„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Andrzej Żelasko

Wykonywanie odlewów specjalnymi metodami
812[03].Z2.04

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Jadwiga Łoin
mgr inż. Igor Lange



Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Andrzej Żelasko



Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając










Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 812[03]Z2.04
„Wykonywanie odlewów specjalnymi metodami”, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń odlewniczych.























Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

3

2. Wymagania wstępne

5

3. Cele kształcenia

6

4. Materiał nauczania

7

4.1. Klasyfikacja technologii odlewniczych metodami specjalnymi oraz zakres

ich stosowania

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

41

4.1.3. Ćwiczenia

42

4.1.4. Sprawdzian postępów

44

5. Sprawdzian osiągnięć

45

6. Literatura

51

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o wykonywaniu odlewów

specjalnymi metodami.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

−

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach
tej jednostki modułowej,

−

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,

−

ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń,

−

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich
wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki
modułowej,

−

literaturę związaną z programem jednostki modułowej umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

Schemat układu jednostek modułowych

812[03]Z2.01

Przygotowanie mas formierskich

i rdzeniowych

812[03]Z2

Technologia wytwarzania

wyrobów metodami

odlewniczymi

812[03]Z2.02

Wykonywanie ręczne form

piaskowych i rdzeni

812[03]Z2.03

Wykonywanie maszynowe form

piaskowych i rdzeni

812[03]Z2.04

Wykonywanie odlewów

specjalnymi metodami

812[03]Z2.05

Topienie stopów odlewniczych

i zalewanie form

812[03]Z2.06

Wybijanie, oczyszczanie

i wykańczanie odlewów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

korzystać z poradników i norm,

−

odczytywać informacje podane na rysunku wykonawczym i złożeniowym,

−

analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania,

−

komunikować się i pracować w zespole,

−

samodzielnie podejmować decyzje,

−

dokonywać oceny swoich umiejętności.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

sklasyfikować specjalne metody odlewania,

–

określić cechy charakterystyczne specjalnych metod odlewania,

–

określić cechy odlewów produkowanych specjalnymi metodami,

–

scharakteryzować proces wytwarzania odlewów metodą odlewania kokilowego, odlewania
pod ciśnieniem, odlewania odśrodkowego, odlewania ciągłego, odlewania w formy
skorupowe, metodą Shaw’a i metodą wytapianych modeli,

–

rozróżnić oprzyrządowanie, maszyny i urządzenia stosowane w procesach wytwarzania
odlewów specjalnymi metodami,

–

dobrać specjalną metodę odlewania do wykonania określonych odlewów,

–

posłużyć się dokumentacją technologiczną, Dokumentacją Techniczno – Ruchową maszyn
i urządzeń, Polskimi Normami,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska obowiązujące w procesie wytwarzania odlewów specjalnymi
metodami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Klasyfikacja technologii odlewniczych metodami specjalnymi

oraz zakres ich stosowania

4.1.1. Materiał nauczania

Wzrost zapotrzebowania na odlewy o zawężonych tolerancjach wymiarowych i o wysokiej

jakości powierzchni sprawił, że konieczne stało się rozwijanie i udoskonalanie produkcji
odlewów precyzyjnych oraz opracowania nowych metod wytwarzania − specjalnych metod
odlewania. Wybór metody zależy od rodzaju metalu przeznaczonego do odlewania, wielkości
serii produkcyjnej, masy odlewu i grubości jego ścianek.

Zależnie od materiału formy specjalne metody odlewania dzieli się na:

1. odlewanie w formach metalowych, które zależnie od sposobu wywierania ciśnienia na

ciekły metal znajdujący się w formie:

−

odlewanie grawitacyjne (tzw. odlewanie w kokilach),

−

odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym (tzw. odlewanie w formach wirujących),

−

odlewanie pod ciśnieniem wytwarzanym przez sprężone powietrze lub tłok – odlewanie
pod niskim lub wysokim ciśnieniem.

2. odlewanie w formach ceramicznych:

−

odlewanie w formach skorupowych,

−

odlewanie metodą Shawa,

−

odlewanie metodą wytapianych modeli.

Tabela 1. Klasyfikacja technologii odlewniczych metodami specjalnymi oraz zakres ich stosowania [6, s. 166]

Sposób odlewania

Cechy klasyfikacji

Zakres stosowania

odlewanie kokilowe

grawitacyjne

produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów
o wymiarach małych i średnich oraz seryjna
produkcja odlewów dużych o dużej dokładności
wymiarowej i małej chropowatości powierzchni

odlewanie w formach

wirujących (odśrodkowe)

produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów
przede wszystkim mających kształty brył
obrotowych; odlewy
o dobrej szczelności i ścisłej budowie

odlewanie pod ciśnieniem

praktycznie ogranicza się do odlewania metali
nieżelaznych (ze stopów cynku, aluminium
i miedzi); masowa produkcja odlewów
o wymiarach małych i średnich, o dowolnych
kształtach i bardzo wysokiej dokładności
wymiarowej i gładkości powierzchni; odlewy
o dobrej szczelności

odlewanie półciągłe

wielkoseryjna i masowa produkcja rur

F

or

m

y

m

e

tal

o

we

odlewanie ciągłe

wielkoseryjna i masowa produkcja prętów
okrągłych i profilowych

proces Croninga

(formy skorupowe)

produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów
o wymiarach małych i średnich o wysokiej
dokładności wymiarowej, złożonym kształcie
i małej chropowatości powierzchni

proces Shawa

(formy ceramiczne)

produkcja jednostkowa i seryjna odlewów
o wymiarach małych, średnich i dużych oraz
o bardzo wysokiej dokładności wymiarowej
i gładkości powierzchni

S

p

ec

ja

ln

e

m

et

od

y

o

d

le

w

a

n

ia

F

or

m

y

i

rd

ze

n

ie

pr

ec

y

zy

jne

metoda wytapianych

modeli

produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów
drobnych o bardzo wysokiej dokładności
wymiarowej i dużej gładkości powierzchni

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Tabela 2. Zakres zastosowania różnych technologii odlewniczych [6, s. 174]

Formy jednorazowego użycia

Formy wielokrotnego użycia

Formy piaskowe

Formy ceramiczne

Formy metalowe

Formowanie

skorupowe

Formowanie

precyzyjne
(lost wax)

Formowanie

precyzyjne Shawa

Odlewanie

kokilowe

Odlewanie

odśrodkowe

Odlewanie

pod ciśnieniem

Odlewanie ciągłe

Z C S L N Z

C

S

L

N Z C S L N Z C S

L N Z C S L N Z C S L N Z

C

S

L

N

jednostkowa

x

x

x

x

x

seryjna

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

wielkoseryjna

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

S

e

ry

jno

ść

produk

cji

masowa

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

1,0

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

1 ÷ 10

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

10 ÷ 100

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

100 ÷ 1000

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

G

rup

a

m

a

so

wa

1000

x

x

x

x

x

x

x

0,5 ÷ 3,0

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

3,0 ÷ 20

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

20 ÷ 50

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

50 ÷ 100

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

G

rubo

ść

ś

c

ia

nk

i

[mm]

100 ÷ 500

x

x

x

Ż − żeliwo szare, C − żeliwo ciągliwe, S − staliwo, L − stopy nieżelazne lekkie, N − stopy nieżelazne ciężkie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Tabela 3. Tolerancje wymiarowe odlewów dla różnych technologii odlewniczych [7, s. 316]

Metoda odlewania

Optymalne tolerancje dla wymiaru 30÷50 mm

Metoda wytapianych modeli

± 0,03 ÷ ± 0,1 mm

Metoda Shawa

± 0,1 ÷ ± 0,3 mm

Odlewanie ciśnieniowe

± 0,05 ÷ ± 0,2 mm

Odlewanie kokilowe

± 0,1 ÷ ± 0,3 mm

Odlewanie w formach piaskowych

± 1 ÷ ± 2 mm

Tabela 4. Orientacyjne klasy chropowatości uzyskiwane niektórymi sposobami odlewania [7, s. 379]

Klasa chropowatości

Metoda odlewania

C 10

C 20

C40

C 80

C 160

C 320

Metoda Shawa

x

x

Metoda wytapianych modeli

x

x

x

Odlewanie do form skorupowych

x

x

x

Odlewanie do kokil

x

x

x

Odlewanie w formach piaskowych

x

x

x

x

Odlewanie w kokilach

Odlewanie w kokilach (formach metalowych) to metoda pozwalająca w odróżnieniu od

odlewania w formach piaskowych które są jednorazowego użytku, wykonać nawet do kilku
tysięcy odlewów. Liczba odlewów wykonanych w kokili aż do jej zniszczenia określa jej
trwałość. Współczesny poziom techniki odlewniczej umożliwia odlewanie w kokilach stopów
metali nieżelaznych (stopy aluminium, magnezu, miedzi, cynku, ołowiu i cyny) oraz żeliwa
i staliwa.

Rys. 1. Kokila z rdzeniami metalowymi: 1 − płyta, 2 − urządzenie do opuszczania rdzenia, 3 − rdzeń środkowy,

4 − rączka dźwigni, 5, 6 − ruchome części formy, 7 − dźwignia, 8 − zamki, 9 − rączki do wyjmowania rdzeni,

10 − rdzeń [5, s. 250]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

Liczba odlewów wykonanych w kokili aż do jej zniszczenia określa jej trwałość.
Trwałość kokili zależy od:

−

materiału, z którego wykonana jest forma,

−

temperatury zalewania,

−

konstrukcji odlewu,

−

konstrukcji kokili.
Wysoka temperatura zalewania stopów żelaza znacznie zmniejsza trwałość kokili oraz

zwiększa możliwość powstawania w odlewach pęknięć.

W porównaniu do odlewania w formach piaskowych, odlewanie w kokilach ma następujące

zalety:

−

lepsze własności mechaniczne odlewów (szczególnie z metali kolorowych),

−

polepszenie jakości otrzymanych odlewów,

−

zwiększenie dokładności wymiarowej odlewów,

−

zmniejszenie chropowatości powierzchni,

−

zmniejszenie kosztów transportu,

−

zmniejszenie kosztów materiałów formierskich,

−

lepsze wykorzystanie powierzchni produkcyjnej,

−

zmniejszenie pracochłonności i tym samym zwiększenie wydajności,

−

mniejszy koszt oczyszczania odlewów,

−

mniejszy koszt obróbki skrawaniem,

−

poprawa warunków bhp,

−

łatwość mechanizacji i automatyzacji odlewania.
Do wad odlewania kokilowego należy:

−

zwiększony koszt formy i jej oprzyrządowania,

−

skłonność odlewów żeliwnych do zabieleń,

−

skłonność odlewów żeliwnych do pęknięć.
Kokile wykonywane są najczęściej z następujących tworzyw:

−

żeliwa szarego, perlitycznego o dużej odporności na ścieranie,

−

żeliwa niskostopowego z dodatkiem 0,5% chromu i 1% niklu (zwiększenie żaroodporności),

−

staliwa.
Powierzchnię podziału kokili prowadzi się w zależności od konstrukcji odlewu. Kokila

może być niedzielona lub dzielona w jednej lub w kilku płaszczyznach. Wnękę kokili tworzą
dwie lub więcej części odtwarzających kształty zewnętrzne (korpusy kokili), oraz rdzenie
wykonane ze stali (jednolite lub dzielone) lub z masy rdzeniowej, skorupowe lub hot box.

