Organizace výuky

1. Výrobní technologie (2VT) Přednáška č. 1 Úvod, historie, podstata slévárenství, výrobní technologie a její rozdělení,

technologické toky, modelová zařízení,
výrobní technologie
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.
VUT v Brně, FSI, Ústav strojírenské technologie, odbor slévárenství
e-mail: [email protected]

2. Organizace výuky

Přednáška: – Technologie slévání 4 x 2 hod
doc. Ing. A. Záděra, Ph.D., prof. Ing. Milan Horáček, CSc.
Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.
– Technologie tváření 5 x 2 hod
Ing. M. Císařová, Ph.D.
– Technologie svařování 4 x 2 hod
Ing. J. Kubíček
Cvičení
Laboratorní cvičení + standardní výuka – 3x slévárenství 2x
tváření, 2 x svařování a povrchové úpravy

3. Hodnocení předmětu Výrobní technologie

Cvičení: 5 okruhů:
I. Technologie plošného tváření – docházka → 1x, C1 – před vraty
II. Technologie objemového tváření – docházka → 1x C1 – před vraty
III. Technologie svařování - docházka → 1x – C1 – před vraty
IV. Povrchové úpravy – docházka → 1 x – C1 – před vraty
V. Technologie slévárenství → 2x – A1/17 patro + praktická část B1
Podmínky zápočtu:
Docházka - bez absence ve cvičení semestr - náhrada, aktivní účast
Udělení zápočtu: Ing. Michaela Císařová, Ph.D., A1/1622,[email protected]
Průběh zkoušky: písemná část – otázky z oblasti slévárenství, svařování a tváření
+ ústní část

4.

Doporučená literatura
Slévárenská technologie
Studijní opory
http://ust.fme.vutbr.cz/slevarenstvi/
studium/studijni_opory
Chrást, J. Slévárenská zařízení:
CERM 2006, s. 256.

5.

Doporučená literatura
Technologie tváření
1. Podklady ke studiu, podklady do cvičení a zadání protokolů – e-learning
2. Dvořák M. a kol.: Technologie II, CERM, 2. vydání, 2004
3. Blaščík F. a kol.: Technológia tvarnenia, zlievarenstva a zvárania,
ALFA/SNTL Bratislava/Praha 1988
4. Kotouč J. a kol.: Tvářecí nástroje, ČVUT Praha 1993

6.

Obsah předmětu- část slévárenství
1. Podstata slévárenství, historie a vývoj, výroba odlitků a jejich použití,
výhody a nevýhody slévárenství a odlitků, technologické toky ve
slévárně a základní výrobní technologie a jejich rozdělení, slévárenské
modely;
2. Ostřiva formovacích směsí, generace pojivových systémů, zhušťování
forem, výroba jader, formovací linky, regenerace formovacích směsí,
technologie netrvalého modelu;
3. Slévárenské slitiny a jejich tavení a zpracování, odlévání kovů a slitin,
zabíhavost kovů a slitin, lití do trvalých forem – nízkotlaké, vysokotlaké a
odstředivé lití, tuhnutí, řízená krystalizace, plyny v kovech smrštění
tavenin při tuhnutí, smrštění odlitků;
4. Vytloukání a tryskání odlitků, technologičnost konstrukce odlitku, NDT,
vady odlitků, Bionika, RP metody, simulace slévárenských procesů.

7. Podstata slévárenství

Slévárenství je technologií, pomocí které se předměty vyrábí
odléváním roztaveného kovu do forem. Výrobkem je odlitek.
Vytváření výrobku tekutým kovem umožňuje výrobu složitých odlitků,
s různými tloušťkami stěn a komplikovanými vnitřními dutinami.
Hmotnost odlitků se pohybuje v rozmezí několika gramů až mnoha
tun.
Podle charakteru odlitků lze výrobu mechanizovat, automatizovat a
robotizovat. Sériovost výroby může být od kusové po hromadnou.

8. Podstata slévárenství

Model → forma → tavení → odlévání → surový odlitek →
apretace → hrubý odlitek →hrubování →NDT → obrábění → čistý
odlitek

9. Podstata slévárenství

Žádná žena není bez chyby a žádný odlitek
není bez vady.
(A. Záděra 2016)
Pozn. Totéž lze uplatnit i na muže

10. Historie

Slévárna v době 18.dynastie, Egypt
Engels,G.:5000 Jahre Giessen von
Metallen,Duesseldorf 1994
Slévárna 17/18. století dle Technického lexikonu Diderota
Engels,G.:5000 Jahre Giessen von Metallen, Duesseldorf
1994

11. Historie

Odlitek zlatého hřebene ze
skytského hrobu v údolí
Dněpru. (4. stol. př.n.l.)
Engels,G.: 5000 Jahre
Giessen von Metallen,
Duesseldorf 1994
Bronzový odlitek hlavy panovníka
staré Mezopotámie (asi 2000 př.n.l.)
Engels,G.: 5000 Jahre Giessen von
Metallen, Duesseldorf 1994
Bronzová socha sedícího Buddhy z chrámu Todaiji v Japonsku (380 tun, výška 15 m, datování 747–749 n.l.)
Engels,G.: 5000 Jahre Giessen von Metallen, Duesseldorf 1994

