ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΧΥΤΕΥΣΗ. Τα μοντέρνα Χυτήρια αποτελούνται από τα ακόλουθα βασικά τμήματα:

Transcript

1 131 ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΧΥΤΕΥΣΗ ΣΤΟΧΟΙ: Με τη συμπλήρωση της ύλης της ενότητας αυτής ο μαθητής θα πρέπει να: 1. Ορίζει την έννοια χύτευση. 2. Αναφέρει τα πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης μεταλλικών υλικών με τις διάφορες μεθόδους χύτευσης. 3. Κατονομάζει τα βασικά τμήματα ενός μοντέρνου Χυτηρίου. 4. Κατονομάζει τα κριτήρια ταξινόμησης και τις ομάδες ταξινόμησης των διαφόρων μεθόδων χύτευσης. 5. Κατονομάζει όλες τις μεθόδους χύτευσης με βαρύτητα. 6. Κατονομάζει όλες τις μεθόδους χύτευσης με πίεση. 7. Κατονομάζει τους λόγους, για τους οποίους η χύτευση στην άμμο είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος χύτευσης. 8. Κατονομάζει τα στάδια που ακολουθούνται για τη χύτευση στην άμμο. 9. Εξηγεί τι είναι τα πρότυπα χύτευσης. 10. Εξηγεί τις έννοιες: Ολόσωμα Διμερή Πολυμερή πρότυπα αποτύπωσης στην άμμο. 11. Εξηγεί τις έννοιες: Κωνικότητα Χάρη συστολής Χάρη κατεργασίας αναφορικά με τα πρότυπα αποτύπωσης στην άμμο 12. Εξηγεί τι είναι οι πυρήνες χύτευσης. 13. Κατονομάζει τα στάδια χύτευσης απλού στοιχείου σε τύπο μιας απόχυσης. 14. Περιγράφει με συντομία, τα διάφορα στάδια που ακολουθούνται για τη χύτευση απλού στοιχείου με εσωτερικές κοιλότητες, σε τύπο μιας απόχυσης. 15. Κατονομάζει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους. 16. Περιγράφει με συντομία, την πορεία κατασκευής χυτών στοιχείων με τη χύτευση ακριβείας με βαρύτητα και χρήση κέρινων προτύπων. 17. Κατονομάζει τις μεθόδους χύτευσης με πίεση. 18. Εξηγεί τη βασική διαφορά μεταξύ της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με πίεση και της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με βαρύτητα. 19. Περιγράφει με συντομία, με τη βοήθεια κατάλληλου σχήματος, τον τρόπο λειτουργίας μηχανής χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με ψηλή και χαμηλή πίεση. 20. Εξηγεί την αρχή της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους υπό την επίδραση κενού. 21. Κατονομάζει τα πλεονεκτήματα της μεθόδου χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους υπό την επίδραση κενού. 22. Αναγνωρίζει από κατάλληλο σχήμα και κατονομάζει τα βασικά στάδια κατασκευής χυτών στοιχείων με τη χύτευση ακριβείας με πίεση και χρήση κέρινων προτύπων. 23. Εξηγεί τα βασικά χαρακτηριστικά της φυγοκεντρικής χύτευσης. 24. Περιγράφει με συντομία, με τη βοήθεια κατάλληλου σχήματος, τη διαδικασία χύτευσης στοιχείων σε: Οριζόντια μηχανή φυγοκεντρικής χύτευσης Κατακόρυφη μηχανή φυγοκεντρικής χύτευσης. 25. Αναφέρει τυπικά παραδείγματα εφαρμογών της χύτευσης στη βιομηχανική παραγωγή μηχανολογικών προϊόντων (στην παραγωγή κατά μονάδα, στην ομαδική παραγωγή και στη μαζική παραγωγή). Γενικά. Χύτευση είναι ο τρόπος εκείνος διαμόρφωσης των μεταλλικών υλικών χωρίς κοπή, με τον οποίο πραγματοποιείται η μετατροπή ρευστοποιημένης, άμορφης μεταλλικής μάζας σε χυτά στοιχεία μηχανών, εργαλεία ή άλλα αντικείμενα, με ορισμένη γεωμετρική μορφή και καθορισμένες διαστάσεις. Αυτό επιτυγχάνεται με την πλήρωση (γέμισμα) κατάλληλα προετοιμασμένων κοιλοτήτων με ρευστή μεταλλική μάζα. Οι κοιλότητες αυτές ονομάζονται τύποι (καλούπια). Το μεταλλικό υλικό που θα χρησιμοποιηθεί στη χύτευση τήκεται μέσα σε ειδικές κάμινους και μετατρέπεται σε ρευστή μεταλλική μάζα. Το τμήμα των Μηχανολογικών Εργοστασίων στο οποίο γίνεται η διαμόρφωση, των μεταλλικών υλικών με χύτευση λέγεται Χυτήριο. Τα Χυτήρια ταξινομούνται ανάλογα με το βασικό μεταλλικό υλικό που χρησιμοποιείται σ' αυτά. Έτσι γίνεται διάκριση στις ακόλουθες κατηγορίες Χυτηρίων: 1. Χυτήρια χάλυβα 2. Χυτήρια χυτοσιδήρου 3. Χυτήρια ελαφρών μετάλλων (μη σιδηρούχων) 4. Χυτήρια βαριών μετάλλων (μη σιδηρούχων). Τα μοντέρνα Χυτήρια αποτελούνται από τα ακόλουθα βασικά τμήματα: 1. Τμήμα προετοιμασίας των υλικών κατασκευής των τύπων 2. Προτυποποιείο (πρότυπα από ξύλο, μεταλλικά υλικά, πλαστικά)

2 Τμήμα κατασκευής των τύπων (χειρωνακτική ή μηχανοποιημένη κατασκευή των τύπων) 4. Τμήμα τήξης των μετάλλων 5. Χυτήριο 6. Τμήμα καθαρισμού των χυτών 7. Τμήμα ανόπτησης των χυτών (αφαίρεση των εσωτερικών τάσεων από τα χυτά) 8. Τμήμα ελέγχου της ποιότητας. Τα πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης μεταλλικών υλικών με τις διάφορες μεθόδους χύτευσης (μέθοδοι διαμόρφωσης μεταλλικών υλικών χωpίς κoπή) είναι: Σε μία φάση εργασίας οδηγούν από την πρώτη ύλη στο έτοιμο προϊόν. Επιτρέπουν μια ελευθερία στη διαμόρφωση, διότι με αυτήν την μέθοδο είναι εφικτές οι ανομοιόμορφες γεωμετρικές μορφές των αντικειμένων και Με τη μέθοδο αυτή, η κατανάλωση υλικού είναι ουσιαστικά μικρότερη από ό,τι με την κατεργασία κοπής Ταξινόμηση των μεθόδων χύτευσης Οι διάφορες μέθοδοι χύτευσης που χρησιμοποιούνται στα Μηχανολογικά Εργοστάσια των αναπτυγμένων βιομηχανικά και τεχνολογικά χωρών για την κατασκευή χυτών στοιχείων, εργαλείων και άλλων αντικειμένων, είναι δυνατό να ταξινομηθούν με βάση δύο σημαντικά κριτήρια: 1. Τον τρόπο διοχέτευσης της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο (την κοιλότητα) 2. Τον αριθμό των χυτών που είναι δυνατό να χυτευτούν διαδοχικά μέσα σ' έναν τύπο. Με βάση το πρώτο κριτήριο ταξινόμησης, οι μέθοδοι χύτευσης διακρίνονται σε δύο ομάδες: 1. Μέθοδοι χύτευσης με βαρύτητα 2. Μέθοδοι χύτευσης με πίεση Στις μεθόδους χύτευσης με βαρύτητα, η ρευστή μεταλλική μάζα διοχετεύεται στον τύπο με απλή απόχυση και το ρευστό μεταλλικό υλικό εισέρχεται στον τύπο και καταλαμβάνει τον κενό χώρο του (την κοιλότητα) κάτω από την επίδραση της βαρύτητας και μόνο. Αντίθετα, στις μεθόδους χύτευσης με πίεση, η ρευστή μεταλλική μάζα διοχετεύεται στον τύπο με απόχυση υπό πίεση και το ρευστό μεταλλικό υλικό εισέρχεται στον τύπο και καταλαμβάνει τον κενό χώρο του κάτω από την επίδραση της πίεσης που ασκείται κατά την απόχυση. Με βάση το δεύτερο κριτήριο ταξινόμησης γίνεται διάκριση των μεθόδων χύτευσης στις ακόλουθες δύο ομάδες: Μέθοδοι χύτευσης σε μόνιμους τύπους Μέθοδοι χύτευσης σε τύπους μιας απόχυσης Με τις μεθόδους χύτευσης σε μόνιμους τύπους, είναι δυνατό σε έναν και μόνο τύπο να χυτευτεί διαδοχικά μεγάλος αριθμός χυτών. Σ' αυτές τις περιπτώσεις χύτευσης δε χρησιμοποιείται πρότυπο (μοντέλο) για την κατασκευή του τύπου. Αντίθετα, στις μεθόδους χύτευσης σε τύπους μιας απόχυσης, σε κάθε τύπο χυτεύεται μόνο ένα χυτό, γιατί κατά ή μετά την αφαίρεση του στερεοποιημένου χυτού από τον τύπο, ο τύπος καταστρέφεται. Στους πίνακες που ακολουθούν φαίνονται όλες οι μέθοδοι χύτευσης με βαρύτητα και πίεση Μέθοδοι χύτευσης με βαρύτητα Αναφέρθηκε και προηγούμενα ότι ένα από τα κριτήρια ταξινόμησης των μεθόδων χύτευσης είναι ο τρόπος διοχέτευσης της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο. Με βάση το κριτήριο ταξινόμησης αυτό, οι μέθοδοι χύτευσης διακρίνονται σε: 1. Μεθόδους χύτευσης με βαρύτητα 2. Μεθόδους χύτευσης με πίεση Οι μέθοδοι χύτευσης που ανήκουν στην πρώτη κατηγορία είναι οι ακόλουθες: 1. Χύτευση στην άμμο 2. Χύτευση σε γύψο 3. Χύτευση σε τσιμέντο 4. Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους 5. Χύτευση ακριβείας - αποτύπωση με κέρινα πρότυπα 6. Χύτευση με χρήση προτύπων από πολυστερίνη 7. Χύτευση σε κελυφωτούς τύπους 8. Χύτευση CO 2.

