livenje II

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |11. LivenjeLivenje je postupak obrade metala bez skidanja strugotine. Livarstvo prestavlja tehnologiju oblikovanja metalnihpredmeta livenjem rastopljenog metala u urađene kalupe pomoću modela, da bi se tako, poslije hlađenja dobio odlivak.Livenje je veoma pogodan postupak izrade mašinskih dijelova čiji je oblik komplikovan sa unutrašnjim konturama inepravilnim kanalima. Livenje se takođe koristi i za ekonomčniju izradu mašinskih dijelova i elemenata. Primjenomlivenih dijelova u brodogradnji postiže se pojednostavljenje konstrukcija. U automobilskoj industriji liveni dijelovi sekoriste kao blokovi, glave i klipovi motora. Savremena tehnologija i modernija oprema za livenje omogućava dobijanjeodlivaka različitih dimenzija, tačnosti i kvaliteta površine, čime je potreba za naknadnom mehaničkom obradom svemanje prisutna.Livenje - topljenje metala - ulivanje u kalup pod uticajem gravitacione ili druge sile - očvršćavanje - postupak obrademetala bez skidanja strugotine. Livarstvo predstavlja tehnologiju oblikovanja metalnih predmeta livenjem rastopljenogmetala u urađene kalupe pomoću modela, da bi se tako, poslije hlađenja dobio odlivak.Livljivost je sposobnost taline da popuni kalup prije skrućivanja.Prednosti procesa livenja: ● izrada elemenata složene geometrije vanjskih i unutrašnjih oblika ● moguće je dobiti dosta visoku diomenzionu tačnost ● moguće je proizvesti velike oblike ● moguće je liti bilo koji metal ● jedina je alternativa za neke materijale ● jednostavni i jeftini alati za većinu postupaka ● masovna proizvodnja ● mali škart ● veliki raspon dimenzija i mase dijelova (1g - 250T)Nedostaci: ● ograničenja u mehaničkim osobinama i poroznosti ● zahtijeva mnogo radne snage ● dimenziona tačnost ● kvalitet površina (popravljeno kod preciznog i školjkastog livenja) ● opasnost u proizvodnji ● skupljanje i segregacijaPostupci livenja: ● Jednokratni kalupi: ○ precizno livenje ○ livenje u školjkasti kalup ○ livenje u puni kalup ○ livenje u gipsani kalup ○ livenje u keramički kalup ○ livenje pod vakuumom ● Trajni kalupi: ○ livenje u kohile ○ livenje pod pritiskom ○ centrifugalno livenje ○ livenje sa stiskanjem ○ kontinuirano livenjeNajzastupljeniji oblik je livenje u pješčane kalupe i zauzima oko 60% ukupne prozivodnje. na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |21.1. Livenje u pješčane kalupeZa izradu kalupa potrebni su modeli koji se izrađuju u modelarnici najčešće od drveta i metala. Najčešće i najkvalitetnijedrvo za izradu modela je lipa. Ako odlivak ima unutrašnju šupljinu, koriste se jezgrenici za izradu jezgara. U odjeljenu zakalupovanje livnice, pomoću modela i jezgrenika izrađuju se kalup i jezgro koje je uglavnom od pijeska određene vrste ikvaliteta, uz još neki dodatak. Na pločama za kalupovanje se postave odgovarajući modeli, koji se zapraše prahom koji sezove likapodijum. Zaprašivanje se vrši da se vlažan pijesak ne bi zalijepio za model. Zatim se kalupna mješavina ručnimnabijačima ili pomoću kaluparskih mašina sabija u metalne okvire tzv. kalupnike. Nakon sabijanja pijeska obezbijede sekanali za odvođenje gasova iz kalupa (zvani odušci) koji mogu da prouzrokuju poroznost odlivaka i samim tim ga učineneupotrebljivim. Tako sabijen jedan dio kalupa se okreće, na njega se postavlja drugi dio ili dijelovi modela, ulivni sistemi,sistemi za prikupljanje šljake i sistemi za hranjenje odlivaka koji obezbeđuju dotok tečnog metala prilikom hlađenjaodlivaka. Slijedeća operacija je sabijanje pijeska u gornjem dijelu kalupa. Kada se i ova operacija završi kalupi se rastave iiz njih izvade modeli. Ako odlivak ima i neku unutrašnju šupljinu u kalup se ulaže jedno ili više