Rdzenie metalowe stosuje się do odlewów ze stopów aluminium, a rzadziej do odlewów ze

stopów miedzi. Piaskowe rdzenie stosowane są do odlewów żeliwnych i staliwnych oraz innych
metali, jeżeli ze względu na skomplikowany kształt nie można zastosować rdzeni metalowych.

Odpowietrzenie kokili – odprowadzenie z nich powietrza i gazów powstających podczas

procesu odlewania realizuje się wykonując w miejscach podziału formy szczeliny
odpowietrzające oraz stosując korki odpowietrzające.

Chłodzenie kokili ma zapewnić utrzymanie odpowiedniej temperatury kokili w czasie

procesu odlewania (zwiększenie trwałość kokili) oraz umożliwić regulowanie szybkości
stygnięcia odlewu. Kokile mogą być chłodzone powietrzem lub wodą.
Na prędkość stygnięcia odlewu można także wpływać stosując zmienne grubości ścianek kokili,
żebra schładzające, ochładzalniki miedziane i pokrycia izolujące.

Na budowę kokili mają wpływ następujące własności odlewanego stopu:

1) lejność,
2) wielkość skurczu podczas krzepnięcia i w stanie stałym,
3) wytrzymałość w wysokich temperaturach,
4) przewodność cieplna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Rys. 2. Maszyny kokilowe ręczne: a) dźwigniowa, b) zębatkowa: 1, 6 − wałki zębate, 3, 4 − zębatki do otwierania

kokili, 7, 8 − mechanizm zębatkowy wyciągania rdzenia, 9 − kokila, c) śrubowa: 1, 2, 3, 4, 5 − koła napędowe

obudowy i rdzeni, d) dźwigniowo-mimośrodowa: 1 − półforma, 2 − łącznik, 3 − dźwignia, 4 − płyta,

5 − cięgno, 6 − rura prowadząca, 7, 8 − napęd mimośrodowy [1, s. 173]

Opracowując proces wykonywania odlewów w kokilach należy uwzględnić wymagania

wynikające z właściwości stopów planowanych do odlewania tą metodą:

−

żeliwo – skłonność do zabieleń krawędzi i cienkich przekrojów, dobra lejność (grubość
ścian 3

÷

4 mm),

−

staliwo – zła lejność (grubość ścian nie mniejsza niż 8 mm), skłonność do pęknięć, jam
skurczowych i nadtapiania krawędzi kokili (wysoka temperatura zalewania),

−

stopy aluminium – skłonność do zanieczyszczeń tlenkami i do tworzenia rzadzizn, dobra
lejność (grubość ścian od 3 mm).
Kształt i wymiary odlewu decydują o:

−

wyborze położenia odlewu w kokili,

−

budowie układu wlewowego,

−

ukształtowaniu kokili ze względu na warunki cieplne stygnięcia odlewu,

−

sposobie podziału kokili,

−

budowie rdzeni i sposobie ich usuwania,

−

sposobie odpowietrzenia,

−

sposobie usuwania odlewu z kokili.
Przy wyborze położenia odlewu w kokili należy brać pod uwagę:

1) kierunkowe krzepnięcie metalu w kokili,
2) sposób doprowadzenia metalu do formy,
3) sposób zasilania węzłów cieplnych,
4) sposób ustawienia i zamocowania rdzeni,
5) sposób usuwania rdzeni,
6) sposób usuwania odlewu z kokili,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

7) sposób odprowadzenia gazów,
8) sposób łatwego oczyszczenia odlewu (zalewki w miejscach łatwo dostępnych),
9) sposób ustawienia odlewu do obróbki (zalewki winny znajdować się na powierzchniach

odlewu stanowiących bazy obróbkowe),

10) koszt wykonania kokili.

Budowa układu wlewowego zależy od rodzaju stosowanego stopu. Mogą być stosowane

następujące sposoby doprowadzenia ciekłego stopu do kokili:

−

górne,

−

dolne,

−

boczne,

−

mieszane.

Górne doprowadzenie ciekłego stopu do kokili jest najkorzystniejsze (proste, dobry uzysk,
właściwy rozkład temperatur). Może być ono stosowane tylko wtedy gdy:

−

wysokość odlewu nie jest duża i nie ma niebezpieczeństwa rozpryskiwania ciekłego metalu,

−

nie ma niebezpieczeństwa erozji formy przez spadający metal,

−

nie ma niebezpieczeństwa utleniania się metalu i mieszania się warstwy tlenków z metalem.

Wielu z tych zagrożeń można zapobiec stosując pochylenie kokili podczas zalewania.
Dolne doprowadzenie ciekłego stopu do kokili jest mniej korzystne pod względem rozkładu
temperatur w odlewie i dlatego wymaga stosowania większych zasilaczy niż w przypadku
stosowania zalewania górnego. Ze względu na liczne zalety:

−

spokojne doprowadzenie metalu do odlewu,

−

korzystne warunki wydzielania gazów,

−

korzystne warunki wydzielania wtrąceń żużlowych,

sposób ten stał się typowym dla odlewów z żeliwa, brązów aluminiowych i innych stopów.
Stosowany jest też do zalewania odlewów ze stopów aluminium i magnezu.
Boczne doprowadzenie zwykle wlewem szczelinowym stosuje się głównie do zalewania
odlewów ze stopów aluminium i magnezu.

O sposobie podziału kokili decyduje kształt odlewu. W zależności od sposobu podziału

powierzchni rozróżnia się kokile (rys. 3):

−

bez podziału,

−

pionowej powierzchni podziału,

−

poziomej powierzchni podziału,

−

mieszanej (poziomo – pionowej) powierzchni podziału,

−

wielu powierzchniach podziału.

Najczęściej kokile wykonywane są jako rozsuwane lub zawiasowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Rys. 3. Przykłady różnych podziałów kokili: a) kokile niedzielone (wstrząsane), b) kokile z pionową

powierzchnią podziału, c) kokile z poziomą powierzchnią podziału, d) kokile z kilkoma poziomymi

powierzchniami podziału, e) kokile z podziałem po krzywiźnie, f) kokile z podziałem książkowym, g) kokile

z kilkoma różnymi podziałami (pionowymi i poziomymi) [10, s. 130]

Jeszcze innym rozwiązaniem jest kokila o złożonym podziale w różnych kierunkach i na

różnych poziomach z zastosowaniem luźnych wkładek.

Rys. 4. Kokila o złożonym podziale z zastosowaniem rdzeni i wkładek metalowych:

1, 2, 3, 4 − luźne wkładki, 5 − górna część kokili, 6 − układ wlewowy, 7, 8, 9 − wkładki odtwarzające układ

wlewowy [10, s. 130]

Szybkość stygnięcia metalu w formach metalowych ma znaczny wpływ na jakość

wytwarzanych odlewów. Mogą powstawać zabielenia, niedolewy i fałdy w odlewie. Istnieje
konieczność utrzymania w trakcie procesu odpowiednio wysokiej temperatury kokili. Może
wymagać ona ogrzewania lub chłodzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Najczęściej stosowane temperatury pracy form metalowych są następujące:

−

stopy aluminium – 200

÷

450

o

C (tym wyższe im odlew bardziej cienkościenny

i skomplikowany),

−

stopy miedzi 120

÷

200

o

C (dla stopów skłonnych do likwacji np. brązów ołowianych

50

÷

100

o

C),

−

żeliwo 250

÷

300

o

C,

−

staliwo 150

÷

300

o

C.

Intensywność odprowadzenia ciepła można zwiększyć stosując:

−

żebra lub kolce,

−

żebrowane ochładzalniki z miedzi – lokalne ochłodzenie kokili,

−

ochładzanie strumieniem sprężonego powietrza,

−

chłodzenie wodne.
Ocieplenie kokili realizuje się poprzez podgrzewanie palnikiem lub zabezpieczając miejsca

szczególnie narażone na straty cieplne nakładkami z azbestu.
Powierzchnie robocze kokili stykające się z ciekłym metalem pokrywa się warstwą masy
ochronnej. Zmniejsza ona opory przepływu ciekłego metalu, zabezpiecza powierzchnie kokili
przed erozją i przywieraniem metalu. Grubością nałożonej warstwy można też regulować
intensywność chłodzenia. Im większa grubość warstwy ochronnej tym mniejsza intensywność
chłodzenia.

Rys. 5. Kokile z rdzeniami metalowymi i piaskowymi: a) kokile z metalowym rdzeniem dzielonym,

b) kokila do odlewów żeliwnych z rdzeniami piaskowymi, c) kokila z czterema rdzeniami metalowymi [4, s. 156]

Rozwój technologii odlewania kokilowego uwarunkowany jest możliwością mechanizacji

możliwie jak największej liczby występujących w procesie czynności. Możliwe jest
w przypadku odlewania kokilowego zmechanizowanie następujących czynności:
1) zwieranie i rozwieranie kokili,
2) nanoszenie ochronnych powłok ogniotrwałych na wnęki kokili,
3) ustawianie i wyciąganie rdzeni,
4) nagrzewanie i ochładzanie kokili,
5) zalewanie ciekłym stopem,
6) usuwanie gorących odlewów z kokili.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Odlewanie kokilowe przeprowadzane jest na maszynach zwanych kokilarkami. Biorąc pod

uwagę sposób działania tych urządzeń podzielić je można na:
1) napędzie pneumatycznym (seryjna i masowa produkcja niedużych odlewów),
2) hydrauliczne (produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów wymagających dużych sił

zwierania kokili i usuwania odlewów),

3) ręczne (nieduże i nieskomplikowane odlewy).

Ze względu na przeznaczenie kokilarki dzieli się na:

1) ogólnego przeznaczenia (uniwersalne),
2) specjalne.

Ze względu na budowę maszyny te dzieli się na:

1) pojedyncze,
2) podwójne,
3) karuzelowe.

