M.S.Š. Hasan Musić
Bužim
Mašinska tehnička škola
M A T U R S K I R A D Predmet: Osnovi konstruisanja
livenjem Tema: Konstrukcija djelova koji se izrađuju livenjem
Učenik:
Mentor:
Sijamhodžić Admir
Dipl.ing.maš.Mehmed Dipl.ing.maš.Mehmed Ćenanović
1
1. Uvod Livenje je vrsta meheničke obrade kod koje se materijal od koga želimo oblikovati neki predmet rastopi u tečnom stanju uljeva u određeni oblik konture kalupa. Istraživanjem se došlo do spoznaje da su se livenjem izrađivali predmeti i 4500 g. p.n.e. Danas tehnologija livenja predstavlja sintezu dostignuća većeg broja naučnih grana kao što su: tehnologija materijala, hemija, grana mašinske tehnike ... Za proizvodnju većeg broja i uređaja livenjem se proizvode i dijelovi koji se nisu mogli izraditi na neki drugi način ili ne bi mogli proizvesti. Livenje je ustvari stvaranje pogodnog oblika za nastanak prerade a često se stvaraju oblici koji se mogu eksplantisati sa ili bez daljnje obrade. Livenje materijala i legura metala ima veoma značajnu ulogu u tehnologiji, jer komadi dobijeni livenjem čine znatan dio mašinstva.
2
2. Vrste livenja -
Gravitaciono livenje Livenje u metalnim kalupima Livenje pod pritiskom Centrifugalno livenje Neprekidno livenje Livenje u vakumima
2.1. Centrifugalno livenje Centrifugalno livenje predstavlja izljevanje istopljenog materijala u metalnim kalupima, koji se obrće oko svoje ose od početka livenja do očvršćavanja odlivka usljed centrifugalne sile, istopljeni metal prijanja za zidove metalnog kalupa. Ovo livenje može biti u horizontalnom i vertikalnom položaju, što je prikazano na sljedećim slikama. Na osnovu toga imamo postupke za centrifugalno livenje kao što su centrifugalno livenje u vertikalnom i horizontalnom kalupu. 1. osovin osovinaa 2. koki kokila la 3. odli odliva vak k 4. poklop poklopac ac 5. lijev lijevak ak
Slika 2.1. Centrifugalno livenje u horizontalnom horizontalnom položaju
1. koki kokila la 2. električni električni motor motor 3. konični konični zupčanik zupčanik 4. otvor otvor na na gornjo gornjojj kokili kokili 5. prstenasti prstenasti oblik
Slika 2.2. Centrifugalno livenje u vertikalnom položaju
3
3. Greške pri livenju Kada se vrši livenje moguće su znatne greške, a one dolaze usljed: • • • • •
izraslina nepravilnog geometrijskog oblika, šupljina, prekida masa, nepotpunog komada, deformacije (promjena oblika i dimenzija).
Glavni uzroci su: • • •
preveliki statički ili dinamički pritisak metala u kalupu, slabo spajanje kalupa i nedovoljno opterećenje kalupa.
Glavni uzrok nastanka lunkera je smanjenje zapremine metala prilikom kristalizacije. Pukotine u vrućom stanju, javljaju se usljed prekida mase odlivaka obliku vidljive pukotine. Uzroci pukotine su: nejednaka debljina zidova, kalup kalupii i jezgra jezgra prejak prejako o se uspost uspostavl avljaj jaju u skuplj skupljan anju ju i nejedn nejednako akosti sti brzine brzine hlađenja.
• •
Glavni uzročnici grešaka pripečenog pijeska za odlivak su: • • •
nedovoljno nabijanje pijeska, velika krupnoća zrna, nedovoljna otpornost prema temperaturi.
