Spis treści

• Rys historyczny odlewnictwaDIoQNMFk0Rys historyczny odlewnictwa

• Zalety i wady odlewaniaD1CUfE8MzZalety i wady odlewania

• Klasyfikacja metod odlewania

  • Odlewanie grawitacyjne w formach jednorazowych2Odlewanie grawitacyjne w formach jednorazowych

  • Odlewanie grawitacyjne w formach trwałych3Odlewanie grawitacyjne w formach trwałych

  • Odlewanie ciśnieniowe4Odlewanie ciśnieniowe

• Dokumentacja technologiczna wytwarzania odlewówDKubNKRVlDokumentacja technologiczna wytwarzania odlewów

• Modele odlewnicze i układ zasilającyD3J2EmRt1Modele odlewnicze i układ zasilający

• Etapy procesu wytwarzania odlewówD1Gkb3Y0WEtapy procesu wytwarzania odlewów

• Mechanizacja i automatyzacja procesów wytwarzania odlewówDOSMSyvRjMechanizacja i automatyzacja procesów wytwarzania odlewów

• Technologie drukowania 3D w odlewnictwieD1E1monD3Technologie drukowania 3D w odlewnictwie

• Słownik pojęćD16arlBiFSłownik pojęć

• BibliografiaDvK1wWinEBibliografia

Klasyfikacja metod odlewania

Z zależności od odlewanego materiału, stosuje się różne technologie odlewnictwa. Stąd też, można wyróżnić:

• odlewnictwo staliwa;

• odlewnictwo żeliwa;

• odlewnictwo metali nieżelaznych, dzielone na:

  • odlewanie metali ciężkich i ich stopów, które mają gęstość większą niż $5 \mathrm{g}/{\mathrm{cm}}^3$ np. ołów, miedź, cynk;

  • odlewanie metali lekkich i ich stopów, o gęstości mniejszej od $5 \mathrm{g}/{\mathrm{cm}}^3$, np. aluminium, magnez, tytan.

R1DsD1F2kejJO

Na zdjęciu widoczny jest schemat przedstawiający klasyfikację metod odlewania. W górnej części schematu znajduje się napis: surowce, substancję chemiczne, modele, formy. Surowce, substancję chemiczne, modele i formy dzielą się na topnienie i wytwarzanie form. Do topnienia zalicza się: stopy żelaza i metale nieżelazne. Do grupy stopów żelaza zalicza się: żeliwiak, piec indukcyjny, piec łukowy, piec obrotowy. Do grupy metali nieżelaznych zalicza się: piec indukcyjny, piec szybowy, piec tyglowy, piec płomienny.
Wytwarzanie form dzieli się na: wytwarzanie form trwałych oraz wytwarzanie form jednorazowych. Do wytwarzania form jednorazowych zalicza się modele (drewno, tworzywo sztuczne), oraz modele jednorazowe (żywica i wosk). Dodatkowo wyróżniamy grupę: forma piaskowa, rdzeń piaskowy, wkładki. Od obu grup odchodzą strzałki które łączą się z formowaniem ręcznym i formowaniem automatycznym. Od obróbki metalu odchodzą strzałki które przechodzą przez obróbkę metalu i dochodzą do odlewania. Od wytwarzania form trwałych odchodzi podwójna strzałka a od wytwarzania form jednorazowych pojedyncza, która prowadzi do odlewania.
W odlewaniu wyróżnia się: odlewanie grawitacyjne, odlewanie przy użyciu kadzi przechylnych, niskociśnieniowe, wysokociśnieniowe, odśrodkowe, ciągłe. Od odlewania odchodzi strzałka i przechodzi przez chłodzenie, wybijanie i wyjmowanie, wykańczanie aż do gotowego odlewu. W przypadku wybijania i wyjmowania odchodzi strzałka w bok i prowadzi do przygotowania masy. Od przygotowania masy strzałka prowadzi do wytwarzania form jednorazowych i grupy form piaskowych, płaskich oraz wkładek. Dodatkowo od przygotowania masy podwójna strzałka prowadzi do regeneracji masy formierskiej.
Do wykańczania zalicza się: usuwanie układu wlewowego, śrutowanie, obróbka mechaniczna i obróbka cieplna.

