Prelucrarea prin turnare

1. Consideratii generale

Turnarea - este metoda tehnologica de fabricatie a unei piese prin solidificarea unei cantitati determinate de metal lichid, introdus intr-o cavitate de configuratie corespunzatoare.

Turnarea este o metoda tehnologica care are la baza principiul fizic in virtutea caruia orice lichid ia forma vasului ce il contine.

Avantaje

1)     - se realizeaza piese de geometrie complexa la preturi reduse in raport cu piesele obtinute prin alte metode;

2)     - accesibilitate ( se poate asimila cu costuri minime si nu necesita mana de lucru inalt calificata );

3)     - se preteaza la mecanizare si automatizare;

Dezavantaje - compactitate, structura si rezistenta mecanica redusa a pieselor obtinute prin acest procedeu;

Statistic 50 - 70% din totalitatea pieselor utilizate se obtin prin turnare (spre exemplu 55% la subansamblele tractorului).

Dezvoltarea sectorului de turnatorie conduce la micsorarea sectorului de prelucrari prin aschiere , deoarece prin cresterea preciziei de turnare adaosurile de prelucrare devin mai mici si ponderea prelucrarilor ulterioare turnarii scade.

Teoria turnarii studiaza urmatoarele probleme:

n       - proprietatile metalelor in stare lichida;

n       - solidificarea pieselor turnate;

n       - hidraulica turnarii;

n       - proprietatile materialelor de formare;

n       - proiectarea si executia formei de turnare;

Dintre proprietatile metalelor in stare lichida in procesele de turnare intervin in mod direct fluiditatea si tensiunea superficiala.

La temperatura de turnare, metalele lichide prezinta o vascozitate de 1,5 . 3 ori mai mare decat a apei. Vascozitatea este influentata de :

- temperatura metalului lichid ( in mod normal este de 50 . 100 K peste temperatura de topire. Limita superioara nu trebuie depasita deoarece riscam arderea elementelor de aliere , cu consecinte asupra caracteristicilor mecanice ale piesei obtinute prin turnare.);

- compozitia chimica;

Procesul cristalizarii primare a materialului turnat are o importanta hotaratoare pentru calitatea piesei si in primul rand pentru proprietatile mecanice ale acesteia. Cresterea rezistentei mecanice rezulta din micsorarea dimensiunilor grauntilor, conditie care se obtine din marirea artificiala a numarului germenilor de cristalizare prin introducerea in masa metalului lichid a unor cantitati mici de substante numite modificatori (Ca, Si, Al, Mg).

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

Odata cu marirea vitezei de solidificare se imbunatatesc rezistenta si plasticitatea.

Proprietatile de turnare ale metalelor si aliajelor

Proprietatea tehnologica a materialului metalic de a se turna in piese se numeste turnabilitate.

Proprietatile fizice care influenteaza turnabilitatea sunt:

1)        Fuzibilitatea - proprietate a materialelor metalice de a trece in stare lichida. Metalele si aliajele care se topesc la temperaturi joase se numesc usor fuzibile. Pentru metalele usor fuzibile se folosesc instalatii de topire simple, iar pretul acestora scade.

2)        Fluiditatea - proprietatea metalelor si aliajelor aflate in stare lichida de a curge cu usurinta si de a umple forma in care sunt turnate. Piesele cu pereti subtiri si contur complex se obtin numai din materiale cu fluiditate ridicata.

3)        Tensiunea superficiala - forta care se exercita tangential la suprafata lichidelor, datorita interactiunii dintre atomii de la suprafata lichidului si cei din jur. Cu cat tensiunea superficiala este mai mare, cu atat calitatea suprafetei pieselor turnate este mai buna.

In timpul procesului de solidificare in piesa turnata au loc fenomene secundare care duc la formarea retasurilor, suflurilor, fenomene care se datoreaza in principal starii de agregare si reducerii dimensiunilor la racire (contractie).

3. Structura formelor turnate

Partile componente ale formelor de turnare sunt:

n       reteaua de turnare;

n       cavitatea formei;

n       maselotele;

Reteaua de turnare - reprezinta ansamblul canalelor care servesc la introducerea metalului lichid in forma. Ea are ca scop sa asigure umplerea rapida a formei fara distrugerea acesteia si sa favorizeze racirea uniforma si dirijata a piesei turnate.

1 = gura palniei

2 = piciorul palniei

3 = canalul colector de zgura

4 = canalele de alimentare

Fig. 1. Reteaua de turnare

Elementele componente ale retelei de turnare sunt :

1) Gura palniei de turnare - usureaza introducerea metalului lichid in cavitatea formei preluand o parte din socul vanei de metal topit. Din punct de vedere constructiv gura palniei se executa sub forma de palnie tronconica, cupa sau bazin.

Cupa este folosita in cazul debitelor mari de lichid si este prevazuta cu un prag pentru retinerea zgurei;

Bazinele sunt cupe de dimensiuni mari, cu o capacitate de 50 - 60 % (uneori 100% ) din volumul de metal necesar turnarii si are dopuri la intrarea in piciorul palniei. Se aplica la turnarea pieselor de gabarite mari.