Sljedeće greške prikazuju neke od grešaka prilikom livenja:
4
4. Konstrukcija dijelova koji se izrađuju livenjem Proizvodnja mašinskih dijelova koji se izrađuju postupkom livenja, daje konstruktoru, s obzirom na druge tehnologije izrade, velike prednosti što se tiče slobode oblikovanja, smanjenja utroška materijala i postizanja velike proizvodnosti. Livenjem se izrađuju dijelovi složenog oblika, velikih i manjih dimenzija, elementi manje tačnosti, grubljeg kvaliteta površine i manje čvrs toće. Za izradu relativno malog broja komada proizvoda većih mjera opravdano je livenje u pijesku. Materijali koji se koriste za livenje su:
sivi liv, nodularni liv, tempe-rovani liv, čelični liv, obojeni metali, lahki metali i njihove legure te plastične mase.
Postoji niz tehnoloških rješenja, koja se moraju uzeti u obzir pri konstruisanju, za uklanjanje ili smanjenje navedenih nepravilnosti kod odlivaka:
Slika 4.1. Nepravilnosti koje se javljaju u toku livenja: a – šupljine na mjestu nagomilavanja liva, b – naprsline na spoljašnjim površinama, c – deformacije odlivka, d – posljedice posljedice unutrašnjih napona
5
Tačnost dimenzija odlivaka uglavnom zavisi od primjenjene tehnologije livenja i najveća je kod odlivaka dobivenih tehnologijom livenja pod pritiskom, nešto manja kod odlivaka dobivenih u metalnim kalupima a najmanja kod odlivaka dobivenim livenjem u pješčanim kalupima. Preporučene vrijednosti dodataka za mehaničku obra obradu du na vanjs vanjski kim m povr površi šina nama ma odliv odlivak aka, a, date date su u tabe tabelili 4.1. 4.1.a. a.,, a doda dodaci ci za mehaničku obradu za otvore u tabeli 4.1.b. Tabela 4.1.a. Dodaci za mehaničku obradu na odlivcima u (mm) Najveća gabaritna mjera Klasa tačnosti I II odlivka mm do 100 2 3 101 – 1200 2-6 3-8 1200 - 2600 5-8 7-8
III
3-4 3 - 10 9 - 12
Tabela 4.1.b. Dodaci za mehaničku obradu za otvore na odlivcima Nazivna dimenzija otvora 50 - 1 20 1 2 0 - 2 60 Najveća gabaritna mjera Klasa tačnosti 120 120 – 260 260 – 500 500 – 800 800 – 1200 1200 – 2000
I
II
III
I
II
III
2 - 2,5 2,5 - 3 3 - 3,5 3,5 - 4,5 4-5 4,5 - 6
3-4 3,5 - 4,5 4-5 4,5 - 6 5-7 5 - 5,7
3,5 - 4,5 4-5 4,5 - 6 5-7 5,5 - 7 6-8
2,5 - 3 3,5 - 4 4-5 4,5 - 6 4,5 - 6
4-5 4,5 - 6 4,5 - 6 5-7 4,5 - 8
4,5 - 5,5 5-7 5-7 6-8 6-8
6
5. Debljina stjenke i zaobljenosti ivica Za određivanje debljine stjenke elemenata pri oblikovanju odlivaka mjerodavna je minimalna debljina koja se može odliti ljevački i ekonomski opravdano. Debljina stjenke (zida) zavisi o veličini odlivka i načina livenja. Vrste materijala i veličine veličine odlivka dat je u tabeli tabeli 5.2.a, 5.2.a, a najmanje dozvoljene dozvoljene debljine zidova u tabeli 5.2.b. Tabela 5.1.a. Debljina stjenki kod odlivka Orjentacijske debljine stijenke Sivi lijev, nodularni Čelični lijev lijev
Najveća mjera odljevka (dužina, širina, visina ili promjer)
SL
mm
NL
ČL mm
mm
do 250 od 250 do 500 od 500 do 750 od 750 do 1000 od 1000 do 1500
6 8 10 12 14
(4) (5) (6) (8)
Tabela 5.2.b. Najmanje dozvoljene debljine zidova odlivka u (mm) Materijal Sitni odlivci Srednji odlivci Sivi liv 3–5 6 – 10 Čelični liv 6 12 – 12 Legure bakra 3–5 5–8 Legure aluminija 3–5 5–8
10 12 15 18 22
(6) (8) (10) (12) (15) Krupni odlivci 15 – 20 15 – 20 -
Velika razlika debljine susjednih stjenki pri oblikovanju odlivaka izaziva stvaranje šupljina, napona i deformacija u odlivku, pa ih treba izbjegavati. Dati su preporučeni primjeri prelaza između različitih debljina zidova odlivaka, ravnih i pod uglom. Na slici 5.1. dati su preporučeni primjeri prelaza između različitih debljina zidova odlivaka, ravnih i pod uglom.
