Turnarea Sub Presiune

Cuprins

I. Turnarea sub presiune. Duraluminiul……………………………………………………………………………… 3

II. Noțiuni introductive despre masinile de turnare si matrițe………………………………………….. 5

III. Materiale din care sunt făcute matritele. 1.2343…………………………………………….

IV. Difuzorul de turnare. …………………………………………………………………………………

V Tehnologii de reconditionare………………………………………………………………………

VI. Concluzii…………………………….

Bibliografie

CAPITOLUL I

Turnarea sub presiune. Duraluminiul.

Turnarea la presiune ridicată reprezintă un procedeu de turnare special, care se caracterizează prin particularitatea că aliajul lichid este introdus în amprenta piesei din formă de turnare prin injectare sub acțiunea unei suprapresiuni mari, realizate mecanic. Aliajul lichid este dozat volumetric și este introdus într-un cilindru (camera) de presare, de unde este injectat în formă de turnare cu ajutorul unui piston acționat mecanic. Este posibil ca injectarea să se realizeze și prin intermediul unui gaz sub presiune ridicată. Forma este o matriță metalică și are o construcție specială, de cele mai multe ori fiind răcită forțat. Datorită presiunii ridicate aliajul intra în amprenta piesei din formă cu viteză foarte mare, iar timpul de umplere este foarte scurt.

1.1Aplicabilitate

Turnarea la presiune ridicată permite să se obțină piese cu dimensiuni foarte precise și cu o rugozitate a suprafețelor foarte ridicată, ceea ce face ca piesele turnate prin acest procedeu să poată fi utilizate direct fără operații ulterioare de finisare. Procedeul de turnare este limitat la turnarea pieselor din aliaje neferoase cu temperatură mică de turnare (aliaje pe bază de Al, Sn, Pb, Zn) și de mase relativ mici și mijlocii (până la 150 kg/buc.). Datorită vitezei foarte mari de umplere a amprentei piesei din forma acest procedeu permite să se toarne piese cu pereți foarte subțiri (chiar sub 1 mm) și reprezintă singura posibilitate de obținere a pieselor cu pereți cu grosime mică și suprafața mare. Datorită costului ridicat al matrițelor procedeul este rentabil numai la producție de serie mare.

1.2 Avantaje economice si tehnologice

Acest procedeu de turnare prezintă mai multe avantaje tehnico-economice care decurg din viteză mare de umplere a formei de turnare și din caracterul permanent al formei de turnare.

Principalele avantaje sunt următoarele:

– Excluderea operațiilor de formare, cu toate aspectele legate de acestea în ceea ce privește consumul de materiale și manopera;

– Calitate superioară a suprafețelor pieselor turnate;

– Precizie dimensională foarte ridicată a pieselor turnate cu implicații privind reducerea costurilor prelucrărilor ulterioare;

– Asigurarea unor condiții de microclimat mai bune în atelierele de turnare ca urmare a reducerii considerabile a cantității de gaze degajate la turnare;

– Productivitate ridicată;

– Posibilități de mecanizare și automatizare;

– Posibilitatea turnării unor piese cu pereți foarte subțiri și structuri complexe.

Procedeul implica însă și dezavantaje care limitează extinderea lui. Menționez următoarele dezavantaje:

– Cost ridicat al matrițelor care face că procedeul să fie economic numai în cazul unor producții de serie;

– Rezistență mare a formei care se opune contracției piesei la răcire după solidificare și care poate să determine fisurarea pieselor;

– Tendința mare de apariție a suflurilor exogene în piesele turnate ca urmare a turbulentei mari la umplerea formei și a dificultății de evacuare a aerului din formă în timpul de umplere foarte scurt;

– Investiții mari în instalații de turnare specializate;

Capitolul II.

Noțiuni introductive privind masinile de turnare si matrițele

Mașinile de turnare sub presiune pot fi clasificate în două grupe mari:

1. Sisteme cu camera caldă:

Dacă metalul procesat are o temperatură scăzută de topire, pistonul și cilindrul de presiune sunt introduse direct în creuzetul de topire și ambele sunt solicitate termic de temperatura metalului topit. Aceste sisteme se utilizează doar pentru aliaje cu punct de topire scăzut: plumb, staniu, zinc și uneori aluminiu.

2. Sisteme cu cameră rece:

Dacă metalul procesat are o temperatură ridicată de topire, acesta se introduce în stare lichidă în cilindrul de presare și un piston îl împinge în matrița. Creuzetul cu metalul topit nu este conectat direct cu mașina de turnare. La acest sistem camera metalului topit este mai puțin solicitată termic.