3 133

4 Χύτευση στην άμμο Η αρχαιότερη και πιο διαδεδομένη μέθοδος χύτευσης είναι η χύτευση στην άμμο. Η χύτευση στην άμμο καταλαμβάνει την πρώτη θέση μεταξύ των διαφόρων μεθόδων χύτευσης σε σχέση με το συνολικό όγκο παραγωγής χυτών. Οι κυριότεροι λόγοι για τους οποίους η χύτευση στην άμμο τυγχάνει τόσο πλατιάς εφαρμογής είναι οι ακόλουθοι: Το χαμηλό κόστος των εγκαταστάσεων χύτευσης στην άμμο σε σχέση με το κόστος των εγκαταστάσεων άλλων μεθόδων χύτευσης Το χαμηλό κόστος των πρώτων υλών για την κατασκευή των τύπων Η δυνατότητα που προσφέρει η μέθοδος αυτή για μηχανοποιημένη, ομαδική ή μαζική παραγωγή χυτών στοιχείων και άλλων αντικειμένων Η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου αυτής για χύτευση στοιχείων μηχανών ή άλλων αντικειμένων τόσο από σιδηρούχα, όσο και από μη σιδηρούχα μεταλλικά υλικά Το πλατύ πεδίο εφαρμογής της μεθόδου αυτής για την παραγωγή χυτών με βάρος, που μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ μερικών γραμμαρίων μέχρι και αρκετούς τόνους Από τη μέθοδο χύτευσης στην άμμο προκύπτουν χυτά στοιχεία μηχανών, εργαλεία ή άλλα αντικείμενα με ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες. Τα στάδια που ακολουθούνται για τη χύτευση στην άμμο ενός στοιχείου μηχανής, εργαλείου ή άλλου αντικειμένου είναι: 1. Κατασκευή του προτύπου (μοντέλου) 2. Κατασκευή των πυρήνων, όπου είναι αναγκαίο 3. Αποτύπωση του προτύπου στην άμμο - κατασκευή του τύπου 4. Τήξη της μεταλλικής μάζας 5. Απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο 6. Αφαίρεση του στερεοποιημένου χυτού από τον τύπο Τα πρότυπα (μοντέλα) είναι βοηθητικά μέσα που χρησιμοποιούνται σης μεθόδους χύτευσης σε τύπους μιας απόχυσης για τη δημιουργία της κοιλότητας στην άμμο ή σε άλλα υλικά κατασκευής τύπων. Η κοιλότητα αυτή ονομάζεται τύπος. Μέσα στον τύπο αποχύνεται στη συνέχεια η ρευστή μεταλλική μάζα και προκύπτει το επιθυμητό χυτό με καθορισμένη μορφή και διαστάσεις. Όταν η ρευστή μεταλλική μάζα στερεοποιηθεί, το χυτό αφαιρείται από τον τύπο 134 Τα πρότυπα αποτύπωσης της κοιλότητας που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο χύτευσης στην άμμο είναι μόνιμα πρότυπα, μπορούν δηλαδή να χρησιμοποιηθούν για την αποτύπωση μεγάλου αριθμού κοιλοτήτων. Τα υλικά κατασκευής των προτύπων χύτευσης στην άμμο είναι: Ξύλο (αποξηραμένος πεύκος, μαχόκανι) Μεταλλικά υλικά (αλουμίνιο, ορείχαλκος, χυτοσίδηρος, χάλυβας) Γύψος Συνθετικά υλικά (συνήθως στυροπόριο). Ο γύψος και το στυροπόριο χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προτύπων μιας αποτύπωσης, γιατί διαμορφώνονται εύκολα και έχουν χαμηλό κόστος. Έτσι το γεγονός ότι απαιτείται ένα πρότυπο για κάθε αποτύπωση, δεν αποτελεί αρνητικό παράγοντα στο κόστος του χυτού. Το ξύλο και τα μεταλλικά υλικά αλουμίνιο, ορείχαλκος, χυτοσίδηρος και χάλυβας χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μόνιμων προτύπων. Η εκλογή μεταξύ ξύλινου και μεταλλικού προτύπου καθορίζεται από τον αριθμό των χυτών που θα αποτυπωθούν με το πρότυπο. Τα πρότυπα κατασκευάζονται ολόσωμα, διμερή ή πολυμερή, ανάλογα με τη μορφή και τις διαστάσεις του στοιχείου, εργαλείου ή άλλου αντικειμένου που πρόκειται να αποτυπώνεται. Ολόσωμα πρότυπα κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις αποτύπωσης πολύ απλών χυτών. Όταν η μορφή του χυτού είναι πολύπλοκη, το πρότυπο αποτύπωσής του κατασκευάζεται από δύο ή περισσότερα μέρη, τα οποία συναρμολογούνται μεταξύ τους. Όλα τα μέρη που αποτελούν ένα πρότυπο συγκρατούνται μεταξύ τους με κατάλληλους πείρους, με τρόπο ώστε να επιτρέπουν την εύκολη και γρήγορη συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση του προτύπου. Ο τρόπος αυτός κατασκευής των προτύπων διευκολύνει πολύ την εργασία της αποτύπωσης και την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο. Όλα τα πρότυπα αποτύπωσης κατασκευάζονται πάντοτε με διαστάσεις μεγαλύτερες από τις επιθυμητές διαστάσεις του χυτού. Αυτό επιβάλλεται για την αντιμετώπιση του φυσικού φαινομένου της συστολής του μεταλλικού υλικού κατασκευής του χυτού κατά την απόψυξη και στερεοποίηση του από τη ρευστή κατάσταση χύτευσης. Το ποσοστό αύξησης των διαστάσεων των προτύπων αποτύπωσης ονομάζεται χάρη συστολής των προτύπων. Αυτή εκφράζεται σε ποσοστό % και καθορίζεται από δύο βασικούς παράγοντες: Το συντελεστή γραμμικής διαστολής - συστολής του μεταλλικού υλικού κατασκευής του χυτού Το μέγεθος των διαστάσεων του χυτού.