Slika 5.1. Vrste prelaza na odlivcima 7
Na slici 5.2. dat je primjer ispravnog i pogrešnog oblikovanja spojeva stjenki pod uglom kod odlivaka različitih debljina.
Slika 5.2. Preporuke za konstruisanje konstruisanje spojeva stjenki pod uglom kod odlivka
8
6. Oblikovanje odlivka bez jezgra i podrezaka Na slici 6.1. prikazan je primjer oblikovanja odlivaka sa: a) podreskom, b) jezgrom i c) bez jezgre.
Slika 6.1. Oblikovanje odljevka: odljevka: a – sa podreskom, b – sa jezgrom i c – bez jezgre
Potrebno je po mogućnosti vršiti oblikovanje odljevaka bez jezgra i podrezaka jer je njihova izrada skupa skupa i otežava proces livenja. livenja. Na slici 6.2. su pokazani primjeri podrezka (a), mogućnosti njihovog otklanjanja (b), način rješenja kada se ne može izbjeći podrezak (c) i primjer oblika bez podreska (d).
Slika 6.2. Primjeri konstruisanja odlivka sa i bez podreska
Na slici 6.3. prikazano je nekoliko primjera izvedbi odlivaka sa mogu-„ ćnošću izvođenja sa jezgrom i bez jezgre. Po mogućnosti uvijek treba težiti konstruisanju odlivaka bez jezgre jer je izrada jezgre skupa i otežava otežava kalupljenje.
9
Slika.6.3. Oblikovanje Oblikovanje odlivaka sa jezgrom i bez jezgre
10
7. Osiguranje položaja jezgri Jezgra, koja u odlivcima formiraju otvore, moraju biti dobro uležište-na da se prilikom livenja ne bi pomakla. Primjer učvršćivanja jezgara dati su na slici 7.1.
Slika 7.1. Primjeri učvršćivanja učvršćivanja jezgri
a- najn najnep epov ovol oljn jniji iji sluč slučaj aj,, kada kada je jezg jezgra ra samo samo konz konzol olno no smje smješt šten ena a i pril prilik ikom om livenja se može lahko pomaknuti, b- slučaj slučaj sigurnog sigurnog položaja položaja jezgre jezgre koji je obezbijeđe obezbijeđen n pomoću pomoću otvora i c- slučaj slučaj osigurano osiguranog g jezgra jezgra pomoću pomoću posebne posebne konstruk konstrukcije cije jezgra. jezgra.
11
8. Konstruktivna zakošenja kod odlivka Zbog lakšeg vađenja odlivaka iz kalupa konstruišu se određena zako-šenja zidova elemenata u odnosu na površinu dijeljenja kalupa. Preporučene vrijednosti ugla zakošenja u odnosu na površinu dijeljenja date su u tabeli 8.1. Tabela 8.1. Zakošenja zidova odlivka Visina iznad ravnine Ugao h. tan djeljenja h u zakošenja mm mm do 20 do 1 3° 20 do 50 0,5 - 1,25 1°30' 50 do 100 0,9 - 1,8 1° 100 do 200 45' 1,3 - 2,6
Visina iznad ravnine djeljenja h u mm 200 do 800 800 do 2000 više od 2000
Ugao zakošenja
h. tan mm
30' 20' 15'
2-8 5 - 12 više od 8
Kod elemenata kod kojih postoji kosina, preporučuju se standardne veličine ugla nagiba, s obzirom na uslove livenja, slika 8.1.
Slika 8.1. Preporučene veličine ugla nagiba odlivka
Vađenje odlivaka iz kalupa mogu otežavati i dijelovi elemenata koji strše. Na slici 8.2. prikazani su neki takvi dijelovi i načini rješavanja ovih problema.
