ESF II projekt Západočeské univerzity v Plzni

reg. č. CZ.02.2.69/0.0/0.0/18_056/0013239

Technologie tváření, slévárenství a svařování

Slévárenská technologie

Ing. Josef Odehnal, Ph.D.

MODELOVÉ ZAŘÍZENÍ FORMOVACÍ SMĚSI – ZÁKLADY

MODELÁŘSTVÍ

• Obor modelářství úzce souvisí se slévárenstvím. Modelové zařízení je v podstatě soustava speciálního nářadí, která slouží k vytvoření aktivní dutiny v pískové formě. Pro každý odlitek odlišného tvaru se zhotovuje samostatné modelové zařízení.

​

• Základní části modelového zařízení :
1. Zařízení pro vytvoření dutiny ve vlastní formě
2. Zařízení pro výrobu jader

Způsob výroby odlitku, kdy horní část je tvořena modelem

a spodním jaderníkem

Forma víka

a) lůžko pro uložení, b) jádro, c) forma

• Forma je obvykle dvoudílná, stýká se v dělící ploše.

Tu na modelu tvoří modelová deska.

• Nebo může být jako tvarová deska - ŠNĚROVAČKA.
• Modelová deska může být rovná – PŮDNICE, na kterou se pokládá formovací rám.

a) půdnice

b) šněrovačka

„Přirozený“ model

(tvarem odpovídá tvaru součásti)

MODEL PRO VÝROBU ODLITKU S JÁDRY

DUTÝ (krabicový) MODEL

částečně z laťovky – pro velké modely

KOSTROVÝ (KOŠOVÝ) MODEL

1, 2, 3 – POŘADÍ PŘI VYTAHOVÁNÍ

MODELOVÉ ZAŘÍZENÍ

• Kromě 2 základních částí (model se známkami a jaderník) je nutno vytvořit dutinu pro přívod tekutého kovu.
• Pro strojní formování se používá modelové zařízení, které se skládá:
• modelová deska - nahrazuje půdnici;
• model se známkami;
• vtoková soustava;
• nálitky;
• jaderníky (samostatné).

Kvalita a druh modelového zařízení závisí na tvaru, velikosti a na sériovosti výroby odlitků

• Ruční výroba odlitků - polystyrénový, dřevěný model.
• Strojní výroba odlitků - dřevo, umělé hmoty - pryskyřic a kovové modely
• Stále více se při strojním formování používají kombinované modely - např. kovová modelová deska, pryskyřičný model, dřevěný jaderník a vtoková soustava.
• Dále se používá kazetový systém výměny modelu na modelových deskách.

Modely rozdělujeme do čtyř základních skupin jakostních tříd:

• Do první jakostní třídy (I) patří velmi přesné a trvanlivé

modely. Materiál - kov (LLG, LKG, ocel, Al).

• Do druhé jakostní třídy (II) patří přesné a trvanlivé modely zhotovené z pryskyřic (epoxidové, Al a tvrdého dřeva -javor). Funkční hrany jsou vyztuženy kováním. Konečná povrchová úprava třemi nátěry.
• Do třetí jakostní jakostní třídy (III) patří modely běžné jakosti pro malosériovou a kusovou výrobu. Materiál - dřevo - borovice, lípa, smrk, olše s jednodušší vazbou dřeva než u II.
• Do čtvrté jakostní třídy (IV) patří modely hrubého provedení pro kusovou výrobu odlitků. Materiál - měkké dřevo s jedním nátěrem, polystyrén.

Rozměrové úpravy modelu

• V prvé řadě se zohlední smršťování odlitků pro danou slitinu. Proto jsou rozměry modelů pro odlitky ze šedé litiny větší o 1 %, z oceli o 2 %, atd.
• Dále je nutno určit přídavky na obrábění, které jsou součástí technologického postupu.
• Ten rovněž obsahuje určení volných dílů, označení jader včetně známek a technologických vůlí. Nesmí se opomenout na úkosy modelů.
• Úkosy na modelech slouží k umožnění vyjímání modelu z formy (a jádra z jaderníku). Jsou udávány normou ČSN 04 2021.

DŘEVĚNÉ MODELY

• Dřevo je přírodní organická látka velmi složitého chemického složení a struktury, získaná z kmene stromu. Používáme dřevo z jehličnatých i listnatých stromů. Jehličnany mají podstatně jednodušší a pravidelnější stavbu.
• Dřevo je pórovitý materiál. U vysušeného dřeva jsou póry vyplněny vzduchem, u nevysušeného vodou. Vlhkost dřeva má značný vliv na jeho vlastnosti - rozměrovou přesnost, kdy se změnou vlhkosti dochází k sesychání nebo bobtnání dřeva.

Sesychání dřeva je v různých směrech rozdílné :

• v osovém (podélném) směru 0,1 - 0,3 %
• v radiálním (čelním) směru 5 - 8 %
• v tečném (tangenciálním) směru 10 - 12 %

​

V praxi se tyto změny tvaru dřeva nazývají pracování dřeva.

​

Za účelem omezení rozměrových změn se dřevo s vlhkostí nad 12 % suší na přípustnou mez 8 - 10 %.

Materiál a spojování dřeva

• Javor, olše, lípa, buk, smrk, borovice, jedle, překližky dřevotřískové desky.

​

• Dřevěný model se zhotovuje z jednotlivých menších částí, které musí být dokonale spojeny, a to buď:
• lepením - lepidla (klihy). Používáme i epoxidová lepidla ( dvousložková), disperkol, aj.
• K dosažení co největší pevnosti musí plochy vzájemně řádně lícovat (upraveny strojním opracováním). Klížené části se pak na sebe přitlačují tlakem.

​

Nátěrové hmoty

• Dřevěný model přichází při formování do přímého styku s formovací směsí, jejíž vlhkost má nepříznivý vliv na model. Může být příčinou změny tvaru modelu a jeho deformací.

​

• K omezení těchto účinků modely impregnujeme. Barevné odstíny nátěrů podle ČSN:
• modrá – ocel;
• červená - LLG, LKG;
• šedá - slitiny AI;
• černá - známka atd.

Nátěry musí splňovat tyto požadavky:

• nepropustnost vlhkosti,
• odolnost proti otěru,
• nejmenší lepivost formovací směsi na stěny modelu,
• přilnavost na stěny modelu,
• jednoduchá technologie nanášení - štětec, resp. stříkání,
• rychlé zasychání,
• nízké náklady.

Konstrukce a technologie dřevěných modelů

• Požadavkům na kvalitu modelu nestačí zvolit jen vhodné vlastnosti dřeva.

​

• Je nutno modely konstruovat tak, aby se co nejvíce potlačily přirozené nepříznivé vlastnosti dřeva. Každý model se proto skládá z určitého počtu základních částí, spojených v celky různých tvarů.

​

• Základní konstrukční prvky modelů jsou na následujících obrázcích.

Základní konstrukční prvky kroužkových dílů (částí)

1.) Klížení disků modelu ozubených kol

apod. složených z 5 až

8 tečných výsečí.

2.)

• Klížení disku modelu pojízdného kola složeného z 10 až 20 radiálních výsečí (paprsků).

3.) Nedělený blok

• a) plný blok bez dutiny x se používá nejvýše do rozměrů 300x300mm;
• b) vylehčený blok s dutinou x se používá od rozměrů nejméně 300x300 mm.

4.) Dělený blok

• a) plný blok

​

• b) odlehčený blok, dutý

Použití skruží

• Velmi obtížné je udržet potřebnou a rovnoměrnou pevnost současně se stálým tvarem u kroužkových dílců (částí). Kromě vrstvení kroužků na sebe se musí jednotlivé kroužky sestavovat z menších částí - skruží.
• Základní konstrukční prvky takovýchto modelů byly na předchozích obrázcích.

Skruž je radiální výsečí mezikruží. Počet skruží na průměru kroužků, jejich tloušťka se volí tak, aby se překlížily nejméně tři kroužky.

Velké válcové části modelů se nedělají plné. Válcová plocha se vytvoří jako skořepina z dužin, které jsou připevněny na nosnou kostru.

KONSTRUKCE JADERNÍKŮ

• Používají se dřevěné, kovové jaderníky, jaderníky z

umělých hmot, popř. kombinace těchto materiálů.