prethodno pripremljenihjezgara.Prije nalivanju rastopljenog metala kalup se mora potpuno sklopiti, tako da obrazuje čvrsto nalijeganje. Tada se kroz čašui kanale ulivnog sistema liv uliva u ulivnu šupljinu kalupa.1.2. Livenje u školjkasti kalupSuština procesa livenja sastoji se u izradi školjke od pijeska obložene smolom koja na određenoj temperaturi očvršćava.Tako dobijena školjka ima glatku površinu sa tačnim dimenzijama šupljine kalupa.Proces formiranja školjke zasniva se nasvojstvima termoočvršćavajućih smola.Pri izradi školjkastih kalupa I jezgara kao vezivno sredstvo se koristetermoplastične smole u koje se dodaje očvršćivač. - C I oblažu zrnca kvarcnogpijeska.Hlađenjem smola očvršćava vezujući zrna pijeska pri čemu nastaje fina i čvrsta kora(školjka) male debljine 5-15mm.Kalupi se prave na automatskim mašinama.Ovim se postupkom liju odlivci od čelika,željeza i obojenihmetala.Odlivci imaju visoku geom.tačnost i glatke površine.Isplati se samo u velikoserijskoj proizvodnji zbog visokecijene opreme i smola. na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |3Prednosti: glatka površina kalupne šupljine omogućava tečenje litine i bolju kvalitetu površine odljevka; visokadimenzijska tačnost; dorada često uopšte nije potrebna; zbog urušljivosti kalupa ne dolazi do pojave pukotina naodljevku; može se mehanizirati za velikoserijsku proizvodnju.Nedostaci: skuplji metalni modeli; nije primjenjivo za manje serije ili pojedinačnu proizvodnju1.3. Livenje u puni kalupPrednosti: model nije potrebno uklanjati iz kalupa; izrada kalupa je jednostavnija i brža od izrade pješčanog kalupa, jernisu potrebna dva dijela kalupa, automatizacija za masovnu proizvodnju automobilskih motora (blok, glava).Nedostaci: za svaki odljevak potreban je novi kalup, ekonomska opravdanost postupka znatno ovisi o proizvodnoj cijenimodela. na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |41.4. Livenje pod pritiskomRastopljeni metal se ulije pod visokim pritiskom u tačno izrađenu šupljinu čeličnog alata koju u potpunosti ispunjava.Metal se nalazi svo vrijeme pod dejstvom visokog pritiska sve do stvrdnjavanja. Odlivci imaju glatku površinu, dobrustrukturu i tačne dimenzije. Livenjem pod pritiskom odlivci se izrađuju brzo jedna iza drugog, te tako se dobije serijaodlivaka koji po karakteristikama i dimenzijama, kao i po obliku međusobno ne razlikuju. Razlikujemo: ● postupke s vrućom komorom (topljenje metala je u sklopu same mašine) ● postupke s hladnom komorom (topljenje metala je van mašine) Kod livenja na mašinama s toplim komorama, komora za ulivanje se nalazi uronjena u rastopljeni materijala i zagrijana na temperaturu rastopljenog metala, dok kod livenja na mašinama s hladnim komorama, rastopljeni metal ulazi pod niskim pritiskom kroz ulivne kanale u šupljinu materijala.Proces kretanja metala u komori presovanja može se podijeliti u četiri faze. (slika)Faza 1: Presujući klip zatvara otvor komore za vrijeme T1 . Brzina kretanja klipa v1 je dosta mala, visina pritiska fluida p1 uhidrauličnom cilindru odgovara pritisku koji treba da savlada otpore u hidrauličkom cilindru i komori presovanja.Faza 2: U T2 periodu komora presovanja ispunjena je metalom do ulaznih kanala. Brzina klipa počinj e rasti i dostižemaksimalnu vrijednost.Faza 3: U periodu T3 puni se ulivni sistem i šupljina alata rastopljenimmetalom. Usled naglog suženja struje metala u ulivnom metalu, brzinakretanja klipa pada na vrijednost v3, a pritisak p3 rate. Kraj faze 3nastaje u trenutku potpunog popunjavanja alata rastoljenimmaterijalom. U trenutku završetka kretanja presujećeg lipa, usljedinercionih sila pokretnih dijelova presujućeg mehanizma, pritisak nagloraste na vrijednost pritiska dopresovanja. Poslije