AKADEMIA GÓRNICZO  HUTNICZA
W KRAKOWIE
WYDZIAA
ODLEWNICTWA
KONSTRUKCJA ODLEWÓW
 ODLEWANIE ODÅšRODKOWE TULEI I PIERÅšCIENI
MATEUSZ FRANCKOWIAK
ROK I MAGISTERSKI
ODLEWNICTWO 1
Spis treści
1. Odśrodkowe odlewani ..................................................................................................................... 3
1.1. Ogólna zasada działania ......................................................................................................... 3
2. Maszyny do odśrodkowego odlewania ........................................................................................... 5
2.2. Maszyny z poziomÄ… osiÄ… wirowania ........................................................................................ 5
2.3. Maszyny z pionowÄ… osiÄ… wirowania ........................................................................................ 6
2.4. Maszyny z pochylonÄ… osiÄ… wirowania ..................................................................................... 7
3. Odśrodkowe odlewanie tulei ........................................................................................................... 7
3.1. Materiał ................................................................................................................................... 7
3.2. Proces technologiczny na przykładzie urządzenia karuzelowego ........................................... 8
4. Odśrodkowe odlewanie pierścieni ................................................................................................... 9
4.1. Materiał ................................................................................................................................... 9
4.2. Proces technologiczny na przykładzie metody Soro .............................................................. 10
5. Przykłady odlewów tulei i pierścieni wykonanych metodą odśrodkową. ..................................... 11
6. Literatura ....................................................................................................................................... 15
1. Odśrodkowe odlewani
1.1. Ogólna zasada działania
Odlewanie odśrodkowe, nazywane również odlewaniem do form wirujących, polega na
wykorzystaniu siły odśrodkowej w procesie krystalizacji i stygnięcia odlewu. Siła
odśrodkowa wpływa na podstawowe parametry kształtowania odlewu, a dokładnie na
prędkość ruchu względnego ciekłego metalu w stosunku do wirującej formy oraz ciśnienia
w ciekłym i krystalizującym metalu.
Wyróżnia się trzy metody odlewania, wykorzystujące działanie siły odśrodkowej
(rys.1.1.):
·ð odlewanie odÅ›rodkowe wÅ‚aÅ›ciwe (rys.1.1a.) przy którym oÅ› symetrii odlewu pokrywa
się z osią wirowania, a odlew ma kształt bryły obrotowej, ograniczonej z zewnątrz
ścianką formy zaś od wewnątrz powierzchnią swobodną metalu czyli powierzchnią
ukształtowaną w okresie wirowania ciekłego i krzepnącego metalu w wyniku
zrównoważenia ciśnienia metalostatycznego z ciśnieniem otaczającego ośrodka.
Ciekły stop odlewniczy wlany do wirującej formy zostaje w polu działania siły
wypadkowej zawirowany, tworząc strumień pozwalający na ukształtowanie odlewu
w formie. Przy odlewaniu odśrodkowym właściwym, ukształtowanie odlewu
zapewnione jest przez powierzchnię wewnętrzną formy oraz tak zwaną powierzchnię
swobodną. Jest to powierzchnia utworzona przez strumień ciekłego metalu, w wyniku
zrównoważenia jego ciśnienia z ciśnieniem otaczającego ośrodka i stanowi
rozgraniczenie między ciekłym metalem i otaczającą atmosferą; jest to równocześnie
powierzchnia lokalnego, stałego ciśnienia;
·ð odlewanie półodÅ›rodkowe (rys.1.1b.) przy którym oÅ› odlewu pokrywa siÄ™ z osiÄ…
wirowania, odlew ma uzyskuje powierzchnię zewnętrzną w wyniku odwzorowania
kształtu wnęki formy, natomiast powierzchnia wewnętrzna odlewu powstaje
w wyniku odwzorowania przez rdzeń usytuowany współosiowo z formą. Przy
odlewaniu półodśrodkowym nadanie kształtu odlewowi zapewniają wyłącznie
powierzchnie wnęki formy i kształty rdzeni;
·ð odlewanie pod ciÅ›nieniem odÅ›rodkowym (rys.1.1c.) przy którym osiowe usytuowanie
dotyczy tylko części formy, której oś wlewu głównego pokrywa się z pionową osią
wirowania, natomiast odlewy są symetrycznie usytuowane w pewnej odległości od osi
wirowania. Działająca w układzie wlewowym i we wnękach formy siła odśrodkowa
oraz związane z nią ciśnienie przy którym następuje przemieszczanie i krzepnięcie
ciekłego metalu zależą od odległości od pionowej osi wirowania. Również w tym
przypadku nadanie kształtu odlewowi zapewnia powierzchnia wnęki formy
i ewentualnie kształty rdzeni, przy czym nie mamy do czynienia z oddziaływaniem na
wszystkie odlewy takiego samego ciśnienia podczas zapełniania i krystalizacji
odlewów.