5 Στα περισσότερα χυτά στοιχεία,υπάρχουν σημεία τα οποία μετά τη χύτευση θα πρέπει να υποστούν μηχανική κατεργασία σε εργαλειομηχανές, για να αποκτήσουν τις ακριβείς διαστάσεις τους, όπως προβλέπεται στα κατασκευαστικά σχέδια. Κατά τη χύτευση λαμβάνεται πρόνοια ώστε στα σημεία αυτά να προσδίδεται η απαιτούμενη χάρη κατεργασίας. Έτσι και τα πρότυπα θα πρέπει να έχουν αυξημένες διαστάσεις, σε ποσοστό ίσο με τη χάρη κατεργασίας, σε όλα τα σημεία τα οποία μετά τη χύτευση θα υποστούν μηχανική κατεργασία σε εργαλειομηχανές. Το μέγεθος της χάρης κατεργασίας, εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες: 1. Το μεταλλικό υλικό κατασκευής του χυτού 2. Το μέγεθος των διαστάσεων του χυτού 3. Τη μορφή του χυτού. Ένα άλλο πολύ σημαντικό στοιχείο, που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη στην κατασκευή των προτύπων, είναι η ευκολία αφαίρεσής τους από τον τύπο μετά την αποτύπωση. Ιδιαίτερη προσοχή και επιμέλεια απαιτείται κατά την κατασκευή πολυμερών προτύπων για αποτύπωση πολύπλοκων χυτών. Γενικά όλα τα πρότυπα χύτευσης και ιδιαίτερα τα πολυμερή πρέπει να κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε: 1. Να συναρμολογούνται με πολύ μεγάλη ευκολία και σε ελάχιστο χρόνο κατά τα διάφορα στάδια αποτύπωσης 2. Να αποσυναρμολογούνται και να αφαιρούνται με πολύ μεγάλη ευκολία από τον τύπο μετά την αποτύπωση, χωρίς να προκαλούν ζημιές στα τοιχώματα του τύπου. Για να γίνει αυτό κατορθωτό, όλες οι κάθετες επιφάνειες των προτύπων κατασκευάζονται με μια κωνικότητα που διευκολύνει σε πολύ μεγάλο βαθμό την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο, χωρίς να προκαλούνται ζημιές στα τοιχώματα του τύπου. Οι πυρήνες είναι βοηθητικά μέσα χύτευσης που χρησιμοποιούνται σαν επιπρόσθετα στοιχεία μέσα στους τύπους, για τη δημιουργία οπών και κάθε μορφής εσωτερικών κοιλοτήτων, σε περιπτώσεις χύτευσης πολύπλοκων χυτών. Στην πρακτική ορολογία των τεχνιτών Χυτηρίου οι πυρήνες είναι γνωστοί με την ονομασία «καρδιές». Πορεία χύτευσης απλού στοιχείου σε τύπο μιας απόχυσης Για πληρέστερη κατανόηση της διαδικασίας κατασκευής του τύπου, εξετάζεται η πορεία χύτευσης απλού στοιχείου από χυτοσίδηρο σε τύπο μιας απόχυσης, όπου και περιγράφεται με λεπτομέρεια η πορεία κατασκευής του τύπου. Η 135 πορεία χύτευσης που περιγράφεται αναφέρεται στη μέθοδο χύτευσης σε υγρή άμμο. Στην παραγωγή χυτών κατά μονάδα, οι τύποι κατασκευάζονται από τους τεχνίτες Χυτηρίου με χειρωνακτική εργασία. Αντίθετα, στην ομαδική και στη μαζική παραγωγή, η κατασκευή των τύπων είναι μηχανοποιημένη για ελάττωση στο ελάχιστο δυνατό του χρόνου παραγωγής. Αρχικά, το αρμόδιο τμήμα του Χυτηρίου παίρνει παραγγελία για την κατασκευή εκατό (100) χυτών στοιχείων από χυτοσίδηρο, σύμφωνα με το πιο κάτω κατασκευαστικό σχέδιο στο σχήμα 12/1. Σχ. 12/1: Κατασκευαστικό σχέδιο χυτού Ο αριθμός των στοιχείων που θα χυτευτούν είναι περιορισμένος και έτσι θα ακολουθηθεί η διαδικασία παραγωγής κατά μονάδα. Οι τύποι θα κατασκευαστούν από τεχνίτες Χυτηρίου με χειρωνακτική εργασία, γιατί η μηχανοποιημένη κατασκευή τους είναι ασύμφορη λόγω του μικρού αριθμού χυτών. Ο μικρός αριθμός χυτών επιβάλλει επίσης την κατασκευή ενός μόνο προτύπου αποτύπωσης (μοντέλου) από ξύλο και ενός τύπου κατασκευής των πυρήνων επίσης από ξύλο. Κατασκευή του προτύπου Στην κατασκευή του προτύπου (μοντέλου) από ξύλο, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη σημασία στα ακόλουθα σημεία: 1. Χάρη συστολής Το ξύλινο πρότυπο πρέπει να κατασκευαστεί με τρόπο, ώστε όλες οι διαστάσεις του να είναι κατά 0,1 mm/cm μεγαλύτερες από τις διαστάσεις του στοιχείου στο κατασκευαστικό σχέδιο. Αυτό είναι αναγκαίο για να αντισταθμιστεί η συνολική σμίκρυνση των διαστάσεων του στοιχείου, ως αποτέλεσμα της συστολής του μετάλλου μετά την απόχυσή του στον τόπο και κατά την απόψυξη και στερεοποίησή του. Τα μεγέθη της χάρης συστολής για τις διάφορες περιπτώσεις χύτευσης είναι τυποποιημένα σε ανάλογες εθνικές προδιαγραφές κάθε χώρας. 2. Χάρη κατεργασίας Σ' όλες τις επιφάνειες του στοιχείου, που μετά τη χύτευση θα υποστούν για λόγους λειτουργικούς

6 μηχανική κατεργασία σε εργαλειομηχανές, αφήνεται χάρη κατεργασίας. Τα μεγέθη της χάρης κατεργασίας για τις διάφορες περιπτώσεις χύτευσης είναι τυποποιημένα σε ανάλογες εθνικές προδιαγραφές κάθε χώρας. 3. Κωνικότητα αφαίρεσης των προτύπων από τον τύπο Μετά την αποτύπωσή του στην άμμο, το πρότυπο αφαιρείται με πολύ μεγάλη προσοχή και επιδεξιότητα από τον τύπο. Αυτό γίνεται με τον ακόλουθο τρόπο: Στο πρότυπο από ξύλο κοχλιώνονται σε κατάλληλες θέσεις (συνήθως διαγώνια) δύο ειδικοί κοχλίες ξύλου (ξυλόβιδες), με το άκρο τους διαμορφωμένο σε σχήμα γάντζου. Μετά την κοχλίωση, οι κοχλίες αυτοί δέχονται ελαφρά κτυπήματα με σφυρί, με σκοπό να συμμαζευτεί ελάχιστα η άμμος στα τοιχώματα του τύπου και να διευκολυνθεί έτσι η αφαίρεση του προτύπου. Για την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο, ο τεχνίτης συγκρατεί σταθερά ένα γάντζο σε κάθε χέρι, αυτοσυγκεντρώνεται και τραβά το πρότυπο πολύ προσεκτικά και χωρίς τρεμούλιασμα των χεριών, κατακόρυφα προς τα πάνω, μέχρι που το πρότυπο να αφαιρεθεί από τον τύπο. Για διευκόλυνση της αφαίρεσης του προτύπου από τον τύπο, όλες οι επιφάνειες του προτύπου, που είναι κατακόρυφες μέσα στον τύπο (είναι παράλληλες προς την κατεύθυνση της κίνησης για την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο), κατασκευάζονται με ορισμένη κλίση - κωνικότητα αφαίρεσης του προτύπου. Το πρότυπο κατασκευάζεται από δύο μέρη, ώστε να διευκολύνεται η διαδικασία της αποτύπωσης του στην άμμο (κατασκευή του τύπου). Ο τρόπος συναρμολόγησης των δύο μερών του προτύπου φαίνεται στο σχήμα 12/2. Σχ. 12/2: Τρόπος συναρμολόγησης τον προτύπου αποτύπωσης Κατά την κατασκευή του προτύπου λαμβάνεται πρόνοια, ώστε να αφήνονται στις κατάλληλες θέσεις στο πρότυπο ανάλογες προεξοχές αποτύπωσης στην άμμο των υποδοχών έδρασης των πυρήνων (σχ. 12/3). 136 Σχ. 12/3: Διμερές πρότυπο αποτύπωσης του τύπου, για τη χύτευση του στοιχείου του σχήματος 12/1 Κατασκευή του πυρήνα Για την κατασκευή του πυρήνα χρησιμοποιείται κατάλληλος τύπος (σχ. 12/4), που στην περίπτωση αυτή κατασκευάζεται από ξύλο γιατί ο αριθμός των στοιχείων που θα χυτευτούν είναι περιορισμένος (100 τεμάχια). Και στην περίπτωση αυτή, ο τύπος κατασκευής του πυρήνα είναι διμερής. Τα υλικά κατασκευής του πυρήνα χύτευσης είναι πυριτική άμμος και λινέλαιο. Μετά την κατασκευή τους, οι πυρήνες ψήνονται σε ειδικούς κλιβάνους Χυτηρίου, για να αποκτήσουν την απαιτούμενη αντοχή. Σχ. 12/4: Διμερής τύπος κατασκευής του πυρήνα Πορεία αποτύπωσης του προτύπου στην άμμο (κατασκευή του τύπου) Για την αποτύπωση του προτύπου στην άμμο, ακολουθείται η πιο κάτω πορεία: Στάδιο 1 Το μισό πρότυπο τοποθετείται με την επιφάνεια επαφής του με το άλλο μισό πρότυπο πάνω σε ξύλινη ή μεταλλική πλάκα με ορθογωνικό συνήθως σχήμα. Γύρω από το πρότυπο πάνω στην πλάκα τοποθετείται το κάτω μέρος του πλαισίου, με τρόπο ώστε το πρότυπο να βρίσκεται περίπου στο κέντρο του πλαισίου. Οι διαστάσεις της πλάκας πρέπει οπωσδήποτε να είναι μεγαλύτερες από τις εξωτερικές διαστάσεις του πλαισίου που θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του τύπου. Τα πλαίσια του Χυτηρίου είναι συνήθως τετράγωνα ή ορθογώνια μεταλλικά κουτιά, που κατασκευάζονται με έναν από τους ακόλουθους τρόπους: Σαν συγκολλητές κατασκευές από χαλύβδινο έλασμα (λαμαρίνα)