Fig. Variante constructive ale gurii palniei

2) Piciorul palniei de turnare - este un canal vertical, tronconic, care face legatura intre gura palniei si colectorul de zgura. El se executa cu sectiunea tronconica variabila, descrescatoare inspre punctul de alimentare.

3) Colectorul de zgura - are rolul de a retine zgura, impuritatile si de a asigura patrunderea linistita a metalului in canalele de alimentare. Pentru a se retine zgura colectorul trebuie sa aiba o lungime mare ca sa permita ridicarea la suprafata a impuritatilor.

4) Canalele de alimentare - (unul sau mai multe) fac legatura intre colectorul de zgura si cavitatea formei. Sectiunea transversala a acestora poate fi dreptunghiulara, triunghiulara sau trapezoidala si mai rar circulara.

Calitatea unei piese turnate depinde in mod esential de corectitudinea dimensionarii si executiei retelei de turnare.

Proiectarea retelei de turnare impune:

1) Stabilirea locului de alimentare cu metal a cavitatii formei

n       turnare directa;

n       turnare laterala;

n       turnare indirecta cu sifon;

2)     stabilirea schemei de amplasare a canalelor;

3)     determinarea duratei de turnare;

4)     calculul sectiunii elementelor retelei; Trebuie sa avem in vedere faptul ca reteaua de turnare se inlatura dupa turnare si deci o retea de turnare voluminoasa conduce la un indice de utilizare a metalului scazut , in timp ce o retea de turnare subdimesionata poate conduce la inghetarea metalului topit si deci la obtinerea unor piese incomplet turnate.

Cavitatea formei - asigura obtinerea piesei turnate la configuratia si dimensiunile dorite.

Proiectarea geometriei cavitatii formei este o problema fundamentala in tehnica turnarii.

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

Maselotele - rezervoare de metal lichid, amplasate corespunzator sub forma de prelungiri ale piesei turnate. Rolul lor principal consta in alimentarea cu metal lichid a cavitatii formei pe durata racirii si solidificarii, in vederea compensarii contractiei volumetrice.

Cavitatea formei se umple cu metal lichid cu volum specific corespunzator temperaturii de turnare, mai mare cu 3.12% decat volumul specific al metalului la temperatura mediului ambiant.

Deci fara luarea unor masuri imediate va apare un deficit de material sub forma de goluri de contractie numite retasuri.

Pentru combaterea retasurilor trebuie asigurata solidificarea dirijata a pieselor turnate prin:

n       asezarea partii groase a pieselor in sus;

n       corecta dimensionare si amplasare a maselotelor;

Problema retasurilor se pune in special la materialele cu coeficienti de contractie ridicati: otel, fonte.

Maselotele au urmatoarele dezavantaje:

n       creste consumul de metal (35-50%);

n       mareste consumul de manopera pentru inlaturarea lor;

4. Clasificarea procedeelor de turnare

I. Dupa durabilitatea formei (numarul de turnari ce se pot efectua cu aceeasi forma) :

1.        forme temporare;

2.        forme semipermanente;

3.        forme permanente;

II. Dupa fortele care actioneaza asupra metalului topit:

1.        statica

2.        centrifugala

3.        sub presiune

Varietatea extrem de mare a procedeelor de turnare utilizate in prezent este legata de :

n     volumul productiei ( cantitatea de material turnata anual ) ;

n     caracterul productiei ;

n     numarul de repere ;

n     marimea seriei de fabricatie .

5. Etapele fundamentale ale procesului tehnologic de turnare

Ciclul de fabricatie al unei piese turnate cuprinde urmatoarele etape :

1.      Proiectare tehnologica. Este etapa cea mai importanta , de ea depinzand succesul intregului ciclu de fabricatie. Acum se concepe dimensiunea normativa a procedeului tehnologic , succesiunea fazelor , ca si echipamentul tehnologic de formare si miezuire.

2.      Confectionarea modelului, cutiilor de miezuri, rame de formare (constituie echipamentul tehnologic).

3.      Executarea cavitatii formei. Specificitatea fiecarui procedeu tehnologic de turnare consta in modul de obtinere a cavitatii formei , restul etapelor fiind comune , indiferent de procedeul tehnologic de turnare adoptat.

4.      Elaborarea materialului topit.

5.      Turnarea propriu-zisa.

6.      Constituirea piesei turnate.

7.      Dezbatere. Consta in extragerea piesei turnate constituite din cavitatea formei. Daca forma este durabila , atunci dezbaterea se reduce la deschiderea formei si extragerea piesei turnate. Daca forma este temporara , extragerea piesei turnate presupune distrugerea acesteia.

8.      Indepartarea retelei de turnare. Se realizeaza prin taierea canalelor de alimentare , prin taiere fie cu flacara de gaze , fie prin aschiere.

9.      Curatare. Consta in indepartarea particulelor aderente la suprafetele piesei turnate. Operatia se poate realiza prin sablare cu alice , cu jet de apa sub presiune , manual sau in tobe rotative.

10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.). Presupune verificarea dimensionala , a calitatii suprafetei , a compozitiei chimice , a caracteristicilor mecanice , a structurii , a masei. Orice abatere de la valorile nominale indicate in documentatia de executie este considerata defect. Efectele pieselor turnate sunt standardizate.

