2.1.- Consideraţii generale

Tehnologiile mecanice au ca scop obţinerea de produse (semifabricate sau produse finite) prin diferite procedee de prelucrare (turnare, sudare, deformare plastică, aşchiere sau prin procedee moderne –eroziune electrică, electrochimică, cu ultrasunete, cu laser sau cu fascicul de electroni etc.). Toate tehnologiile de fabricaţie au ca principal scop obţinerea de produse cu costuri minime de fabricaţie, de calitate bună şi beneficii maxime. Ca urmare, tendinţa pe plan mondial este de creştere a productivităţii şi eficienţei tehnico-economice prin introducerea pe scară largă a automatizării, cibernetizării şi robotizării proceselor tehnologice.Gama materialelor care constituie obiectul prelucrării prin diferite procedee tehnologice este este extrem de largă, de aceea cele mai multe din acestea sunt clasificate după diferite criterii şi standardizate în vederea caracterizării lor din punct de vedere al compoziţiei chimice, caracteristicilor mecanice, formelor de livrare etc.Proporţiile în care sunt folosite aceste materiale depind de domeniile de utilizare, spre exemplu, dacă în construcţiile civile (imobile de locuit, administrative, sociale sau culturale etc.) predomină materialele nemetalice, în construcţia de maşini, utilaje şi instalaţii, predomină materialele metalice.

2.2.- Materiale tehnice

În tehnica actuală, în general, se utilizează pentru executarea diferitelor piese şi produse, atât metalele şi aliajele acestora, cât şi o varietate foarte mare de materiale nemetalice. Metalele pure sunt folosite mai rar din cauza preţului lor mai ridicat şi din cauza proprietăţilor lor în general mai puţin favorabile. Aliajele au în schimb proprietăţi mecanice şi tehnologice superioare metalelor pure şi pot fi elaborate într-o varietate foarte mare, cu însuşiri adecvate diverselor domenii de utilizare. Proprietăţile lor sunt determinate de compoziţia lor chimică şi de structura lor.Metalele şi aliajele se împart în două categorii şi anume : metale feroase (fierul şi aliajele lui : fontele cenuşii – obişnuite, maleabile şi nodulare, fontele albe, fontele aliate, oţelurile carbon şi aliate pentru construcţii, pentru scule sau pentru destinaţii speciale); metale neferoase (cuprul, aluminiul, zincul, plumbul, staniul, argintul, aurul, wolframul ş.a., şi aliajele acestora).Proprietăţile aliajelor pot fi influenţate prin alegerea corespunzătoare a tehnologiilor de prelucrare (turnare, deformare plastică la rece sau la cald, sudare etc.) şi prin aplicarea unor tratamente termice sau termochimice adecvate.Materialele nemetalice cuprind două grupe mari: materialele nemetalice de origine organică (lemnul, materialele plastice, cauciucul, pielea, hârtia, materialele textile, fibrele sintetice, lacurile, vopselele, adezivii etc.) şi materialele nemetalice de origine anorganică (sticla, azbestul, mica, materialele ceramice, materialele abrazive).Polimerii organici sunt materiale compuse din molecule formând, în general, lanţuri lungi de atomi de carbon pe care sunt fixate elemente ca hidrogen, clor sau grupe de atomi, cum este gruparea radical (-CH3). Şi alte elemente ca sulful, azotul, siliciul pot interveni în compoziţia lanţului.

Polimerii organici cei mai cunoscuţi sunt policlorura de vinil (PVC), polietilena (PE) şi polistirenul (PS). Suficient de cunoscute mai sunt: polimetacrilatul de metil (PMMA -

plexiglas), poliamidele (PA - naylon), politetrafluoretilena (PTFE - teflon). Polimerii organici (sticle organice, cauciucuri etc.) au proprietăţi fizice din cele mai diverse. Ei sunt aproape întotdeauna izolatori electrici şi termici. Au greutate specifică mică şi sunt uşor de pus în formă. Spre deosebire de metale, ei sunt puţin rigizi şi nu suportă temperaturi mai mari de 2000C.