Rys.1.1. Sposoby odlewania w formach wirujących: a) odlewanie odśrodkowe właściwe, b) odlewanie
półodśrodkowe, c) odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym
Ze względu na usytuowanie osi wirowania w przestrzeni, wyróżnia się wirowanie
wokół osi poziomej i pionowej. Praktycznie wykorzystuje się także wirowanie wokół osi
ukoÅ›nej, nachylonej po poziomu pod kÄ…tem 1÷5o oraz kojarzenie równoczesnego wirowania
wokół dwóch lub więcej osi, jak np. przy odśrodkowym odlewaniu kuli.
Dodatkowo odlewanie odśrodkowe można podzielić ze względu na :
·ð usytuowanie odlewu w stosunku do osi wirowania;
·ð ksztaÅ‚t odlewu;
·ð materiaÅ‚u formy;
·ð materiaÅ‚u odlewu;
·ð prÄ™dkoÅ›ci obrotu formy w czasie wirowania.
W porównaniu do odlewów wykonanych w formach piaskowych, zalewanych
grawitacyjnie, odlewy wykonane w technologii odlewania odśrodkowego posiadają
następujące zalety:
·ð wyższe o 20÷60% wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe, plastyczne i twardość;
·ð możliwość otrzymania korzystniejszej struktury odlewu niż np. w odkuwkach
matrycowych;
·ð ograniczenie lub wyeliminowanie porowatoÅ›ci w wyniku lepszego odgazowania
ciekłego metalu i oddzielenia wtrąceń niemetalowych w procesie wirowania;
·ð możliwość rozprowadzenia w ciekÅ‚ym metalu niektórych dodatków stopowych
w procesie odlewania;
·ð poprawienie szeregu wÅ‚asnoÅ›ci fizycznych, chemicznych i technologicznych;
·ð wyeliminowanie lub znaczÄ…ce ograniczenie ukÅ‚adu wlewowego (zmniejszenie zÅ‚omu
obiegowego o 40÷90%, wzrost uzysku);
·ð ograniczenie prac rdzeniarskich i częściowo formierskich, umożliwia uzyskanie
oszczÄ™dnoÅ›ci czasu przygotowania formy 30÷60%;
·ð metoda umożliwia wykonanie odlewów, których nie jest możliwe otrzymanie innymi
metodami odlewniczymi (długie rury, odlewy dwu- lub wielowarstwowe);
·ð zmniejszenie naddatków na obróbkÄ™ oraz możliwość uzyskania mniejszej
chropowatości powierzchni.
2. Maszyny do odśrodkowego odlewania
2.1. Kryteria klasyfikacji maszyn do odlewania odśrodkowego
Z punktu widzenia mechaniki i maszynoznawstwa klasyfikacji maszyn do odlewania
odśrodkowego można dokonywać w oparciu o następujące kryteria:
·ð usytuowanie osi wirowania (pionowe, poziome, ukoÅ›ne);
·ð rodzaj napÄ™du głównego i pomocniczego (elektryczny z przemiennikiem
częstotliwości, elektro-mechaniczny, elektro-hydrauliczny, elektro-pneumatyczny,
pneumatyczny);
·ð system hamowania (mechaniczny, elektryczny, elektromagnetyczny, pneumatyczny),
sposób zamocowania formy (na wrzecionie, na sprzęgle);
·ð ilość form, zamocowanie (indywidualne, zespoÅ‚owe, bateryjne).
