Turnarea materialelor metalice

Turnarea reprezintă procesul tehnologic de prelucrare dimensională efectuat în urma solidificării unei cantităŃi determinate de metal lichid introduse în cavitatea unei forme, având configuraŃia şi dimensiunile corespunzătoare. Turnarea prezintă unele avantaje :

- se pot realiza piese cu o configuraŃie complexă; - cost mai redus faŃă de alte metode; - se pot executa piese cu ajutorul unor utilaje simple.

Cu toate că precizia dimensională este inferioară celorlalte procedee, structura şi rezistenŃa mecanică mai redusă, totuşi datorită avantajelor enumerate, în prezent aproximativ 60% din totalitatea pieselor metalice fabricate se obŃin prin turnare. Sunt supuse turnării aliajele Fe-C având peste 2,06%C, respectiv fontele, aliajele Cu cu Zn (alama) şi cu Sn, Sn, Pb, etc. Se toarnă în proporŃie redusă oŃelurile deoarece au temperatura de topire mai ridicată, au fluiditate scăzută şi coeficient de contracŃie la răcire, mare. Fazele procesului tehnologic de turnare : - ConfecŃionarea modelelor, a cutiilor de miezuri şi a şabloanelor. Modelele se execută după desenul piesei mărite cu adaosul de prelucrare tehnologic şi cu valoarea contracŃiei metalului. Ele au aspectul exterior corespunzător formei exterioare a piesei şi se prevăd cu mărci, pentru miezuri care servesc pentru executarea unor configuraŃii în formă, în care se sprijină miezurile. - Prepararea amestecurilor de formare pentru executarea formelor şi a amestecului de miezuri pentru realizarea miezurilor. - ConfecŃionarea formelor şi a miezurilor cu ajutorul modelelor şi a amestecului de formare. Miezurile se realizează de obicei în cutii de miezuri dintr-un amestec de miezuri. Înainte de asamblarea formei se fac şi reŃelele de turnare şi apoi se usucă formele şi miezurile. - Elaborarea materialului metalic pentru turnare. La o elaborare corectă trebuie avute în vedere dozarea, temperatura de topire, agregatele în care se face topirea, fenomenele fizico-chimice care au loc în aliaj, timpul de menŃinere a aliajului în utilajul de topire. - Turnarea metalului lichid în forme. Temperatura de turnare trebuie să fie mai mare decât temperatura de topire, pentru ca să se evite solidificarea în timpul turnării. Calitatea turnării mai depinde de : materialul formei, de forma şi mărimea piesei, de reŃeaua de turnare, de compoziŃia şi caracteristicile aliajului ce se toarnă. După turnare aliajul se solidifică. - Dezbaterea pieselor din forme şi a miezurilor din piese. - Îndepărtarea reŃelei de turnare, a bavurilor, a maselotelor, finisarea suprafeŃei prin tobare, sablare. - Controlul amănunŃit al calităŃii piesei. În cazul în care pieselor turnate le sunt cerute caracteristicile speciale ele sunt supuse în continuare tratamentelor termice după care în final sunt supuse unui amănunŃit control tehnic de calitate. După control piesa turnată trece la secŃia de prelucrare mecanică sau la depozitul de produse finite. Procedeele de turnare se pot clasifica după materialele din care se fac formele, după metoda de turnare şi precizia pieselor turnate în :

- turnare în forme temporare - turnare în forme semipermanente - turnare în forme permanente

Formele temporare sunt alcătuite din amestecuri de formare, care constă din nisipuri şi substanŃe de legătură (lianŃi) ele nu se pot utiliza decât o singură dată.

Se execută de obicei în interiorul unor cadre metalice - rame de formare - iar în cazul unor piese mari chiar în solul turnătoriei. Cavitatea piesei se obŃine cu ajutorul unor modele în jurul cărora se îndeasă amestecul de formare. Formele semipermanente sunt alcătuite din materiale plastice şi refractare, bazate în special pe argilă şi şamotă ele pot fi utilizate pentru un număr limitat de turnări 10-20, cu mici reparaŃii intermediare. Ele se execută în majoritatea cazurilor în solul turnătoriei (în gropi zidite) cu ajutorul unor modele şablon care se realizează într-o masă de amestec de formare îndesată în zidărie - peretele exterior al cavităŃii piesei, ce reprezintă jumătatea inferioară a formei - în timp ce jumătatea superioară este reprezentată printr-unul sau mai multe miezuri montate într-o ramă de formare metalică. Formele permanente sunt alcătuite din aliaje metalice rezistente la temperaturi înalte şi coroziune : ele se pot utiliza pentru un număr foarte mare de turnări (5.000-80.000) în cazul pieselor de serie mare sau de masă. Formele permanente sunt în realitate matriŃe metalice - cochile - executate din fontă sau oŃel şi prevăzute cu cavităŃi corespunzătoare configuraŃiei exterioare a piesei şi lăcaşurilor din miez, în care se sprijină mărcile miezurilor (metalice sau temporare) care creează golurile piesei. Toate aceste tipuri de forme sunt prevăzute cu reŃele de turnare, maselote. ReŃeaua de turnare este alcătuită dintr-un ansamblu de elemente pentru introducerea metalului lichid în formă, umplerea formei, evacuarea gazelor şi asigurarea solidificării fără defecte de turnare. Amestecurile de formare - amestec din materiale de formare : nisipuri, argile, lianŃi organici şi anorganici care conduc la obŃinerea unei forme temporare sau semipermanente de turnătorie.

TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE DIN AMESTEC OBIŞNUIT

PROCESUL TEHNOLOGIC DE OBłINERE A PIESELOR PRIN TURNARE ÎN FORME EXECUTATE DIN AMESTEC DE FORMARE OBIŞNUIT

Turnarea în forme executate din amestec obişnuit constituie cel mai răspândit

procedeu de turnare. ObŃinerea unei piese turnate prin acest procedeu necesită o anumită succesiune

de operaŃii şi faze. De exemplu, pentru a obŃine piesa 1, reprezentată în fig. 1, într-o formă alcătuită

dintr-un material special, denumit amestec de formare, se practică o cavitate 2, al cărei contur este identic cu conturul exterior al piesei. Realizarea practică a cavităŃii se face cu ajutorul unui model 3, din lemn sau metal, identic cu piesa ce urmează a se obŃine. Pentru obŃinerea golului interior al piesei se utilizează un miez 4, realizat dintr-un material special denumit amestec de miez. Pentru susŃinerea materialului formei se folosesc cadre metalice 5, denumite rame de formare. Acestea se utilizează perechi, fiecare ramă putându-se asambla cu rama conjugată prin intermediul unor urechi 6 cu găuri, respectiv cu ştifturi. Pentru manevrarea lor, ramele sunt prevăzute cu mânere.

Introducerea metalului topit în cavitate se realizează printr-o serie de canale 7, alcătuind reŃeaua de turnare, executată cu modele speciale.

Totalitatea operaŃiilor de executare a formei de turnare constituie formarea. Formarea se poate realiza manual sau mecanizat.

Fig. 1. ObŃinerea unei piese turnate.

După solidificarea metalului lichid, piesa turnată se extrage prin distrugerea

formei şi îndepărtarea miezului. Aceste operaŃii alcătuiesc aşa-numita dezbatere a formei. Întrucât piesa turnată prezintă surplusuri de metal rezultate din solidificarea reŃelei de turnare, aceasta se înlătură prin tăiere.

MATERIALE DE FORMARE

Prin materiale de formare se înŃeleg materialele folosite la executarea formelor şi miezurilor. Ele pot fi grupate astfel :

- materiale principale; - în care intră nisipuri şi lianŃi; - materiale auxiliare; - în care intră materialele care servesc ca adaosuri pentru îmbunătăŃirea

proprietăŃilor amestecului de formare sau pentru finisarea formelor şi miezurilor. Prin amestec de formare se înŃelege materialul de formare, compus din nisip,

liant şi materiale auxiliare, folosit la executarea formelor. Nisipul folosit în turnătorie are drept constituent de bază cuarŃul (SiO2). Liantul

are ca rol, legarea particulelor de nisip sub formă de granule. El poate fi natural sau sintetic, anorganic sau organic. Ca lianŃi anorganici se folosesc argila, bentonita, cimentul, silicatul de sodiu ş.a. LianŃii organici sunt : uleiurile vegetale (de in sau floarea soarelui), uleiurile minerale, răşinile sintetice (fenolformaldehidice, carbamidice şi furanice), dextrina, melasa şi leşia sulfitică.

Cel mai răspândit liant este argila - liant anorganic, natural. Pentru a-şi îndeplini rolul de liant ea se asociază cu apa (circa 5% din masa amestecului).

Amestecurile de formare nu sunt standardizate. CompoziŃia lor se stabileşte în funcŃie de lucrarea care trebuie executată. La prepararea amestecului de formare se introduce în compoziŃie şi o parte din amestecul folosit la turnări precedente, după recondiŃionarea lui.

Amestecurile de miez sunt materiale de formare folosite la executarea miezurilor. CompoziŃia acestor amestecuri se stabileşte astfel încât miezul să reziste solicitărilor mari (mecanice, termice) la care el este supus în momentul turnării şi apoi, în timpul solidificării şi răcirii piesei turnate. Astfel, nisipul folosit trebuie să aibă puritate mare (nisip cuarŃos, având impurităŃi sub 2%), iar liantul este organic (de exemplu, ulei de in). În compoziŃia amestecurilor de miez nu se introduc amestecuri folosite.

Amestecurile de formare şi cele de miez trebuie să aibă anumite proprietăŃi fizice, chimice şi mecanice care să le asigure o bună comportare în timpul formării, turnării, solidificării şi răcirii aliajului turnat în forme. ObŃinerea unor piese turnate de bună calitate depinde de aceste proprietăŃi. Cele mai importante proprietăŃi sunt :

- plasticitatea - proprietatea amestecului de a-şi modifica forma sub acŃiunea unor forŃe din exterior şi de a păstra această formă după înlăturarea forŃelor;

- compresibilitatea - proprietatea de a se deforma sub acŃiunea forjelor produse datorită contracŃiei piesei solidificate ;

- permeabilitatea - capacitatea amestecului de a lăsa să treacă gazele ; - refractaritatea - capacitatea amestecului de a rezista temperaturilor înalte fără

să se vitrifieze şi să reacŃioneze chimic cu oxizii aliajului ; - rezistenŃă mecanică - proprietatea amestecului de a rezista solicitărilor

mecanice care apar în timpul manevrării, depozitării şi umplerii formelor etc. Toate aceste proprietăŃi depind, într-un fel sau altul, de compoziŃia, granulaŃia şi

gradul de îndesare al amestecului.