Ceramicele sunt materiale anorganice care rezultă din combinaţia unui număr de elemente metalice (Mg, Al, Fe,…) cu elemente nemetalice, dintre care, oxigenul este cel mai des întâlnit. Ceramicele refractare au la bază oxizii ( silicea - SiO 2, alumina - Al2O3, etc.), incluzând în ultimul timp şi alte combinaţii de atomi, ca de exemplu, carbura de wolfram - WC sau nitrura de siliciu - Si3N4.

Materialele ceramice se disting prin rezistenţe mecanică şi termică ridicate. Cele mai multe dintre acestea sunt izolatori electrici şi termici, cu toate că printre ele se află şi ceramice bune conducătoare termic (diamantul, grafitul ). Ele sunt în general foarte dure şi fragile. Sticlele minerale care sunt combinaţii de oxizi (SiO2 + Na2O + CaO) ce au structură amorfă, aparţin de asemenea clasei ceramicelor.

Un gen mai nou îl reprezintă compozitele constituite din două sau mai multe materiale diferite, combinând într-o manieră sinergetică proprietăţile lor specifice. Este cazul răşinilor epoxidice (polimeri) ranforsate cu fibră de sticlă, care formează un compozit uşor cu rezistenţă mecanică ridicată. Betonul, aglomerat cu ciment şi pietriş, reprezintă un alt exemplu de material compozit. Noile materiale care asociază fibra de carbon polimerilor organici, constituie compozite foarte uşoare ( = 1,5 kg /m3) cu rezistenţă mecanică superioară celor mai bune oţeluri. Aceste materiale pătrund puternic în industria de avioane, de automobile sau de materiale sportive.

După o perioadă de exploatare, multe din produse, datorită degradărilor suferite, sunt scoase din uz şi înlocuite cu altele noi. Produsele scoase din uz, precum şi deşeurile din unele procese de fabricaţie reprezintă o parte importantă din materialele produse la un moment dat, ceea ce reclamă recuperarea şi reciclarea lor.Datorită diversităţii mari a materialelor, cele mai multe sunt standardizate. Exemple de clasificare şi standardizare a oţelurilor, fontelor şi unor aliaje neferoase sunt date în anexe.

2.3.- Executarea pieselor prin turnare

2.3.1.- Probleme generale ale procesului tehnologic de turnare

Obţinerea de obiecte metalice prin turnare a constituit o îndeletnicire foarte veche a omului. În prezent procedeul a căpătat o largă răspândire, în special datorită avantajelor deosebite ale acestui procedeu, care în următoarele :posibilitatea de obţinere a unor piese cu configuraţie foarte complicată, cu greutate de la câteva grame până la câteva sute de tone;precizie suficient de bună a pieselor, încât în unele cazuri nu mai este nevoie de o prelucrare ulterioară;posibilitatea de obţinere a unor piese din metale greu prelucrabile prin deformare plastică, sudare, aşchiere, cum ar fi : fontele cenuşii (obişnuite, maleabile sau nodulare), fontele pestriţe, fontele albe, oţelurile înalt aliate cu mangan, alamele cu conţinut ridicat de zinc, bronzurile cu conţinut ridicat de staniu, unele aliaje de aluminiu etc.;permite folosirea imediată a deşeurilor de metal prin retopire şi turnarea altor piese;costuri mici de producţie, respectiv economii însemnate;este un procedeu mai ieftin şi mai productiv în comparaţie cu alte procedee de fabricare.

Operaţiile principale legate de executarea pieselor turnate sunt : executarea formelor şi a miezurilor, elaborarea metalelor şi aliajelor în stare lichidă, turnarea metalului pentru umplerea cavităţii formei, solidificarea pieselor în formă, curăţirea pieselor turnate, tratamentul termic în unele cazuri şi în final, controlul şi recepţia pieselor turnate.Forma de turnare este un ansamblu nemetalic sau metalic, ce cuprinde cavitatea (sau golul) practicată într-un anumit material solid, care prin umplere cu metal lichid, după solidificare va da piesa turnată. Dacă piesa trebuie să aibă şi goluri interioare, în formă se aşează miezuri, spaţiul liber dintre miez şi peretele formei, în urma umplerii cu metal lichid formând peretele piesei. Miezurile sunt montate şi sprijinite în formă pe anumite porţiuni (prelungiri ale miezului) numite mărci.După durata de utilizare, formele de turnătorii se clasifică în :forme temporare, folosite la o singură turnare;forme semipermanente care servesc la un număr limitat de turnări, fiind reparate după fiecare turnare;forme permanente, utilizate la un număr foarte mare de turnări.Alegerea procesului tehnologic optim de turnare este condiţionată de următoarele elemente importante:obţinerea unor piese de bună calitate, compacte, sănătoase, cu proprietăţi fizice, mecanice şi chimice prescrise;să asigure adaosuri minime de prelucrare, consumuri specifice minime de materii prime şi auxiliare şi energetice;productivitate ridicată şi condiţii optime de muncă, cu respectarea normelor de securitatea muncii;adaptarea la caracterul producţiei şi la dimensiunile şi greutatea pieselor.În prezent producţia cea mai mare de piese turnate se obţine prin turnare în forme temporare şi anume în forme crude, executate din amestec de formare cu ajutorul modelelor.

