livenje

TEHNIČKA ŠKOLA ŠKOLSKA 2012/'13

ZENICA

MATURSKI RAD

Predmet: Konstrukcija alata

Tema: „Obrada metala livenjem“

Učenik: Mentor:

Lužić Ibrahim Jahić Jasminka dipl. ing.

SADRŽAJ

1. UVOD.....................................................................................................3

2. GLAVNI DIO.........................................................................................4

2.1. Svojstva materijala za livenje..............................................................4

2.2. Tehnološki postupci livenja................................................................4

2.3. Livenje u pješčanim kalupima............................................................4

2.3.1. Materijali za izradu pješčanih kalupa.............................................6

2.4. Livenje pod pritiskom.........................................................................7

2.5. Gravitaciono livenje............................................................................8

2.6. Centrifugalno livenje.........................................................................10

2.7. Neprekidno livenje.............................................................................12

3. ZAKLJUČAK........................................................................................13

LITERATURA..........................................................................................14

2

1. UVOD

Za maturski rad dobio sam temu obrada metala livenjem. Livenje je postupak obrade metala bez skidanja strugotine. Livenje predstavlja tehnologiju oblikovanja metalnih predmeta 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 i nepravilnim kanalima. Livenje se takođe koristi i za ekonomčniju izradu mašinskih dijelova i elemenata. Savremena tehnologija i modernija oprema za livenje omogućava dobijanje odlivaka različitih dimenzija, tačnosti i kvaliteta površine, čime je potreba za naknadnom mehaničkom obradom sve manje prisutna.

Sl. 1. Primjer livenja

2. GLAVNI DIO

3

2.1. Svojstva materijala za livenje

Gotovo sve vrste metala i njihovih legura mogu da se oblikuju livenjem. Ipak, najširu primjenu imaju metali i njihove legure čije osobine i karakteristike odgovaraju procesu livenja. Najvažnije osobine metala i legura koje dolaze do izražaja pri livenju jesu stepen livkosti i promjena zapremine pri hlađenju. Naročito dobru livkost imaju sivo liveno gvožđe, cink, kalaj i olovo, kao i većina legura obojenih metala. Slabije se liju čelik, aluminijum i bakar. Mnogi metali i legure znatno mijenjaju zapreminu prilikom prelaska iz tečnog u čvrsto stanje. Zato su kalupi za livenje uvijek za onoliko veći za koliko se dotični materijal sakuplja pri hlađenju: za sivo liveno gvožđe 1%, bijelo liveno gvožđe do 2,5%, čelik 2%, bronza i mesing 1,5%, legure lakih metala 1,25% itd.

2.2. Tehnološki postupci livenja

Tehnološki postupci livenja koji se primjenju u procesu proizvodnje su:

1. Livenje u pješčanim kalupima2. Livenje pod pritiskom3. Gravitaciono livenje4. Centrifugalno livenje5. Neprekidno livenje

2.3. Livenje u pjesščanim kalupima

Za izradu kalupa potrebni su modeli koji se izrađuju u modelarnici najčešće od drveta i metala. Najčešće i najkvalitetnije drvo za izradu modela je lipa. Ako odlivak ima unutrašnju šupljinu, koriste se jezgrenici za izradu jezgara. U odjeljenu za kalupovanje livnice, pomoću modela i jezgrenika izrađuju se kalup i jezgro koje je uglavnom od pjeska određene vrste i kvaliteta, uz još neki dodatak. Na pločama za kalupovanje se postave odgovarajući modeli, koji se zapraše prahom koji se zove likapodijum. Zaprašivanje se vrši da se vlažan pjesak ne bi zalijepio za model. Zatim se kalupna mješavina ručnim nabijačima ili pomoću kaluparskih mašina sabija u metalne okvire tzv. kalupnike. Nakon sabijanja pjeska obezbjede se kanali za odvođenje gasova iz kalupa (zvani odušci) koji mogu da prouzrokuju poroznost odlivaka i samim tim ga učine neupotrebljivim. Tako sabijen jedan dio