MODELE ŞI CUTII DE MIEZ

Pentru executarea diferitelor piese prin turnare este necesar să se construiască modele, şabloane etc., în funcŃie de metoda de formare adoptată.

Pentru piesele cu configuraŃie simplă se execută un model iar pentru piese cu configuraŃie complicată este necesar să se construiască o garnitură de model formată din : modelul propriu-zis, cutia de miez, modelul reŃelei de turnare etc.

Golurile interioare ale piesei se obŃin cu ajutorul miezurilor executate în cutii de miez. Pentru a avea o anumită poziŃie în cavitatea formei, miezurile se aşează în locaşuri speciale denumite mărci, obŃinute prin intermediul unor proeminenŃe de pe conturul exterior al modelului (fig. 4).

În funcŃie de natura aliajului din care se toarnă piesa, modelele şi cutiile de miez pot fi destinate turnării pieselor din fontă, oŃel sau aliaje neferoase. Modelele şi cutiile de miez executate din lemn se vopsesc cu lac protector în culori diferite, pentru a fi posibilă identificarea materialului din care se toarnă piesa.

În funcŃie de modul de execuŃie a formei, se deosebesc diferite tipuri de modele. De exemplu, modelele destinate formării mecanizate se fixează pe plăci metalice alcătuind plăcile-model. Modelele pentru formarea manuală se execută dintr-o singură bucată sau din mai multe bucăŃi. Separarea unui model în mai multe bucăŃi se face după suprafeŃe numite planuri de separaŃie, alese în mod judicios.

Modelele şi cutiile de miez se execută din următoarele materiale : lemn, materiale metalice, ipsos, ciment, răşini sintetice, materiale fuzibile, aliaje uşor fuzibile etc.

Materialul din care se execută modelele şi cutiile de miez se alege în funcŃie de numărul pieselor turnate, de dimensiunile piesei, de gradul de fineŃe cerut suprafeŃelor piesei turnate şi de precizia dimensiunilor.

- Lemnul este materialul cel mai folosit, deoarece este ieftin, are greutate specifică mică şi se prelucrează uşor. Modelele executate : rezistă la un număr relativ mic de formări, se deformează la uscare, absorb apă etc. Speciile lemnoase cele mai utilizate pentru confecŃionarea modelelor şi cutiilor de miez sunt de esenŃe foarte moi (pin, molid, anin), esenŃe moi (tei, mesteacăn), esenŃe semitari (fag şi stejar) şi esenŃe tari (arŃar, frasin, nuc şi păr).

Pentru a preveni deformarea modelului acesta se realizează prin suprapunerea mai multor straturi (scânduri), direcŃia fibrelor într-un strat fiind perpendiculară pe cea din stratul învecinat. Cu ajutorul unui model din lemn se pot executa 100 ... 2 000 de forme.

- Materialele metalice se folosesc pentru executarea modelelor şi a cutiilor de miez în cazul producŃiilor în serie mare şi în masă, deoarece au precizie dimensională mare, durabilitate mare şi suprafeŃe de lucru foarte netede. Ele sunt însă mai scumpe şi mai grele decât modelele din lemn.

Pentru executarea modelelor metalice se folosesc în general următoarele aliaje : aliaje de aluminiu, fontă, bronz, alamă etc. Durabilitatea modelelor metalice este de circa 70.000 de formări pentru aliaje de aluminiu, 120.000 pentru fontă şi 150.000 pentru bronz şi alamă.

Modelele şi cutiile de miez din ipsos, ciment şi beton se folosesc mai ales la turnarea pieselor mici şi mijlocii. Durabilitatea lor poate ajunge la 1.000 ... 1.500 de formări în cazul formării mecanizate şi la 100 ... 200 formări în cazul formării manuale.

Modelele din răşini sintetice sunt rezistente şi nu absorb apă. Ele au o durabilitate ridicată : 20.000 ... 30.000 de formări.

Calitatea pieselor turnate depinde în mare măsură de felul în care sunt proiectate şi executate modelele şi cutiile de miez.

Proiectarea se efectuează pe baza desenelor de execuŃie ale pieselor şi desenelor pieselor turnate, conform schemei (din fig. 5) în funcŃie de producŃia necesară se stabileşte dacă formarea se execută manual sau mecanizat.

Fig. 5. Schema proiectării modelelor şi cutiilor de miez.

PoziŃia de turnare se stabileşte în funcŃie de configuraŃia şi de complexitatea

piesei care se toarnă. La alegerea planurilor de separaŃie trebuie să se respecte următoarele condiŃii :

- planurile de separaŃie trebuie să fie orizontale sau verticale şi să permită extragerea modelului din formă fără distrugerea ei (fig. 6) ;

- forma trebuie să conŃină cât mai puŃine miezuri ;

Fig. 4. Modelul unui corp de robinet cu mărci (1).