W zależności od sposobu przemieszczania kokili lub jej połówek na:

1) poziome,
2) pionowe,
3) ukośne,
4) przechylne (uniwersalne),

oraz odmian konstrukcyjnych:

−

zwierane jednostronnie,

−

zwierane wielostronnie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

Rys. 6. Schematy najbardziej rozpowszechnionych kokilarek pojedynczych ogólnego zastosowania:

a) kokilarka pozioma jednostronnie zwierana, b) kokilarka pozioma dwustronnie zwierana, c) kokilarka pozioma

dwustronnie zwierana z urządzeniem do wyciągania rdzeni, d) kokilarka pozioma czterostronnie zwierana,

e) kokilarka pionowa dwustronnie zwierana

1 − kokila lub jej część (połówki a, b lub część a, b, c, d), 2 − płyta stała, 3 − płyta ruchoma, 4 − tłoczysko,

5 − prowadnica, 6 − siłownik do rozwierania kokili, 7 − siłownik do wyciągania rdzenia metalowego

[10, s. 132]

Topienie i zalewanie kokili

Stale zwiększające się wymagania dotyczące jakości odlewów oraz ciekłego stopu wymusza

konieczność stosowania różnorodnych procesów rafinacyjnych i stałej kontroli ciekłego stopu.
Konieczne stało się wprowadzenie dwuetapowego systemu przygotowania ciekłego stopu co
sprowadza się do stosowania odmiennych pieców do topienia i podgrzewania stopu. System taki
stwarza większe niż dotąd możliwości mechanizacji i automatyzacji procesu topienia i obróbki
ciekłego stopu. Warunkiem niezbędnym wprowadzenia pełnej mechanizacji procesu staje się
zmechanizowanie procesu zalewania form. Możliwe staje się to po zastosowaniu urządzeń
dozujących. Przy odlewaniu kokilowym najczęściej stosowane jest dozowanie z przejezdnej
i przechylnej kadzi odlewniczej umieszczonej na wadze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

Rys. 7. Sterowanie masowe (wagowe) pieca elektrycznego: a) schemat, b) masa stopu i ciśnienie odlewania jako

funkcja ilości napełnień

1 − sprężone powietrze, 2 − odpowietrzenia, 3 − ciśnienie odlewania, 4 − zawór magnetyczny, 5 − komenda,

6 − zawór regulujący ciśnienie, 7 − piec odlewniczy, 8 − masa ciekłego stopu w kadzi, 9 − kadź odlewnicza,

10 − tarowanie, 11 − korekta, 12 − podstawowa kompensacja, 13 − granica korelacji, 14 − piec pełny, 15 − piec

pusty, 16 − waga, 17 − koniec odlewania [10, s. 133]

Waga umożliwia:

−

dozowanie ciekłego stopu,

−

sterowanie prędkością przechylania kadzi,

−

korygowanie odchyleń od wymaganej masy (ciężaru),

−

przekazywanie impulsu do rozpoczęcia i zakończenia procesu zalewania.

Przebieg procesu technologicznego:

1. Oczyszczenie powierzchni roboczej kokili:

−

usunięcie zużytej powłoki ochronnej,

−

udrożnienie kanałów odpowietrzających.

2. Naniesienie na powierzchnię roboczą kokili powłoki ochronnej:

Zadania powłoki ochronnej to ochrona kokili przed oddziaływaniem wysokiej temperatury,

ułatwienie wyjęcia odlewu z formy, reguluje szybkość odprowadzania ciepła, umożliwia
wprowadzenie przez pokrycie pierwiastka do powierzchni.

Skład powłoki ochronnej to:

−

osnowa: kreda mielona, grafit koloidalny, grafit srebrzysty, mączka kwarcowa.

−

spoiwo: glinka ogniotrwała, szkło wodne, żywice.

3. Podgrzanie kokili do temperatury pracy w celu regulacji szybkości krzepnięcia odlewu,

zapobieganiu zjawisku powstawania niedolewów, pęknięć i jam skurczowych
Dobór temperatury kokili w zależności od rodzaju stopu:
Żeliwo

- 159÷400

o

C

Staliwo

- 100÷350

o

C

Mosiądz

- 80÷120

o

C

Brąz

- 120÷200

o

C

Aluminium

- 150÷400

o

C

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

4. Zalewanie form kokilowych:

−

sprawdzenie temperatury kokili,

−

zamontowanie rdzeni, złożenie kokili i jej zamknięcie,

−

kontrola temperatury ciekłego metalu,

−

zalanie kokili ciekłym metalem,

−

wyjęcie rdzeni bocznych,

−

demontaż kokili i usunięcie odlewu.

Odlewanie ciśnieniowe

Podczas odlewania pod ciśnieniem trwałą formę odlewniczą wypełnia się ciekłym stopem

pod wpływem działania znacznych sił, specjalnie wytworzonych, np. ciśnienia. Siły pola
ciężkości nie mają tutaj istotnego znaczenia. Stop w stanie ciekłym wtłaczany jest do stalowej
formy pod dużym ciśnieniem (2

÷

100 MPa) wywieranym na stop przez tłok lub sprężone

powietrze. Wytworzone ciśnienie musi pokonać opory, które przeciwstawiają się dokładnemu
wypełnianiu formy stopem. Wielkość tych oporów zależy przede wszystkim od szybkości
krzepnięcia stopu. Lepkość stopu, stopniowo zwiększa się w skutek dużej szybkości jego
stygnięcia. Stop mimo oporów, musi wpłynąć do formy z taką prędkością, aby nastąpiło
całkowite wypełnienie wnęki formy oraz zupełne stopienie i połączenie się strumieni ciekłego
stopu.

Do odlewania pod ciśnieniem stosowane są przede wszystkim stopy metali nieżelaznych:

ołowiu, cyny, cynku, aluminium, magnezu, miedzi, srebra. Obecnie odlewane są tą metodą także
stopy żelaza.

Stopy te można ująć w trzy zasadnicze grupy:

1) łatwo topliwe, ciężkie - Pb, Sn, Zn,
2) trudnotopliwe, lekkie - Al, Mg,
3) trudnotopliwe, ciężkie - Cu.

Odlewanie pod ciśnieniem zapewnia:

−

dużą wydajność produkcji (100

÷

600 napełnień/h),

−

dużą dokładność wymiarową ( 10

÷

12 klasa wg ISA) i stabilizację wymiarową odlewów oraz

precyzyjne odwzorowanie ich kształtów (identyczność odlewów),

−

dużą głębokość powierzchni ( 5

÷

8 klasa głębokości wg PN),

−

możliwość odwzorowania skomplikowanych kształtów odlewu,

−

ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki mechanicznej i czyszczenia odlewów,

−

wymagana mała powierzchnia,

−

lepsze właściwości mechaniczne niż w wyniku odlewania metodami tradycyjnymi,

−

zmniejszenie ciężaru odlewu (nawet o 40% masy) i duży uzysk (do 95%),

−

umożliwia odlewanie w dwu operacjach,

−

odlewanie „na gotowo” elementów, umożliwiających montaż odlewu z innymi elementami,

−

możność otrzymania odlewów o dość skomplikowanych kształtach i cienkich ścianach,
np. 0,8

÷

1,5 mm,

−

ograniczenie ilości braków

−

możliwość stosowania różnych stopów.
Do wad odlewania pod ciśnieniem należy:

1) bardzo duży koszt maszyn i form do wykonywania odlewów,
2) skłonność stopów do porowatości (wstępującej w środkowej części ścian, zwłaszcza przy

niewłaściwej konstrukcji odlewu ) ujawnianej podczas obróbki cieplnej,

3) ograniczona wielkość odlewu ciśnieniowego,
4) ograniczony ciężar odlewu ciśnieniowego,
5) długi okres przygotowania produkcji,
6) konieczność stosowania specjalnych maszyn odlewniczych i wyposażenia pomocniczego,
7) ograniczenie zastosowania do odlewania metali nieżelaznych,
8) wymagane wysokie kwalifikacje w stosunku do personelu obsługi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Podczas odlewaniu pod ciśnieniem cykl roboczy można podzielić na określone etapy:

1) zalewanie komory ciekłym stopem (bez ciśnienia),
2) wypełnienie wnęki formy stopem (w zależności od kształtu i grubości odlewu nie jest

konieczne maksymalne ciśnienie, a tylko jego część),

3) nadanie ostatecznego kształtu odlewu, który odwzorowywuje dokładnie wnękę formy

(maksymalne ciśnienie),

4) działanie na odlew w czasie jego krzepnięcia ciśnienia statycznego,
5) działanie ciśnienia na odlew, w którym ewentualnie mogą zachodzić odkształcenia

plastyczne.

Formy odlewnicze ze stali stopowych do pracy na gorąco lub staliwne wytrzymują przy

stopach łatwo topliwych od 200 tyś do 1 mln napełnień, zaś przy stopach trudno topliwych od
5 tyś do 20 tyś napełnień.

Forma ciśnieniowa do najprostszych odlewów składa się z płyt głównych, w którym

wykonana jest wnęka. W zależności od stopnia skomplikowania odlewu forma posiada szereg
elementów dodatkowych zapewniających jej funkcjonowanie.

Elementy składowe formy można ująć w trzy zespoły:

1) płyty główne formy w których znajduje się wnęka,
2) rdzenie ruchome i nieruchome,
3) urządzenie wypychające odlew.

Rys. 8. Budowa formy ciśnieniowej do odlewania skrzynek:

1 − płyta nieruchoma, 2− płyta ruchoma, 3 − kołki ustalające, 4 − wnęka formy, 5 − występ (rdzeń nieruchomy),

6 − płyty wypychaczy, 7 − wypychacze, 8 − cofacze, 9 − rozdzielacz wlewu, 10 − otwór wlewowy formy, 11 − rurki

chłodzenia, 12 − kanały odgazowujące, odlew skrzynki, 14 − wlew główny, 15 – wlew doprowadzający [10, s. 143]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Rys. 9. Różne rozwiązania konstrukcyjne płyt głównych formy ciśnieniowej: a) odlew, b) płyty główne jednolite,

c) zastosowanie szerokiej wkładki z kołnierzem, d) zastosowanie węższej wkładki z kołnierzem, e) forma

z wkładką wysoko przymocowaną śrubą. 1 − płyta nieruchoma, 2 − płyta ruchoma, 3 − wypychacz, 4 − rozdzielacz

wlewu, 5 − wkładka, 6 − płyta przytrzymująca [10, s. 140]

Wszystkie występy wnęki, prostopadłe do powierzchni podziału, powinny być usytuowane

w płycie ruchomej. Dzięki takiemu rozwiązaniu przy rozwieraniu płyt głównych odlew
pozostanie w płycie ruchomej, z której następnie zostaje usunięty za pomocą wypychaczy.
Podczas odlewania niezmiernie ważne jest utrzymanie właściwej temperatury formy. Ma to
decydujący wpływ na jakość odlewu. Zapewnia się to przez chłodzenie formy, rzadziej przez
podgrzewanie, zależnie od temperatury zalewanego stopu. Najczęściej stosowane jest chłodzenie
płyt głównych co realizowane jest zwykle przez wiercenie w nich kanałów przez które
przepływa woda. Najintensywniej chłodzone powinny być okolice wlewu głównego oraz
węzłów cieplnych. Zamiast chłodzenia wodą, stosuje się również chłodzenie powietrzem,
którego strumień kieruje się na wnękę formy i rdzeń. Dodatkowo wnękę chroni się przed
nadmiernym nagrzaniem nanoszoną cyklicznie (najczęściej przez natrysk) powłoką ochronną.
Innym jeszcze zabezpieczeniem formy przed nadmiernym nagrzewaniem jest obniżanie
temperatury zalewania ciekłego stopu, przy równoczesnym zwiększaniu ciśnienia.
Temperatura zalewania zależy od:

−

rodzaju stopu,

−

rodzaju odlewu, tzn. jego grubości ścian i stopnia skomplikowania,

−

rodzaju stosowanej maszyny do odlewania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Utrzymanie możliwie niskiej temperatury odlewania przyczynia się do:

−

zwiększenia trwałości formy,

−

zmniejszenia niebezpieczeństwa wypełniania przez ciekły stop szczelin między elementami
formy,

−

zmniejsza się skłonności do powstania rzadzizny i pęknięć w odlewach.