2.3.2.- Turnarea în forme temporare

Schema procesului tehnologic de turnare în forme temporare din amestec de formare este prezentată în fig.2.1, iar construcţia modelului şi a miezului, împreună cu elementele componente principale ale unei forme temporare din amestec de formare, gata pregătită pentru turnare, sunt date în fig.2.2.Modelul reprezintă un corp solid din lemn sau metal, executat printr-un anumit procedeu, care reproduce aproape exact forma şi dimensiunile piesei ce trebuie obţinută prin turnare. Din punct de vedere dimensional, modelul este supradimensionat faţă de piesa de turnat, adaosurile suplimentare fiind datorate următoarelor:- contracţiei metalului în timpul solidificării şi răcirii în forma; coeficienţii de contracţie pentru câteva materiale de turnătorie sunt: pentru fontă cenuşie obişnuită 0,7 … 1,0 %; pentru fonta nodulară 0,5…1,0 %;pentru fonta maleabilă 1,0…1,5 %; pentru oţeluri carbon şi aliate 1,5…2,2 %; pentru aliaje de aluminiu 0,8…1,5 %;necesităţii prevederii unor adaosuri de prelucrare, în vederea finisării suprafeţelor prin aşchiere; aceste adaosuri sunt standardizate (STAS 1592/1 şi 1592/2-74, STAS 6287-80). La piesele turnate în forme executate mecanizat, întrucât precizia de execuţie a formelor este mai mare, valorile adaosului de prelucrare pot fi reduse cu 20% faţă de cazul când piesele sunt turnate în forme executate manual.

Modelele se confecţionează din lemn, de diferite esenţe (tei, brad etc.) în funcţie de mărimea seriei şi a piesei turnate, pentru producţia de serie mică sau mijlocie sau din metal pentru turnarea în serie mare sau de masă, pe baza unui desen de execuţie, pe care sunt prevăzute adaosurile de contracţie, adaosurile de prelucrare şi adaosurile pentru înclinări constructive care uşurează extracţia piesei din formă. Ele mai sunt prevăzute cu mărci care sunt prelungiri cilindrice sau tronconice destinate să creeze în formă goluri suplimentare pentru fixarea şi rezemarea miezurilor.

Fig.2.1.- Schema procesului tehnologic de turnare în forme temporare

Modelele executate din lemn se vopsesc în diferite culori convenţionale : roşu pentru fontă, albastru pentru oţel şi galben pentru metale şi aliaje neferoase, după care se lăcuiesc. Mărcile modelului se vopsesc în negru.

Dezbaterea pieselor turnate din formă şi a miezurilor din piese

Executarea modelului

Pregătirea amestecului de formare

Pregătirea amestecului pentru miezuri

Elaborarea aliajelor metalice în stare

lichidă

Transportul metalului lichid în vederea turnării

în forme

Asamblarea formelor şi turnarea metalului lichid în forme

Îndepărtarea reţelei de turnare, a maselotelor şi bavurilor

Curăţirea pieselor turnate

Controlul şi recepţia pieselor turnate

Executarea formelor Executarea miezurilor

Uscarea formelor

Uscarea miezurilor

Remanierea pieselor defecte

Tratamentul termic primar

Modelele metalice se confecţionează, de obicei, din aliaje de aluminiu, ele fiind mai rezistente mecanic, uşoare şi rezistente la coroziune. Se mai pot folosi : bronzul, alama şi eventual fonta cenuşie sau oţelul. Aceste modele sunt utilizate în special la formarea mecanică pe maşini de format. În acest caz se utilizează o placă de model, pe care sunt fixate, în afara semimodelelor şi elementele reţelei de turnare (fig.2.3). De asemenea mai sunt fixate cepuri de centrare care servesc la ghidarea ramelor de formare.

