CAPITOLUL 2.PRELUCRAREA PRIN TURNARE

2.1. Consideraţii generale

Turnarea - este metoda tehnologică de fabricaţie a unei piese prin solidificarea unei cantităţi determinate de metal lichid, introdus într-o cavitate de configuraţie geometrice corespunzătoare. Este una dintre cele mai vechi metode tehnologice de prelucare a metalelor. Turnarea este o metoda tehnologică care are la bază principiul fizic în virtutea căruia orice lichid ia forma vasului ce îl conţine.

Avantaje (Puncte tari)1) Permite realizarea unor piese de geometrie complexă la preţuri

reduse în raport cu piesele obţinute prin alte metode;2) Accesibilitate (se poate asimila cu costuri minime şi în general nu

necesitã mânã de lucru înalt calificatã);3) Se pretează la mecanizare şi automatizare;4) Permite obţinerea unei structuri uniforme a materialului piesei.

Dezavantaje (Puncte slabe)1) Compactitate şi rezistenţă mecanică redusă a pieselor obtinute prin acest

procedeu;2) Precizia dimensionalã este redusã;3) Consum mare de manoperã, mai ales la turnarea în forme temporare;4) Consum mare de energie pentru elaborarea şi menţinerea materialului în

stare lichidã;5) Este o metodã de fabricaţie poluantã.

Prin turnare se pot prelucra atât piese metalice cât şi cele nemetalice.Statistic 50 - 70% din totalitatea pieselor utilizate se obţin prin turnare

(spre exemplu 55% la subansamblele tractorului).Dezvoltarea sectorului de turnătorie conduce la micşorarea sectorului de

prelucrări prin aşchiere, deoarece prin creşterea preciziei de turnare adaosurile de prelucrare devin mai mici şi ponderea prelucrãrilor ulterioare turnãrii scade.

Teoria turnării studiază următoarele probleme: proprietăţile metalelor în stare lichidă; solidificarea pieselor turnate; hidraulica turnării; proprietăţile materialelor de formare; proiectarea şi execuţia formei de turnare;

25

Dintre proprietăţile metalelor în stare lichidă în procesele de turnare intervin în mod direct fluiditatea şi tensiunea superficială.

La temperatura de turnare, metalele lichide prezinta o vâscozitate de 1,5 … 3 ori mai mare decât cea a apei. Vâscozitatea materialului topit este influenţată de :

- temperatura metalului lichid (în mod normal este de 50 … 100 K peste temperatura de topire, în momentul turnãrii. Limita superioarã nu trebuie depãşitã deoarece riscãm arderea elementelor de aliere, cu consecinţe nefaste asupra caracteristicilor mecanice ale piesei obţinute prin turnare);

- compoziţia chimică;Procesul cristalizării primare a materialului turnat are o importanţă

hotărâtoare pentru calitatea piesei şi în primul rând pentru proprietăţile mecanice ale acesteia. Creşterea rezistenţei mecanice rezultă din micşorarea dimensiunilor grăunţilor, condiţie care se obţine din mărirea artificială a numărului germenilor de cristalizare prin introducerea în masa metalului lichid a unor cantităţi mici de substanţe numite modificatori (Ca, Si, Al, Mg).

Viteza de solidificare se poate defini ca viteza de deplasare a frontului de cristalizare în interiorul masei de metal topit.

Odată cu mãrirea vitezei de solidificare se înrãutãtesc rezistenţa şi plasticitatea metalelor.

2.2. Proprietăţile de turnare ale metalelor şi aliajelor

Proprietatea tehnologica a materialului metalic de a se turna în piese se numeşte turnabilitate.

Proprietăţile fizice care influenţează turnabilitatea sunt:1) Fuzibilitatea - proprietate a materialelor metalice de a

trece în stare lichidă. Metalele şi aliajele care se topesc la temperaturi joase se numesc uşor fuzibile. Pentru metalele uşor fuzibile se folosesc instalaţii de topire simple, iar preţul acestora este scãzut.

2) Fluiditatea - proprietatea metalelor şi aliajelor aflate în stare lichidă de a curge cu uşurinţă şi de a umple forma în care sunt turnate. Piesele cu pereţi subţiri şi contur complex se obţin numai din materiale cu fluiditate ridicată.

3) Tensiunea superficială - forţa care se exercită tangenţial la suprafaţa lichidelor, datorită interacţiunii dintre atomii de la suprafaţa lichidului şi cei din jur. Cu cât tensiunea superficială este mai mare, cu atât calitatea suprafeţei pieselor turnate este mai bună.

26

În timpul procesului de solidificare în piesa turnată au loc fenomene secundare care conduc la formarea retasurilor, suflurilor, fenomene care se datoreazã în principal stării de agregare şi reducerii dimensiunilor la răcire (contracţie).

2.3. Structura formelor turnate

Forma de turnare este dispozitivul specific cu ajutorul cãruia se realizeazã piesa turnatã. Sinonime sunt: cochila, matriţa de injecţie, etc.

Părţile componente ale formelor de turnare sunt: reţeaua de turnare; cavitatea formei; maselotele (atunci când sunt necesare);

Reţeaua de turnare - reprezintă ansamblul canalelor care servesc la introducerea şi dirijarea metalului lichid în formă. Ea are ca scop să asigure umplerea rapidă a formei fără distrugerea acesteia şi să favorizeze răcirea uniformă şi dirijată a piesei turnate. Ea trebuie sã asigure:

- umplerea rapidã dar liniştitã a cavitãţii formei;- sã reţinã impuritãţile, astfel încât acestea sã nu ajungã în interiorul

cavitãţii formei;- sã asigure o repartizare corectã a temperaturii în metalul din formã, prin

alegerea corectã a punctelor de intrare.

27

1 = gura pâlniei; 2 = piciorul pâlniei; 3 = canalul colector de zgurã; 4 = canalele de alimentare

Fig. 2.1. Reţeaua de turnare

Elementele componente ale reţelei de turnare sunt :1) Gura pâlniei de turnare - uşurează introducerea metalului lichid în cavitatea formei preluând o parte din şocul vânei de metal topit. Din punct de vedere constructiv gura pâlniei se execută sub forma de pâlnie tronconică, cupă sau bazin.