Temperatura wstępnego podgrzewania formy wynosi:

−

dla stopów cyny 150

÷

200

°

C,

−

dla stopów aluminium 180

÷

250

°

C,

−

dla stopów miedzi 300

÷

350

°

C.

Temperatura zalewania wynosi:

−

dla stopów cyny 40

÷

440

°

C,

−

dla stopów aluminium 580

÷

730

°

C,

−

dla stopów miedzi 850

÷

950

°

C.

Ciśnienie dla odlewów cienkościennych i skomplikowanych wynosi:

−

dla stopów cyny 35

÷

45 MPa,

−

dla stopów aluminium 45

÷

55 MPa,

−

dla stopów miedzi 45

÷

60 MPa.

Najważniejszym elementem maszyny do odlewania pod ciśnieniem jest komora, w której

wywierany jest nacisk na ciekły stop.

Zależnie od rodzaju komory wyróżnia się:

−

maszyny z gorącą,

−

zimną komorą.
W maszynach z gorącą komorą ciśnienie na stop wywierane jest w tyglu lub cylindrze

z ciekłym stopem. Maszyny te stosowane są do wytwarzania odlewów ze stopów nisko
topliwych (Pb, Sn, Zn). Do wytwarzania odlewów ze stopów wysoko topliwych np. stopów
aluminium stosuje się maszyny z zimną komorą wykonaną ze stopów żelaza, w których ciekły
stop znajduje się poza obrębem maszyny, w piecu podgrzewanym. Z pieca stop czerpie się
i wlewa do komory ciśnienia maszyny, na moment przed uruchomieniem tłoka prasującego.
Wysoka temperatura ciekłego stopu działa tylko bardzo krótko na komorę i tłok prasujący. Ze
względu na krótki kontakt stopu z komorą nie następuje jeszcze dyfuzja żelaza do stopu i tym
samym nie powoduje to jeszcze pogorszenia własności odlewów.
Maszyny odlewnicze z gorącą komorą dzielą się na:

−

beztłokowe – ciśnienie na stop wywiera sprężone powietrze na całą powierzchnię ciekłego
stopu lub wydzieloną jego część,

−

tłokowe – posiadające napęd ręczny pneumatyczny lub hydrauliczny, poza tym różnią się
one położeniem komory (pionowe lub poziome).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Rys. 10. Zasada działania maszyn z gorącą komorą: a) pneumatyczna, ciśnienie działa na całą powierzchnię

ciężkiego metalu, b) pneumatyczna, ciśnienie działa na wydzieloną część powierzchni metalu, komora

nieruchoma, c) pneumatyczna, ciśnienie działa na wydzieloną część powierzchni metalu, d) tłokowa [1, s. 178]

Charakterystyczne cechy odlewania w maszynach z gorącą komorą:

1) Piec do topienia metalu jest integralną częścią maszyny z gorącą komorą,
2) Ciekły metal jest wprowadzany bezpośrednio z pieca do topienia metali do objętości formy

poprzez pneumatyczny lub hydrauliczny mechanizm,

3) Wymagany jest normalny stopień przegrzania ciekłego metalu,
4) Ciśnienie wywierane na ciekły metal waha się od 3,5 do 20 MPa,
5) Technologia ta jest stosowana bardzo często do wykonywania odlewów ze stopów cynku.

W zależności od rodzaju wlewu głównego rozróżnić można następujące typy maszyn z zimną

komorą:

−

z wlewem dyszowym (najszersze zastosowanie),

−

z wlewem dzielonym (tzw. parting),

−

z wlewem cylindrycznym.

Charakterystyczne cechy odlewania w maszynach zimnokomorowych:

1) Topienie metalu przebiega w osobnym piecu, a ciekły metal musi być transportowany do

komory roboczej maszyny za pomocą kadzi,

2) Stosowane jest bardzo duże ciśnienie metalu (70-210 MPa) w celu skompensowania niskiej

lejności wynikającej ze stosowania niskiej temperatury zalewania,

3) Stopień przegrzania ciekłego metalu jest niższy niż zwykle stosowany,
4) Niższa temperatura zalewania i stosowanie wysokiego ciśnienia pozwala uzyskiwać odlewy

o zwartej budowie wolne od porowatości skurczowej i gazowej,

5) Maszyny zwykle są wyposażone w tłokowy mechanizm wprowadzania metalu do formy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

Rys. 11. Schemat odlewania na maszynie ciśnieniowej z zimną komorą z wlewem dyszowym:
a) zalewanie komory, b) zapełnianie wnęki formy, c) rozwieranie formy i wypchnięcie odlewu

1 – tłok, 2 – dolny tłok, 3 − komora, 4 − wnęka formy, 5 − wypychacze, 6 − odlew, 7 − nadmiar stopu

[10, s.142]

Rys. 12. Schemat odlewania na maszynie ciśnieniowej z pionową zimną komorą z wlewem dzielonym (parting):

a) zalewanie komory, b) zapełnianie wnęki formy, c) rozwieranie formy i wypchnięcie odlewu [10, s. 142]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Rys. 13. Schemat odlewania na maszynie ciśnieniowej z poziomą zimną komorą z wlewem cylindrycznym:

a) zalewanie komory, b) zapełnianie wnęki formy, c) rozwieranie formy, d) wypchnięcie odlewu [10, s. 143]

Odlewanie pod niskim ciśnieniem polega na zapełnianiu formy metalowej ciekłym stopem

bezpośrednio z tygla przez rurę wlewową pod działaniem sprężonego gazu o nadciśnieniu
0,01

÷

0,07 MPa. Forma do odlewania pod niskim ciśnieniem, budową podobna jest do form

stosowanych do odlewania kokilowego (rys. 14a) lub ciśnieniowego z gorącą komorą (rys. 14b).
Umieszczona jest ona na pokrywie tygla 4 (rys. 14a). Tygiel (żeliwny lub staliwny)
elektrycznego pieca grzewczego 1 musi być odizolowany od otoczenia, aby doprowadzony do
pieca gaz (powietrze i N

2

, SO

2

) mógł na skutek nadciśnienia zasilać odlew. Pokryty jest on

wewnątrz powłoką ogniotrwałą. Ogrzewany jest elektrycznymi elementami grzewczymi 3. Przez
pokrywę tygla przechodzą jedna lub kilka rur 2 doprowadzających stop do formy (pokrytych
substancją ogniotrwałą lub wykonanych z grafitu). Górna część rury osadzona jest w główce
i połączona jest z kolektorem układu wlewowego 6. Zewnętrzne powierzchnie odlewu są
odtwarzane przez rozwierane połówki kokili 4. Wewnętrzne powierzchnie odlewu odtwarzane są
natomiast przez rdzenie 5. Filtr hamujący 8 umożliwia swobodny odpływ powietrza
wyciskanego z formy, oraz umożliwia hamowanie wznoszącego się strumienia ciekłego metalu
po napełnieniu formy.
W wyniku doprowadzenia przez przewód 7 powietrza lub gazu obojętnego pod niedużym
ciśnieniem i wytworzeniu parcia na zwierciadło metalu w tyglu, metal podnosi się w rurze 2
zapełniając układ wlewowy i dalej wnękę formy. Metal podnosi się powoli i po dojściu do
kolektora układu wlewowego zamyka kontakt elektryczny 9, który uruchamia zawór
pneumatyczny sterujący wielkością ciśnienia w tyglu. Wzrost ciśnienia w tyglu powoduje
zwiększenie prędkości zapełniania formy. Po zapełnieniu formy metal zamyka kontakt 10
uruchamiając zawór pneumatyczny. Ciśnienie w tyglu przestaje rosnąć i utrzymywane jest na
stałym poziomie podczas krzepnięcia metalu. Powstające na skutek skurczu ubytki ciekłego
stopu są uzupełniane ciekłym stopem poprzez rurę wlewową z tygla.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Rys. 14. Schemat urządzenia do odlewania pod niskim ciśnieniem:

a) zbliżonym do odlewania kokilowego:

1 − tygiel z ciekłym stopem, 2 − rura doprowadzająca stop do formy, 3 − elementy grzejne pieca, 4 − forma

metalowa, 5 − rdzeń piaskowy lub metalowy, 6 − wnęka formy, 7 − przewód doprowadzający sprężone

powietrze lub gaz obojętny do uszczelnionego tygla, 8 − filtr hamujący,

b) zbliżony do odlewania ciśnieniowego z gorącą komorą:

1 − ruchoma połówka kokili, 2 − stała połówka kokili, 3 − płyta prowadząca połówki, 4 − główna płyta

wypychacza, 5 − płyta z wbudowaną rurą wlewową, 6 − prowadnica ustawienia kokili, 7 − ogrzewanie oporowe

rury doprowadzającej ciekły stop, 8 − elementy grzewcze pieca, 9 − doprowadzenie sprężonego powietrze lub

gaz obojętnego do uszczelnionego tygla, 10 − tygiel, 11 − termopara, 12 − odprowadzenie awaryjne ciekłego

stopu, 13, 14 − podstawa kokilarki z płytami mocującymi, 15 − zamykany otwór wlewowy ciekłego stopu

[10, s. 145]

Do zalet tego procesu należy:

−

dobre wypełnianie formy (można wykonać odlewy o grubości ścianek 2

÷

3 mm, wysokości

700 mm i powierzchni do 1,5 m

2

),

−

dobre odwzorowanie kształtu odlewu,

−

dobra szczelność odlewów,

−

ograniczenie układu wlewowego (2

÷

10%),

−

dobre własności mechaniczne,

−

łatwość mechanizacji procesu,

−

50% zmniejszenie kosztów odlewów w stosunku do odlewów kokilowych grawitacyjnych.
Wadą odlewania pod niskim ciśnieniem jest konieczność instalowania dużej liczby pieców,

równej liczbie stanowisk do zalewania form.