• Strojní výroba jader - např. horké jaderníky, jedná se o velmi složitá zařízení, která je nutno detailně konstrukčně zpracovat. Takovéto zařízení se skládá ze dvou polovin jaderníků, kdy aktivní tvar jádra je tvořen vložkami, vstřelovací deskou, vyhazovací deskou pro uvolnění jádra (jader) z těla jaderníku a celé řady jednotlivých detailů např. vstřelovací pouzdra, vyhazovače, přidržovače, atd.
• Pro kusovou výrobu se používají dřevěné jaderníky, kdy platí stejné zásady pro vazbu dřeva jako u výroby modelů.

Příklad poloviny jaderníku s rotačním odstupňovaným tvarem jádra. Jaderník z kroužků je tvořen třemi úseky (I, II. III), sklíženými v celku

​

​

• Před obráběním se úseky radiálně rozříznou, slícují a místně slepí. Dutina se osoustruží nebo ofrézuje.

​

• Vzhledem k dělení musí být obě poloviny stejné. Obrobený úsek, slepený k sobě, se v dělící rovině orovná a spojí kolíky.

​

• Těleso jaderníku je zpevněno lištami, základovým rámem, svlaky.

KOVOVÉ MODELY

• Konstrukce kovových modelů je odlišná od dřevěných. Důraz je kladen na dostatečnou pevnost s co nejmenší váhou modelu - odlehčení.
• K výrobě kovových modelů z odlitků se v 1. fázi používá tzv. mateční model (ze dřeva, polystyrénu) slouží k výrobě hrubého tvaru odlitku, ze kterého je vyráběn vlastní model.
• Dále je možno kovové modely vyrábět přímo z válcovaného materiálu, např. kruhové nebo páskové oceli, plechů, atd.
• Nejčastěji se používá kombinace odlitku, včetně epoxidové pryskyřice a dřeva (např. nálitky, vtokové soustavy).

MODELY Z UMĚLÝCH PRYSKYŘIC

• V poslední době se rozšiřuje výroba pryskyřičných modelů.
• Jsou používány rychle tvrdnoucí vícesložkové pryskyřice s vysokou otěruvzdorností a rozměrovou stálostí.
• Můžeme je rozdělit do dvou skupin:
• licí
• nátěrové

Technologie výroby pryskyřičného modelu

• V 1. fázi je vyroben prototyp (maketa) modelu ze dřeva. Následně je vyrobena (odlita) forma, tj. negativ. Do tohoto negativu je posléze odlitím vyroben určitý počet modelů.

​

• U licích pryskyřic je tvořena výplň zbylými kousky ztvrdlé pryskyřice, popř. dřevěná nebo i kovová výplň.

​

• U nátěrových pryskyřic je po separaci negativu nanesena štětcem vrstva tloušťky cca 1 mm této vysoce otěruvzdorné pryskyřice. Na tuto vrstvu je nanesena mezivrstva ze skleněných tkanin a následně výplň ze směsi břidlic (strusky) a pojiva.

​

• Takto vyrobené modely jsou uchycovány na modelovou desku po ofrézování horní plochy. Nevýhodou je komplikovaná následná úprava, způsobena např. konstrukčními změnami.

Poloha odlitku při lití a dělicí

plochy

• Na výkresu je nutno označit, která část odlitku bude při lití nahoře a která dole a na kolik částí bude forma rozdělena. Tyto údaje jsou důležité jednak pro vlastní technologii výroby a jednak pro určení úkosů i přídavků, protože se zřetelem na usměrněné tuhnutí je nutno zajistit zvětšování rozměrů směrem k nálitkům.

​

• Při určování dělicích ploch se přihlíží k tomu, aby byly co nejjednodušší (roviny). Pokud je to možné, umisťujeme větší část odlitku s jádry do spodní části formy.

Celkové smrštění odlitku

• Obvykle se volí standardní celkové smrštění 1,0% (šedá litina, cínový bronz),
• 1,5% (mosazi, ocel – běžné odlitky, slitiny hliníku)
• 2,0 % (bílá litina, ocel – těžké odlitky).

​

• Aby nebylo nutné všechny rozměry pracně přepočítávat, prodávají se měřítka („modelářský metr“) se stupnicemi odpovídajícími standardním smrštěním. Celkové smrštění se označí na výkresu červeným razítkem.

Přehled smrštění odlitků z různých materiálů

Přídavky na obrábění

• O přídavky na obrábění se odlitek zvětšuje na těch místech, kde nelze použitou slévárenskou technologií zajistit požadovanou přesnost a hladkost.

​

• U odlitků ze šedé litiny se snažíme, aby obráběné plochy byly umístěny ve spodní části odlitku, kdežto u odlitků z ocelí naopak.

​

• Přídavky na obrábění jsou u přesnějších odlitků od 1,5 do 5mm a u odlitků s běžnou a nižší přesností od 3 do 20mm. Jsou předepsány normami.

​

• Pokud je to možné , snažíme se obejít bez přídavku na obrábění, protože povrch odlitku (licí kůra) má lepší vlastnosti než jeho vnitřní části. Při volbě přídavků na obrábění můžeme postupovat např. podle ČSN 01 4080 nebo jiných zahraničních norem.

​

• Přídavky na obrábění se na výkresu označují červeným úplným zašrafováním.

Úkosy

na modelech a trvalých formách

• Aby bylo možné model snadno vyjmout z formy nelze dělat stěny modelu přesně kolmé na dělicí rovinu, ale musí být poněkud zešikmeny (s úkosem). Velikost úkosu závisí na způsobu formování (při ručním jsou větší), materiálu modelu (u kovových zařízení jsou menší), na poloze stěny ve formě a na její délce.

​

• Podle povahy odlitku lze dosáhnout úkosu :

Velikost úkosů

• Úkosy se na postupovém výkresu označují červenou tužkou tak, že se označí úhel úkosu, který bývá při ručním formování a dřevěných modelech 1 až 3º a při strojním formování nebo kovovém modelovém zařízení 0,5 až 1º.

​

• Při volbě úkosu musíme dbát, aby se stěna příliš nezesilovala,

ani příliš nezeslabovala.

​

• Způsob a) je vhodný pro stěny s δ < 10 mm a H < 200 mm.

​

• Způsob b) se hodí pro stěny s tloušťkou stěny δ 10 až 20 mm a H = 250 mm.

​

• Způsob c) lze použít pro stěny s δ > 20 mm a výšku H max. 250 mm.

Praktické řešení úkosů

VOLBA DĚLÍCÍ PLOCHY A ÚKOSŮ

• Volba dělící plochy závisí na několika faktorech. Často je to záležitost kompromisu.

​

• Kroužek na obr. a může být odléván šesti různými způsoby (b až g)

Různé způsoby řešení úkosů

• Dělící plochy jsou naznačené na obr. b až f vytváří rovné a rovnoběžné stěny.

​

• Na obr. g dělící plocha vyžaduje zúžená čela a vytvoření zešikmených známek pro jádro. Tento tvar však nepotřebuje úkosy v díře a na obvodu odlitku.

Další možnosti

• U případu b jsou díra a stěny soustředné.
• Na obr. c se vytváří rovnoběžné stěny a normální úkos v dutině i na obvodu. Musíme však zajistit správné složení obou polovin formy,aby nedošlo k přesazení odlitku.

• Řešení podle obr. d až f má nejmenší nároky na opracování, což je vhodné pro obtížně obrobitelné materiály.
• Nicméně i zde se může objevit posunutí dutiny a obvodu kroužku.

Formování složitého odlitku do více rámů

FORMOVÁNÍ DO TŘÍ RÁMŮ

Formování složitého odlitku s použitím modelu s volnými částmi

FORMOVÁNÍ S NEPRAVÝM JÁDREM

Formování složitého odlitku do nepravých jader

FORMOVÁNÍ NA SNÍMÁNÍ

(volné díly modelu)

FORMOVACÍ RÁMY

VÝROBA FOREM ŠABLONOVÁNÍM

• Lze-li vyrobit tvar odlitku posuvem nebo rotací obrysové čáry, používá se pro kusovou výrobu forem nebo jader pro větší odlitky šablonování.

​

• Podle pohybu šablony rozeznáváme šablonování rotační a rovinné.