- în timpul turnării piesei, suprafeŃele care se prelucrează trebuie să fie situate în partea de jos a formei sau lateral, deoarece suprafeŃele care se găsesc în partea de sus a formei sunt mai puŃin pure ; - metoda de formare ; - poziŃia de turnare ; - planul de separaŃie ; - înclinări si recomandări constructive ; - adaosuri de contracŃie ; - piesele mici şi cu configuraŃie simplă să se toarne într-o singură

semiformă.

Fig. 6. Stabilirea planului de separaŃie la turnarea unui corp de lagăr.

Prin înclinări constructive se înŃeleg pantele cu care se prevăd pereŃii verticali

sau alte porŃiuni ale pieselor turnate. Aceste înclinări sunt necesare pentru a uşura scoaterea modelului din formă sau a miezurilor din cutia de miez (demularea). Unghiul de înclinare a este cuprins între 1 şi 3°, fiind mai mare la modelele mici şi invers (fig. 7).

Fig. 7. Stabilirea înclinărilor constructive.

Prin racordări constructive se înŃeleg rotunjirile unghiurilor interioare între doi

pereŃi ai piesei turnate, în scopul prevenirii defectelor de turnare şi al uşurării executării formei. Racordările se indică pe desenul piesei turnate prin precizarea razei respective (R în fig. 7).

Adaosul de prelucrare reprezintă un surplus dimensional prevăzut la piesele turnate pe suprafeŃele care urmează să se prelucreze prin aşchiere (a în fig. 7). Mărimea adaosurilor de prelucrare se stabileşte în funcŃie de : calitatea materialului din care se toarnă piesa, dimensiunile şi complexitatea piesei, clasa de precizie a piesei, metoda de formare şi poziŃia suprafeŃei prelucrate în timpul turnării (în partea de jos a formei, lateral sau sus). Valorile adaosurilor de prelucrare sunt standardizate.

Adaosurile tehnologice reprezintă surplusuri de material prevăzute pe unele

suprafeŃe ale pieselor turnate şi cuprind: adaosuri la turnarea găurilor, sporuri de înclinare a pereŃilor piesei turnate, adaosuri suplimentare pentru fixarea piesei la prelucrarea mecanică, nervuri care previn crăparea piesei etc.

Adaosurile de contracŃie reprezintă un surplus dimensional prevăzut la model, cu scopul de a compensa contracŃia în stare solidă a piesei turnate. Pentru a asigura la temperatura ambiantă anumite dimensiuni pieselor turnate, acestea trebuie să fie prevăzute cu dimensiuni mai mari la temperatura de turnare a materialului metalic respectiv. O dimensiune liniară a modelului va trebui să fie :

+−

100

K1dd pm (1)

unde : dm este dimensiunea modelului, în mm ; dp - dimensiunea piesei, în mm ; K - contracŃia liniară, în %. Valorile contracŃiei liniare pentru câteva metale şi aliaje uzuale au fost indicate

în tabelul 4.1. Forma şi dimensiunile mărcilor precum şi jocurile necesare la montarea lor sânt standardizate (STAS 127-66).

REłELE DE TURNARE. METODE DE TURNARE

Rolul reŃelei de turnare şi elementele sale componente.

Ansamblul elementelor care servesc la introducerea metalului sau aliajului lichid

în cavitatea formei poartă numele de reŃea de turnare. ObŃinerea unor piese turnate bune, lipsite de defecte, este condiŃionată In mare

măsură de construcŃia reŃelei de turnare şi de modul de solidificare a metalului sau aliajului.

ReŃeaua de turnare are rolul de a conduce lichidul în formă, asigurând umplerea formei fără producere de stropi, vârtejuri etc., de a reŃine zgura şi alte impurităŃi nemetalice, astfel încât m forma să pătrundă numai aliajul curat, de a realiza o distribuire corectă a temperaturii în aliajul din formă, cu scopul asigurării unei răciri simultane sau dirijate a piesei turnate.

Dimensionarea şi amplasarea corectă a reŃelei de turnare influenŃează în mare măsură calitatea pieselor turnate. În scopul realizării economiei de metal, greutatea reŃelei de turnare trebuie să fie cât mai mică.

Fig. 8. Elementele reŃelei de turnare :

a - modelul reŃelei de turnare ; b - cupă ; c - bazin ; d - colectorul de zgură.

ReŃeaua normală de turnare (fig. 8, a) se compune din următoarele elemente :

pâlnia de turnare 1, prelungită cu un picior vertical 2, numit piciorul pâlniei, canalul de distribuŃie sau colectorul de zgură 3 şi alimentatoarele 4.

Pâlnia de turnare are rolul de a asigura un jet continuu ce curge în formă, precum şi de a reŃine parŃial zgura. Pentru piesele mici se foloseşte o pâlnie cu dimensiuni reduse şi cu formă conică (fig. 8, a), iar în cazul pieselor foarte mari un bazin (fig. 8, c).

Pentru ca pâlnia de turnare să reŃină parŃial zgura, ea trebuie să fie prevăzută cu un prag 2 (fig. 8, b), care sa Imprime jetului de aliaj lichid o mişcare de vârtej ; zgura, a cărei greutate specifică este mai mică decât a aliajului se ridica în centrul acestui vârtej, evitându-se pătrunderea ei în cavitatea formei.

În fig. 8, c bazinul este prevăzut cu o vergea metalică 1, având la un capăt fixată o bilă 2, care astupă orificiul de turnare. După umplerea bazinului cu aliaj lichid se deschide orificiul prin ridicarea tijei.