Istnieją dwie odmiany pieców do odlewanie pod niskim ciśnieniem:

1. piece tyglowe, w których tygiel służy za naczynie ciśnieniowe,
2. piece, których wnęka znajduje się pod zwiększonym ciśnieniem:

−

oporowe z tyglem grafitowym,

−

indukcyjne kanałowe,

−

indukcyjne o średniej częstotliwości (2000

÷

10000 Hz),

−

indukcyjne o średniej częstotliwości ze wstawianym tyglem grafitowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Odlewanie metodą ciągłą i półciągłą

Odlewanie ciągłe (rys. 16) polega na wykonywaniu odlewów o stałym przekroju

poprzecznym i o znacznej długości. Do odlewania stosuje się urządzenia wyposażone w formy,
zazwyczaj metalowe, zwane krystalizatorami. Istotą procesu jest doprowadzenie ciekłego stopu
do formy w sposób ciągły w miarę jak zakrzepnięta część odlewu opuszcza formę. Metoda ta
służy do wytwarzania odlewów z wielu stopów odlewniczych typu wałki, pręty, kształtowniki,
rury i blachy.

Rys. 15. Schemat odlewania ciągłego: a) w pozycji pionowej, b) w pozycji poziomej [2, s. 256]

Rys. 16. Schemat odlewania rur wodociągowych z kielichem:

1 – płyta dolna, 2 – zaczep, 3 – rdzeń jednorazowy,

4 – kielich, 5 – kadź, 6 – zbiornik wlewowy, 7 – krystalizator,

8 – rura, 9 – silnik elektryczny [6, s 457]

Odlewanie półciągłe oparte jest na tej samej

zasadzie. Różnica polega jedynie na ograniczeniu
długości odlewu bez konieczności przecinania.
Przykładem typowego odlewu wykonywanego tą
metodą może być rura żeliwna z kielichem.

Ze względu na usytuowanie osi krystalizatora

urządzenia do obu metod odlewania dzieli się na:

−

pionowe,

−

poziome.
W obu też przypadkach najważniejszymi

parametrami procesów odlewania są:

−

temperatura odlewania,

−

prędkość odlewania,

−

intensywność chłodzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Odlewanie ciągłe w układzie pionowym

Krystalizator zamknięty jest od dołu specjalnym zaczepem. Po

wlaniu do formy ciekłego stopu krzepnie on w wyniku
intensywnego chłodzenia wodą, przepływającą przez krystalizator.
W wyniku zakrzepnięcia stopu, następuje połączenie odlewu
z zaczepem. Wałki ciągnące powodują wyciąganie zaczepu
i odlewu z krystalizatora, a jednocześnie krystalizator stale
napełniany jest ciekłym stopem. W celu ułatwienia przesuwania
zakrzepniętego odlewu w krystalizatorze, wykonuje on ruchy
drgające w kierunku pionowym z częstotliwością 1÷1,6Hz
i amplitudzie 10 mm. W celu zmniejszenia tarcia pomiędzy krystalizatorem
a odlewem wewnętrzną powierzchnie krystalizatora pokrywa się
smarami. Powierzchnie robocze krystalizatora decydują o jakości
rury. Powinny być wykonane w wysokiej klasie gładkości przy
zachowaniu odpowiednich zbieżności. Poza krystalizatorem
i walcami ciągnącymi układ posiada dodatkowe urządzenie do
przecinania odlewu.

Rys. 17. Schemat urządzenia do odlewania ciągłego wałków w układzie

pionowym:

1 − zbiornik ciekłego metalu, 2 − zbiornik dozujący, 3 − krystalizator,

4 − urządzenie odcinające, 7 − urządzenie ochładzające, 8 − przenośnik rolkowy

[10, s. 135]

Według podobnej zasady można odlewać rury. Najszersze zastosowanie do odlewania różnych
profili, przeznaczonych na części maszyn, ma metoda ciągłego odlewania z krystalizatorem
poziomym. Najważniejszymi podzespołami maszyny są krystalizator i ciągarka pociągająca
odlewany element wykonując około 800 drobnych szarpnięć na minutę.

Rys. 18. Schemat podgrzewczego pieca kanałowego,

indukcyjnego stosowanego do odlewania ciągłego profili

i rur w układzie poziomym:

1 − wykładzina pieca, 2 − izolacja, 3 − uszczelnienie,

4 − induktor, 5 − krystalizator grafitowy, 6 − rdzeń

grafitowy, 7 − chłodnica wodna, 8 − ciekły stop,

9 − pokrywa pieca, 10 − odlew rury [10, s. 136]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

W metodzie tej ciekły stop zostaje wlewany okresowo do pieca podgrzewczego, w którego

bocznej ścianie zainstalowany jest krystalizator. Piec podgrzewczy jest kanałowym piecem
indukcyjnym, którego zadaniem jest utrzymanie określonej temperatury stopu.

Odlewy wytworzone metodą odlewania ciągłego cechują się podwyższonymi o 20%

własnościami fizycznymi i mechanicznymi w stosunku do odlewów wytworzonych w formach
piaskowych.

Odlewanie odśrodkowe

Odlewanie odśrodkowe (odlewanie w formy wirujące) polega na nadaniu kształtu odlewom

przez działanie na metal sił odśrodkowych powstających w wyniku wirowania formy (kokili).
Podczas obrotu formy ciekły metal gromadzi się przy jej ściankach tworząc bryłę obrotową
ograniczoną wewnątrz powierzchnią formy. Wirowanie formy (działanie siły odśrodkowej)
powinno trwać tak długo, dopóki odlew nie zakrzepnie. W wyniku odlewania odśrodkowego
dzięki temu, że odlewy krzepnąc znajdują się pod działaniem sił odśrodkowych nie występują
w nich jamy skurczowe i rzadzizny. Odznaczają się dzięki temu bardzo dobrymi własnościami
wytrzymałościowymi.

Metodą odlewania odśrodkowego wykonuje się przeważnie odlewy o kształcie brył

obrotowych (rury, tuleje, wałki, koła zębate itp.).

Rozróżniamy trzy sposoby odlewania odśrodkowego:

1) odlewanie odśrodkowe właściwe − oś odlewu pokrywa się z osią wirowania formy;

zewnętrzna powierzchnia odlewu przyjmuje w tym przypadku kształt wnęki formy,
a powierzchnia wewnętrzna swobodna kształtuje się w wyniku działania siły odśrodkowej na
poszczególne cząsteczki krzepnącego metalu,

2) odlewanie półodśrodkowe lub kształtowe odlewanie odśrodkowe − powierzchnię

wewnętrzną odlewu odtwarza rdzeń (odlewy owalne obracające się wokół osi symetrii),

3) odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym (odlewy kształtowe), które umożliwia dokładne

wypełnienie wnęk formy − odlew jest odtwarzany we wnękach kilku form rozłożonych
wokół wlewu głównego, który stanowi oś wirowania całego układu (ciśnienie metalu
wywołane działaniem siły odśrodkowej ułatwia proces wypełnienia formy odlewniczej).

Rys. 19. Podstawowe sposoby odlewania w formach wirujących: a) odśrodkowe właściwe, b) półodśrodkowe, c)

pod ciśnieniem odśrodkowym [10, s. 148]

Maszyny i urządzenia do odlewania w formach wirujących można podzielić na następujące

grupy:
1. W zależności od położenia osi wirowania:

−

poziome,

−

pionowe,

−

ukośne,

−

z równoczesnym wirowaniem wokół dwóch osi.

2. W zależności od mocowania formy:

−

z mocowaniem na gwint bezpośrednio do wrzeciona,

−

z mocowaniem do tarczy wrzeciona,

−

z formą w zespole rolek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

3. W zależności od ilości form jednocześnie wirujących:

−

jednopozycyjne,

−

wielopozycyjne.

4. W zależności od sposobu doprowadzenia ciekłego metalu:

−

ze stałą rynną zalewową,

−

stałą rynną zalewową przy ruchomym zestawie formy,

−

z wlewem doprowadzającym.

5. W zależności od materiału formy:

−

z formą metalową bez powłoki,

−

formą metalową z cienką powłoką izolacyjną,

−

formą ceramiczną w obudowie metalowej,

−

ceramiczną w skrzynkach formierskich.

Rys. 20. Maszyny do odlewania odśrodkowego: a) uniwersalna maszyna do odlewania żeliwnych tulei

1 − rynna, 2 − tłok wypychający odlew, 3 − kokila, 4 − mimośrodowe zamknięcie kokili, 5 − odlew, 6 − pokrywa

teleskopowa [1, s. 182]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

Rys. 20. Maszyny do odlewania odśrodkowego:

b) pozioma maszyna z rolkowym napędem formy do odlewania tulei z metali nieżelaznych:

1 − podstawa, 2, 3 − zespoły łożysk z rolkami, 4 − silnik elektryczny, 5 − pasy klinowe, 6 − kokila, 7 − rolki

dociskające, 8 − stojak, 9 − dźwignia do podnoszenia rolek, 11 − oś obrotu rynny, 12 − rynna [1, s. 182]

Rys. 20. Maszyny do odlewania odśrodkowego: c) konstrukcja zespołu napędzającego formy

1 − wał, 2 rolki, 3

− łożysko kulkowe, 4 − korpus żeliwny, 5 − kółko klinowe, 6 − smarownice, 7 − uszczelki

wojłokowe, 8 − pokrywa [1, s. 182]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Oddzielną grupę stanowią maszyny do odlewania w formach wirujących rur żeliwnych

długich.

Rys. 21. Maszyna do odlewania rur żeliwnych: schemat odlewania z ruchoma rynną zalewową [1, s. 183]

Rys. 22. Maszyny do odlewania rur żeliwnych: schemat odlewania z przesuwną formą

1 − cylinder hydrauliczny, 2 − ciekłe żeliwo, 3 − przechylna kadź kalibrowana, 4 − wlew, 5 − rynna, 6 − skrzynia
wodna, 7 − silnik, 8 − wodzik ściągacza, 9 − stałe łoże, 10 − cylinder przesuwu formy [1, s. 183]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

Formy do odlewania odśrodkowego wykonuje się w postaci tulei jedno-, dwu- lub nawet

trójwarstwowych:

−

z masy formierskiej,

−

z grafitu,

−

z żeliwa szarego,

−

z żeliwa stopowego,

−

ze stali niestopowej i stopowej.
Temperatura form (kokil) zależy od kształtu formy, ilości i rodzaju odlewanego w nich

metalu oraz kształtu i grubości ścianek odlewów. Im większa jest grubość ścianki odlewu, tym
temperatura formy powinna być niższa. Aby zapewnić temperaturę właściwą stosowane jest
chłodzenie powietrzne (właściwe użebrowanie formy i wymuszony obieg powietrza) lub wodne
(stosuje się spryskiwanie formy lub stosuje się wykonany w formie system kanałów do
przepływu wody) formy. W zależności od rodzaju metalu, temperatura formy powinna wynosić:

−

przy odlewaniu z brązów cynowych – 150

÷

200

o

C,

−

przy odlewaniu z brązów wysokoołowiowych – 180

÷

250

o

C,

−

przy odlewaniu z brązów cynowych – 150

÷

200

o

C,

−

przy odlewaniu odlewów z żeliwa szarego (tulejki cylindrowe) – 150

÷

200

o

C,

−

przy odlewaniu cienkościennych odlewów z żeliwa szarego (rury żeliwne) – 400

÷

500

o

C.

