Teoretyczne i technologiczne podstawy procesu wytwarzania odlewów metodą pełnej formy

Pacyniak, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Teoretyczne i technologiczne podstawy procesu wytwarzania odlewów metodą pełnej formy

Autorzy

Pacyniak T.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

Praca dotyczy wytwarzania odlewów metodą pełnej formy, a w szczegól- ności zagadnień związanych z procesem wypełniania wnęki formy, degradacją i zgazowywaniem modelu styropianowego. Opracowano model fizyczny i matematyczny procesu zgazowywania modelu i wypełniania formy ciekłym stopem. Dla zapropo- nowanego modelu matematycznego opracowano algorytm obliczeń, który wykorzystano do przeprowadzenia badań symulacyjnych. W badaniach symulacyjnych określono wpływ gęstości modelu styropianowego, przepuszczalności i grubości pokrycia, ciśnienia zewnętrznego, temperatury zalewania, wielkości przekroju wlewu doprowadzającego, wielkości granulek styropianu na prędkość podnoszenia się lustra metalu w formie, ciśnienia w szczelinie gazowej, wielkość szczeliny gazowej oraz prędkość zgazowywania modelu styropia- nowego. Celem weryfIkacji rozważań teoretycznych zaprojektowano i wykonano stanowisko doświadczalne na którym przeprowadzono badania procesu pełnej formy. Dotyczyły one w szczególności procesu zgazowywa- nia modelu styropianowego oraz prędkości zapełniania wnęki formy przez silumin AK 11. Badania prowadzono zarówno dla zalewania grawitacyjnego jak i grawitacyjnego z zastosowaniem podciśnienia w formie podczas jej zapełniania. Otrzymane z eksperymentu wyniki badań prędkości zalewania różnią się od otrzymanych z badań symulacyjnych maksymalnie o 20%. Potwierdzono również zależność prędkości zalewania od temperatury zalewania, oraz to, że wraz z jej wzrostem prędkość zalewania rośnie. Przeprowadzone badania empiryczne wskazały na bardzo istotną rolę w procesie zapełniania wnęki formy ciekłym stopem pokrycia ogniotrwa- łego, a w szczególności jego grubości. W pracy przedstawiono również próby przemysłowe na stanowisku doświadczalno-produkcyj- nym zainstalowanym w odlewni ARMATURA -Łódź, gdzie technologią pełnej formy wykonano odlewy pokrywy ze staliwa LH 14. Badania te potwierdziły przydatność metody pełnej formy z wykorzystaniem modeli ze spienionego polistyrenu w wytwarzaniu odlewów staliwnych. Wykazano, że w badanym procesie następuje nawęglenie odlewów staliwnych w warstwie powierzchnio- wej do głębokości 0,5+0,6 mm. Opracowany przez autora model matematyczny i algorytm obliczeń stwarza możliwość analizy procesu zgazowania modelu i wypełniania formy ciekłym stopem, co pozwala na prawidłowe zaprojektowanie procesu technologicznego wykonania odlewu metodą pełnej formy.

The LOST FOAM method of casting manufacturing is presented in the work. In particular the processes of pouring of the mould. of thermaI degradation and transformation into vapour of the polystyrene pattem are being dealt with. A physicaI and mathematicaI archetypes of the process of transformation of the polystyrene foam into vapour as weII as of the filling of the mould with the Iiquid nietal alloy has been conceived. For the mathematicaI archetype an adequate aIgorithm of consecutive calculations has been elaborated and applied for process simulation. The effect of the density of the polystyrene foam, of the coefficient of permeability and of the thickness of the refractory coating. of the extemaI pressure. of the temperature of the pouring of the mould. of the size of the runner as weII as of the dimension of the polystyrene pellets onto the rate of raising of the IeveI of Iiquid metal in the mould. on the gas pressure over the surface of the Iiquid as weII as onto the rate of gasifying of the solid polystyrene foam. In order to verify the theorethicaI considerations as wel1 as the results of their simulation an experimentaI set has been designed on which the investigations of the filled mould have been performed. They applied in particular to the process of gasifying of the solid polystyrene foam as weiI as to the filling rate of the mould with the Iiquid AK11 silumin alloy. The investigations have been performed for conventionaI non-pressure casting as well as for the gravitationaI one with the pressure in the mould below atmospheric one. The results of the experiments conceming the rate of filling of the mould are in good agreement with the results of simulation: the difference between the corresponding values doesn't exceed 20%. It has been confinned aIso that the rate of the pouring of the mould depends on the temperature of the Iiquid metal alloy and that the greater is this temperatu- re, the greater is the filling rate. The results ofthe experiments have shown as well an important effect ofthe refractory coating on the intemaI surface of the mould onto the process of pouring of the mould with the Iiquid alloy: the thickness of the refractory coating plays a cruciaI role in this process. The first results of the industriaI implementation of the LOST FOAM process in the foundry ARMATURA-ŁÓDŹ are given in the work aIso. The LOST FOAM process has been applied for casting of covers from the alloyed cast steeI LH14. The results have confirmed the applicabi- lity of the LOST FOAM process with use of the pattems from the polystyrene foam. The investigations of the results of carburization of the al1oyed cast steeI manufactured with use of of the LOST FOAM method have shown that the depth of the carburized zone is as great as 0,5+0,6 mm. The physical and mathematical archetypes of the LOST FOAM process and the algorithm of calculations elaborated by the author of the work give the opportunity of further elucidation of the processes of gasifying of the polystyrene pattem as well as of the pouring of the mould by the liquid metal and, therefore, it allows for proper designing of the technological processes with use of the LOST FOAM method.

