Dobór metody wytwarzania

odlewów

Odlewanie w

formy piaskowe

Metale i stopy

• Większość stopów metali –

najczęściej stopy żelaza i aluminium.

• Trudności występują podczas

wykonywania odlewów ze stopów
ołowiu, cyny oraz cynku oraz stopów
metali reaktywnych ( tytanu i
cyrkonu ).

Odmiany procesu

• Odlewanie do form wilgotnych – najbardziej popularna technologia i

najtańsza , ale występują problemy z wytrzymałością masy formierskiej

i dużą zawartością wilgoci.

• Odlewanie w formy suszone : forma jest budowana z rdzeni , a piece są

stosowane do suszenia elementów formy . Technologia droga i

długotrwały proces przygotowania formy do zalania ,

• Odlewnie w formy posuszane : forma jest podsuszona do pewnej

głębokości . Używanana technologia do wykonywania odlewów ze

staliwa

• Modele: stosowane modele naturalne , modele dzielone – produkcja

małoseryjna. Do produkcji seryjnej stosowane maszyny z

zamontowanymi płytami modelowymi

• Materiały stosowane na modele : Modele drewniane ( do produkcji

jednostkowej i małoseryjnej ), modele metalowe ( do produkcji mało – i

wielkoseryjnej ). Do wykonywania modeli stosowane są także twarde

gatunki tworzyw sztucznch.

• Odlewanie metodą Crosworth : odlewanie pod niskim ciśnieniem

( lepsze wypełnienie wnęki formy , lepsza dokładność , jakość

powierzchni i mniejsza porowatość odlewów ) . Większe koszty

oprzyrządowania – dłuższy cykl produkcyjny

Ekonomika procesu

• Wydajność od 1–50 szt. Odlewów na godzinę w

zależności od wielkości odlewów

• Okres przygotowania produkcji zwykle kilka dni , ale

silnie zależny od złożoności i rozmiarów odlewu

Material utilization low to moderate.

• Uzysk metalu 50-80%.
• Materiał formy oraz układ wlewowy poddawane

procesowi regeneracji lub recuklingu.

• Ograniczona trwałość oprzyrządowania.
• W zależnośi od ilośi wytwarzanych odlewów dobierany

materiał do wykonania modelu..

• Możliwość wprowadzenia szybkich zmian w procesie

produkcyjnym.

Ekonomika procesu

• Ekonomiczna technologia przy wytwarzaniu mniej

niż 100 szt. odlewów. Może być zastosowana do

wykonania 1 szt. i produkcji małoseryjnej

• Wydajność zależy od stopnia mechanizacji

procesu.

• Niskie koszty oprzyrządowania.
• Niskie koszty wyposażenia zakładu
• Duża pracochłonność – wysokie kwalifikacje

personelu.

• Duży koszt procesu wykańczania i oczyszczania

Typowe zastosowanie

• bloki cylindrowe
• złączki i trójniki
• podstawy maszyn
• elementy stacji pomp
• głowice silników

Aspekty projektowe

• Rdzenie o średnicy większej 6 mm.
• Naddatki na obróbkę skrawaniem -

1.5–6 mm.

• Pochylenia odlewnicze 1–5

o

.

• Minimalna grubość ścianki 3mm dla

stopów metalli lekkich oraz 6mm dla
stopów żelaza.

• Masa odlewów od 25 g–400 t .

Jakość odlewów

• Zależy silnie od właściwości masy

formierskiej i rdzeniowej

• Skurcz objętościowy i zmiany wymiarów

występujące podczas studzenia
odlewów wpływają na kształt odlewu.

• Niebezpieczeństwo wad na dużych

płaskich powierzchniach.

• Konieczna staranna kontrola techniczna

Jakość odlewów

• Duża porowatość i ilość wtrąceń w

odlewach.

• Możliwość naprawy niektórych wad

spawaniem.

• Gruboziarnista struktura budowy

odlewów

• Właściwości mechaniczne niskie.
• Niska jakość powierzchni

Jakość odlewów

• Chropowatość powierzchni odlewów

40–80 m Ra.

• Konieczna obróbka mechaniczna na

współpracujących powierzchniach.

• Tolerancja wymiarowa (0.5–2mm)

na odcinku pomiarowym 50 mm.

Tolerancja wymiarów odlewu

Tolerancja wymiarów odlewu

Odlewanie

skorupowe

Shell moulding

Odlewane stopy

• Większość metali i stopów za

wyjątkiem stopów ołowiu, cynku
magnezu i tytanu oraz stopów
berylu, stopów żaroodpornych i
stopów cyrkonu

Odmiany procesu

• Płyty modelowe są wykonane ze

stopów żelaza ( żeliwo i staliwo ) oraz

charakteryzują się dużą dokładnością

wymiarową.