4

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 hlađenja odlivaka. Slijedeća operacija je sabijanje pjeska u gornjem delu kalupa. Kada se i ova operacija završi kalupi se rastave i iz njih izvade modeli. Ako odlivak ima i neku unutrašnju šupljinu u kalup se ulaže jedno ili više prethodno pripremljenih jezgara. Pri nalivanju rastopljenog metala kalup se mora potpuno sklopiti, tako da obrazuje čvrsto nalijeganje. Tada se kroz čašu i kanale ulivnog sistema liv uliva u ulivnu šupljinu kalupa.

Sl. 2. Livenje u pješčane kalupe

Karakteristike procesa:

− produktivnost: od 1-60 kom/h, zavisno od veličine odlivka,

− priprema procesa: nekoliko dana do nekoliko nedelja,

− veliki je gubitak materijala (20-50%), ali se otpadak može iskoristiti,

− koristi se i za pojedinačnu i maloserijsku (drveni modeli), srednjeserijsku i velikoserijsku proizvodnju (metalni modeli),

− troškovi alata: niski,

− cijena opreme: niska

5

− troškovi radnika: umjereni do visoki, rad je naporan,

− naknadna obrada: po pravilu ide čišćenje odlivka i mašinska obrada.

Konstrukcione karakteristike dobijenog predmeta:

− veoma složeni predmeti,

− važno je pravilno oblikovanje ulivnog sistema i postavljanje podione ravni,

− dodaci za mašinsku obradu: 1,5-6 mm,

− težina odlivaka: od 20 g do 400 t,

− kvalitet površine: loš, srednja površinska hrapavost: 3,2-50 μm Ra,

− ostvarene tolerancije mijera: od ±0,5 mm do nekoliko mm, zavisno od dimenzija odlivka i vrste materijala.

2.3.1. Materijali za izradu pješčanih kalupa

Za razliku od metalnih kokila, koji mogu izdržati i do 100.000 ulivanja, peščani kalupi se koriste za jednokratnu upotrebu. Kalupi za jednokratnu upotrebu izrađuju se od mješavine pjeska, veziva i dodataka. Za izradu kalupa najčešće se upotrebljava mješavina kvarcnog pjeska i gline. Dodatkom vode mješavini dobijaju se tražene osobine od kojih su najvažnija: propustljivost, čvrstoća, vatrostalnost na temperaturi od 1300 do 1600ºC, i kalupljivost. Ove osobine omogućuju oblikovanje i zadržavanje oblika. Za izradu kalupa koriste se slijedeće vrste pijeska: kvarcni pijesak, olivinski pijesak, hromitni pijesak i cirkonski pijesak. Glina vezuje zrnca pijeska i daje kalupnoj mješavini čvrstoću i plastičnost. Vrste glina koje se upotrebljavaju u livnicama kao vezivo su vatrostalne gline i bentoniti. Takođe se za vezivanje i mješavinu koriste voda, gips, beton, drvena piljevina, ugljenični prah itd.

2.4. Livenje pod pritiskom

6

Rastopljeni metal se ulije pod visokim pritiskom u tačno izrađenu šupljinu čeličnog alata koju u otpunosti ispunjava. Metal se nalazi sve vrijeme pod dejstvom visokog pritiska sve do stvrdnjavanja. Odlivci imaju glatku površinu, dobru strukturu i tačne dimenzije. Livenjem pod pritiskom odlivci se izrađuju brzo jedan iza drugog i tako se dobije serija odlivaka koji po karakteristikama i dimenzijama kao i po obliku međusobno ne razlikuju.Mašine za livenje pod pritiskom mogu biti:

1. Sa toplom komorom (topljenje metala je u sklopu mašine) – pritisna komora se nalazi uronjena u liv. Pritisak se u komori prizvodi pomoću klipa ili komprinovanim vazduhom, koji potiskuje liv u kokile. U ovakve mašine tope se legure kalaja, cinka, olova i drugih, čije temperature ne prelaze 450ºC.