Cupa este folosită în cazul debitelor mari de lichid şi este prevazută cu un prag pentru reţinerea zgurei;

Bazinele sunt cupe de dimensiuni mari, cu o capacitate de 50 - 60% (uneori 100%) din volumul de metal necesar turnării şi au dopuri la intrarea în piciorul pâlniei. Se aplică la turnarea pieselor de gabarite mari.

28

Fig.2.2. Variante c onstructive ale gurii pâlniei

2) Piciorul pâlniei de turnare - este un canal vertical, tronconic, care face legatura între gura pâlniei şi colectorul de zgură. El se execută cu secţiunea tronconica variabilă, descrescătoare înspre punctul de alimentare.3) Colectorul de zgură - are rolul de a reţine zgura, impurităţile şi de a asigura pătrunderea liniştită a metalului în canalele de alimentare. Pentru a se reţine zgura colectorul trebuie să aibă o înãlţime mare ca să permită ridicarea la suprafata a impurităţilor.4) Canalele de alimentare - (unul sau mai multe) fac legatura între colectorul de zgură şi cavitatea formei. Secţiunea transversala a acestora poate fi dreptunghiulară, triunghiulară sau trapezoidală şi mai rar circulară.

Calitatea unei piese turnate depinde în mod esenţial de corectitudinea dimensionării şi execuţiei reţelei de turnare.Proiectarea reţelei de turnare impune:

1) Stabilirea locului de alimentare cu metal a cavităţii formei turnare directa; turnare laterală; turnare indirectă cu sifon;

2) stabilirea schemei de amplasare a canalelor;2) determinarea duratei de turnare;3) calculul secţiunii elementelor reţelei; Trebuie sã avem în

vedere faptul cã reţeaua de turnare se înlãturã dupã turnare şi deci o reţea de turnare voluminoasã conduce la un indice scãzut de utilizare a metalului, în timp ce o reţea de turnare subdimesionatã poate conduce la îngheţarea metalului topit si deci la obţinerea unor piese incomplet turnate.

Cavitatea formei - asigura obţinerea piesei turnate la configuraţia şi dimensiunile dorite.

Proiectarea geometriei cavităţii formei este o problemă fundamentală în tehnica turnării.

29

Cavitatea formei trebuie să reziste presiunii dinamice a jetului de metal lichid.

Maselotele sunt rezervoare de metal lichid, amplasate corespunzător sub formă de prelungiri ale piesei turnate. Rolul lor principal constă în alimentarea cu metal lichid a cavităţii formei pe durata răcirii şi solidificării, în vederea compensării contracţiei volumetrice.

Cavitatea formei se umple cu metal lichid cu volum specific corespunzător temperaturii de turnare, mai mare cu 3…12% decât volumul specific al metalului la temperatura mediului ambiant.

Deci fără luarea unor măsuri imediate va apare un deficit de material sub formă de goluri de contracţie numite retasuri.

Pentru combaterea retasurilor trebuie asigurată solidificarea dirijată a pieselor turnate prin:

aşezarea părţii groase a pieselor în sus; corecta dimensionare şi amplasare a maselotelor;

Problema retasurilor se pune în special la materialele cu coeficienţi de contracţie ridicaţi: oţel, fonte.

Maselotele au următoarele dezavantaje: creşte consumul de metal (35-50%); măreste consumul de manoperă pentru înlăturarea lor;

2.4. Clasificarea procedeelor de turnare

Clasificarea procedeelor tehnologice de turnare se face dupã urmãtoarele criterii:

I. După durabilitatea formei (numărul de turnări ce se pot efectua cu aceeaşi formă) :

1. forme temporare (1 formã de turnare conduce la obţinerea unei piese turnate);

2. forme semipermanente (1 formã de turnare conduce la obţinerea a aproximativ 10 piese turnate);

3. forme permanente (1 formã de turnare conduce la obţinerea câtorva sute de piese turnate);

II. După forţele care acţioneazã asupra metalului topit în timpul turnãrii şi al solidificãrii metalului:

1. statică;2. centrifugală;3. sub presiune;

30

III. Dupã mãrimea presiunii la care se toarnã:1. depresiuine;2. suprapresiune;3. presiune normalã;

IV. Dupã modul de turnare:1. directã;2. indirectã;3. continuã;4. intermitentã;5. în planul de separaţie;

V. Dupã numãrul planelor de separaţie:1. fãrã plan de separaţie;2. cu un plan de separaţie;3. cu mai multe plane de separaţie;

VI. Dupã grosimea pereţilor:1. pereţi groşi;2. pereti subţiri (coji);

VII. Dupã gradul de uscare al formei:1. forme crude (umede);2. forme uscate;

VIII. Dupã natura liantului:1.solid (argilã, bachelitã, etc.);2. lichid (apã, rãşini, silicat de sodiu, etc.);3. gazos (vid);

IX. Dupã gradul de automatizare:1. manual;2. mecanizat;3. automatizat;

Varietatea extrem de mare a procedeelor de turnare utilizate în prezent este legatã de : volumul producţiei (cantitatea de material turnatã anual) ; caracterul producţiei ; numãrul de repere ; mãrimea seriei de fabricaţie .

31

2.5. Etapele fundamentale ale procesului tehnologic de turnare

Ciclul de fabricaţie al unei piese turnate cuprinde urmãtoarele etape :1. Proiectare tehnologică. Este etapa cea mai importantã, de ea

depinzând succesul întregului ciclu de fabricaţie. Acum se concepe dimensiunea normativã a procedeului tehnologic, succesiunea fazelor, ca şi echipamentul tehnologic de formare şi miezuire.

2. Confecţionarea modelului, cutiilor de miezuri, ramelor de formare (echipamentul tehnologic).

3. Executarea cavităţii formei. Specificitatea fiecãrui procedeu tehnologic de turnare constã în modul de obţinere a cavitãţii formei , restul etapelor fiind comune, indiferent de procedeul tehnologic de turnare adoptat.

4. Elaborarea materialului topit.5. Turnarea propriu-zisă.6. Constituirea piesei turnate.7. Dezbatere. Constã în extragerea piesei turnate constituite din

cavitatea formei. Dacã forma este durabilã, atunci dezbaterea se reduce la deschiderea formei si extragerea piesei turnate. Dacã forma este temporarã, extragerea piesei turnate presupune distrugerea acesteia.