• Aluminiowe płyty mogą być stosowane

przy małych seriach odlewów.

• Modele grafitowe są stosowane do

metali reaktywnych

Aspekty ekonomiczne

• Wydajność produkcji 5–200 odlewów na godzinę w

zależności od masy odlewów .

• Czas uruchomienia produkcji od kilku dni do tygodni

w zależności od stopnia skomplikowania odlewów i

ich wymiarów

• Dobry uzysk metalu – mała ilość złomu obiegowego

do recyklingu

• Duże możliwości automatyzacji procesu.

• Możliwość umieszczenia kilku odlewów w jednej

formie.

• Spoiwo – żywica fenolowo-formaldehydowa drogie

( ale zyżycie małe – 5% w stosunku do klasycznej

formy )

• Trudności w dokonaniu zmian w trakcie produkcji.

Aspekty ekonomiczne

• Średnio – i wielkoseryjna produkcja przy

wydajności 100–500 szt. na godzinę

• Opłacalność wzrasta ze wzrostem

seryjności.

• Koszt oprzyrządowania ( niski do średniego )
• Pracochłonność niska do średniej.
• Niski koszt procesu wykańczania . Często

ten proces ogranicza się do oddzielenia
układu wlewowego

Typowe zastosowanie

• Małe części urządzeń mechanicznych od

podwyższonej dokładności wykonania

• Obudowy małych przekładni
• Wirniki
• Elementy siłowników hydraulicznych.
• Elementy połączeń
• Elementy przekładni ( pasowych,

klinowych )

Aspekty projektowe

• Dobra technologia dla odlewów o

złożonym kształcie.

• Możliwość wykonywania odlewów o

zróżnicowanej grubości ścianek

Aspekty projektowe

• Bardzo ważny dobór powierzchni podziału

( nie prowadzić tej powierzchni przez

krytyczne wymiary odlewu )

• Otwory odzwierciedlane > 3 mm.
• Pochylenia odlewnicze 0.25–1

o

, w

zależności od grubości ścianki odlewu.

• Maksymalna grubość ścianki = 50 mm.
• Minimum grubość ścianki = 1.5 mm.
• Masa odlewów 10 g to 100 kg . Najczęściej

dla odlewów o masie poniżej 20 kg.

Jakość odlewów

• Możliwość wykonywania form na

nadmuchiwarkach ( Dietert Process ) pozwala

uzyskać formy o stałej grubości ścianki .

• Odgazowanie formy możliwe poprzez małą

grubość ścianki formy i odpowietrzenia na

powierzchni podziału formy,

• Możliwość sterowania procesem krzepnięcia

poprzez odpowiedni dobór materiału na rdzenie i

umieszczanie w formie ochładzalników,

• Średnia porowatość materiału odlewu i

zawartość wtrąceń niemetalicznych w odlewach.

• Lepsze właściwości mechaniczne odlewu.

Jakość odlewów

• Równomierna struktura odlewu.
• Dobra jakość powierzchni 0.8–12.5

m Ra.

• Dobra dokładność wymiarowa 

(0.25–0.5mm ) na odcinku
pomiarowym 50 mm.

Casting tolerance

Odlewnie kokilowe

Gravity die casting

Odlewane stopy

• Zwykle stopy metali nieżelaznych

takich jak miedź, aluminium,
magnez. Sporadycznie stopy żelaza,
cyny, cynku, ołowiu i niklu.

• Stale węglowe odlewamy do form

wykonanych z grafitu.

Odmiany procesu

• Kokile zwykle są wykonane z żeliwa , grafitu i stopów

żaroodpornych.

• Można stosować rdzenie wykonane z metalu lub masy

rdzeniowej – lecz powierzchnia przez nie

odzwierciedlana jest słabej jakości.

• Odlewanie pod niskim ciśnieniem : stosowane jest

ciśnienie ok.1 bar wywierane na lustro ciekłego metalu

w celu zapełnienia formy odlewniczej ( odlewanie kół

samochodowych ). Taki proces prowadzi do obniżenia

wydajności ,

• Odlewanie z wylewaniem ( slash castings ): w celu

wytwarzania odlewów skorupowych bez stosowania

rdzeni wewnętrznych dla metali ze stopów

niskotopliwych.