Fig.2.2.- Elementele principale şi alcătuirea unei forme temporare

Fig.2.3.- Placă de model

Modelele mai pot fi executate din ipsos, ciment şi materiale plastice. Cele din mase plastice au o utilizare mai mare în ultimul timp întrucât sunt mai uşoare, rezistente, uşor de realizat şi nu sunt influenţate de umiditatea amestecurilor de formare.Cutiile de miez servesc pentru executarea miezurilor. Ele se execută în condiţii similare cu cele ale modelelor.Pentru executarea formelor şi a miezurilor se folosesc amestecuri de formare alcătuite din nisip de carieră, lianţi şi adaosuri speciale. Amestecurile de formare trebuie să posede o serie de proprietăţi cum sunt: plasticitate suficientă, rezistenţă mecanică, permeabilitate,

refractaritate, compresibilitate şi durabilitate. Proprietăţile amestecurilor de formare se pot îmbunătăţi prin adăugarea unor componente cum sunt : lianţi (bentonită, melasă, dextrină, leşie sulfitică, ciment, sticlă solubilă etc.), praf de cocs, păcură şi altele, care măresc rezistenţa mecanică, reduc conductivitatea termică şi împiedică formarea aderenţelor pe suprafaţa pieselor turnate. La prepararea amestecurilor pentru forme se introduce şi o parte de amestec folosit la turnările precedente, cu sau fără recondiţionare.Amestecurile de formare se clasifică în : amestecuri de model, folosite la executarea stratului ce vine în contact cu modelul, fiind alcătuit în cea mai mare parte, din materiale proaspete; amestecuri de umplere, întrebuinţate la umplerea formelor după îndesarea amestecului de model; amestecuri unice, folosite atât ca amestec de model, cât şi ca amestec de umplutură. În general, acest amestec se foloseşte la formarea mecanizată.Miezurile, fiind înconjurate de metal lichid, trebuie să fie confecţionate din amestecuri car să prezinte proprietăţi superioare amestecurilor de formare. Ca urmare, ele se execută din nisip cuarţos spălat, fără argilă, la care se adaugă un liant de calitate superioară, de exemplu uleiul de in, leşii sulfitice etc. La prepararea amestecurilor de miez nu se adaugă şi amestec folosit.

2.3.3.- Elaborarea şi proprietăţile aliajelor de turnare

Pentru turnarea pieselor sunt în general folosite fontele, cu cea mai mare pondere în rândul aliajelor de turnătorie, oţelurile de turnătorie, aliajele de aluminiu (siluminurile, care sunt aliaje ale aluminiului cu siliciul), aliajele cuprului (alame : Cu-Zn; şi bronzuri : Cu-Sn), precum şi alte aliaje ale celorlalte metale neferoase.Principalele proprietăţi ale metalelor şi aliajelor de turnătorie sunt:fluiditatea, proprietate care pune în evidenţă capacitatea metalului topit de a curge cu uşurinţă şi de a umple cavitatea formei de turnare, cu redarea celor mai fine detalii ale ei;contracţia, reprezintă diferenţa dimensională, volumetrică sau liniară dintre cavitatea formei şi piesa turnată, ajunsă la temperatura obişnuită;tendinţa de formare a segregaţiilor. Segregaţiile sunt neomogenităţi chimice în diferitele părţi ale piesei turnate, rezultate în urma solidificării. Ele pot fi zonale, când elementele chimice sau structurale se separă după greutatea specifică, numite şi macrosegregaţii sau dendritice, la nivelul grăunţilor cristalini, numite şi microsegregaţii. Microsegregaţiile se pot elimina ulterior prin aplicarea unui tratament termic, numit recoacere de detensionare;tendinţa de absorbţie a gazelor. Gazele absorbite, reţinute în piesă în timpul solidificării provoacă o serie de defecte sub formă de goluri care poartă denumirea de sufluri.Fontele utilizate la turnarea pieselor se elaborează de obicei în cubilouri, cuptoare cu flacără, cuptoare cu creuzet şi cuptoare electrice. Oţelurile se elaborează în cuptoare electrice cu arc sau cu inducţie, iar aliajele neferoase în cuptoare cu flacără, cuptoare cu creuzet sau în cuptoare electrice cu rezistenţă.Ca materii prime la elaborarea fontelor de turnătorie se folosesc : fonte brute de prima fuziune, deşeuri de fontă, deşeuri de oţel şi feroaliaje, precum şi fier vechi, toate componentele fiind adăugate conform reţetelor de elaborare, fiecare reţetă urmărind obţinerea unei compoziţii chimice prescrise care să asigure caracteristicile mecanice necesare în exploatarea pieselor turnate din aceste materiale.Construcţia unui cubilou este dată în fig.2.4. Cubiloul are forma unui cuptor cilindric vertical, cu funcţionare continuă. Mantaua metalică, din tablă de oţel, este căptuşită cu cărămizi din şamotă şi se sprijină pe o fundaţie de beton prin intermediul a patru stâlpi metalici. Prin gura de încărcare se introduc materiile prime formate din straturi alternante de cocs, materiale metalice şi fondanţi. Combustibilul se foloseşte pentru obţinerea energiei termice necesare pentru topire încărcăturii metalice. Fondanţii se adaugă în scopul combinării acestora cu