Fig. 1 Mașina de turnare Yinshan J215A cu cameră caldă

Fig.2. Schita masina de injectie

Alegerea oțelului pentru matrița este un factor vital la proiectarea sculelor. Acest oțel trebuie să prezinte următoarele caracteristici de bază:

– Coeficient termic de dilatare scăzut

– Conductivitate termică ridicată

– Stabilitate bună la temperaturi de revenire

– Rezistența la fluaj

– Ductilitate și tenacitate

– Rezistența mecanică mare la cald

Alegerea materialelor pentru matrițele de turnare sub presiune se face ținând seama de tipul metalului ce urmează a fi turnat și de volumul producției. Matrițele pentru aliajele de aluminiu întâmpina condiții mai severe de exploatare comparativ cu cele pentru metale cu punctul de topire mai scăzut, că staniu sau zinc.

2.1 Factori care condiționează durata de viață a matrițelor de turnare sub presiune:

Durata de viață a matriței depinde de trei factori importanți:

1. Întreținerea:

– Preîncălzirea matriței; temperatura optimă este între: 150-350 C

– Controlul apei de răcire: apă trebuie să fie preîncălzita, pentru a se evita apariția condensului și trebuie să fie în circuit închis. (ulei)(temperare în ulei în instalație cu circuit închis)

– Controlul temperaturii matriței: după atingerea valorii optime, aceasta trebuie să fie menținută în intervalul optim: +- 6 C

– Ungerea: nu există un lubricant cu performanțe egale pentru toate tipurile de aliaje turnate

– Temperatura metalului lichid

– Controlul compoziție chimice a metalului turnat

– Temperatura de injectare, presiunea, timpul și viteza de injectare

– Detensionare matriteila intervale regulate

– Valoarea sarcinilor aplicate

– Tipul mașinii

2. Execuția matriței de turnare:

– Forma cavității, canalele de răcire, pâlniilor de alimentare

– Existența colturilor și muchiilor ascuțite: este preferata utilizarea de valori mari de racordare

– Parametrii de lucru la mașinile de prelucrare și la cele de electroeroziune să fie corect stabiliți

– Îndepărtarea suprafeței rămase după electroeroziune, îndepărtarea " stratului alb "

– Recoacerea de detensionare pentru îndepărtarea tensiunilor de prelucrare înainte de o nouă prelucrare

– Finisarea suprafeței: contează foarte mult starea finală a suprafeței: nitrurata, acoperită, sablata cu alice, polizata, lustruită sau frezată

3. Marca oțelului și tratamentul termic:

– Alegerea corectă a oțelului

– Utilizarea de materiale de bună calitate, cu conținuturi scăzute de Sulf și Fosfor, cu o distribuție uniformă a carburilor, cu un grad redus de segregații etc.

– Stabilitate la temperaturi de revenire, rezistenta mecanică la temperaturi ridicate, conductivitate, dilatare termică

– Stabilitate la temperaturi de revenire, rezistenta mecanică la temperaturi ridicate

– Nivelul durității

– Selectarea corectă a parametrilor tratamentului termic și numărul de reveniri aplicate

– Mediul de călire și viteza

Designul matriței este un exemplu privind influență asupra duratei de utilizare.

Forma cavității are cea mai mare influență. Liniile și planele de separație, canalele de răcire, cavitățile, pâlniile, barajele și ghidajele sunt alți parametrii care contează în proiectarea matriței. Este foarte important să fie luată în considerare poziția și distanța dintre canalele de răcire și

cavitate.

O setare incorectă poate conduce la apariția de tensiuni termice și fisuri.

Fig 3 Secțiune matriță de turnare sub presiune aluminiu

Capitolul III

Materiale din care sunt făcute matrițele

Oteluri de scule pentru lucru la cald:

Multe operații de deformare: laminare, forjare, stanțare, forfecare, au loc la temperaturi înalte. Otelurile de scule pentru lucru la cald au fost create pentru acest fel de operații ce se desfășoară în condiții de temperatură, presiune și uzura.

Principalele proprietăți ale oțelurilor de scule pentru lucru la cald sunt:

– Menținerea proprietăților mecanice la temperaturi ridicate (stabilitate la temperaturi de revenire, rezistenta la temperaturi ridicate, rezistenta la șocuri termice etc.)

– Mare rezistență la temperaturi ridicate

– Conductivitate termică ridicată

Aceste proprietăți se obțin prin controlul prezenței în compoziția chimică a unor elemente precum Crom, Molibden, Nichel, Vanadiu și Cobalt în anumite procente. Alegerea mărcii de oțel corespunzătoare, prelucrarea îngrijită și aplicarea unui tratament termic adecvat conduce la obținerea unor performanțe îmbunătățite ale sculelor. Parcurgerea etapelor menționate fără un control atent conduce inevitabil la apariția fisurilor, spargerea sculelor sau la uzura lor prematură.