Aspekty ekonomiczne

• Wydajność 5–50 odlewów / godz. w

zależności od masy i wymiarów

• Czas przygotowania produkcji kilka

tygodni.

• Dobry uzysk metalu – 60-90%

• Typowa seria 500–1000 i więcej odlewów

• Koszty formy - średnie.

• Koszt oprzyrządowania –średni

• Koszty pracy – niskie do średnich.

• Koszt wykończenia – niski do średniego

(oddzielenie układu wlewowego ).

Typowe zastosowanie

• Cylindry
• Elementy połączeń silnikowych
• Tłoki
• Półwyroby
• Akcesoria kuchenne
• Obudowy przekładni
• Złączki do przewodów
• Koła pasowe i klinowe

Aspekty projektowe

• Naddatki na obróbkę 0.8–1.5mm.

• Zwykle stosowana pionowa

powierzchnia podziału

• Odzwierciedlane otwory przez rdzenie o

wymiarach >5 mm.

• Pochylenia odlewnicze 2–3

o

.

• Maksymalna grubość ścianki =50mm.

• Minimalna grubość ścianki >= 2mm.

• Masa odlewów od 50 g to 300kg .

Zwykle do 5kg.

Jakość wyrobów

• Małą porowatość i ilość wtrąceń niemetalicznych,
• Zależność jakości od stosowanych pokryć

ochronnych i sposobu ich nanoszenia.

• Duża szybkość odprowadzania ciepła przez kokilę

wymaga stosowania wyższego stopnia

przegrzania ciekłego stopu.

• Dobre właściwości mechaniczne ( budowa odlewu

drobnoziarnista ).

• Chropowatość powierzchni - 0.8–6.3 m -Ra.
• Dokładność wykonania (0.25–0.35)mm na

odcinku pomiarowym 50mm

Casting tolerance

Odlewnie pod

ciśnieniem

• Ciekły metal jest wprowadzany do

formy pod ciśnieniem > 100 bar ,
gdzie przechodzi ze stanu ciekłego w
stan stały.

• Forma jest następnie otwierana i odlew

usuwany z formy

Pressure die casting

Maszyna gorącokomorowa

Maszyna zimnokomorowa

Odlewane stopy

• Stosowane do odlewania stopów cynku,

aluminium , magnezu ,ołowiu ,cyny i miedzi

• Najbardziej popularne to stopy cynku i

aluminium.

• Odlewanie wysokotopliwych stopów ( np.

stopów miedzi ) bardzo zauważalnie obniża
żywotność formy odlewniczej

• Prowadzone są w chwili obecnej badania

nad odlewaniem stopów żelaza.

Odmiany procesu

• Odlewanie w maszynach

zimnokomorowych- dla stopów z wysoką

temeperaturą topnienia. metals.

• Maszyny zgorącą komorą – dla metali z

niską temperaturą tonienia.

• Odlewanie ciśnieniowe – próżniowe : dla

dużych odlewów w celu wykluczenia

• Łączenie części metalowych

Aspekty ekonomiczne

• Bardzo duża wydajność 200 szt.odl / godz.

• Pracochłonne przygotowanie produkcji ( do kilku m-cy )

• Duży uzysk metalu

• Duże koszty początkowe wykonania formy.

• Możliwa pełna automatyzacja procesu

• Ekonomiczna seria rozpoczyna się od 10 000 szt. dla

odlewów ze stopów miedzi, do ok. 100 000 ţ dla stopów

aluminum, cynku i ołowiu

• Koszt oprzyrządowania wysoki

• Koszt maszyny bardzo wysoki

• Pracochłonność niska

• Koszty wykańczania odlewów – niskie .

Typowe zastosowanie

• Obudowy skrzyni przekładniowych
• Części maszyn i silników
• Elementy do wytwarzania pomp
• Skrzynki elektryczne
• Elementy do urządzeń w

gospodarstwie domowym

• Zabawki
• Wirniki do pomp

Aspekty projektowe

• Dokładne odtworzenie kształtu odlewu

• Równomierna grubość ścianki odlewu.

• Unikanie ostrych krawędzi – możliwe

odtworzenie małych promieni.

• Bardzo ważny dobór powierzchni

podziału – nie powinien przebiegać

przez przekroje krytyczne

• Zaleca się aby osie otworów skierowane

były prostopadle do linii podziału formy

Aspekty projektowe

• Opłacalne wstępne odlanie otworów zamiast obranienie ich

poprzez zabiegi obróbki mechanicznej

• Możliwe odwzorowanie otworów poprzez rdzenie o średnicy

powyżej 0.8mm.

