se apropie de centru.

n acelai timp ns, incluziunile execut i o micare de ridicare pe vertical (direcia Oz) datorit forei ascensionale. Ecuaia diferenial a micrii pe vertical este:

t

zrg

r

t

zrp

ppl

pp

d

d6

3

4

d

d

3

4 3

2

23

, (1.58)

Efectund aceste dou micri, incluziunile nemetalice au sub aciunea forelor masice,

de inerie i de rezisten la naintare o traiectorie n form de spiral, apropiindu-se treptat de axa separatorului i ridicndu-se spre partea superioar a acestuia.

Att modificrile constructive ct i separatoarele centrifugale prezint dezavantajul micorrii indicelui de scoatere prin creterea cantitii de aliaj turnate n comparaie cu masa

piesei. Din acest motiv se recomand apelarea la una din cele dou variante atunci cnd se toarn piese mari sau cnd rebutul datorit prezenei fazei incluzionare este ridicat.

Canalele de alimentare (alimentatoarele)

Alimentatoarele reprezint canalele care fac legtura ntre colector i cavitatea util a formei. Canalele de alimentare asigur:

- ptrunderea liniit a topiturii n cavitatea util a formei, fr fenomene de turbionare sau spumare;

- obinerea unui cmp de temperatur corespunztor prin poziionarea corect n raport cu piesa turnat; - compensarea procesului de contracie prin asigurarea necesarului de faz lichid.

Canalele de alimentare au, n general, seciunea cea mai redus dintre cele patru componente ale reelei de turnare i se amplaseaz perpendicular pe canalul de distribuie (cu

excepia pieselor cu perei subiri), la partea superioar sau inferioar a colectorului. Pentru a se evita efectul negativ al solidificrii aliajelor n aceste canale se recomand ca lungimea lor s fie ct mai mic. Din acelai motiv, seciunea cea mai avantajoas este cea rotund (dificil de

realizat practic, dar cu raza hidraulic maxim). n practic se folosesc alimentatoare cu seciuni dreptunghiulare (pentru aliaje de Al sau Mg), triunghiulare i trapeziodale (pentru oeluri,

bronzuri, alame). Alimentatoarele cu seciune semicircular se utilizeaz uneori n cazul formelor permanente. Suprafaa canalelor de alimentare se mrete dinspre colector spre cavitatea formei

pentru a reduce viteza de aliajului. nlimea alimentatorului variaz pe lungimea acestuia, atingnd valoarea minim la o

distan de 1...2 mm fa de cavitatea util a formei (pentru a permite ndeprtarea ree lei de turnare cu uurin dup solidificarea piesei) [I. Ciobanu, 1984]. Atunci cnd seciunea alimentatorului este apropiat dimensional de grosimea peretelui piesei turnate apare pericolul

ruperii acestuia la ndeprtarea reelei de turnare. n acest caz se recomand folosirea unui numr mare de alimentatoare cu seciuni mai mici.

La alegerea locului de introducere a aliajului lichid n cavitatea formei se urmrete:

27

- evitarea supranclzirilor locale prin amplasarea mai multor canale de alimentare n zona pereilor subiri din pies;

- turnarea s se realizeze tangenial pe suprafaa miezurilor cu o form rotund; - turnarea s se fac pe pereii descendeni dac n cavitatea formei se gsesc suprafee nclinate.

Alegerea necorespunztoare a locurilor de alimentare poate duce la apariia unor defecte, chiar dac reeaua de turnare a fost calculat corect.

Reele de turnare se mpart n dou categorii:

- reele de turnare convergente;

- reele de turnare divergente.

Reelele de turnare convergente se folosesc la turnarea aliajelor cu oxidabilitate redus,

din categoria oelurilor, fontelor (n unele cazuri se folosesc i reele de turnare divergente), alamelor (cu excepia alamelor cu siliciu i cu aluminiu), bronzurilor (cu excepia bronzurilor cu siliciu, aluminiu, beriliu i mangan).

n cazul unei reele de turnare convergente ntre seciunile specifice exist urmtoarea corelaie:

acdp SSS , (1.97)

n care: pS este seciunea piciorului de turnare (la baz); cdS - seciunea canalul de distribuie

a aliajului i de reinere a particulelor metalice; aS - seciunea alimentatoarelor.

Deoarece seciunea cea mai mic a reelelor convergente este seciunea

alimentatoarelor reelele convergente sunt cunoscute ca reele sub presiune. La proiectarea reelelor convergente, n funcie de natura aliajului, se recomand

urmtoarele elemente caracteristice [L. Sofroni .a. 1980, V.F. Soporan .a., 2008, I. Ciobanu, 1984, Gh.

