TURNAREA IN FORME OBTINUTE PRIN VIDARE

Ca urmarea procedeului de depresurizare a interstitiilor dintre granule, apare o forta de apasare F exercitata de aerul din atmosfera asupra foliilor (peretelui elastic al formei).F=P x S Asadar, forta care provoaca procesul de indesare a granulelor de nisip in strat este atmosfera. Deci, este o forta fizica si nu mecanica ca in cazul procedeelor clasice. Din acest motiv, procedeul de rigidizare prin depresurizare (impropriu numit prin vidare) face parte din grupa celor de natura fizica, alaturi de procedeul de rigidizare in strat a nisipului (alicelor) metalic cu ajutorul fortelor magnetice (camp magnetic).Mecanismul rigidizarii materialelor granulare neliate pentru forme vidate. Pentru realizarea unor forme cu proprietati corespunzatoare: raport scazut intre masa metalului turnat in forma si cea de nisip; -rezistenta mare la eroziune provocata de curgerea jetului de aliaj in timpul operatiei de turnare; -rezistenta suficienta la presiunea metalostatica; este necesara cunoasterea interdependentei dintre valoarea depresurizarii si cea a rezistentei mecanice.Pentru stabilirea acestei corelatii se analizeaza un strat elementar de nisip (fig.6.3), in care: h-grosimea stratului elementar; D si M diametrul si masa lui; g-grutatea volumetrica a stratului. Stratul tinde sa se desprinda din peretele formei datorita greutatii lui proprie (fenomenul de surpare a formei):M=4 D2hg. Sub actiunea acestei solicitari in directia verticala in stratul elementar luat in considerare apar tensiuni de forfecare. Rezistenta stratului de forfecare (Pf) este proportionala cu presiunea in directia orizontala (Ph) care apare sub actiunea presiunii atmosferice exercitata asupra folililor prin depresurizare (Pv) si cu coeficientul de frecare (f) dintre granulele de nisip:Pf=fPh Hidraulica aerului in ansamblul forma statie de vidare.Ansamblul forma-statie de vidare poate fi schematizat (v.fig.6.4) si consta din: forma, conducta de legatura, recipient de vid, pompa de vid si ventile.Stratul de nisip din care este constituita forma reprezinta un corp (mediu) poros, caracterizat din punct de vedere fizic printr-un mare numar de canale capialre. Volumul de pori poate ocupa 3549% din volumul total al stratului de nisip (formei). Ca urmare, procesul de curgere a aerului prin interstitiile dintre granule vor fi influentate intr-o foarte mare masura de fortele capilare. Avand in vedere ca lungimea formei de turnare este sensibil mai mare decat dimensiunile sectiunii transversale, se poate admite cu aproximatie ca procesele de curgere a aerului se desfasoara identic in orice sectiune transversala, de porozitate.Rolul si caracteristicile componentelor din statiile de vidare. In fig. 6.9. se arata componenta unei statii de vidare. Recipientul 4 are rolul de a micsora oscilatiile de presiune in conductele de legatura si de a compensa variatiile de depresiune cauzata de infiltrarea aerului prin neetanseitatile formei si ale conductei de legatura. Aceasta functie joaca un rol, important mai ales in timpul turnarii aliajului in cavitatea formei. In recipient are loc separarea particulelor de praf absorbite odata cu aerul din spatiul formei. Supapa de regalare 10 mentine depresiunea la nivelul necesar in toata perioada desfasurarii operatiilor tehnologice.

Pompele de acest tip functioneaza in conditii bune, in conditiile absorbtiei aerului cu praf si gaze. Ele nu se defecteaza de regula atunci cand in interiorul lor patrunde particule de nisip: acestea sunt expulzate la partea exterioara a stratului de apa datorita fortei centrifuge. Prezenta stratului de apa care emertizeza interstitiile dintre rotor si stator elimina si necesitatea efectuarii unor prelucrari mecanice la suprafata paletelor 11 si a corpului pompei 6.

Factorii care influenteaza rezistenta formelor vidate.Rezistenta mecanica a formelor este puternic influentata de geometria (dimensiunilor) formelor (ramelor). Factorul geometric este cauzat de aparitia gradientului de presiune pe sectiunea formei in unitatea de timp.Influenta naturii nisipului asupra rigiditatii formei se poate explica prin fortele electrostatice care apar intre ele in conditii de depresiuniValoarea acestor forte poate fi exprimata cu ajutorul relatiei:

Se poate realiza o marire a rezistentei mecanice a formelor prin luarea urmatoarelor masuri legate denatura si geometria granulelor de nisip: folosirea unui amestec de nisip constituit din componente cu ph diferit; folosirea unui nisip cu puritate ridicata; folosirea unui nisip cu granulatie fina; compactizarea prin vibrare a stratului de nisip inainte de depresurizare.Temperatura nusipului trebuie sa fie sub 500C, ceea ce impune racirea lui in cazul liniilor cu ciclu scurt de reutilizare a acestuia. De mentionat ca la turnarea aliajului se incalzeste numai un strat subtire de nisip la interfata cu aliajul lichid datorita conductivitatii lui scazute.Vibrarea stratului de nisip inainte de depresurizare are o mare influenta asupra formei deoarece determina cresterea numarului de puncte de contact intre granule si a valorii coeficientului de frecare intre acestea.Folii utilizate la realizarea formelor vidate. Proprietatile foliilor utilizate la obtinerea formelor vidate.Etansarea la suprafetele exterioare ale stratului de nisip in vederea depresurizarii acestuia se realizeaza prin folosirea foliilor sintetice: folia de model (interioara) pentru realizarea suprafetei de lucru a semiformelor (interfata aliaj-forma) si folia exterioara (interfata forma-aer).Folia de model (interioara) trebuie sa posede urmatoarele proprietati principale:-capacitate mare de deformare plastica (intindere) prin incalzirea la temperatura cuprinsa intre 90 si 1500C.-tendinta mica de contractie la incalzire in timpul turnarii aliajului;-capacitate mare de deprindere de pe suprafata modelului;

Capacitatea de deformare plastica.Capacitatea de deformare plastica prin intindere la incalzire (90-1500C) indica posibilitatea aplicarii (mularii) foliei pe suprafata modelului, astfel incat sa nu fisureze si sa nu formeze cute. Este cea mai importanta proprietate tehnologica.Aceasta proprietate poate fi determinata prin folosirea a doua metode:-prin intindere unidirectionala;-prin intindere multidirectionala.Prin variatia adancimii de coborare a placii se poate determina capacitatea de intindere a foliei pentru una si aceeasi temperatura.In practica turnatoriilor sunt folosite urmatoarele tipuri de folii:-polietilena de densitate scazuta (PE);-polipropilena (PP);-etil-vinil-acetat (EVA) cu continut de 15-17% acetat de vinil (PVC);-nylon (N).Tendinta de contractie a foliei la incalzire.Sun actiunea caldurii radiate de coloana de aliaj lichid turnat in cavitatea formei, suprafetele peretilor orizontali si verticali acoperiti cu folie sunt incalzite la temperaturi ridicate (cu mult peste temperatura de topire a foliei).Daca foliile poseda tensiuni remanente de compresiune aparute la mulare (la trecere din domeniul plastic in domeniul elastic) exista pericolul contractarii lor in procesul de incalzire ulterioara.Contractia foliei determina aparitia fisurilor si descoperirii unor suprafete ale formei si prin aceasta, un proces de presurizare si de prabusire a peretelui formei (mai ales al semiformei superioare) inainte de umplerea cavitatii din forma cu aliaj lichid. Astfel are loc surparea (prabusirea) semiformei superioare. Capacitatea de desprindere de model.Capacitatea de desprindere a foliei de model se determina prin mulare pe un model cu sectiune trapezoidala: 80x80 la suprafata superioara, 100x100 la suprafata de baza la interfata cu placa de model si inaltimea de 70 mm. Dupa realizarea formei prin depresurizarea foliei este desprinsa cu ajutorul unui cantar cu arc. Incercarile efectuate au aratat ca folia EVA are o capacitate de desprindere mai buna in