7 137 Σαν χυτευτές κατασκευές από κράμα αλουμινίου ή από χυτοσίδηρο. Στις πλευρές τους έχουν κατάλληλα χερούλια για τη μεταφορά τους και πείρους για τη σύνδεση (συναρμολόγηση) και ευθυγράμμιση δύο ή περισσότερων πλαισίων μεταξύ τους. Στο σχήμα 12/5 φαίνεται χαρακτηριστικός τύπος πλαισίων Χυτηρίου. Άνω μέρος πλαισίου Στάδιο 3 Πάνω από το μονωτικό υλικό απλώνεται ένα στρώμα υγρής άμμου και συμπιέζεται με κατάλληλο εργαλείο. Ακολουθεί νέο στρώμα υγρής άμμου που συμπιέζεται και πάλι. Η εργασία αυτή κατά στάδια συνεχίζεται, μέχρι που να γεμίσει ολόκληρος ο εσωτερικός χώρος του πλαισίου. Η πάνω επιφάνεια της άμμου ξύνεται και επιπεδώνεται με κατάλληλη για το σκοπό αυτό λεπίδα (σχ. 12/7). Χερούλια Κάτω μέρος πλαισίου Σχ. 12/5: Χαρακτηριστικός τύπος πλαισίων Χυτηρίου άνω και κάτω μέρους πλαισίου Στάδιο 2 Το πρότυπο καλύπτεται με λεπτό στρώμα ειδικής διαχωριστικής σκόνης, όπως φαίνεται στο σχήμα 12/6, που εμποδίζει το κόλλημα του τύπου πάνω στο πρότυπο και διευκολύνει έτσι την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο. Σχ. 12/7: Συμπίεση της άμμου στο πλαίσιο και επιπέδωση της άνω επιφάνειας Με ειδική βελόνα ανοίγονται στον τύπο οπές διαφυγής των αερίων που δημιουργούνται κατά τη χύτευση. Στάδιο 4 Το κάτω μέρος του πλαισίου μαζί με το μισό πρότυπο και την πλάκα αναποδογυρίζονται και τοποθετούνται στο έδαφος του Χυτηρίου πάνω σε μια δεύτερη ξύλινη ή μεταλλική πλάκα (σχ. 12/8). Σχ. 12/6: Κάλυψη του προτύπου με λεπτό στρώμα ειδικής διαχωριστικής σκόνης Μονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται για τον πιο πάνω σκοπό στη χύτευση σε άμμο είναι: 1 Τάλκης(πούδρα) 2 Σκόνη ξυλάνθρακα 3 Αργυρογραφίτης 4 Σκόνη κεχριμπαριού 5 Πετρέλαιο 6 Πυροκαμένη λεπτόκοκκη άμμος 7 Χαρτί. Το είδος του μονωτικού υλικού που χρησιμοποιείται στην κάθε περίπτωση καθορίζεται από τους ακόλουθους παράγοντες: Το υλικό κατασκευής του τύπου Το βάθος πολυπλοκότητας του χυτού και κατά συνέπεια του προτύπου αποτύπωσης και του τύπου Την επιδιωκόμενη ποιότητα του χυτού Το υλικό κατασκευής του χυτού. Σχ. 12/8: Αποτύπωση του μισού προτύπου στο κάτω μέρος του πλαισίου Στη συνέχεια, η ξύλινη ή μεταλλική πλάκα που βρίσκεται στο πάνω μέρος του πλαισίου απομακρύνεται από το πλαίσιο. Το άλλο μισό του προτύπου συναρμολογείται με προσοχή με το μέρος του προτύπου που αποτυπώθηκε στην άμμο. Γύρω από το πρότυπο τοποθετείται το άνω μέρος του πλαισίου, που εφαρμόζει και ευθυγραμμίζεται με τη βοήθεια κυλινδρικών πείρων (σχ. 12/9) στο κάτω μέρος του πλαισίου. Στο σημείο αυτό τοποθετούνται μέσα στο άνω μέρος του πλαισίου, σε κατάλληλες θέσεις και κατακόρυφα, ειδικές κωνικές ράβδοι από ξύλο για τη δημιουργία του οχετού απόχυσης της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο και οχετών εξαερισμού.

8 138 Σχ. 12/9: Αποτύπωση ολόκληρου του προτύπου Στάδιο 5 Το μισό πρότυπο καλύπτεται με λεπτό στρώμα ειδικού μονωτικού υλικού, που εμποδίζει το κόλλημα της άμμου του τύπου πάνω στο πρότυπο και διευκολύνει έτσι την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο. Στάδιο 6 Πάνω από το μονωτικό υλικό απλώνεται ένα στρώμα υγρής άμμου και συμπιέζεται και πάλι. Η εργασία αυτή συνεχίζεται κατά στάδια μέχρι που να γεμίσει ολόκληρος ο εσωτερικός χώρος του πλαισίου. Στάδιο 7 Μετά την αποτύπωση ολόκληρου του προτύπου, οι κωνικές ράβδοι από ξύλο, που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των οχετών απόχυσης και εξαερισμού, αφαιρούνται με ελαφρά κτυπήματα με σφυρί σε τέσσερα σημεία (σε σχήμα σταυρού). Το άνω μέρος του πλαισίου ανασηκώνεται με μεγάλη προσοχή, αναποδογυρίζεται και τοποθετείται πάνω σε ξύλινη ή μεταλλική πινακίδα. Κατά το διαχωρισμό των δύο μερών του πλαισίου, το μισό πρότυπο παραμένει στο κάτω μέρος του πλαισίου και το άλλο μισό στο άνω μέρος του πλαισίου. Στο μισό πρότυπο από ξύλο, που βρίσκεται στο κάτω μέρος του πλαισίου, κοχλιώνονται σε κατάλληλες θέσεις (συνήθως διαγώνια) δύο ειδικοί κοχλίες ξύλου (ξυλόβιδες), με το άκρο τους διαμορφωμένο σε σχήμα γάντζου (σχ. 12/10). Μετά την κοχλίωση, οι κοχλίες αυτοί δέχονται ελαφρά κτυπήματα με σφυρί σε τέσσερα σημεία (σε σχήμα σταυρού), με σκοπό να συμμαζευτεί ελάχιστα η άμμος στα τοιχώματα του τύπου και να διευκολυνθεί η αφαίρεση του προτύπου. Με τον ίδιο τρόπο αφαιρείται και το άλλο μισό πρότυπο από τον τύπο στο άνω μέρος του πλαισίου. Σχ. 12/10: Ειδικοί γάντζοι για την αφαίρεση του προτύπου από τον τύπο Στάδιο 8 Τα εσωτερικά τοιχώματα του τύπου και οι επιφάνειες επαφής της άμμου των δυο μερών του πλαισίου επιστρώνονται στη συνέχεια με λεπτό στρώμα ειδικού επιχρίσματος. Τα επιχρίσματα που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό είναι συνήθως μείγματα γραφίτη, αργίλου και νερού ή γραφίτη, αργίλου και αλκοόλ. Η επίστρωση των εσωτερικών τοιχωμάτων του τύπου και των επιφανειών επαφής της άμμου με τα επιχρίσματα αυτά γίνεται με ψέκασμα ή με τη βοήθεια μαλακών πινέλων. Στάδιο 9 Οι τύποι μετά την κατασκευή και την επίστρωσή τούς με τα ειδικά επιχρίσματα αποξηραίνονται με φλόγα οξυγόνου-ασετιλίνης ή φλόγα φωταερίου. Στάδιο 10 Ακολουθεί η κατασκευή του πυρήνα που έχει περιγραφεί προηγούμενα. Στο σημείο αυτό, η εργασία κατασκευής του τύπου μιας απόχυσης στην άμμο θεωρείται ολοκληρωμένη. Το άνω μέρος του πλαισίου επανατοποθετείται, εφαρμόζει και ευθυγραμμίζεται με τη βοήθεια κατάλληλων πείρων ευθυγράμμισης στο κάτω μέρος του πλαισίου. Η εργασία αυτή κατασκευής του τύπου επαναλαμβάνεται τόσες φορές, όσος είναι και ο αριθμός των στοιχείων που θα χυτευτούν. Αν το Χυτήριο δε διαθέτει τόσο μεγάλο αριθμό πλαισίων, τότε η χύτευση διεξάγεται δύο, τρεις ή και περισσότερες φορές, ανάλογα με τον αριθμό πλαισίων που διαθέτει τo Χυτήριο. Τα πλαίσια με τους τελειωμένους τύπους τοποθετούνται σε σειρά, σε κατάλληλα επιπεδωμένο χώρο στο πάτωμα του Χυτηρίου, όπου θα ακολουθήσει η απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας. Στην άνω επιφάνεια των πλαισίων τοποθετούνται ειδικά βάρη, συνήθως από χυτοσίδηρο (σχ. 12/11).