11. Remedierea defectelor de turnare. Se face prin diferite metode ce vor fi detaliate in capitolele urmatoare.

12. Tratament termic primar. Urmareste atat eliminarea tensiunilor interne ce apar in timpul solidificarii si racirii , cat si obtinerea unei structuri cu graunti fini , urmare a recistalizarii.

Varietatea mare a procedeelor de turnare este conditionata de modul de obtinere a cavitatii formei turnate, restul etapelor fiind identice.

Diferenta dintre diferitele procedee tehnologice de turnare consta in principal in modul de generare a cavitatii formei , restul etapelor fiind aceleasi , indiferent de procedeul tehnologic utilizat. De aceea , in cele ce urmeaza studiul diferitelor procedee tehnologice de turnare se va reduce in mare masura la modul de obtinere a cavitatii formei .

6. Turnarea in forme temporare

Formele temporare se confectioneaza din amestecuri de formare constituite din materiale granulare refractare (nisipuri) , din lianti si materiale de adaos.

Rezistenta mecanica a acestor forme se obtine in urma indesarii granulelor refractare invelite cu o pelicula de liant.

Formele temporare se realizeaza din punct de vedere constructiv in doua variante:

n       cu pereti grosi (50 . 250 mm);

n       cu pereti subtiri (forme coji, 5 . 15 mm);

6.1. Turnarea in forme temporare cu pereti grosi

Turnarea in forme temporare cu pereti grosi reprezinta nu un procedeu tehnologic , ci o familie de procedee tehnologice , deoarece confectionarea formelor temporare se realizeaza in mai multe moduri , fiecare dintre ele efectuandu-se cu utilaje specifice , deci constituindu-se in procedee tehnologice distincte. Vom distinge deci un procedeu tehnologic de turnare in forme temporare cu pereti grosi ale caror forme se obtin prin formare manuala cu model in rame de formare , un altul la care formele se obtin prin formare manuala cu sablon in solul turnatoriei , sau diferite procedee tehnologice de turnare in forme temporare cu pereti grosi obtinute prin diferite metode de formare mecanizata , in functie de utilajul utilizat.

Varietatea mare a procedeelor tehnologice de turnare in forme temporare este conditionata de echipamentul tehnologic utilizat pentru formare si miezuire , de natura sursei de energie folosita pentru operatiile de indesare , demulare si asmblare a formelor , de locul unde se confectioneaza forma de turnare.

Dupa fiecare turnare , formele temporare se distrug in faza de extragere a piesei turnate.

Avantaje

Procedeul permite obtinerea unei game largi de piese turnate din punct de vedere al greutatii si configuratiei geometrice. El se preteaza in special pentru fabricatia individuala si de serie mica.

Dezavantaje

n       precizie mica;

n       calitate slaba;

n       proprietati mecanice inferioare ale metalului turnat;

n       consum mare de material pentru reteaua de turnare;

n       adaosuri de prelucrare mari;

In ciuda dezavantajelor prin acest procedeu se obtin 80% din totalul pieselor turnate gravimetric.

In vederea obtinerii cavitatii formei turnate prin acest procedeu tehnologic avem nevoie de :

- echipament tehnologic pentru formare si miezuire;

- materiale pentru forme si miezuri;

Echipamentul pentru formare si miezuire se compune din:

n       modele;

n       placi model;

n       sabloane;

n       cutii de miez;

n       rame de formare;

Modelele sunt dispozitive cu ajutorul carora se imprima in amestecul de formare cavitatea formei corespunzator configuratiei exterioare a piesei de turnat.

Modelele se executa din lemn (60-70%) de esenta moale (pin, molid), de esenta tare (tei, arin, par) sau din metal. Modelele din lemn rezista la 100 de formari manuale sau 1000 de formari mecanice. Modelele metalice se confectioneaza din aluminiu.

Modelele trebuie sa posede urmatoarele elemente constructiv-tehnologice, dintre care majoritatea se regasesc si in piesa turnata:

n       planul de separatie asigura demularea si trebuie sa fie in numar minim, cel putin 1;

n       inclinari - pentru usurarea demularii;

n       racordari - pentru a preveni aparitia fisurilor;

n       marci - locasuri pentru montarea miezurilor;

n       adaosuri de contractie

n       adaosuri de prelucrare

Fig.3. Marci de centrare

In vederea recunoasterii cu usurinta a modelelor , datorita faptului ca o aceasi piesa turnata poate fi obtinuta cu diferite aliaje cu diferiti coeficienti de contractie , acestea se vopsesc in diferite culori , dupa cum urmeaza :

n     otel - albastru ;

n     fonta - rosu ;

n     marcile de centrare se vopsesc in negru;

n     aliaje neferoase - galben sau lac incolor.

Placile model se obtin prin dispunerea unor semimodele metalice pe placi metalice ( din aluminium );

Sabloanele sunt dispozitive sub forma de placi, cu contur bine determinat si care supuse unor miscari de rotatie sau translatie genereaza in amestecul de formare suprafetele interioare ale cavitatii formei. Se folosesc la serii de fabricatie mici si au o precizie scazuta.

Fig. 4. Sabloane de rotatie si de translatie

Ramele de formare - sunt dispozitive metalice utilizate pentru sustinerea formelor temporare cu pereti grosi. Pentru fixarea si centrarea ramelor se folosesc bolturi de centrare. De cele mai multe ori se obtin din constructii sudate.