8. Îndepărtarea reţelei de turnare. Se realizeazã prin tãierea canalelor de alimentare, fie cu flacãrã de gaze, fie prin aşchiere.

9. Curăţarea. Constã în îndepãrtarea particulelor aderente la suprafeţele piesei turnate. Operaţia se poate realiza prin sablare cu alice, cu jet de apã sub presiune, manual sau în tobe rotative.

10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.). Presupune verificarea dimensionalã, a calitãţii suprafeţei, a compoziţiei chimice, a caracteristicilor mecanice, a structurii, a masei. Orice abatere de la valorile nominale indicate în documentaţia de execuţie este consideratã defect. Defectele pieselor turnate sunt standardizate.

11. Remedierea defectelor de turnare se face prin diferite metode ce vor fi detaliate în capitolele urmãtoare.

12. Tratament termic primar urmãreşte atât eliminarea tensiunilor interne ce apar în timpul solidificãrii şi rãcirii, cât şi obţinerea unei structuri cu grãunţi fini, urmare a recistalizãrii.

Varietatea mare a procedeelor de turnare este condiţionată de modul de obţinere a cavităţii formei turnate, restul etapelor fiind identice.

Diferenţa dintre diferitele procedee tehnologice de turnare constã în principal în modul de generare a cavitãţii formei, restul etapelor fiind

32

aceleaşi, indiferent de procedeul tehnologic utilizat. De aceea, în cele ce urmeazã studiul diferitelor procedee tehnologice de turnare se va reduce în mare mãsurã la modul de obţinere a cavitãţii formei .

2.6. Turnarea în forme temporare

Formele temporare se confecţionează din amestecuri de formare constituite din materiale granulare refractare (nisipuri), din lianţi şi materiale de adaos.

Rezistenţa mecanică a acestor forme se obţine în urma îndesării granulelor refractare învelite cu o peliculă de liant.

Formele temporare se realizează din punct de vedere constructiv în două variante:

cu pereţi groşi (50 … 250 mm); cu pereţi subţiri (forme coji, 5 … 15 mm);

2.6.1. Turnarea în forme temporare cu pereţi groşi

Turnarea în forme temporare cu pereţi groşi reprezintã nu un procedeu tehnologic, ci o familie de procedee tehnologice, deoarece confecţionarea formelor temporare se realizeazã în mai multe moduri, fiecare dintre ele efectuându-se cu utilaje specifice, deci constituindu-se în procedee tehnologice distincte. Vom distinge deci un procedeu tehnologic de turnare în forme temporare cu pereţi groşi ale cãror forme se obţin prin formare manualã cu model în rame de formare , un altul la care formele se obţin prin formare manualã cu şablon în solul turnãtoriei, sau diferite procedee tehnologice de turnare în forme temporare cu pereţi groşi obţinute prin diferite metode de formare mecanizatã, în funcţie de utilajul utilizat.

Varietatea mare a procedeelor tehnologice de turnare în forme temporare este condiţionatã de echipamentul tehnologic utilizat pentru formare şi miezuire, de natura sursei de energie folositã pentru operaţiile de îndesare, demulare şi asmblare a formelor, de locul unde se confecţioneazã forma de turnare.

Dupã fiecare turnare, formele temporare se distrug în faza de extragere a piesei turnate.

Avantaje

33

Procedeul permite obţinerea unei game largi de piese turnate din punct de vedere al greutăţii şi configuraţiei geometrice. Ele se pretează în special pentru fabricaţia individuală şi de serie mică.

Dezavantaje

precizie dimensionalã mică; calitate slabă; proprietăţi mecanice inferioare ale metalului turnat; consum mare de material pentru reţeaua de turnare; adaosuri de prelucrare mari;

În ciuda dezavantajelor, prin acest procedeu se obţin 80% din totalul pieselor turnate gravimetric.

În vederea obţinerii cavităţii formei turnate prin acest procedeu tehnologic avem nevoie de :

- Echipament tehnologic pentru formare şi miezuire;- Materiale pentru forme şi miezuri;

Echipamentul pentru formare şi miezuire se compune din:

modele; plăci model; şabloane; cutii de miez; rame de formare.

Modelele sunt dispozitive cu ajutorul cărora se imprimă în amestecul de formare cavitatea formei corespunzător configuraţiei exterioare a piesei de turnat.

Modelele se execută din lemn (60-70%) de esenţă moale (pin, molid), de esenţă tare (tei, arin, pãr), din metal sau din materiale plstice şi compozite. Modelele din lemn rezistă la 100 de formări manuale sau 1000 de formări mecanice. Modelele metalice se confecţionează din aluminiu.

Modelele trebuie să posede următoarele elemente constructiv-tehnologice, dintre care majoritatea se regăsesc şi în piesa turnată:

planul de separaţie asigură demularea şi trebuie să fie în număr minim, cel puţin 1;

înclinări ale suprafeţelor frontale - pentru uşurarea demulării;

racordări - pentru a preveni apariţia fisurilor; mărci - locaşuri pentru montarea miezurilor;

34

adaosurile de contracţie; adaosurile de prelucrare.

Fig.2.3. Mãrci de centrareÎn vederea recunoaşterii cu uşurinţã a modelelor, datoritã faptului cã

o aceaşi piesã turnatã poate fi obţinuta din diferite aliaje cu diferiţi coeficienţi de contracţie, acestea se vopsesc în diferite culori, dupa cum urmeazã : oţel - albastru ; fontã - roşu ; mărcile de centrare se vopsesc în negru; aliaje neferoase - galben sau lac incolor.

Plăcile model se obţin prin dispunerea unor semimodele metalice pe plăci metalice (din aluminium);

Şabloanele sunt dispozitive sub formă de plăci, cu contur bine determinat şi care supuse unor mişcări de rotaţie sau translaţie generează în amestecul de formare suprafeţele interioare ale cavităţii formei. Se folosesc la serii de fabricaţie mici şi au o precizie scãzută. Au avantajul costului redus faţã de modele.

