Ливење

Ливење (енгл. Foundry) је поступак обраде метала без скидања струготине. Ливарство представља технологију обликовања металних предмета ливењем растопљеног метала у урађене калупе помоћу модела, да би се тако, после хлађења добио одливак.

Ливење је веома погодан поступак израде машинских делова чији је облик компликован са унутрашњим контурама и неправилним каналима. Ливење се такође користи и за економчнију израду машинских делова и елемената.

Применом ливених делова у бродоградњи постиже се поједностављење конструкција. У аутомобилској индустрији ливени делови се користе као блокови, главе и клипови мотора.

Савремена технологија и модернија опрема за ливење омогућава добијање одливака различитих димензија, тачности и квалитета површине, чиме је потреба за накнадном механичком обрадом све мање присутна.

Готово све врсте метала и њихових легура могу да се обликују ливењем. Ипак, најширу примену имају метали и њихове легуре чије особине и карактеристике одговарају процесу ливења. Најважније особине метала и легура које долазе до изражаја при ливењу јесу степен ливкости и промена запремине при хлађењу. Нарочито добру ливкост имају сиво ливено гвожђе, цинк, калај и олово, као и већина легура обојених метала.

Слабије се лију челик, алуминијум и бакар. Многи метали и легуре знатно мењају запремину приликом преласка из течног у чврсто стање. Зато су калупи за ливење увек за онолико већи за колико се дотични материјал сакупља при хлађењу: за сиво ливничко гвожђе 1%, бело ливничко гвожђе до 2,5%, челик 2%, бронза и месинг 1,5%, легуре лаких метала 1,25% итд.

За израду калупа потребни су модели који се израђују у моделарници најчешће од дрвета и метала. Најчешће и најквалитетније дрво за израду модела је липа. Ако одливак има унутрашњу шупљину, користе се језгреници за израду језгара. У одељену за калуповање ливнице, помоћу модела и језгреника израђују се калуп и језгро које је углавном од песка одређене врсте и квалитета, уз још неки додатак. На плочама за калуповање се поставе одговарајући модели, који се запраше прахом који се зове ликаподијум. Запрашивање се врши да се влажан песак не би залепио за модел. Затим се калупна мешавина ручним набијачима или помоћу калупарских машина сабија у металне оквире тзв. калупнике. Након сабијања песка обезбеде се канали за одвођење гасова из калупа (звани одушци) који могу да проузрокују порозност одливака и самим тим га учине неупотребљивим. Тако сабијен један део калупа се окреће, на њега се поставља други део или делови модела, уливни системи, системи за прикупљање шљаке и системи за храњење одливака који обезбеђују доток течног метала приликом хлађења одливака. Следећа операција је сабијање песка у горњем делу калупа. Када се и ова операција заврши калупи се раставе и из њих изваде модели. Ако одливак има и неку унутрашњу шупљину у калуп се улаже једно или више претходно припремљених језгара.

Пре наливању растопљеног метала калуп се мора потпуно склопити, тако да образује чврсто налегање. Тада се кроз чашу и канале уливног система лив улива у уливну шупљину калупа.

За разлику од металних кокила, који могу издржати и до 100.000 уливања, пешчани калупи се користе за једнократну употребу.

Калупи за једнократну употребу израђују се од мешавине песка, везива и додатака. За израду калупа најчешће се употребљава мешавина кварцног песка и глине. Додатком воде мешавини добијају се тражене особине од којих су најважнија:

• Пропустљивост,
• Чврстоћа,
• Ватросталност на температури од 1300 до 1600ºC, I
• Калупљивост.

Ове особине омогућују обликовање и задржавање облика.

• Песак

За израду калупа користе се следеће врсте песка:

• • Кварцни песак (СиО₂) - у највећем броју се користи као основна сировина за израду калупа за калуповање сивог лива, темпер лива, нодуларног лива, за ливење челика, обојених и лаких метала. Температура топљења 1720°Ц
  • Оливински песак - је магнезијум - гвожђе - ортосиликат састоји се од форстерита (Мг₂СиО₄) и фајалита (Фе₂СиО₄). Има високу температуру топљења и користи се за калупе и за ливење сивог лива. Температура топљења 1865°Ц.
  • Хромитни песак. Хромит Цр₂О₃- је веома квалитетан са температуром топљења 1900°Ц и у неким ливницама служи као замена за кварцни песак.
  • Цирконски песак - Оксид циркона (цирконијума) и силицијума (ЗнСиО₄) има врло високу

ватросталност са температуром топљења од 2200 ÷ 2600°Ц. Употребљава се за израду мањих језгара које су дуже време у додиру са растопљеним металом. Велику примену има и као цинконски премаз. Битно је да зрнце песка буде што једноличније, тј. да у песку има највише зрнаца исте величине јер неравномерна зрнатост смањује пропустљивост гасова.

• Глине

Глина везује зрнца песка и даје калупној мешавини чврстоћу и пластичност. Врсте глина које се употребљавају у ливницама као везиво су ватросталне глине и бентонити.

Такође се за везивање и мешавину користе вода, гипс, бетон, дрвена пиљевина, угљенични прах итд.