12. Historie

Car Kolokol – Moskva (1735) – 202 tun,
výška 6,14 m, průměr 6,6 m zdroj
Wikipedia
Car Dělo (car puška) – Moskva (1735) –
39,3 tun, délka 5,3 m, zdroj Wikipedia

13. Současnost

Lopatky leteckého
motoru
řízená krystalizace
slitina Ni
Součást leteckého
motoru GE (Boeing
747,767) – slitina Ti
Ukázka ze současné produkce slévárny PBS Velká Bíteš

14. Umění

Rodin, Francie,
1909: Torzo ženy
Perseus s hlavou Meduzy
Benvenuto Cellini (výroba 1545-1554)
Rodin, Francie,
Brána pekel

15. Použití

16. Automobilový průmysl

Zdroj: Slévárenství 2-3 /2004
70 až 80 % hmotnosti osobního automobilu tvoří odlitky – hlava motoru,
blok válců, skříň převodovky a diferenciálu, kliková a vačková hřídel,
převody a disky kol, brzdové bubny a kotouče.

17. Blok převodovky

Materiál: AlSi9Cu3(Fe)
Technologie: tlakové lití
Hmotnost: 18,1 kg

18. Blok 12-ti válcového motoru

Zdroj: Giesserei 5/2003
Materiál: AlSi9Cu3(Fe)
Technologie: tlakové lití
Hmotnost: 35 kg

19. Masivní odlitky – berany lisů

Materiál: ocel
Technologie: gravitační lití
Hmotnost: 85 t
Surová hmotnost: 160t

20. Odlitky ocelových konstrukcí

Materiál: ocel
Technologie: gravitační lití
Hmotnost: 25 t
Surová hmotnost: 67t

21. Výhody odlitků

Přímá výroba výrobku ze surovin – nižší spotřeba materiálu;
velká variabilita hmotnosti od několika gramů až po desítky a stovky tun;
tvarová složitost a variabilita tvaru a rozměru i vnitřních dutin;
možnost dosažení vysoké tuhosti odlitku (žebra, konstrukce, výztuhy);
možnost odlévání většiny druhů kovů a slitin;
možnost ovládání a změny struktury (chemické složení, očkování,
modifikace), řízeným tuhnutím a tepelným zpracováním;
výroba zalévaných dílů z jiných kovů do odlitku;
vysoké využití materiálu, recyklovatelnost;
nízká cena výrobku;
vysoká produktivita – kusová, malosériová až po hromadnou výrobu;
možnost dosažení vysoké tvarové a rozměrové přesnosti, nízká drsnost
povrchu (vybrané technologie).

22. Nevýhody odlitků

• Smršťování kovů a slitin při tuhnutí – vznik vad - dutin v odlitcích
(staženiny, řediny, a mikrostaženiny)– eliminace – usměrněné
tuhnutí, nálitky chladítka – snížení využití tekutého kovu, NDT;
• rozdíly v podmínkách tuhnutí – rozdílné tloušťky stěny odlitku –
rozdíly ve struktuře materiálu = změny vlastností materiálu
(mechanické, technologické);
• nižší mechanické vlastnosti v odlitku oproti tvářenému materiálu –
výztuhy, žebra, TZ;
• vznik pnutí při tuhnutí – vznik pnutí - vznik deformací porušení
souvislosti (trhliny praskliny) – eliminace – slévárenská technologie.

23. Světová výroba odlitků 2010 (91,5 mil. t)

24. Světová výroba odlitků 2010 (91,5 mil. t)

25. Výroba odlitků v ČR v 2010 (344 397 t)

26. Technologický tok ve slévárně

27. TPV - Technologická příprava výroby

Příprava technologických postupů výroby odlitků podle požadavků
zákazníka na jakost odlitku.
•navržení technologie a způsobu výroby forem a jader, navržení
uložení odlitku ve formě, výpočet vtokové soustavy, nálitkování,
manipulace s odlitkem (čepy) atd.,
•navržení postupu tavení, stanovení odpichové teploty, zkoušení
vlastností materiálu, opravného svařování, tepelného zpracování,
•zajištění kontroly technologických parametrů – laboratoř
formovacích hmot, úsek výzkumu a vývoje atd.,
•NDT, expedice atd.

