Odlewnictwo

Formy odlewnicze dzieli się na formy wielokrotnego i jednokrotnego użycia. Formy wielokrotnego użycia wykonuje się z metali odpornych na wysoką temperaturę odlewanego, roztopionego metalu. Noszą one nazwę formy metalowe - kokili. Formy jednorazowego użycia wykonuje się przede wszystkim z mas formierskich. Podstawowymi składnikami mas formierskich są: piasek kwarcowy, glina i woda. Piasek kwarcowy (SiO2) charakteryzuje się dużą twardością i odpornością na wysokie temperatury. Glina używana do mas formierskich jest ogniotrwała, ponieważ głównym jej składnikiem jest kaolin (AI203. 2SiO2. 2H2O).

Materiały formierskie dzieli się na główne (piaski kwarcowe i gliny formierskie) i pomocnicze (spoiwa organiczne i nie organiczne, grafit, pył węglowy itp.).

Mieszanina głównych i pomocniczych materiałów formierskich, odpowiednio dobrana ilościowo i jakościowo, tworzy masę formierską. Masy formierskie powinny odznaczać się następującymi własnościami: dobrą plastycznością, czyli zdolnością przyjmowania kształtu modelu i zachowania tego kształtu po usunięciu modelu, spoistością cząstek masy formierskiej zapewniając odporność na wstrząsy i na ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu, odpornością na wysoką temperaturę płynnego metalu, dobrą przepuszczalnością gazów i par powstających w czasie odlewania i w czasie stygnięcia metalu w formie odlewniczej, przydatnością do wielokrotnego użycia w postaci domieszek do nowych mas, łatwym oddzielaniem się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania go z formy i oczyszczania.

Rdzenie wykonuje się z masy rdzeniowej. Sporządza się je z piasków kwarcowych z niewielkimi dodatkami glin i materiałów wiążących. Ponieważ rdzenie w czasie wypełniania formy ciekłym metalem znajdują się w trudniejszych warunkach niż forma, więc masy rdzeniowe powinny odznaczać się lepszymi własnościami niż masy formierskie, a więc muszą być bardziej wytrzymałe i odznaczać się większą ogniotrwałością. Ponadto masy te powinny być mało gazotwórcze, niehigroskopijne i łatwo dawać się usuwać z zakrzepniętego odlewu.

Narzędzia formierskie
Formowanie jest procesem technologicznym, w wyniku którego powstaje forma odlewnicza. Formowanie może być wykonywana na mokro lub na sucho. Formowanie na sucho w rzeczywistości też odbywa się przy pewnej dość znacznej zawartości wilgoci w masie formierskiej. Różnica między formowaniem na mokro a formowaniem na sucho polega na tym, że w pierwszym przypadku roztopiony metal wlewa się do wilgotnej formy, a w drugim przypadku do formy uprzednio wysuszonej. Formowanie na mokro jest tańsze i szybsze, lecz ma wiele wad: spoistość cząstek masy formierskiej jest znacznie mniejsza i mniejsza jest odporność na działanie ciekłego metalu, formy zaś mają nierówne powierzchnie i wymagają czasem nawet wielokrotnego wygładzania.

Formowanie wykonuje się za pomocą narzędzi, służących do ubijania masy formierskiej i wykańczania formy. Do zagęszczania masy w formie służą ubijaki.
a) mały, b) długi, c) zakończony płytą, d) pneumatyczny.

Masę formierską w skrzynce ubija się wokół modelu, wokół ścianek skrzynki formierskiej i we wszystkich trudno dostępnych miejscach formy. Podczas formowania ręcznego masę formierską ubija się najpierw cieńszym, a następnie grubszym końcem ubijaka. Ubijaki małe wykonuje się z twardego drewna. Ubijaki długie mogą być wykonane z drewna i zakończone okrągłą, kwadratową lub prostokątną płytą metalową. Długie ubijaki metalowe są używane w czasie formowania na podłodze formierni. Oprócz ręcznych często stosuje się ubijaki pneumatyczne, w których sprężone powietrze porusza w cylindrze tłok, uderzający w umieszczoną u dołu stopkę ubijaka. Sprężone powietrze jest kierowane mechanizmem rozrządowym na przemian nad tłok i pod tłok, umożliwia to uzyskanie 600-1200 uderzeń ubijaka na minutę.

W zależności od kształtu, wielkości, i dokładności odlewu formy wykonuje się w jednej, dwóch lub trzech skrzynkach formierskich, wykonanych z żeliwa lub staliwa. (rys. 6.2)

Najprostszy komplet skrzynek formierskich składa się z dwóch sztuk. Obie skrzynki są jednakowe, nie mają ani dna, ani ścianki górnej, a wyłącznie ściany boczne. Wewnątrz mają obrzeża, zabezpieczające ubitą masę formierską przed wypadaniem, zewnątrz zaś uchwyty służące do podnoszenia i przesuwania skrzynek. Ustalanie skrzynek względem siebie umożliwiają zewnętrzne występy i kołki ustalające.

Do wykończenia form oraz ich wygładzania są używane narzędzia pokazywane na rysunku.

Oprócz nich formierz używa także miecha ręcznego lub sprężonego powietrza do wydmuchiwania z formy drobnych zanieczyszczeń lub oderwanych cząsteczek masy formierskiej, oraz pędzla do zwilżania tych miejsc formy, co do których zachodzi obawa wykruszenia się masy formierskiej. W celu zapobieżenia przywierania ziaren piasku do powierzchni odlewu stosuje się różnego rodzaju pokrycia form. Do pokrywania form ciekłymi oddzielaczami służą rozpylacze.
Często formy pokrywa się również czernidłem (grafit z dodatkiem wody i gliny).
Najprostszym sposobem formowania jest formowanie w ziemi. Rozróżnia się formowanie odkryte i zakryte.