Мешавина за израду језгара Језгра су више изложена деловању растопљеног метала и високим температурама него калуп. Из овог разлога треба да имају следеће основне особине:

• Повећану чврстоћу, да би издржали силе успона,
• Велику пропусност, да би гасови настали изгарањем везива могли напустити калупну шупљину,
• Велику термостабилност, да не дођу у реакцију са растопљеним металом,
• Могућност истресања из одливка после очвршћавања.

Ове особине језгара се постижу употребом грубозрнастог песка без глине, а чврстоћу језгрима дају одређена прикладна везива, од којих се употребљавају органска и анорганска.

Растопљени метал се улије под високим притиском у тачно израђену шупљину челичног алата коју у потпуности испуњава. Метал се налази све време под дејством високог притиска све до стврдњавања. Одливци имају глатку површину, добру структуру и тачне димензије.

Ливењем под притиском одливци се израђују брзо један иза другог и тако се добије серија одливака који по карактеристикама и димензијама као и по облику међусобно не разликују.

Машине за ливење под притиском могу бити:

• Са топлом комором (топљење метала је у склопу машине) – притисна комора се налази уроњена у лив. Притисак се у комори производи помоћу клипа или компримованим ваздухом, који потискује лив у кокиле. У овакве машине топе се легуре калаја, цинка, олова и других, чије температуре не прелазе 450°Ц.
• Са хладном комором (када је топљење метала одвојено) – немају топлотну комору, па се растопљени метал може охладити и прећи у тестасто стање. Лив улази под великим притиском у улазни канал у кокилу, затим се потискује тестасти лив у кокилу, па се накрају помоћу избацивача и клипа вади одливак из кокиле.

Легуре са ниским температурама топљења (легуре Zn и Pb) лију се најчешће на машинама са топлом комором, док остале легуре (легуре Al и Cu) се лију на машинама са хладном комором.

Центрифугално ливење (енгл. Centrifugal Foundry) је поступак којим се лију ротациона тела коришћењем принципа центрифугалне силе. Центрифугална сила настаје обртањем кокиле, и тада долази до расподела растопљеног метала по зидовима уливне шупљине. То омогућава израду шупљих ротационих тела чија је оса симетрије – оса ротације. За стварање центрифугалне силе користе се калупи који се окрећу или око своје хоризонталне или око своје вертикалне осе.

Машине код којих се кокиле обрћу око вертикалне осе служе за добијање мањих одливака код којих је висина мања од пречника. Код машина код којих се калуп окреће дуж своје хоризонталне осе, добија се одливак веће висине са релативно малим пречником.

Центрифугално ливење има одређене предности као што су: нема потреба за језгрима приликом израде шупљине у одливку, утрошак материјала је смањен на минимум, добра структура одливка, додаци за механичку дораду су минимални и цена одливка је нижа у односу на друга ливења што поспешује економичнију потрошњу и повећање репродуктивности.

При поступку непрекидног ливења (енгл. Continually Foundry) растопљени метал се непрекидно и равномерно улива из лонца у метални калуп који је са једне стране хлађен водом. Растопљени метал се у облику очврслог металног производа извлачи са друге стране калупа. Овај поступак обезбеђује израду одливака различитих облика. У металургији а нарочито при производњи ваљкастог производа коришћењем овог поступка постиже се велика уштеда материјал и времена.

У савременим челичанама примењује се непрекидно ливење. Челик се из металуршке пећи одмах одлива у полупроизводе. Непрекидно ливење се у пракси назива и континуално или конт-ливење.

У металургији и ливарству поступак непрекидног ливења се све више примењује. Непрекидним ливењем може се остварити већа продуктивност и већа економичност у поређењу са другим поступцима ливења.

Гравитационо ливење у кокиле (уливање у металне калупе) има веома широку примену у изради алуминијумских одливака. Одливци ливени гравитационо примењују се у свим гранама машинства (мотори са унутрашњим сагоревањем, гасна техника, бродоградња итд.). У односу на друге поступке ливења имају одређене предности, те веома су распрострањени.

У поређењу са уливањем у пешчане калупе уливање у кокиле има следеће предности:

• Боље механичке карактеристике - (брже одвођење топлоте омогућује хлађење за краће време и

формирање ситнозрнасте структуре,

• Тачност димензија и облика је већа, као и квалитет површине (мањи додаци за обраду),
• Економичнија производња:
  • Отпада потрошња песка за калуповање
  • Мања потрошња песка за језгра јер неке од језгара могуће је заменити металним
  • Мање време израде јер отпада израда пешчаних калупа
  • Мањи радни простор - отпада складиштење и обрада песка

У поређењу са ливењем под притиском предности су:

• Једноставнији и јефтинији алати - према томе примена и код мањих серија је економична,
• Боље механичке особине материјала - (ситнозрнаста без шупљина од укључених гасова),
• Нису ограничене димензије и маса одливака,
• Компликованост облика због могућности комбинација пешчаних и металних језгара су

неограничене.

Недостаци ливења у кокилама:

• Израда алата је оправдана само за довољан број комада,
• Израда металног калупа (кокиле) више пута је дужа од израде модела за калуповање у песку,
• Трошкови освајања производње су релативно велики.