35

Fig. 2.4. Şabloane de rotaţie şi de translaţie

Ramele de formare - sunt dispozitive metalice utilizate pentru susţinerea formelor temporare cu pereţi groşi. Pentru fixarea şi centrarea ramelor se folosesc bolţuri de centrare. De cele mai multe ori se obţin din construcţii sudate.

1=ramã superioarã; 2=ramã inferioarã; 3=suprafaţã separaţie4=mâner manipulare; 5=guler ghidare; 6=bolţ centrare

Fig. 2.5. Rame de formare

Miezurile sunt o parte distinctã a formei de turnare, cu ajutorul cãrora se obţine configuraţia interioarã a pieselor turnate.

Cutiile de miez - sunt dispozitive a căror configuraţie corespunde golurilor sau orificiilor din piesa de turnat şi servesc la confecţionarea miezurilor.

36

Pentru piese cu configuraţie simplă se execută un model, iar pentru piese cu configuraţie complicată este necesar să se construiască :

- modelul propriu-zis;- cutia de miez;- modelul reţelei de turnare;- modelele maselotelor;

Golurile interioare ale piesei se obţin cu ajutorul miezurilor executate în cutii de miez. Pentru a avea o anumită poziţie în cavitatea formei, miezurile se aşează în nişte locaşuri numite mărci de centrare. Ele se materializeazã în cavitatea formei prin nişte proeminenţe pe conturul exterior al modelului.

Materiale folosite pentru forme şi miezuri sunt amestecul de formare şi amestecul de miez.

Amestecul de formare este materialul din care se realizeazã, la formele temporare, interiorul formei de turnare. El este compus din:

nisipuri; lianţi; materiale de adaos;

Nisipurile - sunt materialele de bază ale amestecurilor de formare. Ele au drept principală componentă siliciul datorită proprietăţilor lui refractare. Ele pot fi brute , cu până la 50% argilă şi spălate cu până la 0,2 … 2 % argilă.

Lianţii - sunt materialele care aderă la grăunţii de nisip şi fac legătura între ei. Ei asigură plasticitatea şi rezistenţa necesară a amestecului.

37

- ARGILĂ;- BENTONITĂ)

ANORGANICI - CIMENTUL;

- SILICATUL DE

- ULEIURI VEGETALE;

- ULEIURI MINERALE;ORGANICI - ULEIURI SINTETICE;

- DEXTRINĂ;

Lianţi

Fig.2.6. Structura amestecului de formare

Accelerarea proceselor naturale de disociere şi uscare este posibilă prin : suflarea formelor şi miezurilor cu CO2; introducerea de ferosiliciu măcinat în amestecul de

formare; scufundare formelor în clorură de amoniu;

Materiale de adaos cele mai frecvent utilizate sunt : apă; agenţi de activare şi accelerare a proceselor de întărire; adaosuri pentru îmbunătăţirea caracteristicilor, mecanice şi tehnologice;

Pe cavitatea formei, înainte de a se închide forma, se aplicã un strat de vopsea refractarã.

Vopselele refractare de turnătorie sunt suspensii de material refractar (grafit, cuarţ) în apă sau alcool, cărora li se adaugă melasă, dextrină sau bentonită pentru mărirea stabilităţii.

Aceste vopseluri sunt de protecţie sau de izolaţie. Se aplică pe suprafaţa formelor şi miezurilor înainte de uscare.

Pentru lipirea sau separarea formelor şi miezurilor se utilizează cleiuri de turnătorie.

38

Pudrele de turnătorie sunt materiale antiaderente. Ele pot fi de izolaţie sau protecţie.

Pudrele de izolaţie se presară pe suprafeţele modelelor sau al cutiilor de miez pentru a le izola de amestecul de formare (de exemplu licopodiul).

Pudrele de protecţie se presară pe suprafeţele formelor şi a miezurilor crude pentru a evita aderenţa amestecului de formare la piesa turnată (exemplu grafit, talc, etc).

Amestecurile de formare se diferenţiazã, din punct de vedere al compoziţiei chimice, în amestecuri de formare pentru fontã, oţel sau aliaje neferoase.Amestecuri de formare se folosesc pentru :

formare; miezuire; remedieri;

Amestecurile de forme se clasificã în amestecuri de model amestecuri de umplere amestecuri unice

Proprietăţile amestecurilor de formare sunt :a) - plasticitatea;b) - compresibilitatea;c) - permeabilitatea la gaze;d) - rezistenţa mecanică;e) - refractaritatea;f) - durabilitatea;

Aceste proprietăţi sunt influenţate de: umiditatea amestecului; compoziţia granulometrică; gradul de îndesare; compoziţia chimică; compoziţia mineralogică;

Procesul tehnologic de obţinere a cavităţii formei piesei turnate se execută conform schemei de mai jos:

39

Prep. amestec Execuţie model Execuţie cutie miez Prep. amestec miez

EXECUŢIA CAVITĂŢII

FORMELOR DE TURNARE

Execuţie miez

Uscare Uscare

Asamblarea formelor

1=cavitatea formei; 2=reţea de turnare; 3=rame de formare; 4=suprafaţa de separaţie

5=miez; 6=amestec formare; 7=maselote; 8=marcã de miez; 9=canale aerisireFig.2.7. Structura formei de turnare

Prezentãm mai jos un exemplu de reţetã de amestecuri de formare unice pentru obţinerea unei piese turnate din oţel în forme uscate

Amestec folosit Nisip spãlat Argilã Umiditate

40

şi regenerat40 - 80% 5 - 50% 4 - 9% 5 - 6%

Formarea este ansamblul operaţiilor prin care se realizeazã forma de turnare. Termenul se referã numai la formele de turnare temporare şi semipermanente confecţionate din amestec de formare. Formarearea presupune:

- introducerea amestecului de formare în rame;- îndesarea amestecului de formare;- extragerea modelului din formă (demularea).

Metodele de confecţionare a formelor (de formare) pot fi : manuale; mecanizate.

Metode manuale de formare – Aproximativ 40-60% din volumul de munca necesar obţinerii pieselor turnate se consumă pentru executarea formelor.