Słowa kluczowe

odlew metoda pełnej formy

casting lost foam method

Wydawca

Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

Rocznik

2006

Tom

Z. 350

Strony

3--115

Opis fizyczny

Bibliogr. 87 poz.

Twórcy

autor

Pacyniak T.

Katedra Technologii Materiałowych i Systemów Produkcji. Politechnika Łódzka, tadeusz.pacyniak@p.lodz.pl

Bibliografia

[1] Anon.: Foundy Trade Journal Internationale, 1990, 13, 2, 34.
[2] Anon.: The British Foundryman,1986, 79, 10, 466.
[3] Artz A. M. and Brawoler P. M.: Modern Casting, 1987, 77, l, 21.
[4] Bailey F. V., Woodward L. A.: UK Patent nr.2.218.021, 1989.
[5] Bailey R.: Modern Casting,1982,72,4,58.
[6] Barone M. R.: A foam ablation model for Lost Foam casting of aluminium, International Journal of Heat and Mass Transfer 48 2005, s.4132-4149.
[7] Beauvais P., Mabilais P., Ribon A.: BISI Translation 27398 of Foundrie-Fondeur Aujourd'hui, 1988, 79, 11.
[8] Benasteau D. M.: SCRATA Translation 687/BT of L'Usine Nouvelle, 1985,3,1,42.
[9] Biederman S., Thesis M. S., Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA, (1994).
[10] Bieńkowski J.: Stanowisko do wytwarzania modeli odlewniczych ze spienionych tworzyw wielkocząsteczkowych, Praca dyplomowa pod kierunkiem T. Pacyniaka, Zakład Odlewnictwa IIMiTB PŁ, 1991.
[11] Brown J. R.: Foseco Foundry Practice, 1986, 213, 12.
[12] Brown J. R.: Proceedings of The American Foundrymen's Society Conference: Evaporative Foam Casting Technology 111,1988, 159.
[13] Campbell J.: UK Patent nr. 2.159.445, 1985.
[14] Caulk D. A.: A foam ablation model for Lost Foam casting of aluminium, International Journal of Heat and Mass Transfer 49 2006, s.2124-2136.
[15] Cernak K.: New techniques for making accurate foam patterns, Modern Casting 1989, 34 35.
[16] Cleary T. M., Donahue R. J., Hesterberg W. G. and Toriello L. L: US Patent nr.4.830.085, 1989.
[17] Clegg A. J.: Evaporative Pattern Casting - a Review of Recent Developments and Progress, Foundry Trade Journal International, June 1991.
[18] Clegg A. J.,: Foundry Trade Journal Int. 9 (1986) 51-69.
[19] Clegg A. J.: Expanded-polystyrene Moulding - a Status Report, Foundry Trade Journal International, June 1986, 51-69.
[20] Creed P. S.: Modern Casting, 1989, 79, 11, 50.
[21] David P. Kanicki, Ben Donowan,: Foam Produces Aim for Improved Materials Control and Developments, Modern Castings 1989, September.
[22] Del Gaudio G., Serramogia G., Caironi G., Tosi G.: Metallurgical Science and Technology, 1985, 3, 3, 76.
[23] Eisenstein C. T.: Proceedings of The American Foundymen's Society Conference: Evaporative Foam Casting Technology III, 1988, 175.
[24] Goria C. A., Remondino M. and Seli M.: Foundry Trade Journal,1985, 159,2312, 188.
[25] Gressel M. O., O'Brien D.M. and Tenaglia R.D., Trans AFS, 95, (1987) 503-514.
[26] Harsley R.: The Function of Tooling in Evaporative Pattern Molding, 1989, September, 32-33.
[27] Helgesen G. D., Anthony R. A.: European Patent nr.227.308, 1986.
[28] Hemmye J. H. : Proceedings of the ASM Conference on Advanced Casting Technology, 1986, 81.
[29] Hopf W., Bast J., Lippek P., Kuhlgatz C.: Modellierung der Formfüllung beim Vollformgießen, Teil 2. Vergleich theoretischer und experimenteller Daten, Giessereiforschung 52, 2000, Nr.2 s. 61-71.