Piciorul pâlniei de turnare este un canal vertical, cu pereŃii uşor înclinaŃi (2 ... 4%); el conduce aliajul din pâlnie la canalul de distribuŃie.

Canalul de distribuŃie sau colectorul de zgură face legătura între piciorul pâlniei de turnare şi alimentatoare. Se executa în semiformă superioara şi are rolul de a distribui lichidul în diferitele părŃi ale piesei şi de a reŃine zgura. Aliajul ajuns aici îşi reduce mult viteza, aşa că zgura, care are o greutate specifică mai mică, se separă ieşind la suprafaŃă. Canalul de distribuŃie este de obicei orizontal şi în secŃiune transversală are formă trapezoidală. Pentru a putea reŃine zgura care a pătruns odată cu aliajul lichid, colectorul de zgură trebuie să fie în permanentă plin (fig. 8, d), ceea ce permite zgurii să se ridice în partea superioară.

În cazul unei producŃii de serie, în turnătoriile cu formare mecanizată şi turnare în forme crude, se aplică reŃele de turnare cu filtre (fig. 9), care asigură o umplere turnare cu filtru de liniştită a formei, precum şi o reŃinere mai bună a zgurii. zgură. Filtrul 1 este executat din materiale ceramice sau din nisip. Pâlnia de turnare cu filtru de zgură se recomandă pentru aliajele neferoase care prezintă tendinŃă de oxidare.

Fig. 9. ReŃea de turnare cu filtru de zgură

Canalele de alimentare sau alimentatoarele sunt acele canale prin care metalul

sau aliajul pătrunde în cavitatea formei. În secŃiune transversală ele au de obicei formă trapezoidală. Pentru a uşura detaşarea canalelor de alimentare de pe piesele din fontă, se execută o gâtuire a lor la distanŃe de 2. . . 3 mm de piesă.

Locul în care aliajul este introdus în piesă poartă numele de atac. La alegerea metodei de turnare şi a atacului, se Ńine seama de necesitatea realizării unei răciri uniforme a diferitelor părŃi ale .piesei. Pentru aceasta este necesară realizarea unei solidificări dirijate a aliajului turnat, astfel încât părŃile piesei care se solidifică mai repede să fie alimentate cu aliaj lichid din părŃile piesei care se solidifică mai târziu.

Aliajul se introduce de obicei prin părŃile subŃiri ale piesei, în părŃile groase ajungând aproape răcit, spre deosebire de părŃile subŃiri în care aliajul trebuie sa fie mai cald.

În tot timpul turnării, reŃeaua de turnare trebuie să fie plină cu aliaj lichid. Pentru aceasta, secŃiunile de trecere ale canalelor scad pe măsura apropierii de cavitatea formei, adică :

∑≥< cacdpp SSS (2)

unde : Spp - secŃiunea piciorului pâlniei ; Scd - secŃiunea canalului de distribuŃie; ∑Sca - suma secŃiunilor canalelor de alimentare.

ReŃeaua de turnare care îndeplineşte condiŃia de mai sus se numeşte reŃea convergentă şi este folosită la turnarea majorităŃii aliajelor (fonte, oŃeluri, unele bronzuri şi alame fără tendinŃă de spumare). Mai rar, în cazul turnării aliajelor pe bază de aluminiu şi magneziu precum şi al unor bronzuri şi alame cu oxidabilitate ridicată, se utilizează reŃeaua divergentă, care satisface inegalitatea. ∑≥< cacdpp SSS (3)

Metode de turnare.

Introducerea aliajului în cavitatea formei se poate realiza prin mai multe metode

de turnare, şi anume :

Fig. 10. Metode de turnare :

1 - canal de distribuŃie ; 2 - piesă. - pe sus (turnare directă sau în cădere). Această metodă asigură o umplere uşoară

şi economie de metal. in partea superioară a piesei se va afla aliajul cel mai cald, care va permite realizarea unei solidificări dirijate, de jos în sus. În fig. 10, a este reprezentată o turnare directă. Un caz particular îl prezintă alimentarea cu reŃea în ploaie, pentru piese înalte de tipul bucşelor (fig. 10, b). Dezavantajele acestei metode sunt erodarea formei la căderea jetului de aliaj turnat şi oxidarea jetului datorită formării picăturilor. Pentru a se evită aceste dezavantaje metoda de turnare directă se foloseşte la turnarea pieselor simple din oŃel, fontă, unele bronzuri şi alame. Aliajele uşor oxidabile (aliajele pe bază de Al, Mg etc.) nu se toarnă prin această metodă ;

- pe jos (turnare în sifon). Metoda asigură o umplere liniştită, nu produce stropi şi nici turbionări (fig. 10, c). Introducerea unei cantităŃi mari de aliaj într-un singur punct determină încălzirea excesivă a acelei părŃi a formei, din care cauză solidificarea piesei este neuniformă (nu se asigură solidificarea dirijată). Acest dezavantaj se poate diminua prin mărirea vitezei de turnare ;

- în planul de separaŃie. Metoda (fig. 10, d) asigură o execuŃie uşoară şi îmbină proprietăŃile metodelor anterioare ;

- cu alimentatoare etajate (fig. 10, e). Prin această metodă se urmăreşte realizarea avantajelor atât ale turnării directe cât şi ale turnării în sifon. Se aplică la turnarea pieselor care au înălŃimea mare în raport cu grosimea peretelui. Introducerea aliajului se realizează prin mai multe alimentatoare, situate la nivele diferite. Jetul de

aliaj pătrunde iniŃial în alimentatorul de la baza formei şi apoi, succesiv, prin celelalte alimentatoare, astfel încât partea superioară a piesei este alimentată cu aliajul cel mai cald. O variantă a acestei metode este turnarea cu alimentator în fantă (fig. 10, f ). Legătura între piciorul pâlniei şi cavitatea formei se stabileşte printr-un alimentator în formă de fantă, care asigură o solidificare raŃională a piesei.