28. Slévárenská technologie

Výroba odlitku
•typy slévárenských slitin
•tavící zařízení
KVALITA
Odlévání
•gravitační lití
•nízkotlaké lití
•odstředivé lití
•speciální technologie
TERMÍN
CENA
Dokončující operace
•vytloukání, řezání, broušení - apretace
•tepelné zpracování, povrchové úpravy, barvení, expedice
Enviroment ISO 14000
CÍL – USPOKOJENÍ
POTŘEB
ZÁKAZNÍKA
Tavení kovů a slitin
•modelové zařízení (frézování, 3D obrábění, RP)
•netrvalé formy (výroba forem a jader)
•trvalé formy
Simulace výrobních procesů
Výroba forem a jader
TQM – total quality management
Systémy řízení jakosti ISO 9000
Slévárenská technologie

29. Rozdělení způsobů výroby odlitků

A/ Podle typu použité formy
•netrvalá forma – zhuštění formovací směsi za pomoci modelového zařízení,
netrvalé formy pro jedno odlití.
•trvalá forma – zhotovená obráběním kovové formy/ „kokily“.
B/ Podle typu použitého modelu (tj. nástroje na zhotovení formy)
•trvalý model – pomocí jednoho modelu lze zhotovit řadu forem
•netrvalý model – pomocí jednoho modelu lze zhotovit jen jednu formu
C/ Podle způsobu odlévání
•gravitační lití – na vzduchu, ve vakuu
•lití za zvýšených sil – nízkotlaké, vysokotlaké, odstředivé

30. Modelové zařízení

Modelové zařízení – nástroj pro výrobu netrvalých forem
•model odlitku
•jaderníky
•volné části, nálitky, vtokové soustavy, výfuky, podložky, šněrovačky
Model
•tvar požadované součásti
•rozměry modelu zvětšeny o velikost smrštění kovu v průběhu chladnutí a
tuhnutí
•model opatřen technologickými úkosy (vyjímání modelu) a přídavky
(radius) a přídavky na obrábění
•model opatřen nálitky, podnálitkovými kapsami, vtokové soustavy atd.

31. Trvalý model

• zhotoven obráběním
• dřevěný, pryskyřice, kovový model, RP
• dřevo – smrk, borovice, olše, javor, buk, jasan
• kov – slitiny Al, Fe
• RP – ABS, pryskyřice

32. Trvalý model - dřevo

Model spojníku příhradové
konstrukce (VHM)

33. Trvalý model - kov

Kovové materiály pro výrobu modelů jsou šedá litina, ocel a slitiny
hliníku;
vysoká životnost - až 150 000 forem, používané na automatických
formovacích linkách pro velkosériovou a hromadnou výrobu.

34. Výroba trvalých modelů

• Ruční výroba modelů, použití frézování a soustružení – nižší produktivita, kusová
výroba
• efektivní použití CAD/CAM programů – zkrácení výrobního času, nižší náklady
• možnost virtuální simulace obrábění a okamžité odstranění problémů

35. Modely z pryskyřice (epoxid)

• Dřevo a kovy jsou stále více nahrazovány pryskyřicí;
• modely jsou odlévány – metoda vakuového lití – možnost odlití
tvarově složitých tvarů;
• díky přídavnému pojivu (hliníkové, litinové prášky) eliminujeme
objemové smrštění pryskyřice.

36. Výroba modelů RP – Rapid Prototyping

Nové metody výroby 3D objektů mají tři společné jmenovatele - co
nejkratší a nejlevnější výrobu a co nejlepší kvalitu zpracování.
Rapid Prototyping (RP) je založen na metodě vrstvení tenkých vrstev
materiálu (cca desetiny mm). Na tloušťkách vrstev je závislá
přesnost vyráběného modelu. Čím menší tloušťka, tím vyšší kvalita,
ale také vyšší cena.
Materiály používané při RP:
•pryskyřice
•práškové materiály s obsahem plastů, kovů nebo keramiky
•papír
•vosky

37. Netrvalý model

• model zhotoven vstřikováním, lisováním do kovové formy
• umožňují odlévat výrobky složitých tvarů s velmi vysokou přesností
• voskový model – vytavitelný model
• polystyrenový model (pěnový polystyren) model se po styku s kovem vypaří , model
může být velmi členitý a nemusí mít úkosy
Sací příruba, polystyrenový model
pro lití na vypařitelný model
polystyrenové modely
Vytavitelný
ABS model
Vytavitelné – voskové modely

38. Výroba netrvalých forem

39. Výroba netrvalých forem

40. Formovací rámy

Rám tvoři oporu směsi oproti tlaku kovu, zajištuje tuhost formy a možnost
její manipulace. V rámu se formovací směs zhutňuje.
Velikost – délka od několika cm po několik metrů
Materiál – slitiny Al, ocel, litina (hutní profil, odlévané)

41. Formovací rámy

42. Formování do kesonu

Formování rozměrných a velkých a těžkých odlitků;
oporu směsi tvoří vnější – betonový plášť kesonu;
V kesonu mohou být umístěny i formovací rámy.

43. Příklad formy odlitku trubky

Model – tvar odlitku (dělený)
vytváří vnější dutinu ve formě
Jádro – (pravé) – vnitřní tvar
odlitku
Nepravé jádro – vnější tvar
odlitku
odlitek

44. Příklad formy odlitku pouzdra

45. Příklad formy odlitku řemenice

46. Příklad formy odlitku víka

47. Příklad formy odlitku ventilu

48.

Děkuji za pozornost