Se aplică la unicate şi serie mică.Principalele procedee tehnologice de formare manualã sunt:

1. cu model în solul de turnătoriei;2. cu şablon în solul turnătoriei;3. cu şablon în forme semipermanente;4. în rame de formare cu model dintr-o bucată;5. în rame de formare cu model demontabil;6. în rame de formare cu placa model;7. în rame de formare cu şablon;

Formarea mecanizată

Specific acestor metode este utilizarea plăcilor model şi a amestecurilor de formare unice. Se aplicã la operaţii grele şi cu volum mare de muncã.

Pe maşinile de format se execută mecanizat cele trei operaţii principale ale formării şi anume:

introducerea amestecului de formare în rame; îndesarea amestecului de formare; extragerea modelului din formă;

Avantaje precizie mare; reduc efortul fizic; productivitate mare; personal cu calificare redusă, de aici rezultând costul redus al manoperei;

41

După modul de îndesare a amestecului, maşinile de format mecanizat se clasifică în :

1. Maşini de format prin scuturare;2. Maşini de format prin presare;3. Maşini de format prin aruncare;4. Maşini de format prin suflare;5. Maşini de format combinate.

Maşini de format prin scuturare

Îndesarea amestecului se face sub acţiunea forţelor de inerţie ale granulelor de nisip. Sunt maşini pneumatice. Înălţimea de cădere a pistonului este de 30 - 80 mm, iar frecvenţa scuturărilor este de 250 lovituri / minut. Pentru formare sunt necesare 30 - 50 lovituri.

1=traversã; 2=sabot presare; 3=placã model; 5=piston cilindru6=cilindru presare; 7=ramã formare; 10=piston; 11=canal admisie evacuare

Fig. 2.8. Schema maşinii de format prin scuturare

Dezavantaje şocuri construcţie complicată a plăcii model şi a fundaţiei maşini

Maşini de format prin presare

42

Fac parte din familia preselor pneumatice. Dozarea amestecului este asigurată prin dimensionarea corespunzătoare a unei rame de umplere, aşezată deasupra ramei de formare.

1=traversã; 2=sabot presare; 3=ramã formare; 5=cilindru; 6=ramã formare; 7=placã model.

Fig.2.9. Schema maşinii de format prin presare

Maşini de format prin aruncare

Realizează îndesarea prin proiectarea amestecului de formare, în straturi succesive până la umplerea formei.

Capul aruncătorului este fixat pe un braţ articulat. Se foloseşte pentru formarea pieselor mari.

43

1=model; 2=ramã formare; 3=amestec formare; 4=cupã5=carcasã metalicã; 6=bandã transportoare.

Fig.2.10. Schema maşinii de format prin aruncare

Maşini de format prin suflare

Funcţionează pe principiul amestecării aerului comprimat cu amestecul de formare şi proiectării amestecului în cutia de formare special cosntruitã.

2.6.2. Turnarea în forme temporare cu pereţi subţiri (forme coji)

Formele coji sunt forme cu pereţi subţiri având grosimi de 3...5 mm, realizate din amestecuri de formare speciale.

Caracteristici

Se aplică în special pieselor mici, cu grad mare de complexitate, în turnătorii specializate, în producţia de serie mare şi masă, la care costul relativ ridicat al materialelor utilizate la formare este compensat de eliminarea unor operaţiuni ulterioare de prelucrare prin aşchiere a piesei turnate.

Avantajele metodei

reduce consumul de amestec de formare; reduce manopera de formare şi dezbatere;

44

îmbunătăţeşte calitatea pieselor turnate, întrucât permeabilitatea şi compresibilitatea formelor coji sunt mai bune;

creşte precizia dimensionaleşi calitatea suprafeţelor, obţinute prin turnare;

posibilitatea mecanizării procedeului;

2.6.2.1. Tehnologia de confecţionare a formelor coji cu liant pe bază de răşini termoreactive

Amestecul de formare este compus din nisip cuarţos (granulaţie 0,1 … 0,2 mm), praf de bachelită sau novolac (răşină termoreactivă, 5 - 9% ) ca liant şi urotropină fin măcinată (0,5 - 1% ), ca material de adaos.

Plăcile model, exclusiv metalice, se încălzesc la 500 - 750 K (în general la temperaturi mai mari decât punctul de polimerizare al liantului). Datorită temperaturii ridicate a plăcii model, răşina termoreactivă se topeşte, polimerizează şi se întăreşte ireversibil legând grăunţii de nisip între ei.

Pentru a împiedica aderarea amestecului la placa model se pulverizează pe aceasta ulei mineral sau ulei siliconic.

Grosimea formei coji este cu atât mai mare cu cât temperatura plăcii este mai mare şi durata de menţinere creşte. Ea poate ajunge la 6 - 10 mm.

Pentru omogenizarea cojii ea este supusă după demulare unei calcinări la 550 - 600 K.

Formele coji se pot obţine prin următoarele metode ; căderea amestecului termoreactiv pe placa model caldã; prin suflarea amestecului termoreactiv pe placa model calda ; prin imersia plãcii model în amestecul de formare ;

Semiformele coji astfel obţinute (care au şi reţeaua de turnare şi eventual mãrci de centrare) se asamblează corespunzător solidarizându-se cu scoabe elastice sau prin lipire cu cleiuri adecvate. Pentru turnare formele mari se introduc în containere, iar spaţiul rămas între formã si peretele containerului se umple cu nisip. Aceste containere se introduc în cuptoare unde are loc calcinarea, iar turnarea se face in forma caldã, din urmãtoarele considerente - Se evitã prezenţa apei (sau a altui lichid) care în contact cu metalul topit

poate vaporiza instantaneu şi produce o presiune care sã distrugã forma şi sã pericliteze integritatea celor din jur.

- Forma fiind caldã viteza de solidificare şi rãcire scade, cu consecinţe benefice asupra structurii (se obţin grãunţi fini).

- Se evita distrugerea formei , datorita diferenţei foarte mari de temperaturã dintre formã şi metalul topit.

45

Fig. 2.11. Forme coji obţinute prin cãderea amestecului de formare

Fig. 2.12. Forme coji obţinute prin suflarea amestecului de formare

46

2.6.2.2. Tehnologia de confecţionare a formelor coji cu modele uşor fuzibile

Particularitatea esenţială a acestui procedeu de formare constă în aceea că operaţia de demulare se realizează prin scurgerea din formă a materialului modelului adus în stare lichidă. În consecinţă este posibilă confecţionarea unor forme de turnare fără suprafaţã de separaţie, ceea ce permite obţinerea unor piese turnate cu precizie dimensionalã ridicată (+0,25 mm) la care este exclusă în principiu necesitatea unei prelucrări mecanice ulterioare.