comparatie cu folia N. Prin utilizarea vopselelor de separatie aceasta proprietate poate fi schimbata in limite largi.Interactiunea foliei cu aliajul lichid.Foliile sintetice folosite in turnatorii cu exceptia foliei de policlorura de vinil (PVC) nu prezinta problema din punct de vedere al degajarii la incalzire a gazelor toxice. In ceea ce priveste cantitatea de gaze degajata ea nu prezinta de asemenea importanta, intrucat acestea sunt absorbite prin vidare.Intrucat nu se constata o interdependenta intre capacitatea de deformare plastica si grosimea foliei, valoarea minima a acesteia pentru mulare pe model se ia: -folia EVA 75 m; -folia SP - 90 m;-folie PE - 100m.Tehnologii de executare a formelorPrincipiul executarii formelor prin vidare a fost mentionat la inceputul capitolului.Vopsele refractare se folosesc din acelasi motiv ca si la formele clasice: dimensiunea penetrarii aliajului in porii peretilor si crearea unei atmosfere reducatoare de gaze. Se realizeaza astfel conditii de reducere a tendintei de formare a aderentelor si rugozitatii pronuntate. Vopselelor deoarece contribuie la eliminarea totala a produselor gazoase rezultate in urma contactului stratului de vopsea cu aliajul lichid. Asadar, de exemplu, vopseaua cu apa nu necesita operatia de uscare. Mai mult, produsele de volatilizare a foliei rezultate in timpul turnarii aliajului lichid, prin absorbtie se condenseaza in porii stratului superficial de nisip si prin aceasta determina cresterea intr-o si mai mare masura a densitatii lui.Formele cu rezistenta mecanica si termica la suprafata de lucru reprezinta, de fapt, forma combinata. Ele se caracterizeaza prin aceea ca stratul superficial (crusta) cu grosimea de 2-50 mm, este constituit dintr-un amestec cu liant, iar in rest peretele lor este din nisip in strat rigidizat prin depresurizareAmestecurile folosite pentru realizarea crustei (mastii) pot fi diferite. Ele insa trebuie sa asigure o rezistenta mare dupa intarire (la rece sau la cald).Pot fi astfel mentionate:-amestecurile cu silicat de sodiu (intarite cu CO2 sau prin aspiratia aerului cald);-amestecurile cu rasini cu intarire la rece si la cald;-amestecurile cu silicat de etil cu intarire la rece Formele cu configuratie deosebita pot fi executate folosindu-se particularitatile procedeului de vidare si anume: pentru realizarea formelor cu adancituri (proeminente) mari se folosesc folii precroite, care inainte de mularea au configuratie asemanatoare cavitatii. In acest mod foliile din polietilena pot fi utilizate pentru modele cu orice tip de complexitate (fig.6.26). In acelasi scop, foliile pot fi aplicate mai intai pe un contur mobil si apoi pe suprafata modelului cu adancituri mari. Pentru realizarea formelor cu cavitati pot fi folosite modele simple, fara parti detasabile.In acest scop cavitatea este realizata dintr-un amestec cu auto-intarire, rigidizarea caruia pe folie se realizeaza prin absorbtia aerului prin gaurile prevazute la interfata cu partea din amestec. Miezuri pentru forme de turnare vidate.La turnarea pieselor in forme vidate pot fi folosite toate tipurile de miezuri cunoscute: din amestec clasic, amestecuri solubile si metalice. In plus, procedeul face posibila si utilizarea miezurilor din amestecuri fara lianti rigidizate prin vidare.Miezuri vidate sunt caracterizate prin permeabilitate, rezistenta mare la procesele de interactiune fizica, chimica si mecanica in contact cu aliajul lichid, precum si compresibilitate ridicata. Sunt de natura sa asigure o calitate superioara a pieselor. Tehnologia de executare a miezurilor vidate.