9 Τα βάρη αυτά έχουν σκοπό να εμποδίζουν το ενδεχόμενο ανασήκωσης του άνω μέρους του πλαισίου κατά την απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο, σαν αποτέλεσμα: Της υδροστατικής πίεσης στον τύπο Της πίεσης των αερίων που δημιουργούνται κατά την απόχυση. 139 Σε κάθε τύπο αποχύνεται τόση ποσότητα ρευστοποιημένου μετάλλου, όση χρειάζεται για την πλήρωση του τύπου μέχρι το στόμιο του οχετού απόχυσης. Τα τοιχώματα του τύπου συγκρατούν το ρευστοποιημένο μέταλλο μέσα στον τύπο. Το ρευστοποιημένο μέταλλο παίρνει έτσι τη μορφή του τύπου και παραμένει μέσα σ' αυτό μέχρι να στερεοποιηθεί. Αφαίρεση των στερεοποιημένων χυτών από τους τόπους - Καθαρισμός των χυτών Μετά την αφαίρεσή τους από τους τύπους και την τέλεια απόψυξή τους, τα χυτά υποβάλλονται σε διάφορες κατεργασίες καθαρισμού και προετοιμάζονται για τις μηχανικές κατεργασίες που θα υποστούν σε εργαλειομηχανές. Οι κατεργασίες καθαρισμού και προετοιμασίας των χυτών για τις μηχανικές κατεργασίες είναι οι ακόλουθες: Σχ. 12/11: Τύπος μιας απόχυσης από υγρή άμμο, έτοιμος για απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας Τήξη της μεταλλικής μάζας Το επόμενο στάδιο της χύτευσης, μετά την αποτύπωση του προτύπου στην άμμο, είναι η τήξη και ρευστοποίηση της μεταλλικής μάζας, ώστε να καταστεί δυνατή η απόχυσή της στους τύπους Ο χυτοσίδηρος αποτελεί σήμερα το πιο σημαντικό χυτευτικό υλικό. Το ψηλό ποσοστό άνθρακα που περιέχεται στο χυτοσίδηρο επενεργεί θετικά στην ευτηκτότητα και τη χυτευτικότητά του και τον καθιστά το πιο σημαντικό χυτευτικό υλικό στην κατασκευή χυτών μάζας από μερικά γραμμάρια μέχρι και αρκετούς τόνους. Σαν χυτευτικό κράμα, ο χυτοσίδηρος συνδυάζει τα ακόλουθα βασικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα άλλα μέταλλα και μεταλλικά κράματα χύτευσης: 1. Χαμηλό κόστος 2. Αρκετά καλή ευτηκτότητα και χυτευτικότητα 3. Καλή ικανότητα ροής και απόχυσης 4. Καλή κατεργαστικότητα με μηχανική κοπή σε εργαλειομηχανές 5. Μεγάλη αντοχή στη θλίψη 6. Εξαιρετική ικανότητα απορρόφησης και απόσβεσης κραδασμών 7. Καλή αντοχή στη φθορά τριβής ολίσθησης 8. Χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας Το μέταλλο ή μεταλλικό κράμα χύτευσης, αφού θερμανθεί στην κάμινο τήξης μέχρι τη θερμοκρασία χύτευσης (πάντοτε ψηλότερη από το σημείο τήξης του μετάλλου) και ρευστοποιηθεί, μεταφέρεται στη συνέχεια με κατάλληλα μέσα στον τόπο χύτευσης, όπου και αποχύνεται στους τύπους. 1. Αφαίρεση των πυρήνων 2. Αποκοπή και αφαίρεση του οχετού απόχυσης από τα χυτά 3. Καθαρισμός των χυτών με πιεσμένη άμμο ή πιεσμένο νερό 4. Λείανση 5. Θερμικές επεξεργασίες Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους Η μέθοδος χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους είναι όπως και οι άλλες μέθοδοι χύτευσης εκείνος ο τρόπος διαμόρφωσης των μεταλλικών υλικών χωρίς κοπή, με τον οποίο πραγματοποιείται η μετατροπή ρευστοποιημένης, άμορφης μεταλλικής μάζας σε χυτά στοιχεία μηχανών, εργαλεία ή άλλα αντικείμενα με ορισμένη γεωμετρική μορφή και καθορισμένες διαστάσεις. Σε αντίθεση με τη χύτευση στην άμμο, όπου οι τύποι κατασκευάζονται στην άμμο, σ' αυτή τη μέθοδο χύτευσης οι τύποι κατασκευάζονται από μεταλλικά υλικά. Έτσι, ενώ στη χύτευση στην άμμο οι τύποι είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν μόνο για μια απόχυση, στη χύτευση σε μεταλλικούς τύπους οι τύποι χρησιμοποιούνται για μεγάλο αριθμό αποχύσεων (μόνιμοι τύποι). Η χύτευση σε μεταλλικούς τύπους παρουσιάζει μεγάλα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τη χύτευση στην άμμο. Τα πιο σημαντικά από αυτά είναι τα ακόλουθα: 1. Μεγαλύτερη ακρίβεια διαστάσεων των χυτών 2. Καλύτερη ποιότητα επιφάνειας των χυτών 3. Χαμηλό κόστος παραγωγής 4. Εξοικονόμηση υλικού 5. Ελάττωση των μηχανικών κατεργασιών σε εργαλειομηχανές που γίνονται στα χυτά μετά τη χύτευση.