2. Sa hladnom komorom (kada je topljenje metala odvojeno) – nemaju toplotnu komoru, pa se rastopljeni metal može ohladiti i preći u testasto stanje. Liv ulazi pod velikim pritiskom u ulazni kanal u kokilu, zatim se potiskuje testasti liv u kokilu, pa se nakraju pomoću izbacivača i klipa vadi odlivak iz kokile.

Legure sa niskim temperaturama topljenja (legure Zn i Pb) liju se najčešće na mašinama sa toplom komorom, dok ostale legure (legure Al i Cu) se liju na mašinama sa hladnom komorom.


1. produktivnost: do 200 kom/h,2. priprema procesa: nekoliko mjeseci,3. iskorištenost materijala visoka, otpadni materijal se može pretopiti,4. koristi se za velikoserijsku proizvodnju; najmanje količine su 10.000

komada,5. proces je složen, visoka temperatura topljenja nekih metala može izazivati

teškoće u procesu i povećano habanje alata,6. troškovi alata: visoki,7. cijena opreme: visoka,8. troškovi radnika: niski do srednji,9. naknadna obrada: mala.


7

1. složenost oblika velika,2. važno je pravilno postaviti podionu ravan,3. mehaničke osobine dobre,4. težina odlivaka: od 10 g do 50 kg, obično do 5 kg,5. kvalitet površina odličan, srednja površinska hrapavost: 0,4-3,2 µm Ra,6. ostvarene tolerancije mjera: od ±0,05 mm do 1 mm, zavisno od dimenzija

odlivka ivrste materijala.

Sl. 3. Livenje pod pritiskom

2.5. Gravitaciono livenje

Gravitaciono livenje u kokile (ulivanje u metalne kalupe) ima veoma široku primjenu u izradi aluminijumskih odlivaka. Odlivci liveni gravitaciono primjenjuju se u svim granama mašinstva (motori sa unutrašnjim sagorijevanjem, gasna tehnika, brodogradnja itd.). U odnosu na druge postupke livenja imaju određene prednosti, te veoma su rasprostranjeni.

U poređenju sa ulivanjem u peščane kalupe ulivanje u kokile ima sledeće prednosti:

1. Bolje mehaničke karakteristike - (brže odvođenje toplote omogućuje hlađenje za kraće vrijeme i formiranje sitnozrnaste strukture)

8

2. Tačnost dimenzija i oblika je veća, kao i kvalitet površine (manji dodaci za obradu)

3. Ekonomičnija proizvodnja

U poređenju sa livenjem pod pritiskom prednosti su:

1. Jednostavniji i jeftiniji alati - prema tome primjena i kod manjih serija je ekonomična

2. Bolje mehaničke osobine materijala - (sitnozrnasta bez šupljina od uključenih gasova)

3. Nisu ograničene dimenzije i masa odlivaka4. Komplikovanost oblika zbog mogućnosti kombinacija pješčanih i metalnih

jezgara su neograničene.

Nedostaci livenja u kokilama:

1. Izrada alata je opravdana samo za dovoljan broj komada2. Izrada metalnog kalupa (kokile) više puta je duža od izrade modela za

kalupovanje u pijesku3. Troškovi ostvarenja proizvodnje su relativno veliki.


−produktivnost: od 5-100 kom/h,

−priprema procesa: nekoliko nedelja,

−iskorištenost materijala visoka, malo je otpadnog materijala,

−koristi se za velikoserijsku proizvodnju; najmanje količine su 500-1000 komada,

−troškovi alata: srednji

−cijena opreme: srednja,

−troškovi radnika: niski do srednji,

−naknadna obrada: mala do srednja.


−složenost oblika ograničena mogućnošću lakog vađenja iz kokile,

9

−dodaci za mašinsku obradu: 0,8-1,5 mm,

−težina odlivaka od 100 g do 300 kg, najpovoljniji su mali odlivci do 5 kg,

−kvalitet površine dobar, srednja površinska hrapavost: 0,8-6,3 µm Ra,

−ostvarene tolerancije mera: od ±0,25 mm do nekoliko mm, zavisno od dimenzijaodlivka i vrste materijala.