Executarea in cutii fara plan de separatie se aplica in cazul miezurilor cu configuratie geometrica simpla (cu sectiune circulara poliedrica etc.).Fixarea miezurilor in cavitatea formei poate fi facuta prin folosirea: marcilor, suportilor metalici, monolitici, suportilor metalici din pulberi si imbinarea directa a miezurilor pe suprafata formeiTransmiterea caldurii prin radiatie are loc mai intens in cazul temperaturilor ridicate de turnatorie (aliaje feroase). In cazul formelor vidate nu poate fi semnalata o schimbare a valorii acestei componente, datorita faptului ca produsele de descompunere a foliei care se depun pe granulele de nisip la interfata metal-forma nu sunt in cantitate mare. Transmiterea caldurii prin convectie joaca de asemenea un rol important in cazul turnarii aliajelor.Reglarea schimbului de caldura in sistemul aliaj-formaFormele vidate poseda posibilitati mai mari de regalare a schimbului de caldura la interfata cu aliajul lichid si ulterior cu piesa turnata.Aceste posibilitati pot fi concretizate prin:-schimbarea naturii nisipului;-folosirea racitorilor metalici;-folosirea racitorilor lichizi si gazosi;-folosirea materialelor termoizolante, termogene si exogene.

Tacitori interiori pentru piesele turnate in forme VRacitorii interiori folositi in cazul formelor vidate pot fi de asemenea de doua tipuri: monolitici si pulverulenti. Racitorii interiori monolitici pot avea constructia si configuratia intalnite la formele clasice, Fixarea lor in planul de separatie inainte de asamblarea formelor se face in mod obisnuit (cu ajutorul tijelor introduse in peretele formelor sau montate pe marci). De mentionat ca prin inteparea foliei nu apare pericolul presurizarii formei, (descoperiri de pana la 10-15% ale suprafetei formelor cu dimensiuni medii si mici nu constituie cauze de prabusire).Procedeul V ofera pentru prima data in practica turnatoriilor posibilitatea utilizarii racitorilor interiori din pulberi metalice fara liant sau material de incorporare. Racitorii interiori monolitici prezinta unele dezavantaje, care complica folosirea lor ca de ex. netopirea lor datorita stratului de oxizi si rugina si a dimensiunilor mai mari; degajarea de gaze datorita stratului de rugina; schimbarea compozitiei aliajului de baza datorita elementelor din stratul de acoperire a racitorilor (Zn, Sn, etc.).Formele vidate, lipite de liant, sunt corpuri poroase, caracterizate printr-un volum mare de pori si permeabilitatea mare la curgerea fluidelor. Poate ca reprezinta singurul tip de forme la care se poate utiliza curgerea fluidelor (lichide, gazoase) pentru intensificarea sau diminuarea schimbului de caldura la interfata metal-forma.Se preconizeaza astfel introducerea gazelor, aerului, apoi sau a vaporilor de apa in peretele formei. Prin modul de amplasare a conductelor (gurilor) de depresurizarea aerului din forma, pompele de vid absorb apa sau vaporii, care curg in traiectoria ceruta de conferinta piesei. O solutie de marire a coeficientului de acumulare a caldurii de catre forma pe doua cai:-prin fluidizarea nisipului din peretele formei in care scop acesta se introduce un gaz sau aer;-prin introducerea vaporilor de apa.Prin fluidizarea nisipului in stratul de la interfata metal-forma viteza de racire a aliajului este de 5-20 ori mai mare, in comparatie cu racirea lui in atmosfera. Deci pot fi realizate valori ridicate ale vitezei de racire a peretilor piesei turnate, in anumite zone (de ex. nodurilor termice). Fluidizarea poate fi aplicata numai dupa solidificarea aliajului.Racirea piesei in nisip fara liant neflidizat are loc cu viteza mica (de ex. la o piesa cu greutatea de 135 kg micsorarea temperaturii este de nuami 25-350C/h).. Contractia si solidificarea aliajelor turnate in forme V.Retasura in peretii pieselor turnate si lingouri este influentata direct de procesul de solidificare (coeficientul de solidificare, unghiul dintre fronturile de solidificare si de grosimea zonei bifazice).Cercetarile experimentale efectuate arata ca procesul de solidificare, a aliajelor in forme vidate poate fi caracterizat de asemenea prin formula lui Hvorinov:

Formarea aderentelorProcesul de penetrare al aliajului in pori, formele vidate poseda unele particularitati importante, de natura sa influenteze pozitiv calitatea suprafetei pozitiv calitatea pieselor turnate si anume sa micsoreze radical tendinta de formare a aderentelor si rugozitatii.Aceste particularitati sunt in principal urmatoarele:-dimensiunile mai mici ale capilarelor (porilor) din peretii formei datorita granulatiei fine a nisipului folosit pentru forme: dimensiunile acestor capilare sunt micsorate in timpul umplerii cavitatii formei cu aliaj lichid si datorita depunerii in pori a volatilelor prevenite din folie si chiar aparitia pirografitului ;-valori marite ale unghiului de umplere la interfata metal-granule de nisip, care se explica prin absenta peliculei de liant. Se stie ca procesul de umectare la interfata fonta (otel) cuart este mai mica decat la interfata acelorasi aliaje cu Al2O3, carbon lucios, (cazul liantilor: bentonita, rasini sintetice, silicat de sodiu etc.);Formarea defectelor tip crusta , bavura, creasta.Aceste defecte sunt determinate de dilatarea granulelor de cuartos la interfata metal-forma, aparitia tensiunilor de intindere (mai ales in intervalul de temperatura 500-6000C), distrugerea peliculei de liant, care conduc la aparitia deformarilor, fisurilor si exfolierilor in zonele superficiale active ale peretilor formei. In fisuri si cavitatile rezultate din exfoliere patrunde aliajul lichid si genereaza surplusurile metalice mentionate.Analizate din acest punct de vedere formele vidate poseda unele particularitati deosebite:-peretii orizontali ai semiformei superioare se incalzesc intr-o masura mai kica in comparatie cu formele clasice, la aceleasi dimensiuni. Cauzele constituie prezenta foliei si a produselor de descompunere a acesteia. Foliile de polietilena sunt caracterizate prin valori scazute ale conductivitatii termice si mai ridicate-pentru caldura specifica.

Formarea suflurilor superficialeSulfurile care apar la suprafata pieselor turnate pot fi exogene si endogene.Suflurile exogene4 sunt cauzate de degajarea gazelor in zonele superficiale active ale formei si patrunderea acestora in coloana de aliaj-lichid. Principala cauza a degajarii gazelor o constituie liantii si umiditatea din amestec.In cazul formelor vidate aceste componente lipsesc. Singura sursa de gaze o reprezinta folia, care la incalzire se volatilizeaza. Folia insa nu poate determina aparitia suflurilor exogene superficiale din urmatoarele motive: -cantitatea de gaze degajate este cu mult mai mica comparativ cu formele care folosesc ca liant rasinile sintetice, silicatul de sodiu sau chiar bentonita. Ca urmare presiunea gazelor este cu totul insuficienta fata de cea metalostatica