​

• Stálým pěchováním a seškrabováním přebytků formovací směsi obdržíme část formy, která odpovídá vršku formy. Potom se sejme rameno (ruka) i se šablonou, forma se vyhladí a zapráší dělícím práškem, nasadí se horní formovací rám a jako při formování s modelem se zhotoví horní část formy.

​

• Po sejmutí horního rámu se na vřeteno nasadí nová šablona, jíž se seškrabuje z formy předtím vyrobená vrstva formovací hmoty, odpovídající tloušťce stěny budoucího odlitku.Vytáhneme šablonu, vřeteno a složíme celou formu.

Schéma rotačního šablonování: 1 - botka, 2 - vřeteno, 3 -

stavěcí kroužek, 4 - šablona, 5 - koksové lože, 6 - vrchní

rám, 7 - šablona spodní části, 8 - vtoková soustava.

Zařízení pro podélné a příčné šablonování

1 – posuvná šablona – kroček

2 –vodící lišta

Podélné šablonování víka

a) model, b) šablona pro vnějšek, c) šablona pro vnitřek, d) způsob šablonování

JEDNORÁZOVÉ, NETRVALÉ FORMY

• SKOŘEPINOVÉ FORMOVÁNÍ NA VYTAVITELNÝ MODEL.

​

• FORMOVACÍ MATERIÁLY (ostřivo, pojivo, přísady).

​

• FORMOVACÍ SMĚSI
• I.GENERACE.
• II.GENERACE.
• III.GENERACE.
• IV.GENERACE.

FORMOVACÍ MATERIÁLY

• Formovací materiály obvykle tvoří tři složky : ostřiva, pojiva a přísady.

​

• Podle původu se rozeznávají formovací materiály přirozené (přírodní), které se používají prakticky v takovém stavu, v jakém se nalézají v přírodě a formovací materiály syntetické, které se připravují uměle z jednotlivých složek.

​

• Podle způsobu použití se pak formovací materiály dělí na modelové směsi a výplňové směsi.

OSTŘIVA

Ostřivo tvoří základní kostru formovacího materiálu a skládá se ze zrn větších než 0,02 mm. Používáme:

• Křemen
• Šamotový lipek
• Korund
• Magnezit
• Zirkonový písek
• Dunitové ostřivo aj.

Křemenný písek

• Křemen (oxid křemičitý – SiO₂), je hlavní součástí přirozených písků. Tento materiál je v přírodě nejvíce dostupný a náklady na jeho získávání jsou proti jiným ostřivům nejnižší.

​

• Čistý křemen má teplotu tavení kolem 1700ºC, vlivem nečistot (živec, vápenec, oxidy železa) se tavicí teplota značně snižuje.

​

• Nevýhodou křemene je neplynulá, diskontinuální tepelná dilatace. Diskontinuita dilatační křivky je způsobena modifikačními změnami křemene. Velké objemové změny nastávají při ohřevu nad teplotu 573 ºC, při které dochází ke změně modifikace β ↔ α SiO2 . Důsledkem je malá rozměrová přesnost odlévaných odlitků a vznik řady slévárenských vad (výronky, zálupy a další).

​

• Nebezpečí onemocnění plic – silikóza.

VLASTNOSTI A ZKOUŠENÍ OSTŘIV

• Obsah vyplavitelných látek = velikost zrna < 0,02 mm. Stanovuje se sedimentačním rozborem.

​

• Granulometrická skladba – střední velikost zrna je statistický průměr velikosti zrn nebo tříd velikosti. Stanovuje se sítovým rozborem ze součtové křivky zrnitosti.

​

• Tvar a povrch zrn.

​

• Žáruvzdornost aj.

PŘÍSTROJE KE STANOVENÍ GRANULOMETRICKÉ SKLADBY OSTŘIV

Vyhodnocení sítového rozboru

POJIVOVÉ SYSTÉMY

• Dlouholetý vývoj pojivových systémů formovacích směsí rozdělujeme do čtyř generací:

​

• Směsi I.generace (jílová pojiva).

​

• Směsi II.generace (chemicky tvrzené formovací směsi) – organické a anorganické.

​

• Směsi III.generace – prakticky bezpojivové,

využívají fyzikální působení na ostřivo.

​

• Směsi IV. generace- využití biologických procesů.

FORMOVACÍ SMĚSI I.GENERACE

• Formovací směsi s jílovými pojivy, kde pojení je výsledkem kapilárního tlaku a Van der Waalsových sil. Jsou to

nejstarší pojivové soustavy využívající jílů – aluminosilikátů v přírodních nebo syntetických směsích. Používají se:

• Kaolinitické jíly,
• illitické jíly a
• montmorillonitické jíly.

Kaolinitické jíly

• Mají vysokou žárovzdornost, ale dosahují poměrně malou vaznost. Do směsi se jich přidává až 20%.

​

• Používají se pro formy na velmi těžké ocelové odlitky a jsou základem šamotových formovacích směsí.

​

• Při teplotách 500 až 600 ^oC dochází

k dehydroxylaci jílu (odstranění chemicky vázané vody), proto se šamotové formovací směsi vypalují na teploty 500 až 600 ^oC.

Illitické jíly

• Illitické jíly jsou hlavním pojivem přirozených formovacích písků (zelené pojivo písku Rájec nebo hnědé pojivo písku Kobylisy).
• Dodávají směsím dobrou pevnost za syrova a velkou pevnost po vysušení. Podle obsahu jílu

ve formovacím

křemenné (do

písku rozeznáváme 2%), hubené (2 až

písky 8%),

polomastné (8 až 15%) a mastné (15 až 30%).

Jíly montmorillonitické bentonity

• Jíly montmorillonitické jsou třívrstvé jílové materiály obsažené především v bentonitech (75-80% montmorillonitu).

​

​

• Dávají velmi vysokou pevnost za syrova (vaznost), takže jsou zvlášť vhodné pro směsi při lití na syrovo. Obvyklé množství bentonitu ve směsi je 6 až 10%. V Česku se těží dobré slévárenské bentonity v blízkosti Mostu.

• Jejich vlastnosti lze ještě zlepšit přídavkem sody (natrifikace).

​

• V přírodě existují i přirozené sodné bentonity, které mají vysoce disperzní strukturu, jejímž důsledkem je zvýšení viskozity voda-jíl a podpoření bobtnavosti. zvýšení pevnosti při převlhčení (kondenzační zóna)

Bentonitové formovací směsi pro výrobu odlitků za syrova

• Jsou nejpoužívanějšími formovacími materiály pro výrobu odlitků ze všech kovů a slitin.

​

• Používají se jako dvousložkový systém nebo jako jednotné formovací směsi.

​

• Kromě ostřiva a pojiva ovlivňuje kvalitu směsi její vlhkost, která bývá omezena zdola požadavkem dobré zpracovatelnosti a shora vznikem nadměrného množství vodní páry a vad odlitků.

​

• Vratný písek se může dobře recyklovat a snižuje se množství odpadů. Bentonitová směs je anorganický systém a odpadní písek bývá klasifi- kován jako obyčejný odpad.

Vlastnosti a zkoušení syrových bentonitových formovacích směsí

Kvalitu formovací směsi řídíme pomocí:

• Stanovení vlhkosti.
• Stanovení prodyšnosti.
• Stanovení spěchovatelnosti, formovatelnosti nebo volné tekutosti.
• Stanovení pevnostních charakteristik.
• Stanovení obsahu spalitelných látek.
• Stanovení obsahu vyplavitelných látek a obsahu aktivního bentonitu, pH aj.

ZKOUŠENÍ PEVNOSTNÍCH

CHARAKTERISTIK FORMOVACÍCH SMĚSÍ

Zkušební tělíska

LABORATORNÍ PŘÍSTROJE PRO ZKOUŠENÍ FORMOVACÍCH SMĚSÍ

Přísady formovacích a jádrových směsí

Do formovacích materiálů se někdy přidávají další přísady, kterými se mají zlepšit jejich vlastnosti.

​

• Uhlíkaté látky (grafit, kamenouhelný prach – letek) se přidávají do bentonitových formovacích směsí na syrové formy pro litinové odlitky . Při odlévání se spalují, brání kovu proniknout mezi zrna písku a tím zlepšují povrch odlitku.