prestanka oscilovanjavisine pritiska uspostavlja se konačna visino hidrostatičkog pritiska p4 ipočinje faza 4 dopresovanja. Visina pritiska dopresovanja zavisi odvrste legure i može se kretati od 50 - 5000 bara. Mnaksimalne siledipresovanja treba ostvariti ne u trenutku početka očvršćavanja, većpraktično odmah po završetku punjenja alata rastopljenim metalom.1.5. Precizno livenjeOdlivci koji se dobijaju ulijevanjem metala u kalupe izrađene pomoćurastopljivih (voštanih ili plastičnih) modela zovu se precizni odlivci.Ovim postupkom možemo izraditi dijelove komplikovanog oblika kojidrugim postupcima ne bi mogli biti izrađeni, ili bi sama izrada bilaveoma skupa. Primjenjuju se za livenje svih vrsta legura. Odlivci imaju veoma kvalitetne površine, kao i tačne oblike idimenzije. Isplativo je za serije do nekoliko stotina odlivaka.Tehnološki postupak izrade odlivaka za precizno livenje: ● razrada crteža odlivka po crtežu dijela s dodacima za završne operacije ● projektovanje alata za izradu modela po crtežu odlivka, uzimanjem u obzir skuljanja modelnog sastava i legure odlivka. Alat se radi od čelika ili se lije po uzorku od lahko topivih legura ● topljenje modelnog satava i hlađenje do pastastog stanja na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |5● izrada topivih modela utiskivanjem modelnog sastava pod pritiskom u alat● rastavljanje alata, vađenje lahko topivog modela● montaža modela u modelni komplet (spajanje u “grozd”)● priprema suspenzije za izradu školjke - suspenzija se sastoji iz mješavine rastvora etil-silikona i vatrostalnog materijala. Sastav suspenzije zavisi od slojeva koji formiraju školjku, npr. sastav suspenzije za nanošenje jednog sloja na modelni komplet je mljeveni kvarc 70% i 30% dirolizovan etil silikat, drugi sloj 60%-40%● izrada vatrostalne školjke (uranjanje modelnog kompleta u posude sa suspenzijom, najčešće 3-4 puta i zasipanje suhim kvarcnim pijeskom, a zatim sušenje● topljenje modela iz vatrostalne školjke u toploj vodi ili toplim zrakom● školjka se stavlja u okrugle ili četvrtaste sanduke (kalupnik), a zatim se u sanduk oko školjke sipa suhi kvarcni pijesak● žarenje školjke (800-900°C) - kalup s vatrostalnom školjkom se unosi u peć, gdje se školjka žari● topljenje legure● livenje● izbijanje odlivka iz kalupa - nakon hlađenja odlivka, kalup se stavlja na vibracioni uređaj, pijesak se odstranjuje i oslobađa se odlivak● odsijecanje od odlivnog sistema● skidanje ostatka školjke s odlivka● naknadna termička obrada (po potrebi)1.6. Centrifugalno livenjeCentrifugalno livenje je postupak kojim se liju rotaciona tijela korištenjem principa centrifugalne sile. Centrifugalna silanastaje obrtanjem kokile, i tada dolazi do raspodela rastopljenog metala po zidovima ulivne šupljine. To omogućavaizradu šupljih rotacionih tijela čija je osa simetrije – osa rotacije. Za stvaranje centrifugalne sile koriste se kalupi koji seokreću ili oko svoje horizontalne ili oko svoje vertikalne ose. Mašine kod kojih se kokile obrću oko vertikalne ose služe zadobijanje manjih odlivaka kod kojih je visina manja od prečnika. Kod mašina kod kojih se kalup okreće du ž svojehorizontalne ose, dobija se odlivak veće visine sa relativno malim prečnikom.Centrifugalno livenje ima određene prednosti kao što su: nema potreba za jezgrima prilikom izrade šupljine u odlivku,utrošak materijala je smanjen na minimum, dobra struktura odlivka, dodaci za mehaničku doradu su minimalni i cenaolivka je niža u odnosu na druga livenja što pospešuje ekonomičniju potrošnju i povećanje reproduktivnosti.Centrifugalno livenje primjenjuje se za livenje cilindričnih šupljih dijelova kod kojih je neophodna kompaktna strukturamaterijala bez gasne poroznosti, npr. košuljice