Slika 8.2. Rješavanje oblika odlivka sa dijelovima koji strše 12
9. Konstrukcija jezgra i modela Poželj Poželjno no je da konstr konstrukc ukcija ija jezgre jezgre i modela modela bude bude što jednos jednostav tavnij nija. a. Komplikovani oblici jezgra poskupljuju proizvodnju. Treba težiti da konture jezgre budu izvedene jednostavnim površinama. Na slici 9.1. je prikazan komplikovan oblik modela i jezgre (a) i pojednostavljen oblik (b).
Slika 9.1. Neke konstrukcije jezgra i modela
U slučaju velikih i komplikovanih odlivaka, potrebno je izvršiti, po mogućnosti, njihovu podjelu na više manjih i jednostavnijih odlivaka koji bi se naknadno spojili odgovarajućim vezama u jednu cjelinu.
13
10. Položaj ravne podjele Položaj ravnine podjele treba da bude takav da se dobije što manja dubina kalupa, slika 10.1. Također, treba se voditi računa da ravan dijeljenja nikada ne siječe one površine koje se ne obrađuju a koje moraju imati dobar izgled ili propisana odstupanja dimenzija, slika 10.2.
Slika 10.2. Način izvođenja ravni podjele
Slika 10.1. Položaj ravni podjele
Na slici 10.3. prikazan je nepovoljan oblik ravni podjele kao i sličan odlivak sa ravnom površinom podjele.
Slika 10.3. Kosa i ravna površina podjele
14
11. Problem nagomilavanja materijala Kod konstruisanja mašinskih elemenata koji se izrađuju livenjem, potrebno je voditi računa da na odljevku ne dođe do lokalnog nagomila-vanja materijala.Usljed nejednakog hlađenja i skupljanja materijala na mjestima gdje postoji nagomilavanje materijala može doći do pojave šupljina unutar materijala slika 11.1.
Slika 11.1. Pojava šupljine usljed mjestimičnog nagomilavanja materijala
Na slici 11.2. su prikazani načini izbjegavanja nagomilavanja materijala različitim konstruktivnim rješenjima.
Slika 11.2. Konstruktivna rješenja izbjegavanja nagomilavanja materijala
15
12. Pravilno oblikovanje za izlazak plinova Konstruktivnim rješenjima oblika odlivaka potrebno je omogućiti što lakši izlazak nemetalnih uključaka i plinova koji se stvaraju prilikom livenja. Ove pojave negativno utiču na kvalitet odlivka pa ih treba eliminisati. Najadekvatnije rješenje za izbjegavanje zarobljavanja plinova i nemetalnih uključaka u odlivcima su konstruktivna rješenja oblika odlivaka odli vaka kod kojih nema velikih zatvorenih vodoravnih površina, koje se zamjenjuju sa kosim položajem ovih ploča, slika 12.1.
Slika 12.1. Oblici odljevka za lakši izlazak plinova
16
13. Konstrukcija ojačanja (orebrenja) kod odlivka Orebrenje odlivaka se primjenjuje da bi se postiglo povećanje čvrstoće i krutosti konstrukcije odlivka. Na slici 13.1.a-e. je prikazano nekoliko konstrukcijskih rješenja orebrenja odlivaka. Pri izradi ovakvih konstrukcija odlivaka potrebno se pridržavati određenih pravila: bolje je birati rješenje kod kojeg je rebro opterećeno na pritisak (b) nego na istezanje (a); u slučaju da se rebra nalaze u površini obrade pravilno rješenje je da su rebra niža od površine obrade (c); kod dvostrukog orebrenja pravilnija je izvedba odlivka pod (e) zbog smanjivanja nagomilavanja materijala.
Slika 13.1. Orebrenje kod odlivka
17
14. Uklanjanje uzoraka napona i deformacija Naponi i deformacije u odlivcima nastaju usljed nejednakog hlađenja i skupljanja različitih dijelova odlivaka. Na slici 14.1. prikazanje oblik odlivka sa spojnim štapovima različite veličine poprečnog presjeka, kod kojih je prilikom hlađenja različita brzina hlađenja, a samim tim i brzina i način skupljanja, usljed čega se javljaju naponi i deformacije. Da bi se izbjegle ove pojave preporučuje se da prilikom konstruisanja odlivaka treba težiti ujednačenim debljinama stjenki čime se postiže uvjet ravnomjernog skupljanja.