Turnarea în forme durabile

Această metodă prezintă faŃă de turnarea în forme temporare şi semipermanente următoarele avantaje : - înbunătăŃirea calităŃii pieselor turnate - precizia mai mare a dimensiunilor pieselor turnate - micşorarea dimensiunilor maselotelor sau chiar înlăturarea lor completă - proces tehnologic mai scurt şi mai simplu - mărirea productivităŃii - reducerea preŃului de cost Dintre dezavantaje amintim : - difcultăŃi la turnarea pieselor cu pereŃi subŃiri, din cauza micşorării fluidităŃii

- tendinŃă de formare a crăpăturilor datorită lipsei de compresibilitate

- inexistenŃa permeabilităŃii la gaze a formelor metalice face ca în piese să apară sufluri

- durificarea suprafeŃelor pieselor turnate din fontă, datorită conductibilităŃii mari a

formelor

Turnarea prin aspiraŃie Metalul pătrunde în cavitatea formei datorită depresiunii create cu ajutorul unei pompe de vid. Metalul lichid este supus unei forŃe ascensionale umplând cavitatea matriŃei (formă metalică cu pereŃi subŃiri), care este permanent răcită cu apă pe suprafaŃă exterioară. În cazul în care depresiunea este menŃinută pînă la solidificarea completă a metalului, produsul rezultat este de tip bară. dacă după solidificarea unei anumite

cantităŃi de metal, de grosime determinată, se pune forma în legătură cu presiunea atmosferică, se obŃine un produs tubular. Prin acest procedeu se asigură şi evacurea gazelor şi sunt eliminate porozităŃile şi suflurile. Se pot turna piese de dimensiuni mici ca bucşe, inele, roŃi dinŃate din aliaje cu greutate specifică redusă datorită faptului că în formă poate fi menŃinută o cantitate de metal lichid cel mult egală cu forŃa ascensională corespunzătoare depresiunii create. Fig.11. Turnarea prin aspiraŃie

1.formă metalică 2.metal lichid 3.oală de turnare v

Turnarea continuă

La turnarea continuă introducerea metalului lichid în cavitatea formei şi extragerea piesei turnate se efectuează simultan, fără întrerupere. Se toarnă piese de tip bară sau Ńeavă cu productivitate mărită economic şi de calitate superioară. Înainte de introducerea metalului lichid în cavitatea formei, aceasta se obturează la partea inferioară cu o placă de bază care după solidifcarea metalului va constitui, prin construcŃia sa, un dispozitiv de tragere. În urma formării unei cruste solide de grosime suficientă, se imprimă piesei turnate, prin intermediul plăcii de bază şi a unor role de antrenare, o mişcare continuă de tragere. În urma răcirii secundare prin stropire cu apă în afara cristalizatorului are loc solidificarea completă. Foarte important este de a se stabili o corelare optimă a sistemului de turnare, construcŃia cristalizatorului, viteza de răcire primară şi secundară şi viteza de tragere, cu proprietăŃile materialului şi geometria piesei turnate. De obicei cristalizatorul se confecŃionează din Cu sau alamă având grosimea pereŃilor de 8-15 mm. Se toarnă, în special, semifabricate din aliaje neferoase (pe bază de Cu) şi materiale feroase (oŃeluri). Avantaje : calitatea bună a suprafeŃei cu structură fină şi omogenă, reducerea pierderilor, cheltuieli reduse. Dezavantaj : tensiunile interne datorită regimului intens de răcire forŃată.

Turnarea sub presiune Procedeul constă în introducerea sub presiune a metalului în stare lichidă (topită) într-o formă metalică (matriŃă). MatriŃele şi miezurile se construiesc din oŃeluri aliate cu W, Cr, C şi tratate termo-chimic (nitrurare, cremizare, fosfatare etc.) aplicate suprafeŃelor active. Pentru evacuarea aerului şi a gazelor, matriŃele sunt prevăzute cu canale de aerisire cu diametrul de 0,1...0,2 mm.

Fig.12. Turnarea continuă

1.cristalizator 2.cavitatea formei 3.placa de bază 4.role de antrenare 5.piesa turnată

Fig.13 Tehnologia turnării sub presiune

Maşinile de turnat sub presiune prezintă o acŃionare hidraulică sau pneumatică şi sunt construite în două variante : maşini cu piston cu cameră de compresiune caldă sau rece şi maşini cu compresor cu cameră de compresiune fixă sau mobilă. Presiunea de lucru este cuprinsă ntre 1000 şi 2000 at. Modul de lucru al acestei maşini constă în turnarea metalului dozat în camera de compresiune, deasupra pistonului a cărui poziŃie închide pătrunderea metalului în cavitatea formei. În momentul în care pistonul începe să execute presiune asupra metalului lichid din camera de compresiune, pistonul se retrage permiŃând pătrunderea metalului în cavitatea matriŃei. După introducerea metalului în matriŃă, pistonul parcurge cursa în sens invers, concomitent cu retragerea celuilalt piston, debitând astfel reŃeaua de turnare (pastila) după care urmează deschiderea matriŃei şi scoaterea piesei turnate.