Cel mai des modelele se execută din materiale ceroase (stearină + parafină) prin presare în stare păstoasă într-o matriţă. Modelele din materiale ceroase au uneori ataşată reţeaua de turnare, iar alteori se asamblează în ciorchine la o pâlnie de turnare comună.

Pentru realizarea formei coji ciorchinele se imersionează de 3 - 6 ori în amestecul de formare compus din 50% praf de cuarţ şi 50% silicat de sodiu după care se presară nisip cuarţos. Aplicarea unui strat nou se face numai după întărirea celui precedent. Accelerarea proceselor de întărire a liantului se asigură prin imersionarea ciorchinelui presărat cu nisip în soluţie de clorură de amoniu.

După obţinerea unei forme cu grosimea dorită, modelele fuzibile se îndepărtează din formă prin încălzire în curent de aer sau apă.

Formele coji se usucă la 450 - 575 K şi apoi se introduc în cutii metalice cu nisip şi se calcinează la 1275 - 1325 K în cuptoare electrice. Formele se scot din cuptor cu câteva minute înainte de turnare, iar turnarea se face în forme calde la 1000 K. Metoda asigură o mare precizie, dar este limitată de greutatea pieselor turnate.

SE TOARNĂ ÎN FORMELE COJI CALDE (APROXIMATIV 1000K) DEOARECE ÎN ACEST MOD SE CONTROLEAZĂ VITEZA DE RĂCIRE (PRIN SCĂDEREA ACESTEIA SE AMELIOREAZĂ STRUCTURA PIESEI TURNATE ŞI prin aceasta caracteristicile mecanice) şi se preîntâmpină eventualele accidente ce ar putea fi cauzate de prezenţă vaporilor de apă în cavitatea formei.

2.6.3. Turnarea în forme vidate

Turnarea în forme vidate reprezintă un procedeu de turnare statică în forme temporare. Deoarece specificitatea acestui procedeu constă în modul de obţinere a cavităţii formei, (celelalte etape fiind identice cu cele ale celorlalte procede tehnologice de turnare) în cele ce urmează vom detalia

47

numai această operaţie. Procedeul se recomandã pentru obţinerea pieselor de dimensiuni mijlocii, în producţie de serie mare şi masã, permitând automatizarea completã a procesului.

În vederea obţinerii cavităţii formei se utilizeză plãci model, rame de formare de construcţie specială, amestec de formare din nisip fin fără liant sau materiale de adaos şi folie de polietilenă.

Rama de formare se umple cu nisip fin, peste care se aplică o folie de polietilenă. Cu ajutorul modelului (prin apăsarea acestuia) se imprimă în nisip forma şi dimensiunile acestuia. În acest moment se cuplează rama de formare la o instalaţie de vid, obţinându-se prin vidare cavitatea formei. În mod analog se obţine şi cealaltă semiformă.

Pe durata turnãrii şi solidificãrii forma de turnare rãmâne cuplatã cu instalaţia de vidare. Dupã arderea polietilenei la contactul cu aliajul topit etanşarea se face satisfãcãtor prin masa aliajului.

După turnare se recuperează 90% din nisip.Procedeul permite obţinerea unor piese turnate în condiţii de precizie

dimensională şi de calitate a suprafeţei deosebite. De asemeni se reduc manopera de formare şi de obţinere a amestecului de formare.

48

Fig. 2.13. Schema turnãrii în forme vidate

Turnarea în forme vidate are următoarele avantaje:- cost redus al materialelor de formare;- este nepoluantă;- productivitate ridicatã;- cost redus al manoperei de formare;- condiţii mai bune de lucru;

49

- simplificã prepararea amestecului de formare;Se remarcă necesitatea folosirii unor rame de formare de construcţie

specială, prevăzute cu orificii pentru absorbţia aerului şi cu site fine pentru a preveni absorbţia nisipului. In cazul pieselor cu configuraţie interioarã se pot folosi miezuri clasice din amestec de miez.

Se utilizează plăci model metalice, care se încălzesc în prealabil în vederea unei mai bune mulări a foliei de polietilenă.

După asamblare şi închidere formele se menţin vidate pânã la umplerea completă a formei şi solidificarea unei cruste de metal la partea exterioară a piesei. Vidarea favorizează o bună degazare a metalului turnat.

2.6.4. Turnarea de precizie cu modele gazefiabile din polistiren

Ca şi alte procedee tehnologice de turnare, specificitatea acestuia constã în modul de obţinere a cavitãţii formei. În 1958 Harold Shroyer patenteazã tehnologia de turnare în forme pline, fãrã demularea modelului (cavityless casting mold - forma de turnare fãrã cavitate a formei). Tehnologia pãtrunde în Romania în anii `80 prin achiziţionarea de la firma italianã FATA a unui robot de turnare cu patru posturi pentru pistoanele autoturismelor OLTCIT, care utilizeazã tehnologia numitã POLICAST PROCES (modele expandabile din polistiren expandabil).

50

Fig. 2.14. Reprezentarea schematicã a proceselor metalurgice la turnarea cu model gazeificabil

Vom expune în cele ce urmeazã principiul acestui procedeu , aşa cum rezultã el şi din figura 2.15.

Geometria piesei turnate rezultã concomitent cu eliminarea modelului din polistiren din forma construitã din nisip uscat, fãrã liant. Sunt utilizate modele din polistiren expandat, vopsite, astfel încât crusta refractarã sub acţiunea presiunii gazelor rezultate la termodistrucţia modelului menţin rigiditatea formei şi pastreazã configuraţia cavitãţii amprentã, evitând surparea nisipului. Stratul de vopsea trebuie sã aibã şi o oarecare permeabilitate astfel încât sã asigure evacuarea corespunzãtoare a gazelor rezultate prin descompunerea polistirenului. Nu existã un contact direct între aliajul lichid şi nisip şi nici între metal şi polistiren. Spaţiul “D”poartã denumirea de “volum de control “şi are o mãrime de aproximativ 1 mm. Pentru creşterea vitezei de gazefiere, în compoziţia polistirenului expandat se introduc diferiti compuşi care contribuie la :

51

creşterea vitezei de topire şi de gazefiere al polistirenului; ruperea completã şi rapidã a legãturilor din lanţul polistirenului în

procesul de termodistrucţie.Topirea totalã a modelului are loc într-un interval scurt de timp

1,5…4 secunde. Rezistenţa la rupere a aliajelor turnate prin acest procedeu tehnologic este superioarã cu aproximativ 5% celei a aceluiaşi aliaj turnat în formã temporarã cu model de lemn.