2.2. Maszyny z poziomÄ… osiÄ… wirowania
Należą do najbardziej rozpowszechnionych maszyn stosowanych do odlewania
odśrodkowego (rys.2.1., rys.2.2.). Stosuje się je do odlewania rur, tulei cylindrowych oraz
pierścieni. Jedną z najstarszych, jednak wciąż stosowanych maszyn do odlewania rur
w kokilach chłodzonych wodą jest metoda de Lavauda (rys.2.1.).
Metoda ta należy do bardzo wydajnych, w dodatku maszyny do odlewania można
zautomatyzować. Wadą urządzeń de Lavaud jest trudność, a raczej brak możliwości produkcji
rur z żeliwa sferoidalnego (o zmniejszonej grubości ścianki), co stanowi problem
techniczno  ekonomiczny.
Rys.2.1. Urządzenie do odlewania odśrodkowego rur żeliwnych metodą de Lavaud w kokilach
kielichowych: 1  przechylny zbiornik ciekłego metalu, 2  rynna wlewowa, 3  zewnętrzny płaszcz
chłodzenia wodnego, 4  kokila stalowa, 5  rolki, 6  rdzeń kielichowy, 7  silnik, 8  przekładnia
zębata.
Rys.2.2. Urządzenie do odśrodkowego odlewania tulei cylindrowych.
2.3. Maszyny z pionowÄ… osiÄ… wirowania
Maszyny te (rys.2.3.) mają pionowy wał osadzony w łożyskach, których właściwy
dobór decyduje o przydatności i niezawodności maszyny. Metal do formy wlewa się przez lej
zamocowany zwykle na końcu wspornika, obracającego się wokół pionowej kolumny.
W czasie zalewania środek leja znajduje się w osi wirowania, zaś wspornik może być
podnoszony i opuszczany. Maszyny te są prostej konstrukcji, często więc są budowane we
własnym zakresie przez zakłady odlewnicze.
Stosuje się je do odlewania w kokilach wieńców ślimacznych, do odlewania
półodśrodkowego staliwa oraz do odlewania pod ciśnieniem odśrodkowym (odlewanie
wielopozycyjne).
Rys.2.3. Urządzenie do odśrodkowego odlewania o pionowej osi wirowania
2.4. Maszyny z pochylonÄ… osiÄ… wirowania
Urządzenia do odlewania odśrodkowego z pochyloną osią wirowania znalazły
największe zastosowanie do odlewania rur kanalizacyjnych i tulei o znacznej długości.
Maszyny te stanowią wyposażenie ciągów produkcji rur o różnych średnicach, przy czym
mechanizuje się ponadto odbiór i wyżarzanie rur. Formy tych maszyn (ze stali stopowych)
chłodzi się intensywnie wodą, zwykle w płaszczu wodnym. Montuje się także mechanizmy
usuwania odlewów. Na rysunku 2.4. przedstawiono maszynę do odlewania rur
kanalizacyjnych produkcji krajowej (FMO), z pochylonÄ… o 0,08 rad osiÄ… wirowania.
Rys.2.4. Półautomat do odśrodkowego odlewania rur żeliwnych (pochyła oś wirowania modelu CRG
FMO): 1  korpus, 2  wlewnica, 3  rynna, 4  wózek do przesuwania wlewnicy, 5  kadz
dozujÄ…ca,
6  silnik.
3. Odśrodkowe odlewanie tulei
3.1. Materiał
Materiał na odlewanie tulei metodą odśrodkową dobiera się ze względu na rodzaj
i zastosowanie danej tulei. Najwięcej tulei odlewa się z żeliwa i są to najczęściej:
·ð Tulejki o walcowanej powierzchni zewnÄ™trznej (tulejki remontowe silników
samochodowych, tuleje na pierścienie tłokowe samochodowych silników
benzynowych i diesla, tuleje na pierścienie tłokowe sprężarek oraz tuleje ogólnego
przeznaczenia);
·ð Tulejki o profilowej powierzchni zewnÄ™trznej (tuleje traktorowe, tuleje diesla);
·ð Tuleje cylindrowe do sprężarek;
·ð Å»ebrowane tuleje cylindrowe;
·ð Tuleje różnego przeznaczenia.