1=rama superioara

2=rama inferioara

3=suprafata separatie

4=maner manipulare

5=guler ghidare

6=tija centrare

Fig. 5. Rame de formare

Cutiile de miez - sunt dispozitive a caror configuratie corespunde golurilor sau orificiilor din piesa de turnat si servesc la confectionarea miezurilor.

Pentru piese cu configuratie simpla se executa un model, iar pentru piese cu configuratie complicata este necesar sa se construiasca :

modelul propriu-zis;

cutia de miez;

modelul retelei de turnare;

modelul maselotelor;

Golurile interioare ale piesei se obtin cu ajutorul miezurilor executate in cutii de miez. Pentru a avea o anumita pozitie in cavitatea formei, miezurile se aseaza in niste locasuri numite marci. Ele sunt niste proeminente pe conturul exterior al modelului.

Materiale folosite pentru forme si miezuri sunt:

n       nisipuri;

n       lianti;

n       materiale de adaos;

Nisipurile - sunt materialele de baza ale amestecurilor de formare. Ele au drept principala componenta siliciul datorita proprietatilor lui refractare. Ele pot fi brute , cu pana la 50% argila si spalate cu pana la 0,2 . 2 % argila.

Liantii - sunt materialele care adera la grauntii de nisip si fac legatura intre ei. Ei asigura plasticitatea si rezistenta necesara a amestecului.

Fig.6. Structura amestecului de formare

Accelerarea proceselor naturale de disociere si uscare este posibila prin :

n       suflarea formelor si miezurilor cu CO₂;

n       introducerea de ferosiliciu macinat in amestecul de formare;

n       scufundare in clorura de amoniu;

Materiale de adaos cele mai frecvent utilizate sunt :

n       apa;

n       agenti de activare si accelerare a proceselor de intarire;

n       adaosuri pentru imbunatatirea caracteristicilor tehnologice;

Pe cavitatea formei , inainte de a se inchide forma , se aplica un strat de vopsea refractara.

Vopselele refractare de turnatorie sunt suspensii de material refractar (grafit, cuart) in apa, carora li se adauga melasa sau dextrina sau bentonita pentru marirea stabilitatii.

Aceste vopseluri sunt de protectie sau de izolatie. Se aplica pe suprafata formelor si miezurilor inainte de uscare.

Pentru lipirea sau separarea formelor si miezurilor se utilizeaza cleiuri de turnatorie.

Pudrele de turnatorie sunt materiale antiaderente. Ele pot fi de izolatie sau protectie.

Pudrele de izolatie se presara pe suprafetele modelelor sau al cutiilor de miez pentru a le izola de amestecul de formare (exemplu licopodiul).

Pudrele de protectie se presara pe suprafetele formelor si a miezurilor crude pentru a evita aderenta amestecului de formare la piesa turnata (exemplu grafit, talc, etc).

Amestecurile de formare se diferentiaza , din punct de vedere al compozitiei chimice , in amestecuri de formare pentru fonta , otel sau aliaje neferoase.

Amestecuri de formare se folosesc pentru :

n       forme;

n       miezuri;

n       remedieri;

Amestecurile pentru forme se clasifica in

n       amestecuri de model

n       amestecuri de umplere

n       amestecuri unice

1=cavitatea formei

2=retea de turnare

3=rame de formare

4=suprafatade separatie

5=miez

6=amestec formare

7=maselote

8=marca de miez

9=canale aerisire

Fig.7. Structura formei de turnare

Prezentam mai jos un exemplu de reteta de amestecuri de formare unice pentru obtinerea unei piese turnate din otel in forme uscate

Metodele de confectionare a formelor pot fi :

n       manuale

n       mecanice

Metode manuale - Aproximativ 40-60% din volumul de munca necesar obtinerii pieselor turnate se consuma pentru executarea formelor.

Se aplica la unicate si serie mica.

1.      cu model in solul de turnatoriei;

2.      cu sablon in solul turnatoriei;

3.      cu sablon in forme semipermanente;

4.      in rame de formare cu model dintr-o bucata;

5.      in rame de formare cu model demontabil;

6.      in rame de formare cu placa model;

7.      in rame de formare cu sablon;

Formarea mecanizata

Specific acestor metode este utilizarea placilor model si a amestecurilor de formare unice.

Pe masinile de format se executa mecanizat cele trei operatii principale ale formarii si anume:

n       introducerea amestecului de formare in rame;

n       indesarea amestecului de formare;

n       extragerea modelului din forma;

Avantaje

n       precizie mare;

n       reduc efortul fizic;

n       productivitate mare;

n       personal cu calificare redusa, de aici costul redus al manoperei;

Dupa modul de indesare a amestecului, masinile de format se clasifica in :

1.      Masini de format prin scuturare

2.      Masini de format prin presare

3.      Masini de format prin aruncare

4.      Masini de format prin suflare

5.      Masini de format combinate

Masini de format prin scuturare

Indesarea amestecului se face sub actiunea fortelor de inertie ale granulelor de nisip. Sunt masini pneumatice. Inaltimea de cadere a pistonului este de 30 - 80 mm, iar frecventa scuturarilor este de 250 lovituri / minut. Pentru formare sunt necesare 30 - 50 lovituri.