sterilul încărcăturii (părţile neutile) şi formării zgurii, care având greutate specifică mai mică decât fonta topită se ridică la suprafaţa băii de fontă lichidă, de unde este îndepărtată mai uşor. Prin gurile de aer se introduce în parte de jos aerul necesar arderii combustibilului. Topirea se produce în zona de topire , deasupra gurilor de aer. Metalul topit se scurge în creuzet sau în antecreuzet, unde se acumulează şi de unde se evacuează periodic în oala de turnare.Cuptoarele electrice cu inducţie, datorită avantajelor pe care le prezintă şi în urma faptului că permit elaborarea unor aliaje de calitate superioară, se extind din ce în ce mai mult în turnătoriile moderne, schemele constructive a două tipuri de asemenea cuptoare fiind date în fig.2.5.

Fig.2.4.- Secţiune printr-un cubilou cu antecreuzet

c

Fig. 2.5.- Schema de principiu a cuptoarelor electrice :a.- cu arc tip Heroult ; b;.- cu inducţie, cu miez magnetic ; c.- cu inducţie, fără miez magnetic.

2.3.4.- Turnarea metalului în formă, dezbaterea, curăţirea şi tratamentul termic al pieselor turnate

Pentru umplerea formei cu metal lichid se practică în formă o reţea de alimentare, fig.2.6. Aliajele topite sunt transportate la formele pregătite pentru turnare, cu ajutorul oalelor de turnare căptuşite în interior cu material refractar (fig.2.7 şi 2.8 a şi b).Dezbaterea pieselor din formă se poate face manual sau mecanizat cu ajutorul vibratoarelor acţionate pneumatic, grătarelor mecanice sau a grătarelor vibratoare electromagnetice. După dezbatere, îndepărtarea reţelelor de alimentare care rămân ataşate piesei turnate se face prin tăiere mecanică cu ajutorul fierăstraielor sau unor maşini unelte sau prin tăiere cu flacără oxiacetilenică.

Fig.2.6.- Elementele unei reţele de turnare

Fig.2.7.a- Linguri şi oale de turnare manuală

Fig.2.7.b.- Oală pentru macara cu mecanism de basculare

Fig.2.8.- Oală de turnare cu perete despărţitor pentru reţinerea zgurii

Curăţirea pieselor se face manual cu peria de sârmă sau cu dalta de mână sau pneumatică, sau mecanizat, în tobe rotative sau în instalaţii de sablare cu nisip sau alice (fig.2.9 a,b şi c).Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor de prelucrare şi a celor de exploatare, în unele cazuri, piesele turnate pot fi supuse unor tratamente termice primare care constau din recoaceri de detensionare, recoaceri de înmuiere sau normalizare şi mai rar călire şi revenire. Prin recoacere se înţelege un tratament termic care constă dintr-o încălzire lentă la o temperatură prestabilită, menţinere la această temperatură pentru producerea transformărilor structurale necesare, după care urmează o răcirea, de asemenea lentă. Se urmăreşte în acest caz fie reducerea tensiunilor interne din piesele turnate, fie scăderea durităţii în vederea creşterii prelucrabilităţii prin aşchiere sau creşterea plasticităţii în vederea creşterii deformabilităţii plastice a materialului, fie finisarea structurii metalografice în vederea creşterii rezistenţei mecanice a materialului. Tratamentul de călire se aplică de regulă unor aliaje neferoase cu bază de aluminiu sau magneziu.