10 140 Βασικοί περιοριστικοί παράγοντες στην εφαρμογή της μεθόδου χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους είναι: Το αρκετά ψηλό κόστος κατασκευής των μεταλλικών τύπων. Έτσι η μέθοδος αυτή χύτευσης είναι οικονομικά συμφέρουσα, όταν ο αριθμός των χυτών που θα παραχθεί ξεπερνά τις τεμάχια. Το σχετικά περιορισμένο μέγεθος χυτών που είναι δυνατό να παραχθούν. Έτσι με τη μέθοδο αυτή κατασκευάζονται χυτά με μάζα μόνο μέχρι 55 kg. Η εκλογή των μεταλλικών υλικών χύτευσης που χρησιμοποιούνται στη χύτευση σε μεταλλικούς τύπους περιορίζεται μόνο σ' αυτά που έχουν σχετικά χαμηλό σημείο τήξης. Χύτευση ακριβείας με βαρύτητα - αποτύπωση με κέρινα πρότυπα Οι τύποι που χρησιμοποιούνται σ' αυτή τη μέθοδο χύτευσης είναι ολόσωμοι. Για την κατασκευή των τύπων χύτευσης χρησιμοποιούνται πρότυπα μιας αποτύπωσης, που κατασκευάζονται από υλικά με χαμηλό σημείο τήξης, όπως: Μείγμα κεριού με βάση τον άνθρακα ή το αργό πετρέλαιο Τεχνητές ρητίνες Συνθετικά υλικά, όπως η πολυστερίνη. Τα κέρινα πρότυπα κατασκευάζονται μέσα σε ειδικούς για το σκοπό αυτό τύπους, που είναι δυνατό να κατασκευαστούν με ένα από τα ακόλουθα υλικά: 1. Μαλακά μέταλλα, όπως για παράδειγμα μόλυβδος και κράματα κασσιτέρου 2. Συνθετικό καουτσούκ 3. Εποξική ρητίνη 4. Χάλυβας (για την κατασκευή πολύ μεγάλου αριθμού κέρινων προτύπων). Το υλικό κατασκευής των προτύπων συμπιέζεται μέσα στον ειδικό τύπο (σχ. 12/12), αφήνεται να αποψυχθεί και αφαιρείται στη συνέχεια, για να χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή του τύπου χύτευσης. Σχ. 12/12: Συμπίεση του κεριού μέσα στον τύπο, για την κατασκευή του κέρινου προτύπου Κέρινα πρότυπα με μεγάλο μέγεθος και πολύπλοκη γεωμετρική μορφή κατασκευάζονται πολυμερή, από ανάλογο αριθμό στοιχείων. Τα στοιχεία αυτά συναρμολογούνται κατάλληλα, για να δώσουν το τελικό πρότυπο. Επίσης, κέρινα πρότυπα με σχετικά μικρό μέγεθος συναρμολογούνται κατά ομάδες σε ειδικούς κορμούς συγκράτησης των προτύπων (σχ. 12/13), ώστε η χύτευσή τους να γίνεται κατά ομάδες. Σχ. 12/13: Συναρμολόγηση αριθμού κέρινων προτύπων σε ειδικό κορμό, για τη χύτευση τους κατά ομάδες Οι κορμοί αυτοί συγκράτησης των προτύπων κατά ομάδες κατασκευάζονται από το ίδιο υλικό, όπως και τα πρότυπα (κερί ή πολυστερίνη). Έτσι, σε έναν κορμό είναι δυνατό να συναρμολογηθούν κατάλληλα ή και να κολληθούν με ρητίνη μέχρι 200 κέρινα πρότυπα. Τα πρότυπα, αφού συναρμολογηθούν ή επικολληθούν στον κορμό, είναι έτοιμα για να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή των τύπων χύτευσης. Η πορεία κατασκευής των τύπων για τη μέθοδο χύτευσης ακριβείας με χρήση κέρινων προτύπων περιγράφεται στη συνέχεια Κατασκευή των τύπων για τη χύτευση ακριβείας με χρήση κέρινων προτύπων Ο κορμός με τα κέρινα πρότυπα ραντίζεται σε πρώτο στάδιο με διάλυση νερού-σαπουνιού, για καθαρισμό των προτύπων. Μικρά τεμάχια κεριού και ρητίνης που είναι επικολλημένα στα πρότυπα ή στον κορμό αποχωρίζονται, παρασύρονται από τη διάλυση και απομακρύνονται. Στη συνέχεια, κορμός και κέρινα πρότυπα πλένονται σε αλκοόλ και στεγνώνονται. Ακολουθεί η προετοιμασία ειδικής διάλυσης μέσα στην οποία θα πρέπει να εμβαπτιστούν κορμός και κέρινα πρότυπα. Η διάλυση αυτή περιέχει τα ακόλουθα συστατικά: 1. Αιθυλική αλκοόλη (οινόπνευμα) 18,00 l 2. Νερό 2,60 l 3. Υδροχλωρικό οξύ 0,13 l 4. Αιθυλοσιλικόνη 15,30 l Τα υλικά αυτά χύνονται με την πιο πάνω σειρά σε αναδευτήρα, αφού προστεθεί σκόνη χαλαζιακής άμμου και αναδεύονται για μια περίπου ώρα.

11 141 Ο κορμός με τα κέρινα πρότυπα εμβαπτίζεται για σύντομο χρονικό διάστημα στη διάλυση αυτή (σχ. 12/14), με αποτέλεσμα να επικολληθεί στην εξωτερική τους επιφάνεια μια λεπτή επίστρωση της διάλυσης. Ενώ η επίστρωση αυτή είναι ακόμη υγρή, εκτινάσσεται ξηρή σκόνη πυρίμαχου υλικού στον κορμό και τα πρότυπα και έτσι δημιουργείται γύρω από τον κορμό και τα πρότυπα ένα κέλυφος από πυρίμαχο υλικό με ομοιόμορφο πάχος (σχ. 12/15). Τα πυρίμαχα υλικά που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό είναι χαλαζίας, κορούνδιο ή οξίδιο του ζιρκονίου σε σκόνη. Σχ. 12/14: Εμβάπτιση του κορμού και των κέρινων προτύπων σε ειδική διάλυση Σχ. 12/16: Αποπερατωμένος τύπος μαζί με τον κορμό και τα κέρινα πρότυπα για χύτευση ακριβείας Αφαίρεση του κορμού και των κέρινων προτύπων από τον τύπο Πριν από τη χύτευση ρευστής μεταλλικής μάζας μέσα στον τύπο, θα πρέπει πρώτα να αφαιρεθούν από αυτόν ο κορμός και τα πρότυπα από κερί, ώστε να παραμείνει η κοιλότητα του τύπου. Το κερί του κορμού και των προτύπων τήκεται ή διαλύεται χημικά και αφαιρείται από τον τύπο (σχ. 12/17). Η εργασία τήξης και αφαίρεσης του κεριού διαρκεί 30 min περίπου. Για την τήξη του κεριού είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί: Ζεματισμένο νερό Θερμός αέρας ή Ατμός. Σχ. 12/15: Εκτίναξη ξηρής σκόνης πυρίμαχου υλικού στον κορμό και στα πρότυπα από κερί Το κέλυφος αυτό στεγνώνεται και ο κορμός με τα πρότυπα εμβαπτίζεται ξανά στη διάλυση. Ακολουθεί εκτίναξη και νέας σκόνης πυρίμαχου υλικού, πιο χοντρόκοκκης αυτή τη φορά, στον κορμό και στα πρότυπα. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται τουλάχιστον τρεις φορές και σε ειδικές περιπτώσεις μέχρι και οκτώ φορές, ενώ κάθε φορά χρησιμοποιείται όλο και πιο χοντρόκοκκη σκόνη πυρίμαχου υλικού. Έτσι γύρω από τον κορμό και τα πρότυπα από κερί δημιουργείται ένα κέλυφος με πάχος από 5 εως 8 mm (σχ. 12/16), ανάλογα με το πόσες φορές επαναλαμβάνεται η διαδικασία αυτή. Το κέλυφος αυτό θα χρησιμοποιηθεί αργότερα σαν τύπος χύτευσης, για τη μέθοδο χύτευσης ακριβείας. Μετά από κάθε στάδιο εμβάπτισης και επίστρωσης του κορμού και των προτύπων με σκόνη πυρίμαχου υλικού, το κέλυφος που δημιουργείται στεγνώνεται σε θερμοκρασία 22 C και υγρασία 70%, για 3 εως 8h. Σχ. 12/17: Τήξη ή χημική διάλυση και αφαίρεση του κορμού και των κέρινων προτύπων από τον τύπο Το ψήσιμο των τύπων χύτευσης, που ακολουθεί μετά τον καθαρισμό των κοιλοτήτων από το κερί, γίνεται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους ή κλιβάνους φωταερίου σε θερμοκρασία C και διαρκεί 6-7 h. Κατά το ψήσιμο, μαζί με το κάψιμο των υπολειμμάτων του κεριού που παραμένουν ακόμη στον τύπο, επιτυγχάνεται και η εξουδετέρωση της υγρασίας, που είναι εγκλωβισμένη στις κοιλότητες. Τήξη της μεταλλικής μάζας - Απόχυση -Καθαρισμός των χυτών Η απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας στους τύπους γίνεται με τη βοήθεια κάδων απόχυσης με χειρολαβές, που κατασκευάζονται από πυρίμαχα υλικά (σχ. 12/18).