​

• Neplastické látky (křemenná moučka, šamotová moučka, ) jsou velmi jemné a vyplňují mezery mezi zrny formovacích písků. Tím se sice zlepšuje povrch odlitku, ale klesá prodyšnost formy.

​

• Plastifikátory (dextrin, glukóza, sulfitový louh) zlepšují plastické vlastnosti směsí a také jejich prodyšnost. Sacharidy zároveň zmenšují osychání formovacích směsí. Kromě toho existuje i určitá skupina přísad pro zlepšení rozpadavosti směsí s anorganickými pojivy.

Příprava formovacích směsí

Cílem přípravy formovacích směsí je:

​

• Dosáhnout homogenní promísení připravované směsi.

​

• Zajistit požadované mechanické vlastnosti směsi. Ostřivo musí být v co nejkratším čase dokonale obaleno kompaktním filmem pojiva. Čím viskóznější je však pojivo, tím delší je doba mísení.

​

• Vysoce viskózní jílová těsta vyžadují intenzivní mísení na kolových mísičích, pracujících přerušovaně nebo plynule.

Kolový mísič SIMPSON

Pomocné látky

• Pomocné látky nejsou přímo obsaženy ve formovacích materiálech, ale používají se při výrobě nebo úpravě forem a jader. Jsou to dělicí prostředky, lepidla, postřiky a nátěry.

​

• Dělicí prostředky (separátory) mají chránit povrch modelového zařízení a usnadnit vyjímání formy nebo jádra. Nejčastěji se používá čistého petroleje nebo zaprašovacích prostředků (grafit, vápenec, lykopodium). Výborným, ale drahým dělicím prostředkem je silikonový olej. Někdy jej lze nahradit roztokem parafínu v petroleji.

​

• Lepidla slouží ke skládání složitějších jader z jednotlivých částí. Nejčastěji se používá roztoku dextrinu, sulfitového výluhu nebo vodního skla. Někdy se lepidlo zahušťuje přídavkem bentonitu na lepicí pastu.

​

• Postřiky mají zpevnit povrch forem nebo jader a zabránit osychání. Jsou to většinou vodné roztoky sulfitového výluhu nebo akrylátové pryskyřice.

FORMOVACÍ SMĚSI II.GENERACE

• Proti formovacím směsím I. generace vedly k zvýšení produktivity práce, snížení hlukové zátěže obsluhy a zlepšila se povrchová kvalita odlitků.

​

• Zpevnění forem a jader probíhá vytvrzováním chemickými reakcemi pojiva samovolně nebo zásahem zvenčí. V této souvislosti se hovoří ve slévárenství o chemizaci výroby.

​

• Pojiva dělíme na anorganická a organická.

​

• S anorganickými pojivy lze dosáhnout vysokých pevností, ale mají zhoršenou rozpadavost směsi po odlití.

​

• U organických pojiv dochází po termodestrukci ke vzniku závadných zplodin a zhoršení pracovního prostředí. Jejich rozpadavost je vynikající.

Rozdělení pojiv pro směsi II.generace

• Anorganická pojiva:
• Vodní sklo.
• Cementy.
• Soli.
• Organická pojiva:
• Fenolické pryskyřice.
• Polyuretanové pryskyřice.
• Furanové pryskyřice.
• Alkydové, epoxidové aj. umělé pryskyřice.

FORMOVACÍ SMĚSI III.GENERACE

Jsou to vlastně formovací směsi bez pojiv, které k zpevnění formy využívají fyzikální principy. Patří sem:

​

• Magnetické formování.

​

• Odlévání na odpařitelný model.

​

• Vakuová výroba forem.

​

• Výroba forem zmrazováním.

Formovací směsi IV.generace

• Ani III. generace formovacích směsí a jimi podmíněné bezodpadové technologie nesplňují současné představy o slévárenských technologiích budoucnosti. Proto jsou vyvíjeny nové postupy, využívající biologických procesů k pojeni formovacích směsí (biologisace).

​

• Příkladem je firma Hormel Foods Corp. , která s vývojovým týmem GM Powertrain, vyvinula biopolymer GMBond, pojivo ze zvířecích proteinů.

VÝROBA FOREM A JADER

STROJNÍ FORMOVÁNÍ

• Strojní formování je velmi rozšířené. Převážná část namáhavé práce je vykonávána strojem.

​

• Dále jsou formy pevnější, přesnější a stejnoměrněji upěchované. Modely jsou dělené a každá polovina modelu je upevněna na formovací desce. Protože výměna formovacích desek je obtížná, pracují buď dva formovací stroje spolu, nebo stroje se dvěma deskami (formovací dvojče). Moderní formovací stroje jsou vybaveny zařízením pro výměnu modelových desek v taktu linky.

​

• Strojní formování se provádí opět pomocí rámů a nebo existuje také bezrámové

K STROJNÍMU FORMOVÁNÍ PATŘÍ :

• Střásací stroje.
• Lisovací stroje (s rovnou lisovací deskou nebo dělenou lisovací hlavou).
• Stroje se střásáním a dolisováním.
• Stroje pro impulsní formování (formování výbuchem plynu nebo impulsem vzduchu).
• Foukací a vstřelovací stroje.
• Formování metáním písku pomocí pískometu (mechanizace výroby velkých forem).

Střásací formovací stroj

FORMOVACÍ STROJ LISOVACÍ

Lisovací stroj s vícepístovou hlavou

HORIZONTÁLNÍ FORMOVACÍ STROJ LORAMENDI – AIR SHOCK AND PRESS

Bezrámové formování

Řízení postupu výroby bezrámové formy a jejího odlévání

Mechanizace plnění formovacího rámu

Formování pomocí pískometu

VÝROBA JADER

• Má-li mít odlévaná součást otvory (dutiny) pak používáme k jejich vytvoření jader, která do formy vkládáme. K upevnění jádra ve formě slouží známky. Jádra se ukládají do známkových loží formy.

​

• Zvlášť pečlivě je třeba dbát na jejich odplynění a zajištění proti prasknutí.

​

• Velmi důležitou vlastností jader je jejich dobrá rozpadavost po odlití a vychladnutí odlitku.

​

• Ačkoli se jádra používají většinou pro vytvoření vnitřních tvarů odlitku (pravá jádra), lze někdy vytvořit i vnější povrch odlitku pomocí jader (nepravá jádra).

Způsoby výroby jader

• Jádra se vyrábí podobně jako formy strojně a u kusové a malosériové výroby ručně.

​

• Strojní výroba jader využívá lisování, vibrace,

střásání, foukání, vstřelování, metání nebo kombinaci těchto způsobů.

​

• Výroba jader se provádí většinou do jaderníků. Jaderníky jsou obvykle ze stejného materiálu jako model formy, protože se předpokládá stejné opotřebení.

​

• Pro výrobu jednoduchých jader jsou jaderníky obvykle dvoudílné, zajištěné kolíčky proti posunutí a sevřené svorkou. Složený jaderník se postaví na desku a shora vyplní jádrovou směsí.

POUŽITÍ JADER A JEJICH ÚPRAVA

• Některé dutiny neumožňují zajistit dostatečný počet známek a tak se jádra fixují pomocí kovových podpěrek a vymezovacích elementů.

​

• U velkých a těžkých jader se do nich při jejich výrobě vkládají kovové výztuhy.

​

• Rozkladem pojiv a vypařováním vlhkosti vznikají při lití v jádře plyny a páry, které se soustřeďují ve středu jádra a musí být vyvedeny ven mimo formu. K tomu slouží průduchy a odvětrávací kanálky.

​

• V některých případech se jádra skládají z částí lepením.

​

• Konečnou operací výroby jader bývá jejich nátěr.

Nátěry forem a jader

• Nátěry (barvidla) jsou vodné nebo organické suspenze z vysoce žárovzdorných materiálů a dalších přísad, které se nanášejí na povrch formy nebo jádra poléváním, máčením, nástřikem nebo natíráním štětcem. Jejich úkolem je vytvořit tenkou vrstvu, která by odolávala působení roztaveného kovu.

​

• Nátěrové hmoty sestávají ze čtyř základních složek:
• plnivo,
• pojivo,
• nosná kapalina,
• přísady.