EFS (Extra Fine Structure = Structura Extra Fină):

Otelurile EFS prezintă proprietăți aproape izotropice pe toată secțiunea. Pe fluxul de producție se face un tratament termic special prin care se reduc microsegregatiile aproape total. În acest fel se obține o durată de viață mai lungă a matrițelor de turnare. Avantajele acestor tipuri de oțel sunt:

– Distribuție uniformă a elementelor de aliere

– Un conținut de Sulf foarte scăzut, prin care se evita fragilitatea granulara

– Structura de recoacere foarte uniforma

– Se obține cea mai bună structura înaintea tratamentului de călire (distanța scurtă de difuzie)

REZ (Rafinare Electrică sub Zgură)

Producția și utilizarea otelurilor REZ este în continuă creștere. Prin această tehnologie un produs turnat convențional este retopit sub un strat de flux special (zgura sintetică) pentru rafinare. Lingourile REZ obținute prezintă un grad foarte ridicat de puritate, cu o structură granulara omogena, lipsită aproape e în totalitate de segregații.

Otelurile 1.2343 și 1.2344 folosite la matrițe de dimensiuni mari sunt foarte des produse în varianta EFS+REZ. Difuzorul de turnare din matrița de turnare sub presiune aluminiu care face obiectul acestui studiu este executat din oțel de scule pentru lucru la cald 1.2343 (DIN).

Otelul 1.2343 :

Compoziția chimică :

Este un oțel de scule la cald cu excelentă tenacitate combinată cu o stabilitate termică mare, rezistență mare la șocuri termice, bună conductivitate termică, bună sudabilitate, coeficient relativ mic de dilatare.

Se folosește la : matrițe de turnare sub presiune , matrițe de forjare , scule de extruziune , cilindri si șuruburi pentru injecții materiale plastice , cuțite de fâșiere la cald.

Tratamente termice aplicate materialului :

-Recoacere de înmuiere

-Detensionare

-Durificare

Fig. 4 Diagrama tratamentului termic

Fig. 5 Diagrama de revenire

Capitolul IV

Difuzorul de turnare

Fig. 6 Proiectare difuzor (vedere laterală)

Fig. 7 Proiectare difuzor (vedere din spate)

Fig. 8 Proiectare difuzor (vedere de sus)

Fig. 9 Proiectare difuzor (vedere față)

Fig. 10 Proiectare difuzor (vedere de jos)

Fig. 11 Proiectare difuzor (secțiuni)

Fig.12 Proiectare difuzor (vedere în ansamblu)

Etapele prelucrării difuzorului de turnare din matriță de turnare sub presiune sunt conform următorului plan tehnologic:

Operația 1: Debitare piesă din bară la lungime cu adaos de prelucrare.

Operația 2: Strunjire EBOS cu adaos 0,25 mm/raza

Operația 3: Găurire, se execută aplatisarea și găurile de prindere, răcire;

Operația 4: Filetare: pe banc

Operația 5: Frezare EBOS: se execută profilul de sus, conicitatea cu adaos de 0,3 mm/raza (CNC)

Operația 6: Tratamentul termic, preferabil în atmosfera controlată/vid 44-46 HRC

Operația 7: Rectificare cilindric -se rectifica la diametru precis și conicitatea

Operația 8: Rectificare plana: cota înălțime

Operația 8: Demagnetizare

Operația 9: Frezare CNC: execuție profil 3D

Operația 10: Control dimensional

Operația 11: Lustruire manuală pe zona activă (de curgere): banc

Capitolul V

Tehnologii de recondiționare

5.1Generalități

Procedeele de recondiționare prin sudare se folosesc în scopul depunerilor de material pentru compensarea uzărilor, a recuperării pieselor cu fisuri, crăpături sau spărturi, pentru îmbinarea unor piese rupte sau a elementelor componente ale unor dispozitive sau construcții sudate.

Aceste procedee au următoarele avantaje:

– Nu sunt necesare utilaje complexe, costisitoare sau complicate;

– Operațiile pregătitoare ale suprafețelor nu sunt dificile, de cele mai multe ori, reducându-se la simple spălări sau degresări;

– Sunt productive, eficiente și au un cost redus, putându-se mecaniza și automatiza;

– Pot fi recondiționate piese care înglobează o mare valoare de manopera și material

În comparație cu alte procedee de recondiționare, procedeele prin sudare prezintă și unele dezavantaje:

– Stratul depus poate fi cu denivelări crescând volumul prelucrărilor mecanice ulterioare;

– Temperaturile ridicate realizate în cusături în timpul sudării pot modifica structura materialului de bază, de aceea, după recondiționare, acestea pot fi supuse unor tratamente termice.

Procedeele de reconditionare prin sudare se clasifica conform schemei de mai jos:

Fig. 13 Schemă tehnologii de recondiționare prin sudură

5.2 Determinarea experimentală a parametrilor optimi pentru recondiționarea prin sudare cu procedeul MAG.

Materialul de bază:

Pentru realizarea probelor experimentale am utilizat W. 1.2343 ca material de bază cu compoziția chimică prezentată în capitolul anterior.