1=traversa

2=sabot presare

3=placa model

5=piston cilindru

6=cilindru presare

7=rama formare

10=piston

11=canal admisie evacuare

Fig. 8. Schema masinii de format prin scuturare

Dezavantaje

n       socuri

n       constructie complicata a placii si a fundatiei masini

Masini de format prin presare

Fac parte din familia preselor pneumatice. Dozarea amestecului este asigurata prin dimensionarea corespunzatoare a unei rame de umplere, asezata deasupra ramei de formare.

1=traversa

2=sabot presare

3=rama formare

5=cilindru

6=rama formare

7=placa model

Fig.9. Schema masinii de format prin presare

Masini de format prin aruncare

Realizeaza indesarea prin proiectarea amestecului de formare, in straturi succesive pana la umplerea formei.

Capul aruncatorului este fixat pe un brat articulat. Se foloseste pentru formarea pieselor mari.

1=model

2=rama formare

3=amestec formare

4=cupa

5=carcasa metalica

6=banda transportoare

Fig.10. Schema masinii de format prin aruncare

Masini de format prin suflare

Functioneaza pe principiul amestecarii aerului comprimat cu amestecul de formare si proiectarii amestecului in cutia de formare.

6. Turnarea in forme temporare cu pereti subtiri (forme coji)

Caracteristici

Se aplica in special pieselor mici, cu grad mare de complexitate, in turnatorii specializate, in productia de serie mare si masa, la care costul relativ ridicat al materialelor utilizate la formare este compensat de eliminarea unor operatiuni ulterioare de prelucrare prin aschiere.

Avantajele metodei

n         reduce consumul de amestec de formare;

n         reduce manopera de formare si dezbatere;

n         imbunatateste calitatea pieselor turnate, intrucat permeabilitatea si compresibilitatea formelor coji sunt mai bune;

n         creste precizia si calitatea suprafetelor;

n         posibilitatea mecanizarii procedeului;

6.1. Tehnologia de confectionare a formelor coji cu liant pe baza de rasini termoreactive

Amestecul de formare este compus din nisip cuartos (granulatie 0,1 . 0,2 mm), praf de bachelita sau novolac (rasina termoreactiva, 5 - 9% ) ca liant si urotropina fin macinata (0,5 - 1% ).

Placile model, exclusiv metalice, se incalzesc la 500 - 750 K ( in general la temperaturi mai mari decat punctul de polimerizare). Datorita temperaturii ridicate a placii model, rasina termoreactiva se topeste, polimerizeaza si se intareste ireversibil legand grauntii de nisip intre ei.

Pentru a impiedica aderarea amestecului la placa model se pulverizeaza pe aceasta ulei mineral sau ulei siliconic.

Grosimea formei coji este cu atat mai mare cu cat temperatura placii este mai mare si durata de mentinere creste. Ea poate ajunge la 6 - 10 mm.

Pentru omogenizarea cojii ea este supusa dupa demulare unei calcinari la 550 - 600 K.

Formele coji se pot obtine prin urmatoarele metode ;

n       caderea amestecului termoreactiv pe placa model calda;

n       prin suflarea amestecului termoreactiv pe placa model calda ;

n       prin imersia placii model in amestecul de formare ;

Semiformele coji astfel obtinute (care au si reteaua de turnare si eventual marci de centrare) se asambleaza corespunzator solidarizandu-se cu scoabe elastice sau prin lipire cu cleiuri adecvate. Pentru turnare formele mari se introduc in containere, iar spatiul ramas se umple cu nisip. Aceste containere se introduc in cuptoare unde are loc calcinarea , iar turnarea se face in forma calda , din urmatoarele considerente

Se evita prezenta apei ( sau a altui lichid ) care in contact cu metalul topit poate vaporiza instantaneu si produce o presiune care sa distruga forma si sa pericliteze integritatea celor din jur.

Forma fiind calda viteza de solidificare si racire scade , cu consecinte benefice asupra structurii ( se obtin graunti fini ).

Se evita distrugerea formei , datorita diferentei foarte mari de temperatura dintre forma si metalul topit.

Fig. 11. Forme coji obtinute prin caderea amestecului de formare

Fig. 1 . Forme coji obtinute prin suflarea amestecului de formare

6. Tehnologia de confectionare a formelor coji cu modele usor fuzibile

Particularitatea esentiala a acestui procedeu de formare consta in aceea ca operatia de demulare se realizeaza prin scurgerea din forma a materialului modelului adus in stare lichida. In consecinta este posibila confectionarea unor forme de turnare fara suprafata de separatie, ceeea ce permite obtinerea unor piese turnate de precizie ridicata (+0,25 mm) la care este exclusa in principiu necesitatea unei prelucrari mecanice ulterioare.

Cel mai des modelele se executa din materiale ceroase (stearina + parafina) prin presare in stare pastoasa intr-o matrita. Modelele din materiale ceroase au uneori atasata reteaua de turnare, iar alteori se asambleaza in ciorchine la o palnie de turnare comuna.