Jako materiał na tuleje stosuje się również staliwa i stopy żaroodporne. Najczęściej
z tych materiałów wykonuje się tuleje na pierścienie łożysk tocznych, różnego przeznaczenia
oraz tulei grubościennych. Jeżeli chodzi o metale nieżelazne, głównie wykonuje się odlewy
dużych i średnich tulei. Najczęściej stosuje się stopy miedzi takie jak brązy cynowe,
cynowo  cynkowe, cynowo  ołowiowe, aluminiowe, manganowe, niklowe, berylowe,
krzemowe oraz mosiądze zwykłe, manganowe, aluminiowe, krzemowe.
Za pomocą odlewania odśrodkowego można także uzyskiwać różnego rodzaju
kompozyty. Przykładem takiego materiału jest kompozyt na bazie Al zbrojonych cząstkami
Cgrafit oraz SiC. Odlewanie odśrodkowe daje możliwość uzyskiwania odlewów
kompozytowych zbrojonych strefowo (powierzchniowo) z zachowaniem wysokich
właściwości mechanicznych stopu osnowy, stanowiącego podstawową masę odlewu.
W przypadku wprowadzania twardych czÄ…stek SiC uzyskuje siÄ™ tworzywo odporne na
ścieranie i dużym współczynniku tarcia
3.2. Proces technologiczny na przykładzie urządzenia karuzelowego
Karuzelowe urządzenia do odśrodkowego odlewania krótkich tulei żeliwnych
zawierają stół obrotowy z rozmieszczonymi na jego powierzchni kilkoma wirówkami
z własnym napędem wirowania, ustawionymi promieniowo na stole obrotowym. Wewnątrz
każdej z wirówek znajduje się układ chłodnica  kokila. Chłodnica jest częścią stałą wirówki,
w której mocowane są wymienne kokile. Woda chłodząca podawana jest na zewnętrzną
powierzchnię chłodnicy. Proces chłodzenia kokili jest więc realizowany pośrednio, tzn. ciepło
z kokili przekazywane jest do chłodnicy i w dalszej kolejności odbierane jest przez wodę
chłodzącą. Wokół stołu obrotowego rozmieszczone są promieniowo manipulatory,
przeznaczone do wykonywania poszczególnych operacji technologicznych związanych
z wykonaniem odlewów tulei. Stół obrotowy, ustawia kolejno wirówki w osi
poszczególnych manipulatorów. Wykonywane przez manipulatory czynności
technologiczne, od uzbrajania i zamykania kokil, następnie nanoszenia powłoki,
zalewanie, chłodzenie i wyjmowanie gotowego surowego odlewu, tworzą w sumie pełny
proces technologiczny. PÅ‚ynny metal wlewany jest do kokili pokrytej warstwÄ…
rozdzielczÄ… i izolacyjnÄ… z mas ceramicznych na bazie krzemianu.
Rys.3.1. Urządzenie do odśrodkowego odlewania tulei cylindrowych LOT  8
4. Odśrodkowe odlewanie pierścieni
4.1. Materiał
Tak jak w przypadku odlewania tulei, tak i w przypadku pierścieni, materiał jest
uzależniony od warunków pracy odlewu. Głównie wykonuje się odlewy z mosiądzów,
brązów i rzadziej ze stopów aluminium. Są to najczęściej pierścienie, pierścienie z profilem
zewnętrznym oraz pierścienie przerabiane plastycznie.
Dodatkowo wykonuje się różnego przeznaczenia pierścienie do turbin spalinowych
i odrzutowych silników lotniczych z odpornych na pełzanie stopów niklu. Odlewane są
odśrodkowo w postaci pierścieni, następnie przekuwane lub walcowane. Podobnie pierścienie
z ciągliwego staliwa austenitycznego, roztłaczane na zimno i utwardzone dyspersyjnie
pozwalają na uzyskanie struktury i właściwości odkuwek.