b

a b

Fig.2.9.- Scheme de principiu ale instalaţiilor de sablare :a.- instalaţie de sablare cu nisip împroşcat pe suprafaţa pieselor; b.- instalaţie de curăţare cu tobă rotativă; c.- cameră de curăţare prin sablare cu alice

2.3.5.- Defectele pieselor turnate

Terminologia şi clasificarea defectelor pieselor turnate sunt precizate în STAS 782-79. Clasificarea acestor defecte, potrivit STAS 782-79 este dată în anexa .Defectele pieselor turnate sunt rezultatul fie a unei cauze unice, fie al acţiunii mai multor cauze, caz în care uneori este foarte greu de cuantificat care este contribuţia fiecăreia dintre ele la producerea defectului. Aceste defecte pot fi : goluri de contracţie, numite retasuri, goluri datorate gazelor absorbite, numite sufluri, incluziuni, crăpături, abateri de la forma şi dimensiunile constructive prevăzute în desenul de fabricaţie, abateri de la compoziţia chimică şi structura metalografică prescrise pentru material, defecte de suprafaţă (aderenţe, goluri, adâncituri) etc. Obţinerea unor piese de calitate superioară, cu minimum de defecte, este condiţionată de întocmirea unei tehnologii de fabricaţie cât mai corectă, însoţită de cea mai severă disciplină tehnologică.Prevenirea defectelor pieselor turnate trebuie să fie o acţiune bine organizată care să asigure :- proiectarea corectă a formei constructive a piesei turnate;proiectarea corectă a tehnologiei de execuţie a pieselor turnate;pregătirea corectă a procesului de fabricaţie;respectarea severă a disciplinei tehnologice; efectuarea controlului interoperaţional;analiza metodică a defectelor pieselor turnate.De asemenea, este necesar să se ţină seama şi de starea utilajului de producţie şi a dispozitivelor de formare (modele, plăci de model, cutii de miez etc.Din punct de vedere al efectului pe care-l au asupra pieselor turnate, defectele acestora se pot împărţi în două grupe : defecte admisibile (cu şi fără remaniere) sau neadmisibile (rebuturi). Defectele admisibile, prevăzute a fi remediate se pot împărţi în patru clase:I.- Defecte superficiale – se remediază prin vopsire, chituire, metalizare şi sudare;II.- Defecte de neetanşeitate – se remediază prin ştemuire, impregnare, aplicare de dopuri şi prin sudare;III.- Defecte importante – se remediază prin sudare, încărcare prin supraturanare, aplicare de dopuri şi bucşe, metalizare;IV.- Defecte de structură şi chiar de compoziţie chimică (segregaţii dendritice) – se remediază prin tratament termic.

2.3.6.- Metode speciale de formare şi turnare

Metodele speciale de formare şi turnare au ca scop obţinerea următoarelor avantaje : productivitate sporită şi condiţii optime de muncă; cheltuieli minime de materii prime, energie şi combustibili;; precizie dimensională sporită; proprietăţi mecanice mai bune ale pieselor turnate; reducerea adaosurilor de prelucrare şi în consecinţă, reducerea manoperei ulterioare de prelucrare a pieselor turnate, scurtarea ciclului de fabricaţie şi în consecinţă, cheltuieli minime de producţie etc. În continuare vor fi descrise succint câteva procedee mai des întâlnite în practică.