Sl. 4. Gravitaciono livenje

2.6. Centrifugalno livenje

Centrifugalno livenje je postupak kojim se liju rotaciona tijela korištenjem principa centrifugalne sile. Centrifugalna sila nastaje obrtanjem kokile, i tada dolazi do raspodjela rastopljenog metala po zidovima ulivne šupljine. To omogućava izradu šupljih rotacionih tijela čija je osa simetrije – osa rotacije. Za stvaranje centrifugalne sile koriste se kalupi koji se okreću ili oko svoje horizontalne ili oko svoje vertikalne ose. Mašine kod kojih se kokile obrću oko vertikalne ose služe za dobijanje manjih odlivaka kod kojih je visina manja od prečnika. Kod mašina kod kojih se kalup okreće duž svoje horizontalne 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 cijena odlivka je niža u odnosu na druga livenja što pospješuje ekonomičniju potrošnju i povećanje reproduktivnosti.

10


1. produktivnost: i do 50 kom/h,2. priprema procesa: nekoliko nedelja,3. iskorištenost materijala visoka, jer nema ulivnog kanala i napojnika,4. koristi se za velikoserijsku proizvodnju, ali može i za manje serije,5. troškovi alata: srednji,6. cijena opreme: srednja do velika,7. troškovi radnika: niski do srednji,8. naknadna obrada mala, obavezna obrada unutrašnjih površina.

Konstruktivne karakteristike dobijenog predmeta:

1. složenost oblika ograničena,2. dodaci za obradu: 1,5-6 mm,3. dobre mehaničke osobine,4. veličina odlivka: od φ0,25 m do φ1,8 m,5. kvalitet površine dobar, srednja površinska hrapavost: 1,6-12,5µm Ra,6. ostvarene tolerancije mjera: od ±0,1 mm do ±1 mm, zavisno od dimenzija

odlivka.

Sl. 5. Centrifugalno livenje

11

2.7. Neprekidno livenje

Pri postupku neprekidnog livenja rastopljeni metal se neprekidno i ravnomjerno uliva iz lonca u metalni kalup koji je sa jedne strane hlađen vodom. Rastopljeni metal se u obliku očvrslog metalnog proizvoda izvlači sa druge strane kalupa. Ovaj postupak obezbjeđuje izradu odlivaka različitih oblika. U metalurgiji a naručito pri proizvodnji valjkastog proizvoda korištenjem ovog postupka postiže se velika ušteda materijal i vremena. U savremenim čeličanama primjenjuje se neprekidno livenje. Čelik se iz metalurške peći odmah odliva u poluproizvode. Neprekidno livenje se u praksi naziva i kontinualno ili kont-livenje. U metalurgiji i livarstvu postupak neprekidnog livenja se sve više primenjuje. Neprekidnim livenjem može se ostvariti veća produktivnost i veća ekonomičnost u poređenju sa drugim postupcima livenja.

Sl. 6. Proces neprekidnog livenja

12

3. ZAKLJUČAK

Livenje je postupak obrade koji se i danas koristi u mnogim tvornicama za dobijanje proizvoda jednostavnog i složenog oblika. To je obrada koja se odvija bez skidanja strugotine. Ponekad zbog nepravilnosti izrađenosti kalupa može doći greške pri izradi gotovih proizvoda tj. mogu da budu šupljine i nepravilnosti. Primjene livenja su različite pa npr. imamo primjenu livenih dijelova u brodogradnji gdje se postiže pojednostavljenje konstrukcija, u automobilskoj industriji liveni dijelovi se koriste kao blokovi, glave i klipovi motora itd.

13

LITERATURA:

Tehnologija obrade: za II razred srednjih mašinskih stručnih i srodnih škola; Autori: Smajo Ćorović, Miralem Andelija, Mehmed Kijamet

14

livenje

Documents