cilindara motora SUS, razni prstenasti umeci, klizni ležajevi. Postupak jeprimjenjiv za sve legure. Za odlivke čiji je prečnik veći od dužine (visine) upotrebljavaju se mašine s vertikalnom osom. Zadugačke odlivke – cijevi – upotrebaljavaju se mašine sa nagnutom osom 3÷5° u odnosu na horizontalu, a kokila može i dase uzdužno pomijera. Alati – kokile se izrađuju od sivog lima. Sa unutrašnje strane se premazuju premazima mješavinekvarcnog pijeska i grafita. Također, alati mogu biti spolja hlađeni vodom.Za razliku od ostalih postupaka livenja, pri centrifugalnom livenju kalup se rotira, pa zbog djelovanja centrifugalne silemetal se raspoređuje po šupljini kalupa. Ulivanje i stvrdnjavanje odlivka se vrši istovremeno djelovanjem centrifugalnesile i težine materijala. Centrifugalna sila ne djeljuje samo na oblik, nego i na osobine odlivka. Osa okretanja kokile možebiti vertikalna – formira se unutrašnja površina u obliku parabole, ili horizontalna – formiraju se cilindrični dijelovi.Glavniparametar livenja je broj obrtaja.Prednosti su bolje popunjavanje kalupa i bolje izdvajanje nečistoća usljed centrifugalne sile, nije potreban ulivni sistemniti hranitelj, iskorištenje materijala je 95÷98%, procenat škarta je mnogo manji u poređenju s livenjem u pijesku, a na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |6nedostaci su u tome da legirajući elementi koji su teži bježe na jednu stranu, a lakši na drugu stranu usljed razlika ugustinama, te to da je sam proces znatno nesiguran.Veličina centrifugalne sile treba da bude veća od težine, da bi se liv podijelio ravnomjerno po zidu kokile. Iz ovih razlogauspjeh livenja ovisi od brzine okretanja, koja mora biti velika, da bi se spriječilo kapanje liva sa zida alata.Gravitacioni koeficijent k – odnos centrifugalne sile i težine:Veličina k karakteriše stepen dejstva centrifugalne sile na metal. Njegova vrijednost najčešće je 30÷100, a u nekimslučajevima i više. Sile koje djeluju pri obrtanju kalupa na rastopljeni metal doprinose: - dobrom popunjavanju kalupa rastopljenim metalom - povećanju gustine odlivka izdvajanjem nemetalnih uključaka i gasa iz rastopljenog metala - formiranju unutrašnjih površinskih oblikaDejstvo centrifugalne sile može se negativno odraziti na homogenost odlivka po hemijskom sasatvu, obrazovanjepukotina u odlivku usljed dejstva pritiska metala na očvrsle spoljašnje spojeve.1.6.1. Geometrija slobodne površine pri vertikalnoj osi obrtanja Kako se čestice nalaze u relativnom mirovanju u odnosu na kalup, to se može koristiti jednačina hidrodinamike koja je poznata kao jednačina Eulera: → Kod skraćivanja i integriranja:1.6.2. Slobodna površina pri horizontalnoj osi obrtanja za r2 – r1 = δ → → Jednačina pokazuje da ekstrencititet rastopljenog metala pri livenju na mašini s horizontalnom osom obrtanja kalupa zavisi od poluprečnika kalupa rk, unutrašnjeg poluprečnika odlivka r0 i brzine obrtanja kalupa v2. na l e

Osnovne proizvodnih tehnologija - Livenje strana |71.6.3. Broj obrtaja kalupaBroj obrtaja kalupa pri horizontalnoj osi s obzirom na unutrašnje dimenzije odlivka određuju se korištenjem obrazcaKemena , pri čemu je c – koeficijent zavisan od legure, a r – unutrašnji prečnik odlivka, tj r0 (za sivi lim c = 180 ÷250, čelik c = 215, aluminij i njegove legure c = 260 ÷ 350).Druga metoda određivanja broja obrtaja zasniva se na odnosu centrifugalne sile i sile zemljine teže.1.6.4. Određivanje potrebne količine toplote za livenjepri čemu je: ρ – gustina materijala [kgm-3] CČM – specifična toplota čvrste faze [Jkg-1K-1] ili [Jkg-1°C-1] CTM – spec. tečne faze TP – početna temperatura TU – temperatura livenja TT – temperatura topljenja δLT – latentna temperatura topljenja Jkg-1 na l e