4.2. Proces technologiczny na przykładzie metody Soro
Odśrodkowo odlewane wlewki pierścieniowe z mosiądzu przy pionowej osi wirowania
pozwalają na uzyskanie wysokiej jakości taśm zimnowalcowanych. Podobny proces
odlewania wlewków pierÅ›cieniowych Õ 39 mm, w dzielonych formach wirujÄ…cych przy
poziomej osi, pozwala na uzyskanie dobrych wlewków do walcowania na taśmy i druty.
Metoda Soro (Schutz  Oederlin  Rotation) dla produkcji pierścieniowych wlewków ze
stopów metali nieżelaznych do przeróbki plastycznej została zapoczątkowana w 1937 r.
patentem i wprowadzeniem do produkcji przemysłowej po doświadczeniach w Zakładach
Oederlin w Baden w 1937 r. Przekrój poprzeczny pierścienia ma kształt kołowy,
heksagonalny lub prostokątny z wyjątkiem części odwzorowanej jako powierzchnia
swobodna, gdzie mają się gromadzić wtrącenia niemetalowe, usuwane w czasie obróbki
skrawaniem. Przykłady odlewania pierścieni przedstawiono na rysunku 4.1 i 4.2.
Rys.4.1. Odśrodkowe odlewanie pierścieni a) forma, b) odlew: 1  żeliwny korpus formy, 2  tarcza
wypychacza, 3  pręt wypychacza, 4  wkładka, 5  denko żeliwne, 6  śruba
Rys.4.2. Odśrodkowe odlewanie pierścieni z profilem zewnętrznym a) odlew, b) forma: 1 
zewnętrzny korpus formy, 2  wkładka, 3  denko, 4  śruba, 5  rynna zalewowa
5. Przykłady odlewów tulei i pierścieni wykonanych metodą
odśrodkową.
Na poniższych rysunkach przedstawiono proces odlewania i wykańczania odlewów
tulei i pierścieni odlewanych w formach wirujących wykonywanych w Zakładach
Produkcyjno  Usługowych  Rombex Sp. z o. o. w Gdańsku.
Na rysunku 5.1.. przedstawiono proces przelewania ciekłego metalu (w tym wypadku z
mosiądzu) z pieca do kadzi. Następnie z kadzi, ciekły metal zostaje wlany do kokili
umieszczonej w maszynie do odlewania odśrodkowego (rys.5.2.). Wybijanie odlewu z kokili i
sam odlew zaraz po wybiciu ukazane jest na rysunku 5.3. i 5.4.. Ważnym elementem podczas
wykańczania odlewów wykonywanych metodą odśrodkową jest obróbka skrawaniem, która
została ukazana na rysunkach 5.5.
Przykłady gotowych odlewów przedstawiono na rysunku 5.6.
a)
b)
Rys.5.1. Proces przelewania ciekłego metalu z pieca do kadzi.
Rys.5.2. Proces wlewania ciekłego metalu do formy
Rys.5.3. Wybijanie odlewu z kokili
Rys.5.4. Wybity odlew z formy
a)
b)
Rys.5.5. Obróbka skrawaniem odlewów
a)
b)
c)
d)
e)
Rys.5.6. Przykłady odlewów wykonywanych metodą odlewania odśrodkowego
6. Literatura
1. Górny Z.: Odlewanie w formach wirujących, Wydawnictwo Naukowo  Techniczne,
Warszawa 1966.
2. Gregoraszczuk M.: Maszynoznawstwo Odlewnicze, Uczelniane Wydawnictwa
Naukowo  Dydaktyczne, Kraków 2002.
3. Dańko J.: Materiały wykładowe z przedmiotu Specjalne Metody Odlewania, Kraków
2013.
4. http://www.technical-foundry.pl/eng/html/konferencje/III.html
5. http://www.rombex.pl/index.html