[30] Hopf W., Bast J., Radoev B.: Modellierung der Formfüllung beim Vollformgießen, Teil 1. Mathematisches Model: Wärme- und Massebilanz, Giessereiforschung 51, 1999, Nr.4 s. 145-153.
[31] Hopf W., Bast J., Radoev B.: Modellierung der Formfüllung beim Vollformgießen, Teil 1. Mathematisches Model: Impulsbilanz, Giessereiforschung 52, 2000, Nr. l s. 11-17.
[32] Hopf W., Bast J.: Modellierung der Formfüllung beim Vollformgießen, Teil 3. Instationäre Formfüllung, Giessereiforschung 52 2000, Nr.3 s. 100-111.
[33] Hopf W., Bast J.: Modellierung der Formfüllung beim Vollformgießen, Teil 4. Gesteuerte Formfüllung, Giessereiforschung 52, 2000, Nr.4 s. 144- 147.
[34] Huskonen W. D.: Foundry Management an Technology, 1987, 115,2, 34.
[35] Jopkiewicz A., Pacyniak T.: Wpływ wybranych parametrów na proces otrzymywania odlewów siluminowych metodą pełnej formy. Tendencje rozwojowe w technologii maszyn. Sekcja III-Odlewnictwo i spawalnictwo. Komisja Technologii Budowy Maszyn PAN, Zielona Góra, 1992,s.61-67.
[36] Kanicki D. P. and Donovan B.: Modern Casting, 1989, 79, 9, 38.
[37] Kanicki D. P.: Producing Foam Patterns with Ventelss Molds, Modern Casting 1989, September, 36-37.
[38] Katashima S., Tashima S., Yang R. S.: Trans. A.F.S., 1989, 97, 545.
[39] Kempny P.: Technologia wykonywania modeli z tworzyw wielkocząsteczkowych dla procesu pełnej formy, Praca dyplomowa pod kierunkiem T. Pacyniaka, Zakład Odlewnictwa IIMiTB PŁ, 1990.
[40] Kludziński J.: "Modernizacja ciągu technologicznego służącego do wykonywania odlewu metodą pełnej formy", Praca dyplomowa pod kierunkiem dr inż. T. Pacyniaka, Łódź 1992 r.
[41] Krzyżanowski E., Bissinger F.: Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaumstoffperlen bestehenden verlorenen Gießmodellen für das Vollformgießverfahren, vorzugsweise zur Fertigung von Seriengussteilen, sowie Vorrichtung hierzu, patent RFN nr.3347616.
[42] Krzyżanowski E. ,Bissinger F.: Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaumstoffperlen bestehenden verlorenen Gießmodellen für das Vollformgießverfahren, vorzugsweise zur Fertigung von Seriengussteilen, sowie Vorrichtung hierzu, patent RFN nr. 3347615.
[43] Kuchling H.: Taschenbuch der Physik. 5. Aufl., Verlg Harry Deutsch, Thun und Frankfurt/Main 1984.
[44] Kuhlgatz C., Beitrag zum Vollformgießen von Gußeisen mit Kugelgraphit in binderfreien Sand. Disseratatin.TU Clausthal, 1995.
[45] Lejbenzon L. S.: Dwiżenije prirodnych żidkostiej i gazów w poristoj sriedie. Gostoptechidat, Moskwa 1947.
[46] Liu Y., Bakhtiyarov S. I., Overfelt R. A.: Numerical modeling and experimental verification of mold and evolved gas pressure in lost foam casting process, Journal of Materials Science 37, 2002, 2997-3003.
[47] Longnecker E. F., Kanoh K. and Fukuya J. S.:Proceedings of the American Foundryman's Society Conference: Evaporative Foam Casting TechnologyIII,1988, 7.
[48] Martin R. A., Heater T.J.: European Patent nr.215.616, 1986.
[49] Matz B., Kearney D.: Method of dimensionally stabilizing polystyrene patterns and the like, patent USA nr.926754.
[50] McCombe C.: Foundry Trade Journal International,1987, 10, 35, 106.
[51] McMellon B. A.: Trans. A.F.S., 1988, 96, 27.
[52] Moll and D. Johnson D. R. : in `Proceedings of the international conference on advanced casting technology',175-187; 1987, Metals Park, OH, ASM International.