Materialul de adaos:

Pentru realizarea cordoanelor de sudură am folosit sârmă electrod UTP A DUR 600 cu diametrul de 1,2 mm. Deși cordonul depus are o duritate mare, are o tenacitate mare, rezistenta la crăpături. Este posibilă prelucrarea prin așchiere. Are o rezistență medie spre mare la abraziune și impact.

Compoziția chimică a materialului de adaos conform specificațiilor producătorului sunt prezentate în tabelul:

Tabelul Compoziția chimică a materialului de adaos

Pentru realizarea cordoanelor de sudura am utilizat ansamblul de sudura compus din sursa de sudare MIG – MAG CMT TransPuls Synergic 3200 cu tractorul de sudare Fronius 3200, echipamente existente in dotarea centrului de cercetare Eco-Tehnologii Avansate de Sudare din cadrul Institutului de Cercetare-Dezvoltare-Inovare al Universitatii Transilvania din Brasov.

Varianta de sudare CMT (Cold Metal Transfer ) foloseste tehnologia desprinderii asistate a picaturii. La acest procedeu , daca au fost alesi parametrii de sudare corect, la fiecare atingere a sarmei de materialul de baza trebuie sa se desprinda o singura picatura de material de adaos din sarma electrod, de aici venind denumirea de "sudarea picatura cu picatura ".

Determinarea indicelui de fisurare la rece :

, unde s – grosimea materialului

=> risc redus de fisurare la rece.

Determinarea indicelui de fisurare la cald:

< 4 => risc redus de fisurare la cald

Determinare Carbonului echivalent:

Determinarea temperaturii de preincalzire:

[oC]

oC

5.3 Tehnologia de încărcare :

Aspectul probelor experimentale încarcate prin sudare:

Tabelul Aspectul probelor experimentale

Pentru determinarea proprietatilor mecanice ale cordoanelor de sudura am realizat analize macrostructurale, microstructurale si incercari de duritate.

5.4 Analiza microstructurală a cordoanelor de sudură

Pentru obținerea eșantioanelor metalografice, probele au fost debitate/rectificate în secțiune transversală. Șlefuirea problelor s-a realizat treptat cu ajutorul hârtiilor abrazive cu următoarele granulații: 600, 800, 1000, 1200, 1500 si 2000. Luciul metalic s-a obtinut prin lustruire la pâslă cu ajutorul suspensiei de alumina.

Pentru analiza macrostructurala si microstructurală am atacat probele cu o solutie de????

Cordonul de sudură 1

Intesitate Is: 220 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve: 6,2 m/min

Tensiunea U : 20,1 V

Fig. 13 Material de bază Fig. 14 Zona influențată termic

Fig. 15 Zona de aliere Fig. 16 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 2

Intesitate Is: 200 A

Viteza de sudare Vs:600 mm/min

Viteza sarmei Ve:5,3 m/min

Tensiunea U : 19,4 V

Fig. 17 Material de bază Fig. 18 Zona influențată termic

Fig. 19 Zona de aliere Fig. 20 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 3

Intesitate Is: 180 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve:4,7 m/min

Tensiunea U :18,5 V

Fig. 21 Material de bază Fig. 22 Zona influențată termic

Fig. 23 Zona de aliere Fig. 24 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 4

Intesitate Is: 17,9 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve: 4 m/min

Tensiunea U : 17,9 V

Fig. 25 Material de bază Fig. 26 Zona influențată termic

Fig. 27 Zona de aliere Fig. 28 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 5

Intesitate Is: 220 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve: 7,1 m/min

Tensiunea U : 14,8 V

Fig. 29 Material de bază Fig. 30 Zona influențată termic

Fig. 31 Zona de aliere Fig. 32 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 6

Intesitate Is: 200 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve: 6,3 m/min

Tensiunea U : 14,3 V

Fig. 33 Material de bază Fig. 34 Zona influențată termic

Fig. 35 Zona de aliere Fig. 36 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 7

Intesitate Is: 180 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve:5,5 m/min

Tensiunea U :14 V

Fig. 37 Material de bază Fig. 38 Zona influențată termic

Fig. 39 Zona de aliere Fig. 40 Cordon de sudură

Cordonul de sudură 8

Intesitate Is: 160 A

Viteza de sudare Vs: 600 mm/min

Viteza sarmei Ve: 4,8 m/min

Tensiunea U : 13,6 V

Fig. 41 Material de bază Fig. 42 Zona influențată termic

Fig. 43 Zona de aliere Fig. 44 Cordon de sudură

5.5 Analiza încercarilor de duritate