Slika 14.1. Pojava napona i deformacija
18
15. Zaključak Kod konstruisanja mašinskih elemenata, koji se predviđaju za izradu tehnologijom livenja, radi se detaljni (radionički) crtež obrađenog odlivka, koji sa stanovišta tehnologije livenja nisu uvijek optimalno urađeni. Zbog toga, u većini slučajeva, konstruktor elementa i tehnolog livenja, vrše konstruktivne korekcije crteža elementa, sa aspekta mogućnosti kvalitetne izrade elementa tehnologijom livenja. Na osnovu ovako defisanog crteža elementa vrši se konstrukcija odlivka. Livenjem se izrađuju dijelovi složenog oblika, velikih i manjih dimenzija, elementi manje tačnosti, grubljeg kvaliteta površine i manje čvrstoće. Sa stanovišta proizvodnosti, livenje se primjenjuje za izradu elemenata u serijskoj proizvodnji. Kod livenja u metalnim kalupima (livenje u kalupima, centrifugalno livenje i livenje pod pritiskom), odvođenje toplote je mnogo brže i neravnomjernije nego kod live livenj nja a u pije pijesk sku. u. Zbog Zbog toga toga su nave navede dene ne nepr neprav aviln ilnos ostiti u ovom ovom sluč slučaj aju u više više izraženije. Također, za materijal sa velikim koeficijentom skupljanja liva i sa manjim modulom elastičnosti, opasnost od pojave prskotina, šupljina i deformacija je dosta velika. Postoji niz tehnoloških rješenja, koja se moraju uzeti u obzir pri konstruisanju, za uklanjanje ili smanjenje navedenih nepravilnosti kod odlivaka. Tačnost dimenzija odlivaka je važna osobina iz razloga smanjenja utroška materijala, smanjenja troškova mehaničke obrade koja je dosta skupa i povećanja proizvodnosti. Tačnos Tačnostt dimenz dimenzija ija odliva odlivaka ka uglavn uglavnom om zavisi zavisi od primje primjenje njene ne tehno tehnolog logije ije livenj livenja a i najveća je kod odlivaka dobivenih tehnologijom livenja pod pritiskom, nešto manja kod odlivaka dobivenih u metalnim kalupima a najmanja kod odlivaka dobivenim livenjem u pješčanim kalupima. Dopuštena odstupanja mjera odlivaka su propisana standardom u zavisnosti od vrste materijala odlivka i načina izrade odlivka. Kod određivanja dimenzija odlivaka treba uzimati u obzir i propisane dodatke za mehaničku obradu za one površine koje se naknadno obrađuju.
19
Literatura 1.
Slađen Slađenko ko Čerkez Čerkez:: “Tehn Tehnol olog ogija ija obra obrade de – 1 razre razred d sred srednj nje e MAŠI MAŠINS NSKE KE TEHNIČKE ŠKOLE ”
2.
Nedžad Repčić, Alija Zuko, Mirsad Čolić, Zahid Pita: „ Osnovi konstruisanja – 4 razred MAŠINSKE TEHNIČKE ŠKOLE “
20
Sadržaj 1.Uvod
1
2. Vrste livenja 2.1. Centrifugalno livenje
2 2
3. Greške pri livenju
3
4. Konstrukcija dijelova koji se izrađuju livenjem
4
5. Debljina stjenke i zaobljenosti ivica
6
6. Oblikovanje odlivka bez jezgra i podrezaka
8
7. Osiguranje položaja jezgri
10
8. Konstruktivna zakošenja kod odlivka
11
9. Konstrukcija jezgra i modela
12
10. Položaj ravne podjele
13
11. Problem nagomilavanja materijala
14
12. Pravilno oblikovanje za izlazak plinova
15
13. Konstrukcija ojačanja (orebrenja) kod odlivka
16
14. Uklanjanje uzoraka napona i deformacija
17
15. Zaključak
18
Literatura
19
21