12 142 Μαλακά μέταλλα, όπως βισμούθιο (Bi), μόλυβδος (Pb) και κράματα κασσιτέρου (Snalloys) Συνθετικό καουτσούκ Εποξική ρητίνη Χάλυβας (για την κατασκευή πολύ μεγάλου αριθμού προτύπων από πολυστερίνη). Σχ. 12/18: Χύτευση ακριβείας με χρήση κέρινων προτύπων - Απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο Η θερμοκρασία χύτευσης κυμαίνεται γύρω στους 1650 ο C και εξαρτάται από τη γεωμετρική μορφή και τον όγκο των χυτών, καθώς επίσης και από το κράμα του χάλυβα που θα χυτευθεί. Μετά την απόχυση της ρευστής μεταλλικής μάζας, οι πυρωμένοι τύποι αφήνονται εκτεθειμένοι στο περιβάλλον του Χυτηρίου, μέχρι την απόψυξη και εξίσωση της θερμοκρασίας τους με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Στη συνέχεια τοποθετούνται σε ειδικούς δονητές (vibrators), όπου με δονήσεις επιτυγχάνεται η θραύση και απομάκρυνση των τύπων από τα χυτά. Ο καθαρισμός των χυτών γίνεται με πιεσμένη άμμο. Ο διαχωρισμός των χυτών από τον κορμό διεξάγεται με έναν από τους ακόλουθους τρόπους: 1. Με απλό κτύπημα σφυριού 2. Με δόνηση (vibration) 3. Αποκοπή στη φρέζα 4. Αποκοπή με σμυριδοτροχό (σχ. 12/19) 5. Αποκοπή με φλόγα οξυγόνου-ασετιλίνης Σχ. 12/19: Αποκοπή των χυτών από τον κορμό με σμυριδοτροχό Χύτευση με χρήση προτύπων από στυροπόριο Οι τύποι που χρησιμοποιούνται σ' αυτή τη μέθοδο χύτευσης είναι ολόσωμοι. Τα πρότυπα από στυροπόριο κατασκευάζονται κάτω από ψηλές πιέσεις σε ημιαυτόματες και αυτόματες μηχανές με ειδικούς για το σκοπό αυτό τύπους. Οι τύποι αυτοί είναι δυνατό να κατασκευαστούν από τα ακόλουθα υλικά: Για την κατασκευή του τύπου, το πρότυπο από στυροπόριο τοποθετείται μέσα σε κατάλληλο πλαίσιο, σε σχήμα κιβωτίου, και γύρω από αυτό τοποθετείται πυριτική άμμος η οποία συμπιέζεται. Μετά την αποτύπωση στην άμμο, το πρότυπο παραμένει στον τύπο, καίεται κάτω από την επίδραση της θερμότητας ρευστής μεταλλικής μάζας κατά την απόχυσή της στον τύπο και εξαφανίζεται χωρίς να αφήνει κατάλοιπα. Η αρχή αυτής της μεθόδου χύτευσης φαίνεται στο σχήμα 12/20. Σχ. 12/20: Χύτευση με χρήση προτύπου από στυροπόριο Χύτευση σε κελυφωτούς τύπους Στη χύτευση με τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται κελυφωτοί τύποι σε συνδυασμό με διάτρητους πυρήνες, αντί των συνηθισμένων τύπων από άμμο σε συνδυασμό με γεμάτους πυρήνες, που χρησιμοποιούνται στη χύτευση στην άμμο, ή αντί των μεταλλικών τύπων, που χρησιμοποιούνται στις άλλες μεθόδους χύτευσης. Οι κελυφωτοί τύποι είναι «μάσκες» λεπτού πάχους (διμερείς ή πολυμερείς), που η εσωτερική τους επιφάνεια έχει τη γεωμετρική μορφή και τις διαστάσεις του χυτού που πρόκειται να χυτευτεί μέσα σ' αυτές. Τόσο οι κελυφωτοί τύποι, όσο και οι διάτρητοι πυρήνες κατασκευάζονται από μείγμα λεπτόκοκκης πυριτικής άμμου και συνθετικής ρητίνης (φαινόλη φορμαλδεύδη). Με τη χύτευση σε κελυφωτούς τύπους κατασκευάζονται χυτά με κανονικό μέχρι πολύ λεπτό πάχος τοιχωμάτων και πολύπλοκη γεωμετρική μορφή με μάζα μέχρι 50 kg, που συνδυάζουν εξαιρετική ποιότητα επιφανειών και αξιοσημείωτη ακρίβεια διαστάσεων.

13 Στο σχήμα 12/21 φαίνονται τα βασικά στάδια της χύτευσης σε κελυφωτούς τύπους. 143 Σχ. 12/22: Παραδείγματα χυτών Σχ. 12/21: Βασικά στάδια της χύτευσης σε κελυφωτούς τύπους Μέθοδοι χύτευσης με πίεση Σ' αυτές τις μεθόδους χύτευσης η ρευστή μεταλλική μάζα διοχετεύεται στον τύπο με πίεση. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι ακόλουθες μέθοδοι χύτευσης: 1 Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με πίεση 2 Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με χαμηλή πίεση 3 Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους υπό την επίδραση κενού 4 Χύτευση ακριβείας με πίεση-αποτύπωση με κέρινα πρότυπα. 5 Φυγοκεντρική χύτευση Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με πίεση Η μέθοδος χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με πίεση αποτελεί εξέλιξη της μεθόδου χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με βαρύτητα. Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο αυτών μεθόδων χύτευσης βρίσκεται στον τρόπο πλήρωσης της κοιλότητας των μεταλλικών τύπων με ρευστή μεταλλική μάζα. Έτσι στη μια μέθοδο η πλήρωση (το γέμισμα) των τύπων με ρευστή μεταλλική μάζα επιτυγχάνεται κάτω από την επίδραση της βαρύτητας και μόνο, ενώ στην άλλη μέθοδο η πλήρωση των τύπων επιτυγχάνεται με πίεση. Για τη χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με πίεση χρησιμοποιούνται ειδικές μηχανές χύτευσης με πίεση. Τυπικά παραδείγματα χυτών σε μεταλλικούς τύπους φαίνονται στο σχήμα.(σχ.12/22) Η Χύτευση με πίεση σε μεταλλικούς τύπους είναι μια μέθοδος για παραγωγή τεμαχίων σε μεγάλες σειρές, με λεπτά τοιχώματα από ελαφρά μέταλλα ή πλαστικά. Τα παραγόμενα χυτά έχουν μεγάλη ακρίβεια στις διαστάσεις, καλή επιφάνεια, αντοχή και ομοιόμορφη δομή του υλικού. Μπορούν να παραχθούν σύνθετα τεμάχια, π.χ. κορμοί κινητήρων με πτερύγια ψύξεως. Το λεπτόρρευστο μέταλλο πιέζεται σε μεταλλικό τύπο (καλούπι), ο οποίος απαρτίζεται από δύο τεμάχια τουλάχιστον. Κατόπιν, ανοίγει ο τύπος και ένας εξολκέας ωθεί προς τα έξω το αντικείμενο (σχ. 12/23). Σχ. 12/23: Χύτευση με πίεση, (α) θέση πλήρωσης (β) εξαγωγή Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με χαμηλή πίεση Η χύτευση σε μεταλλικούς τύπους με χαμηλή πίεση διεξάγεται σε ειδικές για το σκοπό αυτό μηχανές (σχ. 12/24). Σχ. 12/24: Μηχανή χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με χαμηλή πίεση Το μεταλλικό υλικό που θα χυτευτεί τοποθετείται στη