Formy tzw. zimne, pracujące w temp. ok. 200

o

C, są przeznaczone do odlewów grubościennych

i są zazwyczaj chłodzone wodą. Aby zwiększyć trwałość form oraz zapobiec zabielaniu
odlewów żeliwnych wewnętrzne powierzchnie form pokrywa się warstwą izolacyjną (czernidła,
pasty, pokrycia suche z pyłowych materiałów ogniotrwałych). Niekiedy do warstw izolacyjnych
dodawane są też modyfikatory. Natomiast przy odlewaniu cienkościennych odlewów z żeliwa
szarego rolę izolacji spełnia wykładzina z masy ceramicznej. Powłoki te nanosi się na podgrzane
formy będące w ruchu co zapewnia uzyskanie odpowiedniej przyczepności i równomierne
rozłożenie warstwy powłoki.

Temperatura metalu zalewanego do form wirujących wynosi:

dla stopów metali nieżelaznych – o 60

÷

80

o

C wyższa od temperatury początku krzepnięcia,

dla żeliwa lanego do:

−

form metalowych – 1350

÷

1370

o

C,

−

form z wykładziną ceramiczną – 1240

÷

1280

o

C,

Przy odlewaniu odśrodkowym istnieje konieczność ścisłego dozowania wlewanego do formy
metalu.

Stosuje się następujące sposoby dozowania:

−

objętościowe (mało dokładne) – stosuje się do zalewania form kalibrowane kadzie
odlewnicze,

−

ciężarowe – kontrola zmiany ciężaru kadzi podczas zalewania formy,

−

przez przelewanie.
W porównaniu z odlewaniem grawitacyjnym w formach piaskowych, odlewanie

odśrodkowe daje następujące korzyści:
1. Rozszerzenie zakresu przedmiotów wytwarzanych przez odlewanie o długie rury oraz

odlewy wielowarstwowe,

2. Polepszanie jakości odlewów w wyniku:

−

podwyższenia o 20÷60% właściwości wytrzymałościowych i plastycznych,

−

zwiększenie zwartości struktury odlewu i szczelności,

−

poprawy struktury pozwalającej na zastąpienie niektórych odkuwek odlewami (np. koła
zębate),

−

odgazowania,

−

oddzielenia wtrąceń niemetalowych podczas wirowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

3. Poprawę wskaźników ekonomicznych przez:

−

wzrost uzysku w wyniku wyeliminowania lub znacznego ograniczenia układów
wylewowych,

−

oszczędność 30÷60% czasu przygotowania formy przez ograniczenie lub
wyeliminowanie prac rdzeniarskich,

−

zmniejszenie naddatków na obróbkę o 5÷20% w wyniku wzrostu gładkości powierzchni
odlewu.

Odlewanie w formach skorupowych

Forma skorupowa jest formą odlewniczą o grubości ścianki 4

÷

10 mm. Do wykonywania

form skorupowych stosowane są masy formierskie złożone z czystego, drobnoziarnistego piasku
kwarcowego, żywicy syntetycznej i utwardzacza.
Na osnowę do form skorupowych stosuje się drobnoziarniste piaski kwarcowe płukane, o dużej
zawartości krzemionki (powyżej 95%) i małej zawartości gliny (do 0,5%) i szkodliwych
domieszek (węglanów i substancji alkalicznych). Jako spoiwa stosowane są żywice fenolowo-
formaldehydowe (SK) oraz fenolowo-krezolowo- formaldehydowe (SK-1). Utwardzaczem jest
urotropina (ok. 1%) wprowadzana do żywicy. W celu uniknięcia segregacji mechanicznej piasku
i żywicy zamiast dodawania urotropiny dodawanej do żywicy stosuje się powlekanie ziarn
piasku żywicą na zimno i na gorąco.

Powlekanie na zimno polega na wymieszaniu żywicy z utwardzaczem (urotropiny np.

w alkoholu etylowym) i piasku, a następnie odparowaniu rozpuszczalnika przez przedmuchanie
piasku ciepłym powietrzem. Następnie masę należy rozkruszyć i przesiać. Aby zapewnić
równomierne rozłożenie żywicy w masie i zapobiec segregacji jej składników dodaje się
zwilżacz (ok. 1% oleju lub nafty).

Powlekanie na gorąco polega na podgrzaniu piasku powyżej temperatury topnienia żywicy

(ale poniżej temperatury jej utwardzania) i wymieszaniu piasku z żywicą bez urotropiny. Żywica
wprowadzona w ilości 6

÷

10% po stopnieniu otacza ziarna piasku cienką warstwą. Tak

przygotowaną masę przedmuchuje się gorącym powietrzem i po ochłodzeniu do 85

o

C dodaje się

do niej 10

÷

12% utwardzacza w stosunku do ilości dodanej żywicy. Dalej masę należy

rozkruszyć i przesiać.

Typowy skład mas na formy skorupowe w % ciężarowych dla odlewów z brązu, mosiądzu

i żeliwa jest następujący:

−

91,9% piasku kwarcowego, płukanego,

−

8% żywicy fenolowej,

−

0,1% nafty.
Płyty modelowe do formowania skorupowego wykonane są z metalu i nagrzewane są do

temperatury dochodzącej do 450

o

C. W płycie modelowej jest zamontowany system wypychaczy

służący do oddzielenia skorupy od płyty modelowej po procesie utwardzenia formy.

Do wykonywania form skorupowych stosuje się dwie metody ich wykonywania:

1. Proces C opracowany przez I. Croninga (rys. 23) przebiegający w następujących etapach:

a. ustawienie gorącej płyty modelowej (220

÷

280

o

C) na zbiorniku z masą,

b. obrót o 180

o

i tworzenie się skorupy,

c. obrót o 180

o

i zdjęcie płyty wraz ze skorupą,

d. spiekanie skorupy w piecu (300

o

C) przez 1

÷

3 min,

e. zdjęcie skorupy z płyty za pomocą wypychaczy,
f.

ustawienie złożonych form skorupowych do zalania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

Rys. 23. Formowanie skorupowe – proces Croninga:

a) gorąca płyta modelowa ustawiona nad

zbiornikiem z masą, b) obrót, tworzenie się skorupy,

c) obrót, zdjęcie płyty modelowej wraz ze skorupą,

d) spiekanie skorupy w piecu, e) zdjęcie skorupy

z płyty, f) ustawienie złożonych form do zalania

[9, s. 261]

2. Proces D opracowany przez H. Dieterta (rys. 24) przebiegający w następujących etapach:

a) wdmuchiwanie masy w szczelinę między modelem a ścianką osłony,
b) wyjęcie modelu i wygrzewanie skorupy wraz z osłoną w piecu,
c) wyjęcie skorupy z osłony.

Rys. 24. Formowanie skorupowe – proces Dieterta:

a) nadmuchiwanie skorupy, b) spiekanie skorupy w piecu, c) wyjęcie skorupy z formy; 1– zbiornik, 2– masa,

3– otwory dmuchowe, 4– płyta, 5– model, 6– skorupa, 7– osłona, 8– otwory wentylacyjne, 9– piec [9, s. 261]

Zalety formowania skorupowego:

−

duża dokładność wykonania odlewów (tolerancja wymiarowa

±

0.3÷0.4 mm na odcinku

pomiarowym 50 mm),

−

dobra jakość powierzchni (Ra

≤

30

µ

m),

−

możliwość obniżenia kosztu oczyszczania powierzchni odlewów i obróbki mechanicznej,

−

stosowane w produkcji seryjnej i masowej,

−

skorupy nie pochłaniają wody w okresie składowania (łatwe do magazynowania).
Wady formowanie skorupowego:

−

wysokie początkowe koszty wykonania oprzyrządowania do wykonywania form i zakupu
specjalistycznych urządzeń do wykonywania formowania skorupowego,

−

wyższe koszty stosowanej masy formierskiej (spoiwo na bazie żywicy),

−

ograniczenie masy i wymiarów gabarytowych wykonywanych odlewów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Do sporządzonych połówek form wkłada się rdzenie, formy po złożeniu skleja się lub spina

klamrami i ustawia w szeregu w skrzynce wypełniając przestrzeń między nimi śrutem
metalowym. Do klejenia stosuje się 60% kleje mocznikowe z dodatkiem 10

÷

15% części

wagowych mąki pszennej i 0,8% części ciężarowych amonu.

Formowanie skorupowe stosowane jest w produkcji wielkoseryjnej lub masowej

skomplikowanych i dokładnych odlewów cienkościennych takich jak np.: głowice silników,
wały korbowe, wałki rozrządu itp.

Korzyści wynikające z odlewania w formach skorupowych:

1) Możliwość otrzymania odlewów o bardzo cienkich ściankach,
2) Polepszenie jakości odlewów poprzez zwiększenie gładkości ich powierzchni i wzrost ich

dokładności wymiarowej,

3) Zmniejszenie kosztów uzyskania odlewów wynikające:

−

ze zmniejszenia naddatków na obróbkę w wyniku wzrostu gładkości powierzchni
i możliwość stosowania powierzchni dalej nie obrabianych,

−

ze zmniejszenia zużycia materiałów formierskich,

−

z obniżenia pracochłonności oczyszczania odlewów,

−

z możliwości zatrudniania pracowników o niższych kwalifikacjach zawodowych,

−

z możliwości wprowadzenia mechanizacji i automatyzacji procesu odlewania.

Proces

formowania

skorupowego

można

stosunkowo

łatwo

zmechanizować

i zautomatyzować. Podczas projektowania podstawowym czynnikiem, który należy uwzględnić
jest czas tworzenia skorupy i czas jej utwardzania. Zależą one przede wszystkim od temperatury
płyty modelowej i temperatury panującej w piecu. Skorupę należy projektować tak by jej
grubość i wymiary były możliwie małe (wysoka cena żywicy fenolowej).

Odlewanie metodą wytapianych modeli

Odlewanie metodą wytapianych modeli (wosku traconego) jest metodą odlewania

precyzyjnego stosowaną do wykonywania przedmiotów o masie od kilku gramów do 50 kg.
Najczęściej stosowane w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej bardzo drobnych i drobnych
odlewów o najwyższej dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni (przemysł precyzyjny,
zbrojeniowy, narzędziowy, motoryzacyjny, maszynowy, artystyczny, jubilerski itp.). Metodą tą
wytwarza się np.: elementy maszyn precyzyjnych, turbin spalinowych (łopatki), części
uzbrojenia, elementy dla przemysłu lotniczego i samochodowego itp.