R11iRU52CysYy

Na zdjęciu przedstawiono schemat procesu odlewniczego. W centralnej części schematu znajduje się napis: proces odlewniczy topnienie, odlewanie, wykańczanie. W górnej części schematu na czerwonym tle widać następujące grupy: metal złom i wlewki, energia, woda, masa formierska i substraty chemiczne. W dolnej części schematu na zielonym tle widać następujące grupy: odlewy, hałas, stałe, woda, powietrze, zapach, energia.
Do energii zalicza się: paliwo, prąd, ciepło.
Do wody zalicza się: chłodzenie, płukanie.
Do mas formierskich i substancji chemicznych zalicza się: topnienie dodatków i obróbka metali, spoina i środki zapobiegające przywieraniu, oleje i smary.
Do stałych zalicza się: pyły zużyta masa, popioły i żużel
Do wody (dół schematu) zalicza się: substancję organiczne, pył metalowy.
Do powietrza zalicza się: produkty spalania i innych reakcji, pył zawieszony, produkty pirolizy i parowania.
Do energii (dół schematu) zalicza się: ciepło, para, gorąca woda.
Na czerwono zaznaczone są materiały wejściowe i substraty. Na zielono zaznaczone są materiały wyjściowe i produkty.

Technologie odlewnicze można również podzielić, biorąc pod uwagę kryteria takie jak:

• materiał formy:

  • odlewanie do form z mas formierskich,

  • odlewanie do form metalowych,

• wielkości ciśnienia materiału podczas zalewania formy:

  • odlewanie grawitacyjne,

  • odlewanie odśrodkowe (ewentualnie półodśrodkowe lub pod ciśnieniem odśrodkowym),

  • odlewanie ciśnieniowe,

• trwałości formy:

  • odlewanie do form jednorazowych,

  • odlewanie do form półtrwałych,

  • odlewanie do form trwałych.

Poniżej opisano najczęściej stosowane metody odlewania stopów żelaza z węglem oraz metali nieżelaznych.

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Odlewanie grawitacyjne w formach jednorazowych

Do odlewania do form nietrwałych „jednorazowych” zalicza się wytwarzanie form z mas wilgotnych lub wiązanych spoiwami chemicznymi i rdzeni wiązanych spoiwami chemicznymi. Tego typu formy zwykle wykonuje się z wiązanego chemicznie lub za pomocą gliny piasku jako osnowy, chociaż takie formy mogą być nawet niewiązane. Wykorzystywane do odlewania precyzyjnego formy także można zaliczyć do tej grupy.

Formy odlewnicze jednokrotnego użytku (jednorazowe) wykonuje się z tzw. masy formierskiej. W tego typu formach – w zależności od sposobu ich wykonania – można wyodrębnić różne odmiany, np. formy klasyczne (zwykłe), które otrzymuje się przez ręczne lub mechaniczne zagęszczanie masy formierskiej, formy skorupowe, formy wykonywane wg metody Shaw’a, metodą wytapianych modeli oraz wykonywane metodami specjalnymi (np. sypkie masy samoutwardzalne, masy ciekłe itd.).

Rdzenie, które odtwarzają wewnętrzne kształty odlewu, są narażone są na hydromechaniczne i termiczne działanie ciekłego metalu. Z tego względu wykonuje się je z masy zwanej masą rdzeniową, która różni się od masy formierskiej nie tylko większą wytrzymałością, ale i pod względem technologicznym. Masę rdzeniową musi charakteryzować:

• większa wytrzymałość i odporność na wstrząsy cieplne,

• większa przepuszczalność, która zapewni jej ukierunkowane odprowadzenie gazów (w stronę rdzenników),

• wyższa podatność pozwalająca na uniknięcie pękania odlewów w wyniku powstawania w nich dużych naprężeń odlewniczych,

• większa ognioodporność, która zapewnia czystą i gładką powierzchnię odtwarzanym kształtom,

• mniejsza higroskopijność, dzięki której wysuszony rdzeń nie będzie pochłaniać wilgoci z powietrza lub z formy (formy wilgotne),

• wyższa wybijalność, dzięki której łatwo usunąć masę z odlewu.

Aby spełnić te wymagania, należy dobrać odpowiednie materiały formierskie, sposób zagęszczania masy rdzeniowej, technologie formowania rdzeni oraz ich konstrukcję (wkładki odpowietrzające, uzbrojenia, odpowietrzenia itp.). Jakość wykonywanego odlewu jest uzależniona od kilku czynników, takich jak:

• odpowiedni dobór technologii formowania i odlewania,

• prawidłowy projekt,

• właściwy projekt i wykonanie układu wlewowego i nadlewów,

• prawidłowy dobór materiałów formierskich.

Zadaniem mas formierskich i rdzeniowych jest odtworzenie zewnętrznych i wewnętrznych kształtów gotowego odlewu. Masy te ubija się ręcznie lub maszynowo w dzielonej skrzynce formierskiej, w której umieszczony jest model odlewniczy oraz elementy odtwarzające układ wlewowy. Po zagęszczeniu masy usuwa się komplet modelowy, by móc ją zalać grawitacyjnie, czyli bez dodatkowego ciśnienia.