Această metodă prezintă următoarele avantaje : precizie dimensională şi calitate a suprafeŃelor superioare, realizarea pieselor cu pereŃi subŃiri datorită creşterii fluidităŃii metalului turnat sub presiune şi productivitatea foarte mare, ajungând pînă la 1000 de piese/oră.

Turnarea centrifugală Procedeul constă în introducerea metalului lichid într-o formă metalică sau din amestec de formare ce se roteşte în jurul axei sale în poziŃie verticală sau orizontală. Datorită forŃei centrifuge metalul este proiectat pe pereŃii formei solidificându-se şi realizându-se astfel piese cu o configuraŃie cilindrică sau cu o configuraŃie complexă. În figură este prezentată metoda de turnare prin centrifugare cu ax vertical (a. şi b.) şi cu ax orizontal (c.)

a. b. c.

Fig.14. Metode de turnare prin centrifugare

Prin turnare centrifugă cu ax vertical se obŃin piese cu înălŃimi mici, ca de exemplu : capace, inele, bucşe, coroane pentru roŃi melcate, iar prin metoda cu ax orizontal se obŃin piese lungi, ca de exemplu, Ńevi, tuburi, conducte cu diametre mari, etc. În cazul rotaŃiei formei cu ax vertical fiecare particulă de metal este supusă la : acŃiunea gravitaŃiei G şi la forŃa centrifugă Fc, conform relaŃiilor :

F m x

G m g

c = ⋅ ⋅

= ⋅

ω 2

în care m este masa particulei de metal lichid, ωπ

=⋅n

30 viteză unghiulară, x este

distanŃa particulei în raport cu axa de rotaŃie, iar g este acceleraŃia gravitaŃională. În cazul rotaŃiei formei cu ax orizontal, pentru a obŃine o coroană circulară de metal solidificat este necesar ca forŃa centrifugă să depăşească forŃa de gravitaŃie G a particulelor de metal lichid:

Fc >> G sau

m r m g⋅ ⋅ >> ⋅ω 2 de unde rezultă :

ω 2 >>g

r

Procedeul prezintă următoarele avantaje: precizie dimensională şi calitatea suprafeŃelor superioare, economie de metal, prin eliminarea reŃelei de turnare, reducerea cheltuielilor de formare.

TURNAREA ÎN FORME-COJI OBTINUTE DIN AMESTECURI TERMOREACTIVE

La acest procedeu forma de turnare rezulta din asamblarea a doua coji subŃiri de amestec refractar, având configuraŃia piesei. ReŃeaua de turnare se obŃine odată cu cojile. Golurile interioare se obŃin cu ajutorul miezurilor-coaja. Amestecul din care se executa cojile este alcătuit din nisip cuarŃos de granulaŃie fină având ca liant o răşină sintetică termoreactivă (bachelita, novolac ). Prin încălzire, la temperatura de 80-90°C aceste răşini se topesc iar la temperatura de 100-180°C trec ireversibil în stare solida. Turnarea în forme-coji obŃinute cu amestecuri termoreactive este un procedeu de turnare cu precizie ridicata, care prezintă următoarele avantaje: economie de materiale de formare, reducerea adaosurilor de prelucrare mecanica, suprafeŃele pieselor turnate sunt foarte curate, iar precizia dimensionala mare, productivitatea ridicata. Dezavantajele procedeului sunt: se pot turna numai piese cu masa mica si cu configuraŃie simpla ( modelele pot avea numai o suprafaŃa de separaŃie, încât sa se permită montarea pe placi-model) se aplica numai în cazul producŃiei de serie mare sau în masa, costul ridicat al liantului. Executarea semiformelor-coji. În figura 1 este prezentata succesiunea operaŃiilor de executare a semiformelor-coji; - placa-model 1, încălzită la 2500...300°C într-un cuptor, se aduce în contact cu un rezervor 2, cu amestec termoreactiv (fig. 1, a);

- contactul (timp de 20-30 s) dintre placa-model si amestecul termoreactiv se realizează prin căderea libera a amestecului obŃinută prin răsturnarea rezervorului (fig. 1, b) Prin topirea răşinii sintetice, pe suprafaŃa plăcii-model se formează o coaja 3, cu grosimea de 4 -15 mm.

Fig. 1. Schema procesului tehnologic de obtinere a formelor-coji cu liant termoreactiv.