Odlewane metodą wytapianych modeli jest staliwo konstrukcyjne i narzędziowe, staliwo

stopowe i stopy metali nieżelaznych.
Spośród metod odlewania w formach ceramicznych, metoda wytapianych modeli umożliwia
wytwarzania odlewów o największej dokładności wymiarowej i najmniejszej chropowatości
powierzchni. W wyniku stosowania tej metody w stosunku do odlewania w tradycyjnych
formach piaskowych uzyskuje się:

−

znacznie mniejsze odchyłki wymiarowe,

−

możność uzyskania dużej gładkości powierzchni,

−

wydatne ograniczenie lub nawet wyeliminowanie obróbki skrawaniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

Rys. 25. Schemat formy do odlewania metodą wytapiania

modeli

1 – masa formierska, 2 – woskowy model układu

wlewowego, 3 – modele woskowe [3, s. 176]

Rys. 26. Gotowy zestaw modeli [10, s. 121]

Proces technologiczny odlewania metodą wytapianych modeli składa się z następujących

operacji:
1) wykonanie modelu matki (dokładnego wzorca przedmiotu ze stopu o niskiej temperaturze

topnienia),

2) wykonanie formy gipsowej modeli,
3) wykonanie formy matrycy ze stopu o niskiej temperaturze topnienia służącej do odlewania

woskowych modeli,

4) odlanie w matrycy modeli z wosku lub niskotopliwych mieszanek stearynowo-

parafinowych,

5) wykonanie układu wlewowego,
6) wykonanie zestawu modeli poprzez spojenie modeli z układem wlewowym,
7) wykonanie formy:

−

odtłuszczenie zestawu np w acetonie,

−

kilkakrotne zanurzenie zestawu w płynnej masie ceramicznej (forma składa się z 5 lub 7
warstw o grubości 0,3÷0,7 mm każda),

−

wstawienie formy ceramicznej do skrzynki i obsypanie drobnym żwirkiem lub piaskiem
kwarcowym (wyprażonym w temperaturze 850÷950

o

C) oraz lekkie zagęszczenie,

−

utwardzenie każdej warstwy przez zanurzenie na 10÷15 min zestawu modelowego
w 20% wodnym roztworze chlorku amonowego,

−

wytopienie modeli woskowych w temperaturze 80

÷

150

o

C przez zanurzenie w wodzie

lub wstawienie do suszarki elektrycznej,

−

suszenie formy przez 2 godz. w temperaturze 100

o

C i kolejne 2 godz. w temperaturze

200

o

C,

−

wstawienie formy ceramicznej do skrzynki i obsypanie piaskiem kwarcowym lub
szamotem,

−

wypalenie formy w temperaturze 850

o

C÷1000

o

C w celu usunięcia z niej składników

gazotwórczych.

−

zalanie form na powietrzu, pod obniżonym ciśnieniem, odśrodkowo lub w próżni,

−

rozbicie formy i oczyszczanie odlewu.

W procesie odlewania stosowane są mieszanki modelowe, w których skład mogą wchodzić:

wosk pszczeli, wosk ziemny, stearyna, parafina, kalafonia, olej lniany spolimeryzowany.

W skład stosowanych mas ceramicznych niezbędnych do wykonania formy wchodzą:

−

sproszkowana mączka kwarcowa lub cyrkonowa, szamotowa, mulit, sylimanit itp..

−

spoiwa – roztwory na bazie krzemianu etylu lub zolu kwasu krzemowego, a przy
mniejszych wymaganiach szkło wodne,

−

rozpuszczalniki i inne materiały: spirytus etylowy, aceton, hydrazyt, kwas solny, woda
destylowana.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

Rys. 27. Typy stosowanych układów wlewowych i zasilających: a) zasilanie z wlewu głównego,

b) zasilanie z cylindrycznej belki wlewowej (a i b stosuje się do odlewów < 1,5 kg), c) stop doprowadzony do

cienkich ścianek (stosuje się do złożonych i dużych odlewów), d) kombinowane zasilanie z wlewu głównego i belki

wlewowej (odlewy skomplikowane), 1 − odlewy z jednym węzłem zasilania, 2 − odlewy z dwoma węzłami

zasilania, 3 − cylindryczna belka, 4 − miejscowe nadlewy [10, s. 122]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

Rys. 28. Schemat procesu technologicznego odlewania metoda wytapianych modeli:

a) wykonanie modelu, b) wykonanie formy ceramicznej, c) przygotowanie formy do zalewania, d) wybijanie

i oczyszczanie odlewów

1 − model-matka, 2 − formowanie w gipsie, 3 − odlewanie połówki matrycy, 4 − gotowa matryca z niskotopliwego

stopu, 5 − wtryskiwanie wosku, 6 − model woskowy, 7 − gotowy zespół modeli, 8 − zanurzenie zespołu modeli

w masie ceramicznej, 9 − formowanie zespołu modeli w masie wypełniającej i wstrząsanie, 10, 11 − wytapianie

i usuwanie wosku, 12 − topienie stopu, 13 − zalewanie form, 14 − wybijanie odlewu, 15 − piaskowanie,

16 − oddzielenie pojedynczych odlewów, 17 − gotowe odlewy [10, s. 121]

Trzecią grupę podstawowych materiałów formierskich, po materiałach modelowych

i materiałach ceramicznych stanowią spoiwa.

Podstawowymi materiałami do otrzymania spoiw są: krzemian sodowy, krzemian etylu i zol

kwasu krzemowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

Tabela 5. Przykładowe składy mieszanek modelowych.

Składnik

Temp. topnienia

0

C

I

II

III

IV

V

VI

VII

wosk pszczeli

63

÷

65

30

25

50

wosk ziemny

73

÷

80

70

61

50

75

50

stearyna

51

÷

54

50

parafina

50

÷

60

50

29

25

kalafonia

83

÷

90

10

olej lniany spolimeryzowany

25

50

50

Tabela 6. Przykładowe składy roztworu na masy ceramiczne.

Lp. Składniki roztworu

Ilość cm3

Uwagi

1

krzemian etylu 40
alkohol
woda
kwas solny stężony

200

50
30

1

÷

2

tylko na drobne odlewy

szybkowiążący

2

krzemian etylu 40
alkohol
kwas solny 0,5%

500
400
100

roztwór do przechowywania przez dłuższy czas;
hydroliza następuje po dodaniu 1000 cm
alkoholu

3

krzemian etylu
woda
kwas solny 1%

500
800
100

kolejność mieszania:
krzemian etylu z kwasem, a potem z wodą

Metodę wytapianych modeli należy stosować:

−

jeżeli tworzywo jest trudne lub nieobrabialne i stwarza trudności przy kształtowaniu metodą
obróbki plastycznej,

−

gdy możliwe jest uniknięcie drogiej obróbki mechanicznej,

−

jeżeli można wykonać odlew zastępujący kilka elementów łączonych drogą montażu
w całość,

−

jeżeli często występuje konieczność szybkiego przestawiania produkcji w zakładzie,

−

gdy niezbędne jest zwiększenie produkcji a jednocześnie niemożliwe jest zwiększenie
wydziału obróbki mechanicznej,

−

jeżeli można zaoszczędzić tworzywo odlewnicze, oprzyrządowanie, maszyny i urządzenia
oraz zmniejszyć koszty robocizny.

Odlewanie metodą Shawa

Zastosowanie w produkcji jednostkowej i seryjnej odlewów średnich i dużych (nawet do

3 ton − najczęściej 1÷150 kg) o wysokich wymaganiach wymiarowych i gładkości powierzchni.
Metodą tą wykonujemy między innymi matryce kuzienne, kokile, części form ciśnieniowych,
formy dla przemysłu gumowego i szklarskiego.
Metoda Shawa pod względem dokładności odlewów zajmuje pozycję pośrednią między
odlewaniem w formach skorupowych a odlewaniem metodą wytapianych modeli.
Stosowane są w metodzie Shawa dwa rodzaje mas: przymodelowa i wypełniająca. Masa
przymodelowa to sproszkowane wysoko ogniotrwałe materiały ceramiczne (silimanit, cyrkon,
magnezyt i inne) i ciekłe spoiwo (zhydrolizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie
etylowym). Masę wypełniającą stanowi gruby piasek kwarcowy lub szamot ziarnisty ze szkłem
wodnym jako spoiwem. Na model (drewniany, gipsowy lub z tworzyw sztucznych) ustawiony
w skrzynce formierskiej nakłada się cienką warstwę masy przymodelowej o konsystencji
szlamu. Po upływie 3÷10 min masa staje się elastyczna i możliwe jest wyjęcie z niej modelu
nawet w przypadku gdy posiada on przeciwne zbieżności. Następnie formę wypala się zapalając
wydzielające się z niej gazy. Powstająca w formie podczas wypalania siatka mikropęknięć

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

zwiększa jej przepuszczalność i uodparnia ją na zmiany dylatacyjne. Przed zalaniem ciekłym
metalem formę wygrzewa się przez kilka minut w temperaturze ok. 1000

o

C.

Opłacalność stosowania metody Shawa ogranicza duży koszt materiałów formierskich.
Stosowana jest do wytwarzania odlewów o wysokich wymaganiach odnośnie dokładności
wymiarowej i chropowatości powierzchni. Metodę Shawa opłaca się stosować, gdy należy
ograniczyć do minimum obróbkę mechaniczną lub uzyskiwać odlewy bez obróbki wiórowej
(kokile, wykrojniki, gwinty na gotowo).
Masa formierska:

−

sproszkowane materiały wysokoogniotrwałe (sylimanit, mulit, mączka cyrkonowa),

−

ciekłe spoiwo (zhydrolizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie).

Wykonanie formy:

−

przygotowanie masy formierskiej w postaci gęstego szlamu,

−

wylanie masy na model ustawiony w skrzynce i wykonanie warstwy przymodelowej,

−

wypełnienie pozostałej objętości skrzynki masą wypełniającą,

−

gdy masa uzyska konsystencję gumy wyjmujemy model,

−

wypalenie formy w piecu lub przez podpalenie wydzielających się par alkoholu,

−

złożenie formy,

−

zalanie formy ciekłym metalem.

Zalety:

−

wysoka dokładność wymiarowa,

−

wysoka gładkość powierzchni odlewu pozwalająca na ograniczenie lub wyeliminowanie
obróbki skrawaniem.

Wady:

−

metoda trudna do mechanizacji,

−

metoda droga.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

Rys. 29. Proces technologiczny odlewania metodą Shawa: 1 – przygotowanie materiałów ceramicznych,

2 – przygotowanie spoiwa, 3 – przyrządzanie mieszanki, 4 – zalanie formy mieszanką ceramiczną, 5 – oddzielenie

formy od modelu, 6 – wypalenie formy, 7 – wygrzanie formy, 8 − zalanie formy metalem [11, s. 167]

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytana, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz metody specjalne odlewania?
2. Jaki jest zakres stosowania znanych Ci technologii odlewniczych metodami specjalnymi?
3. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą odlewania w kokilach?
4. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą odlewania ciśnieniowego?
5. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą odlewania ciągłego i półciągłego?
6. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą odlewania odśrodkowego?
7. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą odlewania w formach skorupowych?
8. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą wytapianych modeli?
9. Jakie typowe odlewy wykonuje się metodą Shawa?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj i przyporządkuj rysunkom właściwe nazwy metody odlewania, którą obrazują.

Scharakteryzuj krótko metody odlewania przedstawione na rysunkach.

1

A − odlewanie kokilowe

1………….