2.3.6.1.- Turnarea în forme metalice

Turnarea în forme metalice este rentabilă numai la producţia de serie sau de masă, în special din cauza costului ridicat al formelor metalice în care se toarnă metalul lichid. Procedeul prezintă şi serie de dezavantaje, cum ar fi: costul mare de execuţie a formei, dificultăţile la turnarea pieselor cu pereţi subţiri din cauza micşorării fluidităţii, tendinţa de formare a crăpăturilor datorită lipsei de compresibilitate şi durificarea suprafeţelor pieselor turnate din fontă datorită conductivităţii mari a formelor metalice. Pentru înlăturarea fenomenului de durificare a suprafeţelor pieselor turnate din fontă cenuşie se aplică : încălzirea formelor, acoperirea pereţilor formei cu vopsea refractară, scoaterea pieselor din formă în stare caldă şi apoi răcirea lor în aer liber.Formele metalice se execută din două părţi pentru piese de formă simplă (fig.2.10) şi din mai multe părţi demontabile, după planurile de separaţie, pentru piese mai complicate.

Fig.2.10.- Formă metalică (cochilă) din două părţi

Pentru obţinerea golurilor interioare se folosesc miezuri din amestec de formare, pentru piesele turnate din fontă sau oţel, sau miezuri metalice, pentru piesele din aliaje neferoase. Formele metalice se execută din materiale care pot suporta şocuri termice repetate şi acţiuni corosive ale metalelor topite (fonte cenuşii, oţeluri aliate cu Cr, Mo, Ni, V, grafit şi materiale metaloceramice). Se folosesc în ultimul timp aliajele de aluminiu, după ce în prealabil suprafeţele active se oxidează anodic la Al2O3, oxid cu refractaritate ridicată, care împiedică bine contactul direct dintre metalul lichid şi materialul formei, în timp ce conductivitatea termică ridicată a aluminiului nu permite supraîncălzirea formei peste limitele admise, chiar dacă se toarnă oţţel la 16000C. Aceste forme sunt mai ieftine, se pot obţine prin turnare, fiind rentabile chiar dacă rezistă numai la 200 … 300 turnări.Umplerea formei cu metal lichid se poate face liber (sau gravitaţional) sau forţat (sub presiune). Turnarea sub presiune este folosită în producţia de serie mare sau de masă.

Aliajele folosite la turnarea sub presiune sunt cele pe bază de zinc, aluminiu, mai puţin cele pe bază de cupru sau fontele.Procedeul necesită maşini specializate de turnare sub presiune. Schema de principiu a funcţionării unei maşini de turnare sub presiune este dată în fig.2.11.

Fig.2.11.- Principiul de funcţionare a maşinilor de turnat cu presiune

2.3.6.2.- Turnarea centrifugă

Metoda de turnare centrifugă constă în introducerea metalului lichid într-o formă căreia I s-a imprimat o mişcare de rotaţie. Sub acţiunea forţei centrifuge metalul se distribuie uniform pe suprafaţa interioară a formei şi se solidifică. Procedeul se aplică la turnarea pieselor cu formă de revoluţie, cât şi la cele cu diferite configuraţii. Formele în care se toarnă pot fi cu ax orizontal (fig.2.12), sau cu ax vertical (fig.2.13).

Fig.2.12.- Turnarea centrifugă simplă cu Fig.2.13.- Turnarea centrifugă simplă curotirea formei în jurul unui ax orizontal: rotirea formei în jurul unui ax vertical:

Calitatea pieselor obţinute prin această metodă depinde în mare măsură de viteza de rotaţie a formei care determină densitatea piesei, rezistenţa mecanică, omogenitatea compoziţiei în direcţia radială şi conformitatea constructivă a piesei turnate.Prin această metodă se toarnă cămăşi de cilindri pentru motoare, bucşe, inele din care se confecţionează segmenţi de piston etc

2.3.6.3.- Turnarea de precizie în forme coji

Turnarea în forme coji executate cu modele uşor fuzibile

Acest procedeu se bazează pe confecţionarea modelelor şi a reţelei de turnare prin presarea (injectarea) în forme metalice, din ipsos sau alte materiale a unui amestec uşor fuzibil (stearină, parafină, ceară de albine, colofoniu etc., adăugate conform unei reţete prestabilite), scoaterea modelelor din aceste forme, acoperirea acestora cu o masă refractară ceramică, iar după topirea şi îndepărtarea modelului şi calcinarea cojii în vederea întăririi acesteia, urmează umplerea cu metal lichid, solidificarea şi răcirea pieselor în formă, dezbaterea, curăţirea şi controlul tehnic al acestora. Calcinarea cojii se face în cuptoare, la temperaturi de 900…950oC. Pentru asigurarea rezistenţei cojii în timpul umplerii cu metal lichid, coaja se consolidează prin umplerea ramei cu amestec de umplutură. Prin acest procedeu se toarnă piese pentru avioane, maşini de cusut, pompe de injecţie pentru motoarele Diesel, scule cu configuraţie complicată etc.