SKLADBA NÁTĚRU

• Jako žárovzdorných plniv se do nátěrů používá koksu nebo grafitu (pro šedou litinu), křemenné moučky, šamotové moučky, korundu, magnezitu nebo v poslední době i zirkon.

​

• Pojiva - Vedle pojiv anorganického původu (vodní sklo, cement, bentonit, struska) jsou nejčastěji používány umělé pryskyřice.

​

• Nosná kapalina Podle použití nosné kapaliny můžeme rozdělit nátěry do dvou skupin: vodní a bezvodé (pyrogely). K nejpoužívanějším patří vodné nátěry pro svou jednoduchost, lepší hygienické podmínky a bezpečnost a nenáročnost při přípravě. Pyrogelů se využívá především pro nátěry syrových forem a jader (nesmí zvyšovat vlhkost líce). Používají se samovysýchavé (alkoholy, aceton, benzín) nebo zápalné (cyklohexan, metanol).

​

• Přísady - k zahuštění nátěru na konzistenci k natírání se přidává natrifikovaný bentonit , či organické rosolující látky. Pro lepší přilnavost na povrchu jádra se přidávají detergenty.

ODLÉVÁNÍ DO KOVOVÝCH FOREM

Gravitační lití

Použití odlévání do trvalých a netrvalých forem

5 %

3 %

• Slitiny železa

Odlévání do pískových forem

80 %

Odstředivé lití 12 %

Odlévání do kokil Odlévání

na vytavitelný model

​

na odpařitelný model

• Slitiny hliníku

Odlévání do pískových forem

9 %

59 %

30 %

Tlakové lití Nízkotlaké lití Odlévání

na vytavitelný model

2 %

na odpařitelný model

TLAKOVÉ LITÍ

• Vysoká ochlazovací rychlost kovových forem zhoršuje zabíhavost slitin a tím i možnost získat tenkostěnné odlitky. Jednou z cest, jak zvýšit zabíhavost, je zvětšení rychlosti kovu při plnění formy.

​

• Při tlakovém lití se na roztavenou slitinu krátce působí jednostranným vysokým tlakem, čímž se uvede do prudkého pohybu (až 100 m/s) a rychle naplní formu.

Stroje pro lití pod tlakem

• Podle základního principu rozeznáváme stroje s teplou tlakovou komorou a stroje se studenou tlakovou komorou.

​

• Stroje s teplou komorou mají vysokou výrobnost a jejich chod lze plně automatizovat. Tlaková komora je však neustále udržována na teplotě roztavené slitiny a je vystavena

koroznímu působení. Těmto účinkům je zvlášť silně vystaven píst a vodicí pouzdro pístu.

Proto se strojů s teplou komorou používá především pro lití nízkotavitelných slitin (zinku, olova, cínu).

Stroje s teplou komorou –

základní princip

• Vstřikovací komora je umístěna v kelímku s roztaveným kovem, to znamená, že udržovací pec je součástí licího stroje. Do formy se roztavená slitina vstřikuje buď pístem nebo

stlačeným vzduchem.

​

• Při vstřikování pístem se píst nejprve zvedne a tím se uvolní plnicí otvory, kterými nateče do komory roztavená slitina. Pak se píst posouvá směrem dolů , čímž se plnicí otvory uzavřou a slitina proudí hubicí a tryskou do formy. Slitina zůstane pod tlakem tak dlouho, až odlitek ztuhne a po uvolnění tlaku vteče zpátky do komory.

​

• Při vstřikování stlačeným vzduchem se nejprve tlaková komora naplní plnicím otvorem, který se uvolní zvednutím táhla. Pak táhlo uzavře plnicí otvor a do komory se vpustí stlačený vzduch, který žene slitinu do formy.

TLAKOVÉ LITÍ

S TEPLOU KOMOROU

Stroje se studenou komorou

• Mají tlakovou komoru zcela oddělenou od udržovací pece a kov se vstřikuje výhradně pístem Vhodným zařízením (dávkovací lžíce, dávkovací stroj) se krátce před vstřikem naplní komora roztaveným kovem, přičemž množství nalitého kovu musí odpovídat velkosti odlitku a velikosti komory.

​

• U strojů se studenou komorou je podstatně menší namáhání vstřikovacího ústrojí a proto je lze někdy používat i pro slitiny s licí teplotou do 1000 ºC.

​

• V současné době se neustále prosazují stroje s horizontální komorou, které jsou

jednodušší a tím rychlejší i spolehlivější v provozu.

PRINCIP TLAKOVÉHO STROJE SE STUDENOU KOMOROU

TLAKOVÉ LITÍ

SE STUDENOU KOMOROU

TLAKOVÝ LICÍ STROJ

Oblast využití - materiály

• Slitiny pro tlakové lití musí mít co nejužší interval tuhnutí, dostatečnou pevnost při vyšších teplotách, aby snesly bez porušení manipulaci za tepla a v neposlední řadě pak co nejvyšší zabíhavost při nízkých přehřátích nad teplotou tavení.

​

• Zvlášť vhodné jsou slitiny zinku s teplotou tavení od 400 do 430 ºC a to nečastěji slitiny zinku s hliníkem (kolem 4 %) a slitiny zinku a hořčíkem. Zinek použitý

k výrobě slitiny musí mít velmi vysokou čistotu (99,99 %). Jejich nevýhodou je velká hmotnost.

• Slitiny hliníku mají velký sklon k oxidaci, která je u tlakového lití zvlášť nebezpečná, protože při vstřikování dochází k intenzivnímu styku mezi odlévanou slitinou a vzduchem. Přesto je dnes tlakové lití slitin hliníku převažující výrobní technologií, která se prosadila především v automobilovém průmyslu. Kvalita odlitků ze slitin hliníku byla tlakovým litím dosažena teprve po vynálezu strojů se studenou komorou.

​

• Slitiny hořčíku se rovněž snadno oxidují, ale i u nich se tlakové lití v poslední době používá stále více.

​

• Ze slitin mědi jsou odlévány především mosazi pro svou nízkou tavicí teplotu.

​

• Tlakové lití slitin železa nedoznalo i přes mnohé výzkumné projekty většího rozšíření.

Tlakové lití mosazných a měděných odlitků

Tloušťky stěn odlitků

• Litím pod tlakem lze dosáhnout velmi malých tlouštěk stěn, zvláště pak u krátkých žeber (u slitin zinku až 0,8 mm, slitin hliníku až 1,0 mm, slitin hořčíku až 1,3 mm a slitin mědi až 1,5 mm).

​

• Odlitek má velmi jemnozrnnou licí kůru o tloušťce asi 2 mm, která má vynikající vlastnosti. Pod touto kúrou bývá materiál pórovitější a proto nemají být odlitky lité pod tlakem pokud možno obráběny, což je usnadněno jejich vynikající přesností a hladkostí.

• Čím větší je tloušťka stěn odlitku, tím větší je sklon k pórovitosti a zhoršení jakosti materiálu. Při tlakovém lití lze také do odlitku pevně zalít předměty z jiných kovů – „zálitky“ (tyče, šrouby, pouzdra, matice apod.).

Tloušťky stěn odlitků

ČZ a.s., divize Slévárna hliníku

Tovární 202

386 15 STRAKONICE

NÍZKOTLAKÉ LITÍ

• Připomíná lití pod tlakem s teplou komorou, rozdíl je však v rychlosti plnění (asi 0,5 m/s) a použitém tlaku (do 0,5 MPa).

​

• Nejprve nízkým tlakem vzduchu nebo inertního plynu (0,02-0,06 MPa) na hladinu v kelímku

vytlačujeme kov trubkou přes trysku do formy.

Jakmile se forma z větší

části naplní, zvýší se tlak na plnou hodnotu a setrvá na ní tak dlouho, pokud odlitek neztuhne.

Výhody nízkotlakého lití

• vyšší využití tekutého kovu než při gravitačním lití do kokil (až 90%)
• nižší přetavovací náklady
• klidné pomalé plnění formy umožňuje dokonalé odvzdušnění formy (zahlcování vzduchu)
• možnost použití pískových forem (skořepiny) i pravých jader
• možnost využití zvýšené teploty formy (kokily), která je umístěna nad pecním agregátem
• vysoká produktivita práce, vícestrojová obsluha, možnost robotizace.