Pentru realizarea formei coji ciorchinele se imersioneaza de 3 - 6 ori in amestec de formare format din 50% praf de cuart si 50% silicat de sodiu dupa care se presara nisip cuartos. Aplicarea unui strat nou se face numai dupa intarirea celui vechi. Accelerarea proceselor de intarire a liantului se asigura prin imersionarea ciorchinelui presarat cu nisip in solutie de clorura de amoniu.

Dupa obtinerea unei forme cu grosimea dorita, modelele fuzibile se indeparteaza din forma prin incalzire in curent de aer sau apa.

Formele coji se usuca la 450 - 575 K si apoi se introduc in cutii metalice cu nisip si se calcineaza la 1275 - 1325 K in cuptoare electrice. Formele se scot din cuptor cu cateva minute inainte de turnare, iar turnarea se face in forme calde la 1000 K. Metoda asigura o mare precizie, dar este limitata de greutatea pieselor turnate.

Se toarna in formele coji calde (aproximativ 1000 K) deoarece in acest mod se controleaza viteza de racire (prin scaderea acesteia se amelioreaza structura piesei turnate si prin aceasta caracteristicile mecanice) si se preintampina eventualele accidente ce ar putea fi cauzate de prezenta vaporilor de apa in cavitatea formei.

6.3. Turnarea in forme vidate

Turnarea in forme vidate reprezinta un procedeu de turnare statica in forme temporare. Deoarece specificitatea acestui procedeu consta in modul de obtinere a cavitatii formei, (celelalte etape fiind identice cu cele ale celorlalte procede tehnologice de turnare) in cele ce urmeaza vom detalia aceasta operatie.

In vederea obtinerii cavitatii formei se utilizeza modele (din lemn sau metalice), rame de formare de constructie speciala, amestec de formare din nisip fin fara liant sau materiale de adaos si folie de polietilena.

Rama de formare se umple cu nisip fin, peste care se aplica o folie de polietilena. Cu ajutorul modelului (prin apasarea acestuia) se imprima in nisip forma si dimensiunile acestuia. In acest moment se cupleaza rama de formare la o instalatie de vid, obtinandu-se prin vidare cavitatea formei. In mod analog se obtine si cealalta semiforma.

Dupa turnare se recupereaza 90% din nisip.

Procedeul permite obtinerea unor piese turnate in conditii de precizie dimensionala si de calitate a suprafetei deosebite. De asemeni se reduc manopera de formare si de obtinere a amestecului de formare.

Fig. 14. Schema turnarii in forme vidate

Turnarea in forme vidate are urmatoarele avantaje :

cost redus al materialelor de formare;

este nepoluanta;

productiva;

Se remarca necesitatea folosirii unor rame de formare de constructie speciala, prevazute cu orificii pentru absorbtia aerului si cu site fine pentru a preveni absorbtia nisipului.

Se utilizeaza placi model metalice, care se incalzesc in vederea unei mai bune mulari a foliei de polietilena.

Dupa asamblarea si inchiderea formei se pastreaza vidarea la umplerea completa a formei si solidificarea unei cruste de metal la partea exterioara a piesei. Vidarea favorizeaza o buna degazare a metalului turnat.

6.4. Turnarea de precizie cu modele gazefiabile din polistiren

C a si alte procedee tehnologice de turnare , specificitatea acestuia consta in modul de obtinere a cavitatii formei. In 1958 Harold Shroyer patenteaza tehnologia de turnare in forme pline , fara demularea modelului ( cavityless casting mold - forma de turnare fara cavitate). Tehnologia patrunde in Romania in anii `80prin achizitionareade la firma italiana FATA a unui robot de turnare cu patru posturi pentru pistoanele autoturismelor OLTCIT , care utilizeaza tehnologia numita POLICAST PROCES ( modele expandabile din polistiren expandabil ).

Fig. 15. Reprezentarea schematica a proceselor metalurgice la turnarea cu model gazeificabil

Vom expune in cele ce urmeaza principiul acestui procedeu , asa cum rezulta el si din figura 15.

Geometria piesei turnate rezulta concomitent cu eliminarea modelului din polistiren din forma construita din nisip uscat , fara liant. Sunt utilizate modele din polistiren expandat , vopsite , astfel incat crusta refractara sub actiunea presiunii gazelor rezultate la termodistructia modelului mentin rigiditatea formei si pastreaza configuratia cavitatii amprenta , evitand surparea nisipului. Stratul de vopsea trebuie sa aiba si o oarecare permeabilitate astfel incat sa asigure atat evacuarea corespunzatoare a gazelor rezultate prin descompunerea polistirenului , cat si evitarea formarii de sulfuri exogene. Nu exista un contact direct intre aliajul lichid si nisip si nici intre metal si polistiren. Spatiul "D"poarta denumirea de "volum de control "si are o marime de aproximativ 1 mm. Pentru cresterea vitezei de gazefiere , in compozitia polistirenului expandat se introduc diferiti compusi care contribuie la :

n     cresterea vitezei de topire si de gazefiere al polistirenului ;

n     ruperea completa si rapida a legaturilor din lantul polistirenului in procesul de termodistructie.

Topirea totala a modelului are loc intr-un interval scurt de timp 1,5.4 secunde. Rezistenta la rupere a aliajelor turnate prin acest procedeu tehnologic este superioara cu aproximativ 5% celei a aceluiasi aliaj turnat in forma temporara cu model de lemn.