Formuje następująco: modele układa się w skrzynce na płycie formierskiej, posypuje się go bardzo drobnym piaskiem, zasypuje masę formierską, którą ubija się ręcznie. Formę nakłuwa się, aby zapewnić odpływ gazów podczas zalewania. Skrzynkę obraca się o 180 i ustawia na tej samej płycie formierskiej. Na skrzynkę nakłada się drugą pustą skrzynkę formierską, ustawia w niej model wlewu i przelewu, sypie warstwami masę formierską, ubija się ją, zgarnia nadmiar, nakłuwa, wyjmuje modele wlewów i przelewów i wykonuje łyżką formierską wgłębienia wlewowe i przelewowe. Następnie zdejmuje się skrzynkę górną, usuwa model, naprawia uszkodzenie formy i ponownie posypuje formę bardzo drobnym piaskiem, po czym nakłada się drugą skrzynkę i ustala jej położenie sworzniami. Górną skrzynkę obciąża się dodatkowo ciężarami, które chronią ją przed uniesieniem w momencie wlewania ciekłego metalu.

Formowanie na fałszywce stosuje się do modeli niedzielonych, których ustawienie na płycie formierskiej nie zapewnia właściwego położenia.
Formowanie z obieraniem stosuje się do modeli, których nie da się wyjąć ze skrzynki bez usunięcia części masy formierskiej.

Do najnowszych metod formowania należy formowanie bezskrzynkowe. Formy bezskrzynkowe wykonuje się na automatycznych prasach o dużych naciskach przez odpowiednio silne sprasowanie masy formierskiej. Metodą bezskrzynkową wykonuje się odlewy proste, symetryczne, o niewielkiej masie.

Formowanie wzornikami stosuje się w produkcji jednostkowej dużych odlewów, mających przekrój na całej długości, dla których nie opłaca się wykonywać modeli ze względu na wysokie koszty.
Wzorniki przesuwane:

Formowanie mechaniczne

W produkcji masowej formowanie ręczne jest nieopłacalne z uwagi na dużą pracochłonność i wysokie koszty. Proces wykonania form przyspiesza formowanie maszynowe, które zapewnia wysoką jakość i dużą dokładność odtwarzanych kształtów odlewu oraz obniża koszty wytwarzania.
Do formowania maszynowego służą maszyny formierskie zwane formierkami. Formuje się w nich wyłącznie modele metalowe. Modele umocowane na stole do metalowej płyty podmodelowej tworzą wraz z nią tzw. płytę modelową. Do formowania maszynowego są używane płyty modelowe jednostronne, dwustronne i rewersyjne.

W płytach rewersyjnych obie połówki skrzynki formierskiej są uformowane po tej stronie płyty, na której znajdują się ułożone symetrycznie dwie połówki modelu. Przez odpowiednie złożenie dwóch dowolnie wybranych skrzynek otrzymuje się formę dla dwóch jednakowych odlewów, odwrotnie w niej ułożonych. Ze względu na sposób zagęszczania masy formierki używane do maszynowego wytwarzania form dzieli się na: formierki z ręcznym ubiciem (w których zmechanizowane jest tylko wyjmowanie modelu z formy wykonanej przez ręczne zagęszczanie ubijakiem), formierki prasujące (zagęszczające masę przez nacisk wywierany od góry lub od dołu), formierki wstrząsowe, tzw. wstrząsarki, formierki narzucarki oraz formierki specjalne.
Narzucarka:

sposoby wyjmowania modeli z formy

Rdzenie służą do odtwarzania wewnętrznych kształtów przedmiotu odlewanego. Wykonuje się je w skrzynkach rdzeniowych ? rdzennicach ? za pomocą wzorników lub maszynowo. W rdzeniu rozróżnia się rdzeń właściwy i rdzenniki. Rdzenniki umożliwiają osadzenie rdzeni w formie w gniazdach rdzennikowych oraz odgazowanie rdzeni podczas procesu odlewania. Rdzennice wykonuje się z drewna: lipy, olchy, brzozy. Do maszynowego wytwarzania rdzeni używa się skrzynek metalowych oraz rdzennic z tworzyw sztucznych.

Rdzenie wykonuje się z piasku kwarcowego z dodatkiem spoiw (olej lniany, dekstryna, melasa). W celu zwiększenia wytrzymałości rdzeni stosuje się wewnętrzne wkładki z drutu, prętów, siatek drucianych, żeber lanych itp. Rdzeń w czasie napełniania formy metalem nagrzewa się do wysokiej temperatury, co powoduje, że w jego wnętrzu powstają gazy. Odpowietrzenie polega na kilkakrotnym nakłuwaniu rdzenia wzdłuż osi szpilką. Tworzą się w ten sposób kanały odpowietrzające. Liczba kanałów zależy od przekroju rdzenia. W innym sposobie odpowietrzania rdzeni wkłada się do ich wnętrza (w trakcie wykonywania) sznurki z parafiny lub wosku, które w czasie suszenia topią się, tworząc kanaliki.
Rdzeń:
Rdzennice:

Model odtwarza kształty odlewanego przedmiotu oraz kształty elementów pomocniczych, umożliwiających odlanie przedmiotu. Modele najczęściej wykonuje się z drewna lub metalu, rzadziej z gipsu, cementu lub wosku. Na modele drewniane stosuje się drewno brzozowe, olchowe, drewno gruszy lub orzecha. Aby zapobiec Paczeniu się modeli, nie wykonuje się ich z drewna jednolitego, lecz skleja w ten sposób, że włókna sąsiednich kawałków są do siebie prostopadłe.