​

Jako plynná média pro vyvinutí tlaku na hladinu se používá Ar, N₂ a u slitin Mg - SO₂.

ODSTŘEDIVÉ LITÍ – PRAVÉ A NEPRAVÉ

• Při odstředivém lití se odlévá kov do rotující nejčastěji kovové formy. Pokud je geometrická osa odlitku totožná s osou rotace, mluvíme o pravém odstředivém lití a to buď s vertikální osou rotace nebo s horizontální osou rotace.

​

• Přesnost odlitku (vnitřní světlost) je dána přesným vážením tekutého kovu.

​

• V případě, že osa rotace se liší od geometrické osy, jde o nepravé odstředivé lití (odstřeďování).

Použití:

• Odstřeďování se velmi využívá při odlévání zubních a kostních implantátů do přesných sádrových forem.

​

• Pravým odstředivým litím se s výhodou odlévají odlitky rotačních tvarů (válce, roury, vložky válců, prstence, ložiskové pánve aj.). Odlitky nevyžadují nálitkování ke kompenzaci objemových změn kovu při tuhnutí (vysoké využití tekutého kovu až 10 %). Při lití válců se využívá i možnost lití dvouvrstvých odlitků s pracovní (povrchovou) např. vysoce tvrdou a vnitřní houževnatou částí.

​

• Z LKG se odlévají horizontálním odstředivým litím roury až do průměru 2 m.

Výroba potrubí z LKG

PRIMITIVNÍ VÝROBA ODLITKU

Výroba modelu Formování Lití

PŘESNÉ LITÍ S VYTAVITELNÝM MODELEM

• Patří mezi nejstarší slévárenské technologie i když se v období průmyslové revoluce na něj zapomnělo a až v moderní době získal dnešní podobu tzv. přesného lití, která umožňuje odlévat i složité díly bez obrábění na čistý tvar.

​

• Ze snadno tavitelného materiálu (vosk) se do kovové formy vstříkne nebo odlije přesný tvar odlitku s přídavkem na smrštění . K takto vzniklému modelu se připojí vtoková soustava a nálitky. Obvykle se používá společný licí kůl a společný nálitek, čímž vznikne „licí stromeček“.

PŘESNÉ LITÍ

• Metoda bývá často nazývána přesné lití. Avšak „přesným litím“ rozumíme obecně technologie s relativní přesností větší než 0,25 % požadovaného rozměru. Pak zde můžeme zařadit řadu dalších slévárenských technologií:
• tlakové lití,
• gravitační kokilové lití,
• Shaw metoda,
• lití do lisovaných keramických forem,
• lití na spalitelný model,
• vakuové formování,
• impulsní formování do syrových forem.

Přesnost odlitků, vyráběných různými technologiemi

Základní konstrukční charakteristiky

• Materiály : ocel, litiny, neželezné kovy i speciální slitiny tavené ve vakuu (Ti – slitiny, vysocelegované oceli).

​

• Rozměry vyráběných odlitků : byly vyrobeny odlitky o max. rozměru 1000 mm. Běžně jsou vyráběny odlitky do délky 200 mm.

​

• Hmotnost vyráběných odlitků : uvádí se až 200 kg. Obecně jsou vyráběny odlitky hmotnosti do 40 kg. Běžná maximální hmotnost je 5 – 8 kg.

Jsou vyráběny i menší gramové odlitky.

Tloušťky stěn odlitku

Hlavní výrobní operace

• výroba vytavitelných (spalitelných) modelů,

​

• sestavení jednotlivých modelů do sestav, nejčastěji stromečků;

​

• výroba keramických forem,

​

• příprava forem k lití,

​

• odlévání,

​

• uvolnění odlitků z forem a jejich úprava (tepelné zpracování).

1. Výroba vytavitelného modelu

• Vytavitelné modely jsou nejčastěji z voskových směsí, které se vstřikují do forem z různých materiálů.

​

• Formy na modely (vytavitelné) se vyrábějí podle:
• matečného modelu, který je vyráběn z kovů (ocel, bronz, mosaz, slitiny Al). Jejich přesnost musí být o dva stupně vyšší než požadovaná přesnost rozměrů odlitků.
• obráběním z kovových bloků podle technologického výkresu.

LISOVÁNÍ A MONTÁŽ VOSKOVÝCH MODELŮ

Voskové směsi

• jsou připravovány z parafinu, karnaubského a včelího vosku, stearínu, kalafuny, polymerizovaných rostlinných olejů (lněný olej), syntetických vosků, montánního vosku aj. Složitých směsí se používá proto, aby vosková směs měla co nejvhodnější vlastnosti:
• co nejmenší součinitel tepelné roztažnosti;
• malou objemovou změnu při tuhnutí;
• minimální množství popela po spálení;
• minimální lepivost na stěny forem;
• dostatečnou pevnost a tvrdost, aby se modely při delším zpracování nepoškodily nebo nedeformovaly.

Vlastnosti voskových směsí

• Optimální směsi pro výrobu modelů mají splňovat následující podmínky:
• Teplota tavení 60 °C
• Teplota tuhnutí 56 °C
• Objemové smrštění 4,6 %
• Obsah popela 0,05 %
• Min. pevnost v ohybu 0,27 %

​

Formy se plní buď gravitačně (málo), většinou se vstřikují tlakem. Vstřikování voskové směsi probíhá pod tlakem 0,55 – 15 MPa.

2. Sestava modelů, lepení „stromečků“

• Velké odlitky se vyrábí zpravidla jednotlivě. Drobné součásti z ekonomických důvodů se odlévají hromadně. Forma se plní jediným vtokem. Modely se mohou podle potřeby uspořádat do jedné roviny – etáže (větvička) nebo do několika etáží, které spolu s modelem nálitku, vtokového kůlu a jednotlivých doplňovacích soustav etáží tvoří v celku tzv. stromeček.

​

• Modely se spojují náhřevem elektrickou pájkou nebo se lepí hmotou z pryskyřice, parafinu a asfaltu.

3. Výroba keramických forem

• Voskový model se nejprve namáčí do kašovité formovací směsi (břečky). Směsi jsou složeny vždy z práškovité žáruvzdorné hmoty (SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, ZrSiO₄, Mg₂SiO₄) a vazné kapaliny.

​

• Nejvíce se používá především mletý křemenný písek a jako vazná kapalina alkoholické koloidní roztoky SiO₂ (alkoholová pojiva).

​

• Reakcí mezi tetrachloridem křemíku a etylalkoholem vzniká ester kyseliny křemičité: SiCl₄ + 4 C₂H₅OH 4 HCl + SiO₄ (C₂H₅)₄

Pojivo – etylsilikát

• Získáme tak pojivo – etylsilikát s obsahem asi 28 % SiO₂ (organopolysiloxan), obchodně etylsilikát 40.

​

• Rozpustíme-li etylsilikát v alkoholu a přidáme mírně okyselenou vodu, rozloží se (hydrolytické štěpení) na SiO₂ tak jemný, že zůstane

v alkoholu koloidně rozpuštěný.

SiO₄ (C₂H₅)₄ + 2 H₂O

SiO₂ + 4 C₂H₅OH

nebo

SiO₄ (C₂H₅)₄ + 4 H₂O H₂ SiO₃ + 4 C₂H₅OH

• Při vysušení směsi H₂SiO₃ ztrácí vodu a přechází v SiO₂. V obou případech se SiO₂ usazuje na povrchu zrn ostřiva jako žárovzdorná tenká blanka.

Nanášení žáruvzdorné keramické hmoty - obalování

• Stromeček se namáčí do břečky. Někdy se musí stromeček odmastit (bylo-li použito dělicích prostředků). Mírným otáčením a naklápěním se vypudí vzduchové bubliny, po vyjmutí se směs nechá okapat a zasype v sypači křemenným pískem a zvolna suší (v klimatizovaných

místnostech).

​

• Křemenný písek se nanáší ve fluidní vrstvě. Zasypáním obalovací směsí se zabrání jejímu stékání, urychlí se sušení, zvětšuje se tloušťka obalové vrstvy a zabrání se praskání po vysušení. Tento pochod se opakuje, takže vzniklá skořepina může mít až 7 vrstev.