Modelele de polistiren se obtin in matrite prin umflarea granulelor de polistiren si sudarea intre ele. Daca modelele sunt foarte complexe , ele se pot confectiona din bucati si asambla prin lipire.

Operatia de formare are trei etape principale :

1)    Asezarea modelului centrat in cutia de formare ;

2)    Acoperirea modelului cu nisip uscat , fara liant :

3)    Indesarea nisipului in jurul modelului , pentru a realiza o mulareacat mai perfecta a nisipului pe suprafata lui.

Pentru formare , in locul perechii clasice de rame de formare se utilizeaza cutii metalice de tip container , cilindrice sau poligonale , care permit manipularea mecanizata. Dupa umplerea cu nisip a cutiilor se realizeaza indesarea prin scuturare. Putem marii gradul de indesare al nisipului prin vidare.

Daca piesele turnate au si configuratie interioara se pot utiliza miezuri ( metalice sau nemetalice) , care se incastreaza in prealabil in model , la operatia de expandare a granulelor de polistiren.

Se pot utiliza retele de turnare clasice. Fata de procedeele de turnare "clasice "in forme temporare , acest procedeu de turnare cu modele gazificabile din polistiren prezinta urmatoarele avantaje :

1)    Nu apar bavuri in special in planul de separatie , datorita absentei acestuia , modelele fiind monobloc ;

2)    Lipsa marcilor de centrare , ceea ce micsoreaza toleranta dimensionala si de pozitie ;

3)    Se elimina operatia de demulare ;

4)    Elimina lemnul din modelarii , scazand costurile de fabricatie ;

5)    Dispare operatia de intarire a formei ;

6)    Procedeul se preteaza la automatizare.

Avand in vedere faptul ca fenomenele si legile proprii ale acestui procedeu difera de cele ale celorlalte procedee tehnologice de turnare , procedeul poate fi asimilat in categoria celor neconventionale.

7. Turnarea in forme durabile (metalice)

In raport cu turnarea in forme temporare, turnarea in forme durabile prezinta urmatoarele avantaje:

n       imbunatateste caracteristicile mecanice ale pieselor turnate cu 10 - 30 %;

n       imbunatateste precizia dimensionala si calitatea suprafetelor turnate;

n       reduce cu 50 - 60% manopera de formare;

n       reduce consumul de materiale de formare;

n       asigura conditii mai bune de lucru;

Dezavantaje

n       cost ridicat al formelor;

n       conductivitate termica ridicata a formei, ceea ce duce la inghetarea rapida a metalului;

Din punct de vedere economic procedeul se justifica numai la productia de serie mare.

Din punct de vedere tehnologic exista urmatoarele probleme :

n       evacuarea aerului si a gazelor din forma (se construiesc canale de aerisire si rasuflatori);

n       asigurarea unei corelatii intre temperatura de topire a materialului care se toarna si temperatura de topire a materialului formei;

6.1. Turnarea in cochilie

Cochiliile sunt forme metalice in care se introduce metalul lichid exclusiv sub actiunea fortelor gravitationale.

Cochilele pot avea unul sau mai multe plane de separatie. Prin acest procedeu se pot turna si piese cu configuratie interioara folosind miezuri metalice. Alimentarea cu metal lichid a cochiliilor se asigura printr-o retea de turnare plasata in planul de separatie. Pentru evacuarea gazelor sunt prevazute canale de aerisire cu diametrul de 0,2 - 0,5 mm.

Principalele faze ale turnarii in cochilie sunt :

1.      Pregatirea cochiliei.         Se asambleaza cochilia, eventual cu miezuri si se acopera suprafetele care intra in contact cu metalul lichid cu un strat de material refractar de 0,1 - 2 mm. Se folosesc grafitul, argila, uleiurile minerale, etc. Se preincalzeste cochilia la 375 - 725 K pentru eliminarea vaporilor de apa. In plus se urmareste micsorarea vitezei de racire a metalului.

2.      Turnarea metalului lichid.

3.      Constituirea piesei turnate.

4.      Dezbaterea prin dezmembrarea cochiliei.

5.      Indepartarea retelei de turnare si debavurarea.

In productia de serie mare turnarea in cochilie se poate realiza mecanizat. Pentru eliminarea unuia dintre defectele principale - dificultatea de a obtine piese cu pereti subtiri - se recurge la presarea materialului lichid in cavitatea formei. Se obtine astfel turnarea in cochilie cu matritare. Este de fapt un procedeu inrudit cu turnarea sub presiune.

7. Turnarea sub presiune

La turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, pentru a evita inghetarea materialului topit in forma se recurge la presarea acestuia sub actiunea unei forte exterioare.

Pentru invingerea rezistentei opuse curgerii metalului lichid in reteaua de turnare se aplica presiuni de pana la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare a matritei cu metal lichid variaza de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemele tehnologice ale procedeului consta in eliminarea porilor (mai nou s-a incercat vidarea matritei).

Matritele se confectioneaza din oteluri aliate. Masinile folosite sunt prese hidraulice (orizontale sau verticale). Matrita este calda ca si camera de compresie (uneori poate fi si rece).

Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care se alimenteaza matrita. Dezbaterea se face automat cu aruncator.