• Naddatki na obróbkę mechaniczną rzędu od 0.25 do 0.8mm.

• Stosuje się pochylenia odlewnicze -0.25–3

0

w zależności od

grubości ścianki odlewu,

• Maksymalna grubość ścianki odlewu – g

maks.

= 13mm

• Minimalna grubość ścianki odlewu : 0,4mm ( dla stopów

cynku), 1,5mm dla stopów miedzi

• Chropowatość powierzchni odlewów 0.8–3.0 m Ra.

• Masa odlewów 10 g–50 kg.

• Odlewy o masie dochodzącej do 100kg są wykonywane ze

stopów cynku. Masa odlewów ze stopów miedzi, cynku i

ołowiu nie przekracza zwykle 5kg

Jakość odlewów

• Mała porowatość charakterystyczna dla odlewów

cienkościennych. Przy długich odlewach o

grubszych ściankach mogą wystąpić problemy.

• Bardzo dobre właściwości mechaniczne .
• Wykonywanie odlewów ze stopów o podwyższonej

temperaturze topnienia prowadzi do

intensywnego zużycia formy

• Ślady na odlewie po wypychaczach.
• Dokładna kontrola przebiegu procesu musi być

prowadzona ( temperatura metalu, ciśnienie i

czas wtrysku metalu do formy ).

Jakość odlewów

• Trudności w produkcji dużych odlewów

( występowanie porowatości )

• Dobre właściwości mechaniczne

• Doskonała jakość powierzchni ( 0.4–3.2 m Ra )

• Dokładność wymiarowa (0.05–0.10) mm na

odcinku pomiarowym 50 mm

Casting tolerance

Casting tolerance

Odlewanie odśrodkowe

• Ciekły metal jest zalewany do formy

wirującej z prędkością 300–
3000obr./min. ( w zależności od
średnicy formy ) , a forma wiruje aż
do momentu zakończenia procesu
krystalizacji i krzepnięcia

• Oś obrotu formy jest przeważnie

pozioma , ale może być także
pionowa dla niewysokich odlewów.

Centrifugal casting

Odlewane stopy

• Większość stopów metali ( wszystkie

gatunki staliwa i żeliwa, stopy
miedzi, aluminium oraz niklu,

• Metalowa forma powinna być pokryta

pokryciem ochronnym.

Odmiany procesu

• Odlewanie półodśrodkowe,

• Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym

Aspekty ekonomiczne

• Wydajność powyżej 50 szt. odlewów /

godz.

• Czas przygotowania produkcji ( kilka

tygodni )

• Wysoki uzysk metalu - 90–100 %

• Brak typowego układu wlewowego

.

Uwarunkowania

ekonomiczne

• Koszt oprzyrządowania – średni
• Koszty pracy – niskie do średnich
• Koszt obróbki wykańczjącej odlewów

– średni

• Powierzchnia wewnętrzna odlewu

zwykle jest obrabiana mechanicznie

Typowe zastosowanie

• Tuleje
• Bębny hamulcowe
• Koła pasowe
• Koła do lokomotyw
• koła zamachowe
• Tuleje cylindrowe
• Zbiorniki ciśnieniowe
• Dysze

Aspekty projektowe

• Kształt uwarunkowany istotą procesu

( części z symetrią obrotową )

• Możliwa zewnętrzna powierzchnia

kształtowa

• Możliwość odlewania tulei bimetalicznych

Aspekty projektowe

• Naddatki na obróbkę - 0.75–6mm.
• Pochylenia odlewnicze - 1

o

.

• Maksymalna grubość ścianki -125mm.
• Minimalna grubość ścianki - 2.5–8 mm

w zależności od rodzaju stopu.

• Maksymalna długość L=15 m.
• Średnica od 25mm do 2m.
• Masa do 5 t

Jakość odlewów

• Właściwości mechaniczne są funkcją odległości

od osi obrotu

• Zanieczyszczenia i wtrącenia gromadzą się na

wewnętrznej powierzchni swobodnej..

• Odlewy posiadają właściwości mechaniczne

lepsze niż uzyskane podczas odlewania do form

kokilowych i piaskowych.

• Odlewy wolne od porowatości skurczowej dzięki

kierunkowemu odprowadzaniu ciepła.

• Właściwości mechaniczne odlewów

porównywalne z uzyskami na drodze obróbki

plastycznej ( kucia )

• Drobne ziarno i mała porowatość.