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Odlewanie grawitacyjne w formach trwałych

Odlewanie kokilowe polega na wytwarzaniu odlewów w trwałych formach metalowych zwanych kokilami. Ciekły metal może wypełniać formę bez udziału dodatkowego ciśnienia (grawitacyjnie) lub pod niewielkim ciśnieniem $\left(0,01-0,05\mathrm{MPa}\right)$. Kokile są najczęściej wykonane z żeliwa szarego perlitycznego, które stosuje się do odlewania wszystkich stopów metali nieżelaznych (aluminium, magnezu i miedzi) oraz cienkościennych wyrobów z żeliwa. Wykorzystując odlewanie kokilowe, można osiągnąć podwyższenie dokładności wymiarów i gładkości powierzchni. Zwykle odlewy dają się łatwo wyjąć, ale czasami zakleszczają się w kokili i dlatego w celu ich łatwiejszego wybicia często stosuje się w nich specjalne wypychacze mające postać kołków z główką cylindryczną lub stożkową. Odlewy wykonane w kokilach cechują znacznie lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu z odlewami wykonanymi w formach piaskowych.

Najprostsza kokila składa się z dwóch połówek, a jej powierzchnia wewnętrzna odtwarza kształt zewnętrzny odlewu, natomiast powierzchnie wewnętrzne odlewu są odtwarzane przez rdzenie.

R1XGcE9KKSN3f

Na zdjęciu widoczny jest czarno biały schemat kokilarki ręcznej z zamontowana kokilą do wykonywania niewielkich odlewów. Podstawą urządzenia jest płyta osadzona na cylindrycznych nóżkach. Jest to stół oznaczony liczbą dwanaście. Na stole w środkowej części urządzenia znajduje się ruchoma połówka kokilki w kształcie płyty prostopadłościennej opisanej cyfrą jeden. Po lewej stronie , na końcu płyty znajduje się mechanizm zębatkowy. Mechanizm jest w kształcie prostopadłościanu z zamontowaną korbką po prawej stronie. Mechanizm jest pisany cyfrą osiem. Między mechanizmem a ruchomą połówką kokilki, na płycie znajduje się prowadnica. Prowadnica jest opisana cyfrą siedem. W połowie wysokości ruchomej połówki kokilki znajduje się zamknięcie oznaczone cyfrą sześć. Zamknięcie jest w kształcie dwóch zasuw. Każda z zasuw znajduje się po jednej ze stron. Po prawej stronie ruchomej połówki kokilki znajduje się stała połówka kokilki. Stała połówka jest oznaczona cyfrą dwa. Ma ona kształt prostopadłościennej płyty. W centralnej jej części znajduje się rdzeń. Rdzeń oznaczony cyfrą trzy jest o kształcie ostrosłupa. Wokół niego znajduje się układ wlewowy oznaczony cyfrą cztery. Za stałą częścią kokilki znajduje się prostopadłościenna komora oznaczona liczbą dziesięć. Jest to płyta wypychaczy. Po prawej stronie płyty znajduje się dźwignia o kształcie literki L. Jest to dźwignia zębatkowa napędu płyty wypychaczy, liczba jedenaście. W środku płyty wypychaczy widać dwa pręty oznaczone cyfrą dziewięć. Są to Wypychacze.

Zalety odlewania kokilowego:

• wyeliminowanie wielu operacji w porównaniu z odlewaniem w formach piaskowych,

• spadek kosztów wytwarzania w przypadku produkcji wielkoseryjnej,

• łatwa mechanizacja i automatyzacja procesu (obniżenie kwalifikacji personelu),

• duża dokładność wymiarowa (pole tolerancji $\pm 0,3\mathrm{mm}$ na odcinku pomiarowym $50\mathrm{mm}$),

• dobra jakość powierzchni $(Ra\le 30\mu m)$,

• duża wydajność procesu, zwiększenie uzysku metalu.

Wady odlewania kokilowego:

• technologia stosowana tylko w przypadku produkcji wielkoseryjnej i masowej (wysoki koszt oprzyrządowania kokili),

• materiał kokili musi być dostosowany do rodzaju metalu zalewanego do formy,

• duża prędkość studzenia metalu w formie może być źródłem wystąpienia niepożądanej struktury lub naprężeń w odlewie,

• ograniczenia w kształcie odlewu (minimalna grubość ścianki odlewu).