Albi .a. 1978]:

- la turnarea fontei cenuii

pentru piese importante mari acdp SSS :: 2 : 1,5 : 1;

pentru piese neimportante mari acdp SSS :: 1,4 : 1,2 : 1;

pentru piese mici i mijlocii acdp SSS :: 1,15 : 1,1 : 1;

pentru piese mici cu perei subiri acdp SSS :: 1,1 : 1,06 : 1;

pentru piese turnate n fome permanente acdp SSS :: 1,25 : 1,15 : 1.

- la turnarea fontei cu grafit nodular

pentru diverse piese acdp SSS :: (1,3...1,4) : 1,2 : 1;

pentru piese turnate n fome permanente acdp SSS :: 1,25 : 1,15 : 1.

- la turnarea pieselor din oel

pentru piese obinuite acdp SSS :: 1,6 : 1,3 : 1;

pentru piese mari acdp SSS :: 1,3 : 1,15 : 1;

pentru piese mici acdp SSS :: 1,4 : 1,2 : 1.

- la turnarea pieselor din bronzuri sau alame acdp SSS :: 2 : 1,5 : 1.

- pentru aliaje de nichel i zinc

acdp SSS :: 1 : (0,8...1,5) : (0,5...0,9).

Avantejele reelelor de turnare convergente constau n:

28

- diminuarea pericolului de apariie a zonelor depresionare deoarece curgerea aliajului are loc sub presiune;

- exist condiii optime pentru reinerea fazei incluzionare deoarece seciunea minim fiind n zona alimentatoarelor reeaua este inut plin de la nceputul turnrii;

- n cazul mai multor alimentatoare cu seciuni egale, debitul de aliaj lichid este acelai

prin fiecare.

Viteza mare de ptrundere a aliajului n cavitatea formei reprezint ns un dezavantaj

deoarece pot s apar fenomene de turbionare sau eroziune. Acest dezavantaj poate fi evitat prin alegerea corespunztoare a zonei de alimentare i dirijarea jetului.

Reelele de turnare divergente se folosesc la turnarea aliajelor cu tendin ridicat de

oxidare, ca de exemplu: aliajele pe baz de aluminiu, aliajele pe baz de magneziu, bronzurile care conin ca elemente de aliere Si, Al, Be, Mn sau alamele cu Si i Al. Pentru aceste aliaje se

urmrete ca topitura s ptrund linitit n cavitatea formei pentru a evita apariia turbioanelor, oxidrii sau spumrii. n cazul unei reele de turnare divergente ntre seciunile specifice exist urmtoarea

corelaie:

acdp SSS (1.98)

La proiectarea reelelor divergente se recomand urmtoarele elemente caracteristice [L.

Sofroni .a., 1980, Gh. Albi .a. 1978]:

- la turnarea aliajelor pe baz de aluminiu

acdp SSS :: 1 : (1,2...2,2) : (2...6), (pentru ATSi12, acdp SSS :: 1 : 2,5 : 1);

- pentru turnarea pieselor din aliaje pe baz de magneziu

acdp SSS :: 1: 3 : 3 sau acdp SSS :: 1 : 6 : 6;

- la turnarea aliajelor grele, aliate cu Al, Si, Be, Mn

acdp SSS :: 1,25 : 1,5 : 1;

acdp SSS :: 1 : 2,5 : 1;

acdp SSS :: 0,8 : 2,5 : 1.

Creterea seciunii canalului de distribuie comparativ cu seciunea piciorului de turnare (la baz) asigur n primele momente ptrunderea linitit a topiturii n cavitatea util a formei deoarece canalul de distribuie nu este plin de la nceput. Viteza de intrare a aliajului n

cavitatea util depinde iniial de nlimea atins de topitur n aceast component a reelei de turnare. Ulterior are loc o cretere rapid a vitezei topiturii, dar acest fenomen nu este duntor

deoarece are loc dup ce o cantitate de aliaj a intrat n cavitatea util. Prelungirea canalului de distribuie dup ultimul alimentator mpiedic ptrunderea oxizilor care s-ar putea forma la intrarea aliajului lichid n reea.

Utilizarea reelor de turnare divergente implic i o serie de inconveniente:

- micorarea indicelui de scoatere datorit consumului ridicat de aliaj (dimensiuni mai

mari ale canalului de distribuie i uneori alimentatoarelor);

- neuniformitatea debitelor n cazul reelelor cu mai multe alimentatoare de seciune egal. Problema se poate rezolva prin micorarea seciunii alimentatoarelor pe msur ce

acestea sunt amplasate mai departe de piciorul de turnare.