OBALOVÁNÍ

www.kdynium.cz

4. Příprava forem k lití

• Vytavování voskových modelů probíhá v boilerklávu při tlaku 8 bar a teplotě 140 °C. Vosk vyteče a je dále regenerován pro opětné použití.

​

• Skořepiny se po vytavení vosku vkládají do žíhací pece při teplotě 200 – 250 °C, dále následuje pozvolný ohřev do 600 °C (50 – 60 °C/h), aby se zamezilo praskání forem. Zbytky vosku vyhoří při teplotě 350 – 400 °C. Další ohřev na teplotu 900 -1050 °C, při níž se formy odlévají, má být co nejrychlejší (120 – 150 °C/h).

VYTAVOVÁNÍ VOSKU

• Vytavení spočívá v tom, že se teplem přivedené páry roztaví vosková modelová hmota a vyteče z dutiny keramické formy.

​

• Základním požadavkem je vystavit voskovou směs v dutině skořepiny v co nejkratší. Tím dojde k požadovanému výsledku – uvolnění voskového modelu stromečku z keramické skořepiny.

5. Odlévání forem
6. Uvolnění odlitků z forem a jejich apretace

• Lití probíhá ve žhavém stavu skořepiny (950 – 1050 °C) a to buď gravitačně, sklopným nebo odstředivým litím.

​

• Vibračním zařízením se odstraní zbytky keramiky z odlitků, pak probíhá odstranění nálitků a vtokové soustavy. Následuje

otryskání, omílání (v bubnech) za mokra, loužení v roztaveném NaOH (350 – 800 °C / 30 min.) a tepelné zpracování (u ocelových

odlitků kalení).

ODLÉVÁNÍ

ODLITKY PRO MOTOCYKLY

ODLITKY PRO AUTOMOBILY

ODLITKY PRO ZBROJNÍ PRŮMYSL

ODLITKY PRO ZÁMKY, KOVÁNÍ

VÝROBA ODLITKŮ SKLOPNÝM LITÍM

• Je to proces odlévání forem používaný především u metody vytavitelného modelu, kdy obsah jedné formy odpovídá obsahu kovu v peci. Jde zpravidla o malé objemy, kdy by se obsah kovu přeléváním rychle ochlazoval a tím by se zhoršila zabíhavost kovu.

​

• Forma se přistaví k peci tak, aby její vtokový kanálek odpovídal dutině pece a pak překlopením soustavy pec – forma o 180 °C se přemístí tavenina z pece do formy. Slouží-li vtokový kůl zároveň jako nálitek, pak žhavý pecní prostor nad ním zpomaluje jeho tuhnutí a umožňuje jeho doplňování (usměrněné tuhnutí).

METODA SHAW

• K výrobě formy rovněž využívá etylsilikátovou suspenzi jako metoda vytavitelného modelu.

​

• Do etylsilikátové suspenze se přidává 15 % NaOH, čímž se urychlí tuhnutí suspenze. Podstatou vytvrzování je hydrolýza etylsilikátu za vzniku křemičitanového gelu.

​

• Jako ostřivo se používá křemenný písek, silimanit,zirkonový písek aj.

​

• Přidáním ostřiva do roztoku etylsilikátu se získá kašovitá formovací směs, kterou se zalévá model.

• Čas gelace je u větších odlitků 30 až 180 s. Formovací materiál je přitom elastický, takže model se může vytáhnout bez porušení rozměrů formy.

​

• Alkohol vznikající během hydrolýzy se z gelovité formy odstraňuje sušením. Tím se z formy odstraní i voda z gelu kyseliny křemičité.

​

• V konečném stavu zůstává přebytek SiO₂ ,který vytváří tuhý skelet.

​

• Po vysušení se formy žíhají při 1000 ^oC a následně se do nich odlévá.

FORMOVACÍ SMĚSI III.GENERACE

Jsou to vlastně formovací směsi bez pojiv, které k zpevnění formy využívají fyzikální principy. Patří sem:

• Magnetické formování.
• Odlévání na odpařitelný model.
• Vakuová výroba forem.
• Výroba forem zmrazováním.

Magnetické formování

• Ostřivo tvoří kovové kuličky o rozměrech 0,1 až 0,5 mm. K jejich vázání se používá elektromagnetické pole.

​

• Model se používá z pěnového polystyrenu, je zasypán kovovým ostřivem a z formy se nevyjímá (odlévání do plné formy).

​

• Kov odléváme do formy přímo na model, který se odpařuje.

​

• Je třeba dávat pozor na teplotu ztráty feromagnetických vlastností ostřiva (tzv. Curieho bod).

Princip výroby odlitků magnetickým formováním

Výhody a nevýhody metody

• Výhody :
• Formovací směs je jednosložková.
• Možnost 100 % ní recyklace ostřiva.
• Výroba i vytloukání formy bez mechanických sil.
• Odstranění hluku při výrobě formy a uvolňování odlitku z formy.
• Výrazné snížení prachových a chemických zplodin.

​

• Nevýhody :
• Využití pouze pro hromadnou výrobu odlitků.
• Nutnost připravit pro každou formu model.
• Nutnost používání nákladných nátěrů na jednorázový model.

FORMOVÁNÍ NA ODPAŘITELNÝ (SPALITELNÝ) MODEL

• Jedná se o využití zkušeností z magnetického formování pro pískové formy.

​

• Při běžném formování tzv. plné formy na spalitelný model (nebo přesněji řečeno odpařitelný) se zhotoví model odlitku z pěnového polystyrénu a zapěchuje buď ručně nebo strojně.

​

• Odlévání na odpařitelný model je však také využíváno v moderní velkosériové výrobě a je známo pod anglickým názvem Lost Foam.

​

• V obou případech, stejně jako u magnetického formování, zůstává model ve formě až do odlévání.

Model lisovacího nástroje z polystyrenu pro odlití z LLG

Specifická vada odlitku EPS

Polystyrénové modely pro odlitek rozvaděče

Princip odlévání na odpařitelný model a zhuštění formy

Výhody a nevýhody

• Umožnění velkosériové výroby.
• Dosažení vysoké rozměrové přesnosti.
• Odlitky lze vyrábět bez pomoci jader.
• Možnost výroby tvarově komplexních odlitků.
• Výroba součástí mnohdy nevyžaduje třískové obrábění.
• Čistění odlitků vyžaduje jen minimální omílání a tryskání.
• Veškerý písek je recyklovatelný.
• Nezhoršuje se životní prostředí.
• Potřeba investic pro speciální zařízení, ale ty jsou nižší než při používání formovacích směsí I.generace.
• Zavedení metody vyžaduje drahé nářadí pro velkosériovou výrobu modelů.
• Dlouhá doba vývoje nových odlitků.
• V případě lepení částí modelu vznikají problémy s plynatostí lepidla.

Zkušenosti slévárny PROMET FOUNDRY, s.r.o. Vsetín

www.prometfoundry.cz

www.sebestasro.cz

Větrané brzdové kotouče vyrobené pomocí EPS

www.vulcangroup.com

VAKUOVÉ FORMOVÁNÍ

• Ke zhutnění směsi (písek bez pojiva) se používá podtlaku – vakuum.

​

• Model je prodyšný a umisťuje se na podložku.

​

• Na model se vkládá termoplastická fólie (EVA) , která se sálavým teplem nahřívá.

​

• Forma se zasype pískem, zhustí vibrací a překryje se fólii.

​

• Pak se odsává vzduch z formovacího rámu a vakuum pod modelem se změní na přetlak vzduchu.

Výhody a nevýhody V- procesu

Výhody :

• Výroba odlitků bez úkosů, s minimálními přídavky a bez otřepů.
• Stálá povrchová jakost s vysokou rozměrovou přesností.
• Minimální opotřebení modelů.
• Téměř 100 %ní recyklace písku.
• Technologie příznivá pro životní prostředí.

Nevýhody :

• Nízký ochlazovací účinek formy.
• Výroba tvarově nepříliš náročných odlitků.

LED JAKO POJIVO FORMOVACÍ SMĚSI – „F-SET“ PROCES

• Směs obsahuje ostřivo a vodu. Po jednoduchém odformování se forma zmrazuje kapalným dusíkem nebo C0₂ a to buď s modelem nebo po vytažení modelu. Při druhém způsobu musíme pracovat s minimální vaznou směsí (obsahuje bentonit nebo sacharidy).