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Odlewanie ciśnieniowe

Odlewanie pod ciśnieniem to technologia polegająca na wtłaczaniu ciekłego metalu do formy metalowej pod wysokim ciśnieniem $\left(10-200\mathrm{MPa}\right)$ i z dużą prędkością. Forma jest dzielona pionowo i składa się z części ruchomej i nieruchomej, a ciśnienie wywiera tłok na ciekły metal znajdujący się w komorze tłokowej. W maszynach odlewniczych komora tłokowa może być gorąca lub zimna. Maszyny z komorą gorącą są urządzeniami, w których komora jest zanurzona w ciekłym, najczęściej dodatkowo podgrzewanym metalu. Odlewa się na nich stopy o niskiej temperaturze topnienia (stopy cynku, ołowiu, czasem stopy magnezu). W maszynach z gorącą komorą ciśnieniową na ciekły materiał odlewniczy działa ciśnienie $2-20\mathrm{MPa}$.

R16wDdIHbUTjQ

Na zdjęciu przedstawiono kolorowy schemat maszyny do odlewnia ciśnieniowego z gorącą komorą prasowania. Urządzenie składa się z dwóch połączonych ze sobą części. Po prawej stronie na prostopadłościennej podstawie znajduje się piec. Przypomina on ostrosłup. W przekroju z wnętrza jego biegnie rura do znajdującego się poniżej zbiornika o kształcie trapezu podpisanego jako stopiony metal. Zbiornik jest połączony rurą z druga częścią urządzenia znajdującego się po lewej stronie. Na prostopadłej podstawie znajduje się prostopadłościenny element we wnętrzu którego widoczny jest odlew. Od tylnej ściany odchodzą cztery poziome elementy o kształcie walca które łącza się z dwoma prostopadłościennymi płytami.

W urządzeniach z zimną komorą odlewa się stopy miedzi i aluminium. Odlewy wykonane pod ciśnieniem charakteryzuje gładka i czysta powierzchnia (uzyskiwana chropowatość ($\mathrm{Ra} 5-0,63$) oraz duża dokładność wymiarowa ($10-13$ klasa wg ISO), przez co nie ma potrzeby ich dalszej obróbki skrawaniem (można wykonywać otwory o średnicy do $2,5\mathrm{mm}$ dla odlewów ze stopu miedzi i niektórych otworów gwintowanych). Maszyny z zimną komorą ciśnieniową wytwarzają ciśnienie $20-350\mathrm{MPa}$ i służą do przygotowania odlewów o dość skomplikowanym kształcie i cienkich ściankach o grubości $0,7-1\mathrm{mm}$.

ROqgUouqbq1MM

Na zdjęciu przedstawiono kolorowy schemat maszyny do odlewnia ciśnieniowego z zimną komorą prasowania. Na prostopadłej podstawie znajduje się prostopadłościenny element we wnętrzu którego widoczny jest odlew. Od tylnej ściany odchodzą cztery poziome elementy o kształcie walca które łącza się z dwoma prostopadłościennymi płytami. Na dole komory z odlewem znajduje się cylindryczna rura biegnąca w prawo. Znajduje się w niej stopiony metal który biegnie od kadzi zobrazowanej jako duży cylindryczny zbiornik z dzióbkiem.

Maszyny odlewnicze mogą wyprodukować do kilkuset sztuk odlewów na godzinę. Odlewanie ciśnieniowe jest opłacalne tylko przy liczbie odlewów nie mniejszej niż $10-20 \mathrm{tys}.$ sztuk. Wielkość odlewów jest ograniczona i nie przekracza $6\mathrm{kg}$.

Zalety odlewania ciśnieniowego:

• wysoka dokładność wymiarowa,

• minimalna chropowatość,

• możliwość uzyskiwania odlewów o bardzo cienkich ściankach,

• ograniczenie do minimum lub całkowite wyeliminowanie konieczności dodatkowej obróbki skrawaniem,

• dużo lepsze parametry odlewów (mechaniczne, chemiczne i fizyczne),

• mniejszy ciężar surowych odlewów,

• wysoka wydajność.

Wady odlewania ciśnieniowego:

• wysoki koszt maszyn i oprzyrządowania,

• długotrwałe przygotowania do produkcji,

• ograniczona wielkość i masa odlewów,

• utrudnione wykonywanie odlewów o grubszych ściankach (ryzyko wystąpienia porowatości),

• możliwość zastosowania tylko w przypadku niektórych stopów (stopów cynku, aluminium, magnezu).

Powrót do spisu treści1Powrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Film edukacyjny: Przegląd metod wytwarzania odlewówDgXNqsKR9Przegląd metod wytwarzania odlewów

• Animacja 3D: Proces zalewania formy, krzepnięcia i stygnięcia stopu odlewniczego w formieD4y37ZbhwProces zalewania formy, krzepnięcia i stygnięcia stopu odlewniczego w formie

• Film instruktażowy: Przedstawienie działów zakładu odlewniczegoD1Fg2bi1LPrzedstawienie działów zakładu odlewniczego