Fig. 16. Instalatie de turnare sub presiune cu piston vertical

Avantaje

n       productivitate mare

n       posibilitatea automatizarii

n       precizie dimensionala si calitatea suprafetei

n       se elimina prelucrarile mecanice ulterioare

Dezavantaje

n       se aplica la serie mare

n       costuri mari ale matritei

8. Turnarea in forme metalice in miscare de rotatie (turnarea centrifugala)

Procedeul se caracterizeaza prin faptul ca in timpul turnarii si solidificarii metalului, forma de turnare este antrenata in miscare de rotatie in jurul unei axe verticale sau orizontale.

Exista posibilitatea ca prin rotirea suficient de rapida a formei, combinata cu racirea metalului lichid, sa se obtina un corp cilindric gol, avand o grosime neuniforma a peretelui.

Prin acest procedeu se toarna piese de revolutie cu inaltime mica si diametru mare.

De asemeni se pot turna piese mici in afara axei de rotatie. Piesele obtinute prin acest procedeu tehnologic sunt compacte fara defecte de turnare.

In cazul rotatiei in jurul unei axe orizontale a unei forme partial umplute cu metal lichid se pot distinge trei situatii caracteristice in functie de turatia "n":

n       n=n₁ metalul lichid este imobil;

n       n=n₂>n₁ metalul lichid este antrenat prin frecare de catre forma in rotatie;

n       n=n₃>n₂ metalul este supus miscarii de rotatie impreuna cu forma de turnare tubulara;

Fig. 17. Schema turnarii centrifugale cu ax vertical

Turnarea centrifugala cu ax orizontal se aplica la obtinerea pieselor tubulare cu lungimi mari si grosimi mari.

Formele de turnare folosite sunt metalice dar pot fi captusite cu amestec de formare. Cele necaptusite se protejeaza prin acoperire cu vopseluri refractare. Dezbaterea pieselor este posibila datorita conicitatii interioare a formei. Turnarea se face in forme incalzite. Principala problema tehnologica este cea a dozarii materialului , dozajul fiind singurul mod de a asigura grosimea peretelui piesei turnate.

Avantaje

n       economie de amestecuri de miez ;

n       economie de metal prin eliminarea retelei de turnare;

n       compactitate si proprietati mecanice superioare

Dezavantaje

n       adaosuri de prelucrare mari;

n       cochila scumpa;

10. Turnarea continua

Spre deosebire de toate procedeele de turnare prezentate anterior la turnarea continua introducerea de metal lichid in cavitatea formei si extragerea piesei turnate se efectueaza simultan fara intrerupere.

Aceasta este un procedeu tehnologic de mare productivitate prin care se obtin piese de lungimi mari in raport cu sectiunea , cum ar fi barele si tevile.

Instalatiile pentru turnare continua au ca element esential cristalizatorul. Aceasta este o forma metalica cu pereti subtiri, racita intens prin circulatia apei. Cavitatea formei se obtureaza cu o placa, care prin constructia ei va constitui un dispozitiv de prindere al capatului solidificat al produsului.

Metalul lichid se solidifica in contact cu peretii raciti. Dupa solidificare el este tras prin intermediul placii de baza si al unui sistem de role care-i imprima o miscare continua cu o viteza corespunzatoare.

Problema principala o constituie corelarea vitezei de racire cu cea de tragere. Cristalizatorul se construieste din cupru si se acopera cu grafit pe suprafetele active.

Procedeul se aplica mai ales la obtinerea semifabricatelor din aliaje neferoase.

Datorita tensiunilor interne ce sunt introduse de regimul de racire fortata se aplica un tratament termic de detensionare.

1 = cristalizor

2 = cavitatea formei

3 = placa de baza

4 = role antrenare

5 = piesa turnata

Fig.20. Schema de obtinere a pieselor prin turnare continua

11. Defectele pieselor turnate si remedierea lor

Prin defect al unei piese turnate se intelege orice abatere de la forma, dimensiunea, masa, aspectul exterior, compactitatea, structura, compozitia chimica sau proprietatiile fizico-chimice ale aliajelor turnate.

Conform STAS782-79 defectele pieselor turnate se simbolizeaza printr-un caracter alfanumeric format dintr-o litera si trei cifre.

Litera indica categoria de baza a defectului. Prima cifra indica grupa defectului. A doua cifra indica subgrupa defectului, iar a treia cifra este specifica fiecarui defect.

De exemplu B122 este simbolul suflurilor de colt.

Clasificare :

A= excrescente metalice;

B= goluri;

C= discontinuitati, crapaturi;

D= defecte de suprafata;

E= piesa turnata incomplet;

F= dimensiuni sau configuratii necorespunzatoare;

G= incluziuni si defecte de structura;

H= compozitia chimica,proprietati chimice si mecanice necorespunzatoare.

Metode de remediere se impart in 3 categorii.

1. Metode de remediere cu materiale metalice a pieselor turnate din fonta si aliajelor neferoase grele.

Metode de remediere cu materiale feroase si conditii impuse pentru piesele turnate din otel.

3.Remedierea pieselor turnate cu materiale nemetalice. Printre metodele de remediere enumeram: metalizarea, supraturnarea, sudarea, lipirea tare, doparea, bucsarea, pastilarea, impregnarea, chituirea.