- prin readucerea rezervorului în poziŃia iniŃiala (fig. 1, c) coaja cruda rămâne pe placa-model, iar amestecul care a fost la distanta mai mare de placa decât grosimea cojii, deci nu a reacŃionat termic, cade în rezervor; - întărirea cojilor se face prin încălzirea 1a temperatura de 300 - 350°C timp de 2 - 8 minute introducându-se împreuna cu placa-model într-un cuptor ; - scoaterea cojilor de pe plăcile-model se face cu ajutorul unor tije extractoare 4 prevăzute pe placa-model. Executarea miezurilor. Pentru executarea miezurilor se folosesc cutii de miez, metalice, încălzite la 250°C, în care se sufla amestec termoreactiv. Asamblarea, solidarizarea, împachetarea, turnarea. Se aşează miezurile în semiformele-coji. Semiformele-coji sunt prevăzute cu dornuri, respectiv găuri de centrare pentru asamblare. Solidarizarea se face cu şuruburi, cleme elastice 5 sau prin lipire cu ulei (fig. 1,d). Împachetarea semiformelor-coji se face în nisip sau alice de fonta cu scopul evitării spargerilor în timpul turnării (fig. 1, e). După împachetare urmează turnarea, dezbaterea si curăŃirea pieselor obŃinute.

TURNAREA ÎN FORME-COJI OBłINUTE CU MODELE UŞOR FUZIBILE

Modelele uşor fuzibile sunt executate din materiale care se topesc la temperaturi scăzute (100 - 105°C) ca: amestec de stearina cu parafina, ceara de albine etc. Turnarea în forme-coji obŃinute cu modele uşor fuzibile este cunoscuta si sub denumirea de turnare de precizie. Acest procedeu prezintă o serie de avantaje, dintre care mai importante sunt: se obŃin piese turnate cu configuraŃie complicata din orice material metalic turnabil; se reduc sau se elimina adaosurile pentru prelucrare mecanica; precizie dimensionala mare, calitate superioara a suprafeŃelor pieselor; utilajul folosit este relativ simplu, productivitatea este mare.

Dezavantajele procedeului sunt: se toarnă numai piese cu masa mica (de la câteva grame până la câteva kg), matriŃele pentru executarea modelelor au preŃ de cost ridicat, materialele uşor fuzibile sunt scumpe. Procesul tehnologic de obtinere a pieselor turnate prin acest procedeu consta din următoarele operaŃii: Executarea modelelor uşor fuzibile. Aceasta consta din presarea amestecului fuzibil într-o matriŃa, de obicei metalica, care conŃine una sau mai multe cavităŃi având configuraŃia piesei. În figura 2, a este reprezentata matriŃa pentru obŃinerea modelelor fuzibile, identice cu piesa, reprezentata în figura 2, b. Modelul piesei este ataşat unui inel 1 care va servi la înciorchinare. După 1 - 2 minute de la terminarea presării, se deschide matriŃa, se scot modelele, care se prezintă unite cu un gel si se introduc în apa rece, pentru întărire.

Fig. 2. Schema procesului tehnologic de obtinere a formelor-coji cu modele uşor

fuzibile. Înciorchinarea modelelor fuzibile. Piesele obŃinute prin procedeul de formare cu modele fuzibile fiind mici, se toarnă în ciorchine, asociindu-se la o reŃea de turnare comuna. Modelele obŃinute se asamblează, prin intermediul inelului central, pe o tija de înciorchinare 2 (fig. 2, c), executata din aliaje uşoare si prevăzută cu modelul pâlniei de turnare 3. Executarea formelor-coji. Aceasta cuprinde următoarele faze de lucru: - degresarea

- introducerea ciorchinelui de modele fuzibile într-o baie de apa cu săpun ceea ce favorizează aderarea vopselei refractare pe modelele fuzibile; - cufundarea ciorchinelui într-o vopsea refractara, alcătuita din 50% nisip cuarŃos fin măcinat si calcinat si 50% silicat de sodiu ca liant. La trecerea din stare lichida în stare solida, liantul formează un gel care prin întărire da rezistenta cojii; - presărarea cu nisip fin care împiedica scurgerea vopselei refractare de pe modele si ajuta la formarea crustei;

- introducerea tijei cu ciorchinele într-o baie cu soluŃie 24% NH4Cl, ceea ce duce la următoarea reacŃie:

0H 2NH 2NaC1 mSi0 C12NH mSi00Na 232422 +++=+⋅

Clorura de amoniu reacŃionează cu silicatul de sodiu favorizând precipitarea

silicei gel. Ciorchinele de modele fuzibile s-a acoperit astfel cu un prim strat refractar

Pentru a se realiza grosimea prescrisa a formelor-coji, ciorchinele se acoperă cu 3 ...6 straturi refractare, prin repetarea ultimelor trei faze de lucru. Formele-coji se lasă pentru întărire în aer 2 . . . 12 ore. Eliminarea modelelor fuzibile din formele-coji. Aceasta faza se executa după scoaterea tijei de înciorchinare, prin introducerea într-un mediu cald (aburi sau aer). Amestecul uşor fuzibil se recuperează. Uscarea. Formele coji se lasă pentru uscare timp de 2....3 ore la temperatura de 180 ... 200°C. Împachetarea si calcinarea formelor-coji, turnarea. Împachetarea se face pentru consolidare si consta din introducerea formelor coji în cutii metalice cu nisip de granulaŃie mare, la fel ca la procedeul anterior (fig. 2, d). Calcinarea se face într-un cuptor la temperatura de 900°C în scopul arderii urmelor de amestec fuzibil si terminării operaŃiei de întărire. Turnarea aliajului se face în formele deja calde (700°C). După răcire urmează dezbaterea şi curăŃirea pieselor.