2.

B − odlewanie ciśnieniowe

2………….

3.

C − odlewanie odśrodkowe

3………….

4.

D − odlewanie ciągłe

4………….

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

5.

E − Formowanie skorupowe
– proces Croninga

5………….

6.

F − odlewanie metodą
wytapianych modeli

6………….

7.

G − odlewanie metodą Shawa

7…………..

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać partnerów do pracy w grupie,
2) zapoznać się z rysunkami,
3) zastanowić się jakie metody odlewania przedstawione są na rysunkach,
4) dopisać po prawej stronie cyfry, symbol metody formowania którą obrazuje rysunek

(np. 1F),

5) scharakteryzować i podać przykłady zastosowania metod odlewania przedstawionych na

rysunkach,

6) zaprezentować efekty pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura techniczna,

−

arkusze papieru formatu A4 i A3.

Ćwiczenie 2

Podaj przykłady charakterystycznych wyrobów wytwarzanych poszczególnymi metodami

specjalnymi odlewania uwzględniając kształt odlewu, wielkość i stopień skomplikowania
odlewu, rodzaj odlewanego stopu oraz wielkości serii produkcyjnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać partnerów do pracy w grupie,
2) zapoznać się z instrukcją do wykonania ćwiczenia,
3) przeczytać odpowiednie fragmenty poradnika i literatury technicznej,
4) określić zakres stosowania metod specjalnych odlewania w zależności od kształtu odlewu

i rodzaju odlewanego stopu, wielkości i stopnia skomplikowania odlewu oraz wielkości serii
produkcyjnej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcje do wykonania ćwiczenia,

−

literatura techniczna,

−

modele typowych odlewów wytwarzanych metodami specjalnymi,

−

arkusze papieru formatu A4 i A3.

Ćwiczenie 3

Wypisz znane Ci urządzenia i oprzyrządowanie wykorzystane podczas odlewania metodami

specjalnymi i zapisz wszystkie czynności niezbędne do wykonania odlewów metodą odlewania
kokilowego i wytapianych modeli.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać partnerów do pracy w grupie,
2) zapoznać się z instrukcją do wykonania ćwiczenia,
3) przeczytać odpowiednie fragmenty poradnika i literatury technicznej,
4) zidentyfikować maszyny, urządzenia i oprzyrządowanie niezbędne do wykonania odlewów

poszczególnymi metodami odlewania specjalnego.

5) zaplanować czynności niezbędne do wykonania podczas wytwarzania wyrobów

wskazanymi metodami specjalnymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcje do wykonania ćwiczenia,

−

literatura techniczna,

−

katalogi maszyn i urządzeń,

−

katalogi oprzyrządowania,

−

modele typowych odlewów wytwarzanych metodami specjalnymi,

−

arkusze papieru formatu A4 i A3.

4.1.3. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać metody odlewania specjalnego?

o

o

2) scharakteryzować poszczególne metody odlewania specjalnego?

o

o

3) określić zakres zastosowania metod odlewania specjalnego?

o

o

4) dobrać metody wytwarzania metodami odlewania specjalnego w zależności od

rodzaju tworzywa, wielkości i stopnia skomplikowania odlewu oraz wielkości
serii produkcyjnej?

o

o

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

45

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj dokładnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.
4. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
5. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania podane są cztery odpowiedzi, z których tylko

jedna jest prawidłowa.

6. Zaznacz prawidłową według Ciebie odpowiedź wstawiając literę X w odpowiednim miejscu

na karcie odpowiedzi.

7. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz

odpowiedź prawidłową.

8. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.
9. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi -

otrzymujesz zero punktów.

10. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.
11. Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność – przejdź do

następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi możesz wrócić później.

12. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
13. Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Biorąc pod uwagę tolerancje wymiarowe odlewów najdokładniejsze można uzyskać

a) metodą wytapianych modeli.
b) metodą odlewania kokilowego.
c) metodą Shawa.
d) metodą odlewania w formach piaskowych.

2. Maszynę kokilową zębatkową przedstawiono na rysunku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

46

a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.

3. Najkorzystniejsze ze względu na właściwy rozkład temperatur jest doprowadzenie ciekłego

stopu do kokili
a) dolne.
b) górne.
c) boczne.
d) mieszane.

4. O sposobie podziału kokili decyduje

a) kształt odlewu.
b) rodzaj odlewanego tworzywa.
c) wymagana dokładność wymiarowa odlewu.
d) wymiar odlewu.

5. Rysunek przedstawia kokilę

a) z pionową powierzchnią podziału.
b) z poziomą powierzchnią podziału.
c) z kilkoma poziomymi powierzchniami podziału.
d) z kilkoma różnymi podziałami.

6. Ustal kolejność czynności niezbędnych do wykonania odlewania w kokili

a) 1, 2, 3, 5, 8, 4, 6, 7.
b) 3, 4, 6, 5, 8, 7, 2, 1.
c) 1, 2, 4, 7, 3, 5, 6, 8.
d) 4, 2, 3, 1, 6, 5, 7, 8.

1. oczyszczenie powierzchni roboczej kokili
2. naniesienie

na powierzchnię roboczą kokili powłoki

ochronnej
3. podgrzanie kokili do temperatury pracy
4. zalanie kokili ciekłym metalem
5. zamontowanie rdzeni
6. wyjęcie rdzeni bocznych
7. demontaż kokili i usunięcie odlewu
8. złożenie kokili i jej zamknięcie

7. Na rysunku rozwiązania konstrukcyjnego płyty

głównej formy

ciśnieniowej pozycja 3 to
a) rozdzielacz wlewu.
b) wkładka.
c) wypychacz.
d) śruba mocująca wkładkę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

47

8. Temperatura wstępnego podgrzewania formy ciśnieniowej zależy od

a) rodzaju formy.
b) temperatury otoczenia.
c) stopnia skomplikowania odlewu.
d) rodzaju odlewanego stopu.

9. Odlewanie pod niskim ciśnieniem polega na zapełnianiu formy metalowej ciekłym stopem

a) z kadzi odlewniczej.
b) bezpośrednio z tygla przez rurę wlewową pod działaniem sprężonego gazu.
c) bezpośrednio z tygla przez rurę wlewową pod działaniem siły grawitacji.
d) ze zbiornika ciekłego metalu pod działaniem ciśnienia wytwarzanego przez tłok.

10. Metodą odlewania ciągłego wytwarzane są odlewy

a) o stałym przekroju poprzecznym i o znacznej długości z koniecznością przecinania.
b) o stałym przekroju poprzecznym i o ograniczonej długości bez koniecznością

przecinania.

c) o kształcie brył obrotowych.
d) o dowolnym kształcie.

11. Na rysunku odlewania półciągłego pozycja 7 to

a) zaczep.
b) krystalizator.
c) piec grzewczy.
d) rura wlewowa.

12. W metodzie traconego wosku model może być użyty

a) wielokrotnie,
b) najwyżej trzykrotnie,
c) dwa razy,
d) jednokrotnie.

13. Temperatura formy do odlewania ciągłego

a) powinna być tym niższa im większa jest grubość ścianki odlewu.
b) powinna być tym niższa im mniejsza jest grubość ścianki odlewu.
c) powinna być stała i niezależna od grubości ścianek odlewu.
d) zależy wyłączne od rodzaju odlewanego tworzywa.

14. Odlewanie odśrodkowe właściwe charakteryzuje się tym że

a) oś odlewu pokrywa się z osią wirowania formy.
b) powierzchnię wewnętrzną odlewu odtwarza rdzeń.
c) odlew jest odtwarzany we wnękach kilku form rozłożonych wokół wlewu głównego,

który stanowi oś wirowania całego układu.

d) oś wirowania formy pokrywa się z osią wlewu głównego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

48

15. Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym przedstawiono na rysunku

a) 1.
b) 1 i 2.
c) 3.
d) 2 i 3.

16. Formowanie skorupowe przedstawiono na rysunku

1.

2.

3.

4.

a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

49

17. Formowanie skorupowe stosowane jest w produkcji

a) jednostkowej.
b) małoseryjnej.
c) seryjnej.
d) wielkoseryjnej.

18. Ustal kolejność czynności niezbędnych do wykonania odlewu metodą wytapianych

modeli:
a) 1, 2, 3, 5, 8, 4, 6, 7, 9.
b) 3, 4, 6, 5, 8, 7, 2, 9, 1.
c) 1, 2, 4, 7, 9, 3, 5, 6, 8.
d) 4, 2, 9, 3, 1, 6, 5, 7, 8.

1. wykonanie modelu matki
2. wykonanie formy gipsowej modeli
3. wykonanie zestawu modeli
4. wykonanie formy matrycy
5. wykonanie formy
6. zalanie form
7. odlanie w matrycy modeli
8. rozbicie formy i oczyszczanie odlewu
9. wykonanie układu wlewowego

19. Ustal kolejność czynności niezbędnych do wykonania odlewu metodą odlewania

skorupowego:
a) 1, 2, 3, 5, 8, 4, 6, 7.
b) 3, 4, 6, 5, 8, 7, 2, 1.
c) 1, 2, 4, 7, 3, 5, 6, 8.
d) 4, 2, 3, 1, 6, 5, 7, 8.

1. zalanie formy mieszanką ceramiczną
2. przygotowanie spoiwa
3. przyrządzanie mieszanki
4. przygotowanie materiałów ceramicznych
5. wypalenie formy
6. oddzielenie formy od modelu
7. wygrzanie formy
8. zalanie formy metalem

20. Odlewy cienkościenne o grubości ścianki 0,5÷3 mm można wytwarzać metodą

odlewania
a) skorupowego.
b) kokilowego.
c) odśrodkowego.
d) ciągłego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

50

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko .................................................................................................................................

Wykonywanie odlewów specjalnymi metodami

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

51

6. LITERATURA

1. Błaszkowski K., Fic M.: Maszyny formierskie i urządzenia odlewnicze. WSiP,

Warszawa 1976

2. Chudzikiewicz R., Briks W.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa. PWN, Warszawa 1977
3. Górecki A.: Technologia ogólna. WSiP, Warszawa 1996
4. Murza-Mucha P.: Techniki wytwarzania -odlewnictwo. PWN, Warszawa 1978
5. Piwoński T.: Odlewnictwo. WsiP, Warszawa 1969
6. Poradnik inżyniera. Odlewnictwo. WNT, Warszawa 1986
7. Rączka J., Tabor A.: Technologia odlewnictwa. Projektowanie. Politechnika Krakowska,

Kraków1988

8. Rączka J.: Technologia odlewnictwa. Laboratorium. Politechnika Krakowska, 1988
9. Skarbiński M.: Uruchomienie produkcji w odlewni. WNT, Warszawa 1974
10. Szreniawski J.: Techniki wytwarzania. Odlewnictwo. PWN, Warszawa 1980
11. Tabor A.: Wybrane zagadnienia z odlewnictwa. Kraków: Wydawnictwo Politechniki

Krakowskiej, 1998