Modelele de polistiren se obţin în matriţe prin umflarea granulelor de polistiren şi sudarea între ele. Dacã modelele sunt foarte complexe, ele se pot confecţiona din bucãţi şi asambla prin lipire.

Operaţia de formare are trei etape principale :1) Aşezarea modelului centrat în cutia de formare ;2) Acoperirea modelului cu nisip uscat, fãrã liant ;3) Indesarea nisipului în jurul modelului, pentru a realiza o mularea cât

mai perfectã a nisipului pe suprafaţa lui.Pentru formare, în locul perechii clasice de rame de formare se

utilizeazã cutii metalice de tip container, cilindrice sau poligonale, care permit manipularea mecanizatã. Dupã umplerea cu nisip a cutiilor se realizeazã îndesarea prin scuturare. Putem mãrii gradul de îndesare al nisipului prin vidare.

Dacã piesele turnate au şi configuraţie interioarã se pot utiliza miezuri (metalice sau nemetalice), care se încastreazã în prealabil în model, la operaţia de expandare a granulelor de polistiren.

Se pot utiliza reţele de turnare clasice. Faţã de procedeele de turnare “clasice“ în forme temporare, acest procedeu de turnare cu modele gazificabile din polistiren prezintã urmãtoarele avantaje:1) Nu apar bavuri în special în planul de separaţie, datoritã absenţei

acestuia, modelele fiind monobloc;2) Lipsa mãrcilor de centrar, ceea ce micşoreazã toleranţa dimensionalã şi

de poziţie ;3) Se eliminã operaţia de demulare;4) Eliminã lemnul din modelarii, scãzând costurile de fabricaţie;5) Dispare operaţia de întãrire a formei;6) Procedeul se preteazã la automatizare.

Având în vedere faptul cã fenomenele şi legile proprii ale acestui procedeu diferã de cele ale celorlalte procedee tehnologice de turnare, procedeul poate fi asimilat în categoria celor neconvenţionale.

52

2.7. Turnarea în forme durabile (metalice)

Formele permanente sunt confecţionate din materiale durabile, care permit utilizarea formei de mai multe ori, fãrã recondiţionãri.. Ele sunt confecţionate din materiale metalice, refractare ceramice. Cel mai frecvent ele sunt confecţionate din fontã cenuşie sau perliticã.

În raport cu turnarea în forme temporare, turnarea în forme durabile prezintă următoarele particularitãţi:Avantaje

îmbunătăţeşte caracteristicile mecanice ale pieselor turnate cu 10 - 30 %;

îmbunătăţeşte precizia dimensională şi calitatea suprafeţelor turnate;

reduce cu 50 - 60% manopera de formare; reduce consumul de materiale de formare; asigură condiţii mai bune de lucru; se reduce adaosul de prelucrare;

Dezavantaje cost ridicat al formelor; conductivitate termică ridicată a formei, ceea ce duce la

îngheţarea rapidă a metalului;Din punct de vedere economic procedeul se justifică numai la producţia

de serie mare.Din punct de vedere tehnologic există următoarele probleme :

evacuarea aerului şi a gazelor din formă (se construiesc canale de aerisire şi răsuflatori);

asigurarea unei corelaţii între temperatura de topire a materialului care se toarnă şi temperatura de topire a materialului formei;

evitarea reacţiilor chimice între topiturã şi formã;

2.7.1. Turnarea în cochilã

Cochilele sunt forme metalice în care se introduce metalul lichid exclusiv sub acţiunea forţelor gravitaţionale.

Cochilele pot avea unul sau mai multe plane de separaţie. Prin acest procedeu se pot turna şi piese cu configuraţie interioară folosind miezuri metalice. Alimentarea cu metal lichid a cochilelor se asigură printr-o reţea de turnare plasată în planul de separaţie. Pentru evacuarea gazelor sunt prevăzute canale de aerisire cu diametrul de 0,2 - 0,5 mm.

53

Principalele faze ale turnării în cochilã sunt :1. Pregătirea cochilei. Se asamblează cochilia, eventual cu

miezuri şi se acoperă suprafeţele care intră în contact cu metalul lichid cu un strat de material refractar de 0,1 - 2 mm. Se folosesc grafitul, argila, uleiurile minerale, etc. Se preîncălzeşte cochilia la 375 - 725 K pentru eliminarea vaporilor de apă. În plus se urmăreşte micşorarea vitezei de răcire a metalului.

2. Turnarea metalului lichid.3. Constituirea piesei turnate.4. Dezbaterea prin dezmembrarea cochilei.5. Îndepartarea reţelei de turnare şi debavurarea.

În producţia de serie mare turnarea în cochilie se poate realiza mecanizat. Pentru eliminarea unuia dintre defectele principale - dificultatea de a obţine piese cu pereţi subţiri - se recurge la presarea materialului lichid în cavitatea formei. Se combinã astfel turnarea în cochilie cu matriţare. Este de fapt o variantã înruditã cu turnarea sub presiune.

2.8 Turnarea sub presiune

La turnarea pieselor mici, cu pereti subţiri, complexe, pentru a evita îngheţarea materialului topit în formă, se recurge la presarea acestuia sub acţiunea unei forţe exterioare.

Pentru învingerea rezistenţei opuse curgerii metalului lichid în reţeaua de turnare se aplică presiuni de până la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare a matriţei cu metal lichid variază de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemele tehnologice ale procedeului constă în eliminarea porilor (mai nou s-a încercat vidarea cavitãţii matriţei).

Matriţele se confecţionează din oţeluri aliate. Maşinile folosite sunt din familia preselor hidraulice (orizontale sau verticale). Matriţa este caldă ca şi camera de compresie (uneori poate fi şi rece).

Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care se alimentează matriţa. Dezbaterea se face automat cu aruncător.

Dozarea corectã a metalului lichid este absolut necesarã, deoarece incorecta dozare poate conduce fie la obţinerea unei piese incomplet turnate (metal lichid insuficient) fie la obţinerea unei bavuri foarte mari în planul de separaţie (cantitate prea mare de metal lichi).

54

Fig. 2.15. Instalaţie de turnare sub presiune cu piston vertical

Avantaje productivitate mare; posibilitatea automatizării; precizie dimensională şi calitatea suprafeţei; se elimină prelucrările mecanice ulterioare.

Dezavantaje se aplică la serie mare; costuri mari ale matriţei.

2. 9 Turnarea în forme metalice în mişcare de rotaţie (turnarea centrifugală)

Procedeul se caracterizează prin faptul că în timpul turnării şi solidificării metalului, forma de turnare este antrenată în mişcare de rotaţie în jurul unei axe verticale sau orizontale.

Există posibilitatea ca prin rotirea suficient de rapidă a formei, combinată cu răcirea metalului lichid, să se obţină un corp cilindric tubular, având o grosime uniformă a peretelui.

Prin acest procedeu se toarnă piese de revoluţie cu înălţime mică şi diametru mare.

De asemeni se pot turna piese mici în afara axei de rotaţie. Piesele obţinute prin acest procedeu tehnologic sunt compacte fără defecte de turnare.

În cazul rotaţiei în jurul unei axe orizontale a unei forme parţial umplute cu metal lichid se pot distinge trei situaţii caracteristice în funcţie de turaţia “n”:

n=n1 metalul lichid este imobil;

55

n=n2>n1 metalul lichid este antrenat prin frecare de către forma în rotaţie;

n=n3>n2 metalul este supus mişcãrii de rotaţie împreună cu forma de turnare tubulară;

Fig. 2.16. Schema turnãrii centrifugale cu ax vertical

Turnarea centrifugală cu ax orizontal se aplică la obţinerea pieselor tubulare cu lungimi mari şi grosimi mari, de tip bucşe.

Formele de turnare folosite sunt metalice dar pot fi căptuşite cu amestec de formare. Cele necăptuşite se protejează prin acoperire cu vopsele refractare. Dezbaterea pieselor este posibilă datorită conicităţii interioare a formei.

Turnarea se face în forme încălzite. Principala problemã tehnologicã este cea a dozãrii materialului, dozajul fiind singurul mod de a asigura grosimea doritã a peretelui piesei turnate.Avantaje

economie de amestecuri de miez ; economie de metal prin eliminarea reţelei de turnare; compactitate şi proprietăţi mecanice superioare;

56

productivitate a muncii mare;

Dezavantaje adaosuri de prelucrare mari; cochilã scumpă;

2.10. Turnarea continuă

Spre deosebire de toate procedeele de turnare prezentate anterior la turnarea continuă introducerea de metal lichid în cavitatea formei şi extragerea piesei turnate se efectuează simultan fără întrerupere.

Aceasta este un procedeu tehnologic de mare productivitate prin care se obţin piese de lungimi mari în raport cu secţiunea, cum ar fi barele şi ţevile.

Instalaţiile pentru turnare continuă au ca element esenţial cristalizorul. Aceasta este o formă metalică cu pereţi subţiri, răcită intens prin circulaţia apei. Cavitatea formei se obturează cu o placă, care prin construcţia ei va constitui un dispozitiv de prindere al capătului solidificat al produsului.

Metalul lichid se solidifică în contact cu pereţii răciţi forţat. După solidificare el este tras prin intermediul plăcii de bază şi al unui sistem de role care-i imprimă o mişcare continuă cu o viteză corespunzătoare.

Problema principală o constituie corelarea vitezei de răcire cu cea de tragere. Cristalizorul se construieşte din cupru şi se acoperă cu grafit pe suprafeţele active.

Procedeul se aplică mai ales la obţinerea semifabricatelor din aliaje neferoase.

Datorită tensiunilor interne mari ce sunt introduse de regimul de răcire forţată se impune aplicarea unui tratament termic de detensionare.

57

1 = cristalizor; 2 = cavitatea formei; 3 = placã de bazã; 4 = role antrenare; 5 = piesã turnatã.

Fig.2.17. Schema de obţinere a pieselor prin turnare continuã

2.11. Defectele pieselor turnate şi remedierea lor

Prin defect al unei piese turnate se înţelege orice abatere de la: - forma,- dimensiunile,

- - masa,- - aspectul exterior,- - compactitatea,- - structura,- - compozitia chimică,- - proprietăţiile fizico-chimice ale aliajelor turnate.- Defectele de turnare sunt provocate de nerespectarea

tehnologiilor de turnare, de utilizarea unor materiale necorespunzãtoare, de alegerea nejudicioasã a procedeului de turnare. Ele se datoreazã fenomenelor care însoţesc elaborarea şi solidificarea metalelor.

58

Conform STAS 782-79 defectele pieselor turnate se simbolizează printr-un caracter alfanumeric format dintr-o literă şi trei cifre.

Litera indică categoria de bază a defectului. Prima cifră indică grupa defectului. A doua cifră indică subgrupa defectului, iar a treia cifră este specifică fiecărui defect.

De exemplu B122 este simbolul suflurilor de colţ.Clasificare :

A= excrescenţe metalice;B= goluri;C= discontinuităţi, crăpături; D= defecte de suprafaţă;E= piesa turnată incomplet;F= dimensiuni sau configuraţii necorespunzătoare;G= incluziuni şi defecte de structură;H= compoziţia chimică,proprietăţi chimice şi

mecanice necorespunzătoare.

Metode de remediere se împart, conform STAS, în 3 categorii.

1. Metode de remediere cu materiale metalice a pieselor turnate din fontă şi aliajelor neferoase grele.2. Metode de remediere cu materiale feroase şi condiţii impuse pentru piesele turnate din oţel.3. Remedierea pieselor turnate cu materiale nemetalice. Printre metodele de remediere enumerăm: metalizarea, supraturnarea, sudarea, lipirea tare, doparea, bucşarea, pastilarea, împregnarea, chituirea.

59