[53] Moll N. G. and Johnson D. R.: European Patent Nr.257.814, 1987.
[54] Moll N. G. and Johnson D. R.: European Patent Nr.317.042,1988.
[55] Moll N. G. and Johnson D. R.: Proceedings of The American Foundryman's Society Conference: Evaporative Foam Casting, 1987, 77, 1,21.
[56] Moll N. G. and Johnson D. R.: The British Foundryman, 1986,79, 10, 454.
[57] Nielsen F.: Gieß- und Anschnitttechnik - Grundlagen und Anwendung einer Methode. Giesserei -Verlag GmbH, Dusseldorf 1993.
[58] Niemann E. H.:Trans A.F.S.,1988, 96, 793.
[59] Pacyniak T., Kaczorowski R.: Badanie własności pokryć nanoszonych na modele polistyrenowe, stosowane przy wytwarzaniu odlewów metodą LOST FOAM, Krzepnięcie metali i stopów, Rok 2004 Rocznik l, Nr 40, PAN Katowice.
[60] Pacyniak T.: Analiza procesu zgazowywania modelu styropianowego w metodzie pełnej formy. Zjawiska fizyko -chemiczne w odlewnictwie. Komisja Technologii Budowy Maszyn PAN. Zielona Góra 1994, s.221-228.
[61] Pacyniak T.: Materiały na modele ze spienionych tworzyw wielkocząsteczkowych, Materiały Pomocnicze w Odlewnictwie i Metalurgii, Katowice 1994,s.28-34.N.
[62] Pacyniak T.: Wpływ wybranych parametrów odlewania staliwa metodą pełnej formy, Krzepnięcie metali i stopów Nr 31 PAN, Katowice 1997.
[63] Pacyniak T.: Podstawy teoretyczne procesu pełnej formy, Prace Komisji Naukowej PAN Katowice 1998, z. 23, s. 46-47.
[64] Pacyniak T.: Analiza procesu zapełniania wnęki ciekłym stopem w metodzie pełnej formy, PAN Katowice, "Krzepnięcie Metali i Stopów, 1999, Rocznik l, nr 40, s. 177.
[65] Patz M., Piwonka T. S.: Metals Handbook,Vol.15 Casting 1988.
[66] Rodgers R. C.: Foundry Management and Technology, 1988, 116, 4, 30.
[67] Rodgers R. C., Heine H. J.: Foundry Management and Technology,1990, 118,5,38.
[68] Rodgers R. C.: Foundry Management and Technology, 1989.
[69] Rodgers R. C.: Foundry Management and Technology,1985, 113, 5, 24.
[70] Roller R.: Grund und Fachkenntnisse gießlerietechnischer Berufe, Technologie des Formens und Gießens. Verlag Handwerk und Technik, Hamburg 1986.
[71] Shivkumar S., Materials Science and Technology, (1994).
[72] Shroyer H. F.: US Patent No 2, 830, 343, 1958.
[73] Siebel M. K. and Kotzin E. L.: Modern Casting, 1986, 76, l, 31.
[74] Smith R. A.: UK Patent nr. 2.187.984, 1987.
[75] Smith T. R.: US Patent No 3, 157, 924, 1964.
[76] Staniszewski B.: Wymiana ciepła, PWN Warszawa 1979.
[77] Stiepanow U. A.: Litie po gazificirujemym modielam, Moskwa, Maszynostrojenie 1976.
[78] Szreniawski J.: Piaskowe formy odlewnicze, WNT Warszawa 1968.
[79] Taylor D.: UK Patent nr.2.193.666, 1988.
[80] Walling R. P., Dantzig J. A.: Mechanism of mold filling in the expendable patten casting process, AFS Casting Congress, Vortrag 94-122, Hamilton, Ontario, USA, 1994.
[81] Wiener S. A., Piercecchi G. D.: Trans. A.F.S. 1985, 93, 155.
[82] Wilkins P. S. A.: US Patent nr.4.804.032, 1989.
[83] Wilkins P. S.: UK Patent nr.2.183.517, 1987.
[84] Winston J. H.: Multipart lost oam pattern and method of making same, patent USA nr.681960.
[85] Wiśniewski S.: Wymiana ciepła, PWN Warszawa 1988.
[86] Yao X., Shivkumar S.: Mould filling characteristics in lost foam casting process, Materials Science and Technology, 199, vol. 13, s. 841-846.
[87] Yoshida Y.: UK Patent nr. 2.209.277, 1989.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-LOD4-0002-0033