Turnarea în forme coji de bachelită

Forma de turnare rezultă din asamblarea a două coji subţiri din amestec refractar (nisip cuarţos spălat, în amestec cu răşină termoreactivă), având o cavitate de configuraţia piesei. Reţeaua de turnare se obţine odată cu cojile, iar golurile interioare se obţin cu ajutorul miezurilor coajă. În fig.2.14 este prezentată succesiunea operaţiilor de executate a semiformelor coji. Placa model încălzită la 250…300oC într-un cuptor, se aduce în contact cu un rezervor cu amestec termoreactiv (fig.2.14 a). Se realizează contactul timp de 20…30 secunde dintre placa model şi amestecul termoreactiv, prin căderea liberă a amestecului,

obţinută prin răsturnarea rezervorului (fig.2.14 b). În contact cu placa model, răşina sintetică se înmoaie, formând o coajă cu grosimea de 4…15 mm. Prin readucerea rezervorului în poziţia iniţială (fig.2.14 c), coaja crudă rămâne pe placa model, iar restul de amestec cade în rezervor. Întărirea finală a cojilor se face prin încălzirea la temperatura de 300…350oC, timp de 2…8 minute, fiind introduse împreună cu placa model în cuptor. După aceasta se scot cojile de pe model cu ajutorul unor tije extractoare (fig.2.14 d). Se execută apoi miezurile, folosind cutii metalice încălzite la 250oC în care se suflă amestec termoreactiv. Se aşază miezurile şi urmează asamblarea semiformelor coji. Solidizarea se face cu şuruburi, cleme elastice sau prin lipire (fig.2.14 e). Pentru turnare, cojile asamblate se fixează într-o cutie metalică, spaţiul dintre forme fiind umplut cu alice din fontă sau cu amestec de formare (fig.2.14 f). Metode se recomandă la turnarea în serie a pieselor cu greutatea între 0,1 şi 100 kg.

2.3.6.4.- Particularităţi de turnare ale pieselor din oţel şi aliaje neferoase

În comparaţie cu fontele, oţelurile prezintă la turnare dificultăţi din cauza proprietăţilor de turnare mai slabe : temperatură de topire ridicată, fluiditate redusă, contracţie liniară mare de circa 1,5…2,2%), care favorizează formarea retasurilor şi a crăpăturilor în timpul răcirii piesei, tendinţă mare de segregaţie, tendinţă accentuată de dizolvare a gazelor în aliajul topit.Piesele turnate din oţel se supun ulterior unui tratament de recoacere sau normalizare, prin care se urmăreşte realizarea unei structuri fine şi uniforme cu proprietăţi mecanice superioare, precum şi eliminarea tensiunilor interne rezultate din turnare.Oţelurile turnate sunt:- oţeluri carbon turnate, simbolizate conform STAS 880-88 cu grupul de litere OT (oţel turnat), urmat de un prim număr (40; 45; 50; 55; 60 sau 70, semnificând rezistenţa minimă la rupere la tracţiune în daN/mm2, sau 400; 450; 500; 550; 600 sau 700 – rezistenţa fiind exprimată în MPa) şi un al doilea număr (1; 2 sau 3 – care semnifică grupa oţelului, ţinând seama de caracteristicile mecanice care se garantează : grupa 1 – se garantează rezistenţa minimă la rupere şi alungirea; grupa 2 – se garantează rezistenţa la rupere, limita de curgere şi alungirea, iar pentru grupa 3 se garantează în plus şi rezilienţa prin care se apreciază tenacitatea materialului). Piesele turnate din oţeluri din grupa 1 (de ex. OT 450-1) se supun unui tratament de recoacere de detensionare; cele din grupa 2 - recoacerii de regenerare sau normalizării, iar cele din grupa 3 – normalizării sau îmbunătăţirii (călire urmată de revenire înaltă).