Jakość odlewów

• Dobra jakość powierzchni ( 1.6–12.5 m Ra )
• Dokładność wymiarowa  (0. 05–0.15) mm na

odcinku pomiarowym 50 mm

Castings Tolerance

Odlewanie precyzyjne

( Metoda wytapianych

modeli)

Metoda wytapianych

modeli

Odlewane stopy

• Wszystkie stopy techniczne i stopy

metali reaktywnych

• Metale szlachetne i ich stopy

( biżuteria )

• Odlewy artystyczne ( brąz ).

Odmiany procesu

• Stosowanie zamiast modeli

woskowych wytapianych - modeli
wypalanych ( z żywic
termoplastycznych).

• Możliwość stosowania rdzeni

Aspekty ekonomiczne

• Wydajność do 1000 odlewów./ godz. w zależności od

kształtu i wymiarów

• Czas przygotowania produkcji – kilka tygodni , ale może być

krótszy

• Proces wolny – wieloetapowy . Całkowity czas

przygotowania formy do 48 godz.

• Modele woskowe i z polistyrenu wykonywane na

wtryskarkach

• Najlepsza technologia dla stopów metali wysokotopliwych i

trudno obrabialnych

• Dobry uzysk metalu

• Koszt wykonania matryc dla produkcji małoseryjnej - wysoki

• Można odtwarzać dowolne kształty

Aspekty ekonomiczne

• Konieczność budowy modelu zespołu modelowego z wosku

zmniejsza tempo procesu ( budowa tzw. „drzewka”)

• Możliwa do stosowania dla produkcji małoseryjnej (10–

1000) przy wykorzystaniu pracy ręcznej, ale możliwa

automatyzacja procesu przy produkcji wielkoseryjnej.

• Często wykonywany tylko jeden odlew – odlewanie

artystyczne,

• Koszt oprzyrządowania niski do średniego,

• Koszt urządzeń niski do średniego ( wysoki w procesie

odlewania metali reaktywnych ),

• Koszty robocizny – wysokie ( zależne od ilości operacji )

• Koszt obróbki wykańczającej odlewów – średni

• Układ wlewowy i nadlewowy jest usuwany poprzez obróbkę

skrawaniem lub szlifowanie

Typowe zastosowanie

• Łopatki do turbin

• Narzędzia do obróbki skrawaniem

• Części do samolotów

• Odlewy zaworów

• Części rurociągów

• Części do motoryzacji

• Odlewy artystyczne

• Odlewy do aparatury optycznej,

• Elementy uzbrojenia

• Biżuteria

Aspekty technologiczne

• Stosunek długości zagłębienia do jego średnicy 4:1.

• Minimalny otwór  =10.5mm.

• Naddatki na obróbkę ( 0.25mm do 0.75 mm) w zależności

od wymiarów gabarytowych odlewu

• Pochylenia odlewnicze 0.5–1

o

,

• Minimalna grubość ścianki od 1mm dla stopów aluminium i

stali do 2mm dla stopów miedzi .

• Można tą metodą uzyskać ścianki odlewu o grubości nawet

0.6mm dla pewnych zastosowań.

• Maksymalna grubość ścianki odlewu g=75mm.

• Maksymalna długość odlewu - 1m.

• Masa odlewów od 0.5 g do 100 kg , zwykle poniżej 5 kg

• Najbardziej wszechstronna technologia – brak barier

związanych z kształtem odlewu

Jakość odlewów

• Średnia porowatość

• Dobre właściwości mechaniczne

• Bardzo dobra jakość powierzchni

• Chropowatość powierzchni 0.4–6.3 m Ra.

• Odchyłka równoległości powierzchni odlewu 0.13mm na

25 mm długości

• Brak powierzchni podziału

Aspekty projektowe

• Możliwe wierne odtworzenie kształtu odlewu,
• Możliwość wykonania umieszczenia kilku odlewów

w jednej formie Głębokie wnęki w odlewie – nie

zalecane

• Ostre krawędzie – możliwe do odtworzenia ,
• Naddatki na obróbkę mechaniczną do 0,8mm,
• Pochylenia odlewnicze 0,5 – 2

o

( mogą być zerowe

) ,

• Minimalna grubość ścianki – 0,8-1,8 mm w

zależności od stopu,

• Masa odlewów 25g – 50kg. Odlewy o masie

ok.100kg są także wykonywane

Casting tolerance

Literatura

• K.G. Swift, J.D. Booker, Process Selection:from

design to manufacture,
ISBN-10: 0750654376 ISBN-13: 9780750654371,
333 p, 2003, Pub. By Elsevier Butterworth-
Heinemann