14 χοάνη της μηχανής που βρίσκεται στο κέντρο ηλεκτρικού πηνίου και τήκεται. Η χοάνη για την τήξη του μετάλλου συνήθως κατασκευάζεται από σίδηρο και σε μοντέρνες μηχανές από καρβίδιο του πυριτίου. Στην επιφάνεια του τήγματος ασκείται στη συνέχεια πίεση 0,5 bar, με αποτέλεσμα ρευστή μεταλλική μάζα να διοχετεύεται με πίεση μέσω ενός κάθετου σωλήνα (οχετού χύτευσης) στο μεταλλικό τύπο. Μετά την απόψυξη και στερεοποίηση του χυτού στο μεταλλικό τύπο, η πίεση μέσα στη χοάνη, αφαιρείται μέσω κατάλληλης βαλβίδας. Το μεταλλικό υλικό μέσα στη χοάνη και στον οχετό διατηρείται σε ρευστή κατάσταση, γιατί τόσο η χοάνη όσο και ο οχετός περιβάλλονται από ηλεκτρικό πηνίο για την τήξη του μετάλλου. Έτσι, μετά την αφαίρεση της πίεσης από τη χοάνη, το ρευστό μεταλλικό υλικό που βρίσκεται στον οχετό επιστρέφει λόγω της βαρύτητας στη χοάνη. Ο μεταλλικός τύπος ανοίγεται στη συνέχεια με τη βοήθεια κατάλληλου υδραυλικού ή πνευματικού συστήματος, αφαιρείται το χυτό και κλείνεται πάλι ο τύπος. Έτσι ολοκληρώνεται ο κύκλος εργασίας για την κατασκευή ενός χυτού και η μηχανή είναι έτοιμη για την επανάληψη του κύκλου εργασίας και τη χύτευση του επόμενου χυτού. Η υποδοχή συγκράτησης του μεταλλικού τύπου στις μηχανές χύτευσης, με χαμηλή πίεση, κατασκευάζεται με τρόπο ώστε να παρέχει τη δυνατότητα ανταλλαγής του μεταλλικού τύπου χύτευσης ενός ορισμένου χυτού με μεταλλικούς τύπους χύτευσης άλλων χυτών. Η μέθοδος χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με χαμηλή πίεση παρουσιάζει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: 1. Αποφεύγεται οποιαδήποτε χειρωνακτική εργασία 2. Η χύτευση είναι συνεχής και επιτυγχάνεται με μηχανοποίηση ή αυτοματοποίηση της μηχανικής χύτευσης 3. Αποφεύγεται η δημιουργία οξιδίων (σκουριάς) στο τήγμα 4. Κατασκευάζονται χυτά με αρκετά μικρό πάχος τοιχωμάτων Χύτευση σε μεταλλικούς τύπους υπό την επίδραση κενού Σ' αυτή τη μέθοδο κατασκευής χυτών, η ρευστή μεταλλική μάζα χυτεύεται σε μεταλλικούς τύπους, από τους οποίους αφαιρείται πρώτα ο αέρας, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται συνθήκες κενού (vacuum) σ' αυτούς. 144 και τον οχετό χύτευσης και τη δημιουργία συνθηκών κενού, χρησιμεύει κατάλληλη αντλία κενού (vacuum pump). Απαραίτητη προϋπόθεση στη μέθοδο αυτή χύτευσης είναι ότι οι μεταλλικοί τύποι πρέπει να κατασκευάζονται με μεγάλη επιμέλεια και να συνδυάζουν ψηλό βαθμό στεγανότητας. 'Οταν η αντλία κενού τεθεί σε λειτουργία, απορροφά τον αέρα από την κοιλότητα του τύπου και από τον οχετό χύτευσης. Το κενό που δημιουργείται υποβοηθεί τη ρευστή μεταλλική μάζα χύτευσης να εισχωρήσει με αυξημένη ταχύτητα ροής στον τύπο και να πληρώσει την κοιλότητά του, με αποτέλεσμα ο χρόνος χύτευσης να ελαττώνεται αισθητά. Η χύτευση σε μεταλλικούς τύπους υπό την επίδραση κενού συνδυάζει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: 1. Ο ελαττωμένος χρόνος χύτευσης επιτρέπει και την ελάττωση της θερμοκρασίας χύτευσης, με αποτέλεσμα να εξοικονομείται θερμική ενέργεια κατά την τήξη του μεταλλικού υλικού χύτευσης 2. Με τη μέθοδο αυτή είναι δυνατό να κατασκευαστούν χυτά με το ελάχιστο δυνατό πάχος τοιχωμάτων. 3. Αποκλείεται ο εγκλωβισμός αέρα στα χυτά και έτσι αποφεύγεται η δημιουργία φυσαλίδων ή πόρων σ' αυτά 4. Η κρυσταλλική δομή των χυτών παρουσιάζει ψηλό Βαθμό πυκνότητας και συνεκτικότητας 5. Τα χυτά παρουσιάζουν εξαιρετικές ιδιότητες και ιδιαίτερα μεγάλη αντοχή 6. Ο βαθμός επιτυχίας αυτής της μεθόδου χύτευσης είναι σχεδόν 100% και επομένως αποκλείεται η χύτευση ελαττωματικών ή άχρηστων χυτών Χύτευση ακριβείας με πίεση Αποτύπωση με κέρινα πρότυπα Η πορεία κατασκευής χυτών με τη μέθοδο χύτευσης ακριβείας με πίεση είναι η ίδια με αυτή που ακολουθείται στη μέθοδο χύτευσης ακριβείας με βαρύτητα. Η μόνη διαφορά μεταξύ των δυο αυτών μεθόδων χύτευσης ακριβείας αφορά τον τρόπο διοχέτευσης της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο. Έτσι στη μια μέθοδο χύτευσης η ρευστή μεταλλική μάζα διοχετεύεται στον τύπο με βαρύτητα, ενώ στην άλλη μέθοδο χύτευσης αυτό επιτυγχάνεται με πίεση. Στο σχήμα 12/25 φαίνονται παραστατικά τα βασικά στάδια κατασκευής ενός στοιχείου με τη μέθοδο χύτευσης ακριβείας με πίεση και χρήση κέρινων προτύπων. Για την αφαίρεση του αέρα από το μεταλλικό τύπο

15 145 Σχ. 12/26: Κατακόρυφη φυγοκεντρική χύτευση κορμού τροχού Σχ. 12/27: Οριζόντια φυγοκεντρική χύτευση σωλήνα Σχ. 12/25: Βασικά στάδια κατασκευής χυτών με τη μέθοδο χύτευσης ακριβείας με πίεση και χρήση κέρινων προτύπων 1. Τύπος κατασκευής των κέρινων προτύπων 2. Συμπίεση του κεριού στον τύπο κατασκευής των προτύπων 3. Αφαίρεση των κέρινων προτύπων από τον τύπο 4. Συναρμολόγηση των προτύπων στον κορμό 5. Αρχική εμβάπτιση του κορμού και των προτύπων σε ειδική διάλυση 6. Εκτίναξη ξηρής σκόνης πυρίμαχου υλικού στον κορμό και στα πρότυπα 7. Τελική εμβάπτιση του κορμού και των προτύπων σε ειδική διάλυση 8. Τήξη και αφαίρεση του κορμού και των κέρινων προτύπων από τον τύπο 9. Χύτευση της ρευστής μεταλλικής μάζας στον τύπο με πίεση 10. Αποκοπή των χυτών από τον κορμό 11. 'Ελεγχος των χυτών 12. Καθαρισμός των χυτών Φυγοκεντρική χύτευση Η φυγοκεντρική χύτευση χρησιμοποιείται για την παραγωγή σωμάτων εκ περιστροφής. Το μέταλλο χυτεύεται σε ένα πλαίσιο το οποίο ψύχεται εξωτερικά, αλλά και στρέφεται με μεγάλη ταχύτητα. Λόγω της φυγόκεντρης δυνάμεως, εκτοξεύεται το μέταλλο προς τα τοιχώματα, όπου και στερεοποιείται. Ταυτόχρονα δημιουργείται μια ομοιόμορφη λεπτόκοκκη δομή του υλικού. Στην κατακόρυφη φυγοκεντρική χύτευση, η εισροή του ρευστού μετάλλου γίνεται κατά μήκος του άξονα περιστροφής. Κατασκευάζονται έτσι, π.χ. τροχοί ή οδοντοτροχοί (σχ. 12/26). Η οριζόντια φυγοκεντρική χύτευση χρησιμοποιείται για την παραγωγή σωλήνων μεγάλου μήκους (σχ. 12/27). ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ: 1. Ορίστε την έννοια «χύτευση». 2. Να αναφέρετε τυπικά παραδείγματα εφαρμογών της χύτευσης στη βιομηχανική παραγωγή μηχανολογικών προϊόντων. 3. Γράψετε τα πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης μεταλλικών υλικών με τις διάφορες μεθόδους χύτευσης. 4. Κατονομάστε τα βασικά τμήματα ενός μοντέρνου χυτηρίου. 5. Κατονομάστε τα κριτήρια ταξινόμησης και τις ομάδες ταξινόμησης των διαφόρων μεθόδων χύτευσης. 6. Κατονομάστε τα στάδια που ακολουθούνται, για τη χύτευση στην άμμο ενός στοιχείου μηχανής. 7. Εξηγήστε τις έννοιες Κωνικότητα Χάρη συστολής Χάρη κατεργασίας αναφορικά με τα πρότυπα αποτύπωσης στην άμμο. 8. Εξηγήστε τι είναι οι πυρήνες χύτευσης. 9. Γιατί ο χυτοσίδηρος αποτελεί σήμερα το πιο σημαντικό χυτευτικό υλικό; 10. Εξηγήστε τη βασική διαφορά της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους από τη χύτευση στην άμμο. 11. Γράψετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονκτήματα της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους σε σύγκριση με τις άλλες μεθόδους χύτευσης. 12. Περιγράψετε την πορεία κατασκευής χυτών στοιχείων με τη χύτευση ακριβείας με βαρύτητα και χρήση κέρινων προτύπων. 13. Εξηγήστε τη βασική διαφορά μεταξύ της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με πίεση και της χύτευσης σε μεταλλικούς τύπους με βαρύτητα.