Dimensionarea reelelor de turnare. Dimensionarea const n determinarea seciunii

minime a reelei de turnare (seciunea alimentatorului n cazul reelelor convergente i seciunea bazal a piciorului de turnare n cazul reelelor divergente). Celelalte seciuni se obin pe baza

29

rapoartelor caracteristice recomandate pentru elementele reelei de turnare n cazul fiecrui aliaj i tip de pies.

Metodele pentru dimensionarea reelelor de turnare se mpart, n principiu, n dou categorii:

- metoda duratei optime de umplere (se asigur un timp optim de umplere a formei);

- metoda debitului specific de turnare.

Prin utilizarea primei metode, seciunea minim n cazul reelelor de turnare convergente

se determin pe baza relaiei:

optla

tv

MS

, (1.99)

n care: M reprezint masa total de aliaj lichid care trece prin alimentator (masa piesei turnate, masa maselotelor etc.); l - densitatea topiturii metalice; v viteza de curgere a aliajului n

cavitatea formei; optt durata optim de umplere a cavitii formei, maxmin ttt opt ; mint -

perioada de evacuare a gazelor din cavitatea formei; maxt - timpul maxim pentru care nu apar

defecte de umplere sau defecte de suprafa datorate interaciunii aliaj - form.

Pentru determinarea duratei optime de umplere se poate utiliza relaia lui Dietert:

nopt Mst ; (1.100)

unde: s este un coeficient cu valori dependente de natura aliajului i grosimea de perete a

piesei turnate (s = 1,63...2,2 pentru font, s = 1,5...2,35 pentru oeluri, s = 2,4 pentru aliaje din aluminiu turnate n forme temporare, s = 0,06 pentru aliaje din aluminiu turnate n forme

permanente); n - coeficient dependent de natura aliajului (n = 0,5 pentru oeluri i fonte, n = 0,387 pentru aliaje din aluminiu turnate n forme temporare, n = 0,717 pentru aliaje din aluminiu turnate n forme permanente); M - n [kg] sau [g] n cazul aliajelor pe baz de aluminiu turnate n

forme permanente [I. Ciobanu 1984]. Influena grosimii de perete asupra coeficientului s n cazul pieselor turnate din font este

prezentat n tabelul 1.5 [V.F. Soporan .a., 2008]. Tabelul 1.5

Influena grosimii de perete asupra valorii coeficientului s

0, mm 2,5 ... 3,5 3,5 ... 8 8 ... 15

s 1,63 1,85 2

Dac masa pieselor din font nu depete 500 kg, se recomand pentru aprecierea

duratei optime de umplere i expresia:

Mtopt 1,1 (1.102)

La turnarea oelului se mai pot folosi i urmtoarele relaii pentru determinarea timpului optim de umplere:

- pentru piese cu perei subiri 125

Mtopt ;

- pentru piese cu perei groi 125

35,1 Mtopt .

Viteza de deplasare a topiturii prin canalele reelei de turnare se determin n funcie de metoda de alimentare folosit:

- pentru turnarea direct

gHv 2 ;

(1.103)

30

- pentru turnarea indirect

)(22

hH

hHgv

; (1.104)

- pentru turnarea intermediar

)(2

1)(

)(2

hHhHH

HhHgv

, (1.105)

n care: H este nlimea de turnare; h nlimea piesei; - coeficientul de pierdere a vitezei.

n funcie de metoda de turnare adoptat, valorile coeficientului de pierdere a vitezei sunt cuprinse n intervalul 0,4....0,85 [V.F. Soporan .a., 2008].

Dup determinarea ariei seciunii alimentatoarelor se calculeaz aria canalului de distribuie i aria piciorului de turnare pe baza rapoartelor caracteristice. Pentru piesele turnate din oel, calculul seciunii totale a alimentatoarelor se poate face i

cu ajutorul debitului specific de turnare:

Lkt

MS

stota

,

(1.106)

unde: sk este debitul specific de turnare n seciunea alimentatorului, n kg/(cm2s); tott - durata

de umplere a cavitii utile a formei; L coeficient de corecie cu valori dependente de capacitatea de curgere a oelului (L = 1 pentru oeluri carbon; L = 0,9 pentru oeluri slab aliate; L

= 0,8 pentru oeluri nalt aliate). Debitul specific de turnare se determin n funcie de densitatea relativ a piesei turnate

(tabelul 1.6). Densitatea relativ a piesei se calculeaz cu expresia:

V

Mptr , (1.107)

n care: ptM este masa piesei turnate; V volumul gabaritic al piesei.

Tabelul 1.6

Valorile debitului specific de turnare, kg/(cm2s)

r, kg/dm3