​

• Vysoký ochlazovací účinek formy přináší změny ve struktuře odlitků, jejich důsledkem je podstatné zvýšení mechanických vlastností odlitků (pevnost, tvrdost), zlepšení povrchové jakosti (hladkosti) a pevnosti odlitků. Jako min. nutnou teplotu líce formy před litím s ohledem na erozivní účinek kovu považujeme - 10 °C. Tím je limitována i doba odstání formy do lití.

Formovací směsi IV.generace

• Ani III. generace formovacích směsí a jimi podmíněné bezodpadové technologie nesplňují současné představy o slévárenských technologiích budoucnosti. Proto jsou vyvíjeny nové postupy, využívající biologických procesů k pojení formovacích směsí (biologisace).

​

• Příkladem je firma Hormel Foods Corp. , která s vývojovým týmem GM Powertrain, vyvinula biopolymer GMBond, pojivo ze zvířecích proteinů.

Vlivy působící na slévárenské pochody. Vyplnění dutiny formy tekutým kovem

ZÁKLADY SLÉVÁRENSKÉ TECHNOLOGIE

• Slévárenskému oboru se vytýká dlouhá doba výroby odlitku od předání výkresové dokumentace zákazníkem a proti jiným technologiím se odlitky považují mnohdy za málo přesné.

​

• Dalším mýtem je tvrzení, že v odlitcích jsou vždy nějaké vady a že je to zastaralá technologie málo využívající moderní postupy počítačové podpory výroby (CIM) a robotizace.

​

• Tyto skutečnosti jsou již dávno překonány a špatná pověst litých polotovarů mnohdy pramení z toho, že slevači a zákazníci (konstruktéři) spolu nedostatečně spolupracují.

Základní pochody a etapy výroby odlitku

1. Zhotovení dutiny formy, do které se nalévá tekutý kov a v ní pak probíhají další pochody.

​

• Odlévání – vyplnění formy tekutým kovem.

​

• Plynový režim slévárenské formy, sekundární oxidace kovu a vznik disperze plynů v kovu (bublin) nebo pevných struskových šumů a vměstků.

​

• Tuhnutí kovu a tvorba primární krystalické struktury.

​

• Objemové smršťování odlitku během tuhnutí kovu a vznik staženin.

​

• Lineární smršťování kovu během chladnutí odlitku a vznik exogenních a endogenních napětí v odlitku ovlivňující jeho celistvost, tvarovou stálost a lineární rozměry.

Slévárenské pochody probíhající při tvorbě odlitku jsou ovlivněny pěti základními činiteli:

• Materiál odlitku (chemické složení, tepelná vodivost, měrná hmotnost, měrné teplo, viskozita, povrchové napětí aj.)

​

• Materiál formy ( druh a zrnitost ostřiva, druh a množství pojiva, měrná hmotnost, součinitel tepelné akumulace, vlhkost, prodyšnost, plynatost směsi aj.)

​

• Způsob odlévání (poloha odlitku ve formě, tlakové a rychlostní poměry proudění kovu, stupeň průtočnosti, licí teplota kovu, nálitkování, použití chladítek apod.)

​

• Konstrukce odlitku (tloušťky stěn a tvar, požadavky na vlastnosti materiálu odlitku mechanické vlastnosti materiálu aj.)

​

• Okolní prostředí (teplota, tlak a další geoklimatické

podmínky).

1. Zhotovení dutiny formy

• U pískových jednorázových forem dochází k prvnímu střetu mezi tvarem odlitku a hospodárností jeho výroby.

​

• Model musí být totiž navržen a zhotoven tak, aby se dal z formy po jejím zhuštění a vytvrzení vytáhnout a k tomu slouží úkosy na některých jeho plochách.

​

• Technolog proto nejprve volí dělící rovinu odlitku, což platí i pro kovové formy, ale u nich se jedná o to, jak vytáhnout odlitek z formy, aby se forma dala opakovaně použít.

​

• Volba dělící roviny výrazně ovlivňuje jednak náklady na výrobu nářadí (model, kokila) a podle velikosti úkosu i rozměrovou přesnost odlitku.

2. Vyplnění dutiny formy tekutým kovem

• Zabíhavost kovu do dutiny formy.

​

• Vtoková soustava , její prvky a dimenzování.

​

• Statické působení tekutého kovu na dutinu formy.

ZABÍHAVOST KOVŮ A SLITIN

ZABÍHAVOST je slévárenská charakteristika tekutého kovu, která je ovlivňována:

​

• Materiálem odlitku.
• Materiálem formy.
• Způsobem odlévání (technologie).
• Konstrukcí odlitku.

1. VLIV MATERIÁLU ODLITKU

• chemické složení,
• viskozita,
• povrchové napětí,
• pevnost oxidických blan (kůží),
• charakter krystalizace – během plnění

formy dochází k zastavení čela proudu tekutého kovu ze čtyř důvodů:

a) vlivem zvýšení viskozity taveniny vyloučením pevné fáze,

b) ztuhnutím proudu kovu v počátečním průřezu,

c) vytvořením pevné vrstvy na čele proudu,

d) protitlak plynů.

Vliv obsahu Si, Mn a P na zabíhavost

Vliv teploty na zabíhavost litin

(p=pánev, l=lití)

2. VLIV MATERIÁLU FORMY

• druh formy,

​

• ostřivo, přísady, pojivo,

​

• použitý nátěr,

​

• teplota formy.

3. VLIV ZPŮSOBU ODLÉVÁNÍ

4. VLIV KONSTRUKCE ODLITKU

• teplota kovu (velikost přehřátí),
• rychlost lití,
• tlak kovu spojený se systémem plnění formy,
• plynový režim formy.
• dutina formy s menšími průřezy stěn,
• dutina formy masivnějšího odlitku se silnějšími průřezy.

UPRAVENÝ VZOREC J. PŘIBYL:

c . (T_lití – T_0z) + x . L

l_z = A .ρ [-----------------------------] . v₀

(T_stř – T_f)

: l_z ……. celková délka zaběhlého kovu,[m],

a ……. poloměr kanálu, [ m ],

a

• A = ----- , α ……. součinitel přestupu tepla z odlitku do formy, α [W.m².K^-1],

• c ……. měrné teplo kovu,[J.kg^-1.K^-1].
• T_lití ….. teplota lití, [ K ] ,
• T_0z …... teplota nulové zabíhavosti,[ K ],
• x ……. podíl tuhé fáze vytvořené do dosažení teploty nulové zabíhavosti (u oceli x= 0,2).
• L ……. latentní teplo tuhnutí, [ J.kg^-1],
• T_stř ….. střední teplota kovu do ztuhnutí čela proudu, [ K ],
• T_f ……. teplota formy, [ K ],
• v₀ ……. počáteční rychlost proudu kovu v kanále , [ m.s^-1 ].

Analýza konstrukčních vlivů

• Musíme brát v úvahu v jaké poloze se bude odlitek odlévat. Tenké části odlitku plněné kovem shora se plní za pomoci gravitace a také účinkem pohybové energie, které působí ve směru zabíhání.

​

• Naopak stěny plněné kovem zdola mají nejhorší podmínky pro zaběhnutí, neboť gravitace působí proti pohybové energii a také na čele proudu se tvoří pevné blány oxidů, které zabraňují dalšímu pohybu taveniny a snižují zabíhavost.

Poloha odlitku při odlévání

• Vodorovné stěny se plní jen účinkem pohybové energie a pohyb taveniny se v nich zpomaluje. Proto nejtenčí stěny mohou být při plnění shora, větší tloušťku mají mít stěny plněné ve vodorovné poloze a nejtlustší stěny plněné zdola.

​

• Výhoda šikmé polohy formy při odlévání.

​

• Dosažení dobré zabíhavosti je opět otázkou kompromisu řady faktorů a je zde prostor pro dohodu mezi slevačem a konstruktérem.

HODNOCENÍ ZABÍHAVOSTI

• Zkoušky zabíhavosti patří k nejstarším technologickým zkouškám ve slévárenství. Podle tvaru odlévaných vzorků se dělí do tří hlavních skupin :

a) tvar tyčí, spirál, destiček uspořádaných horizontálně,

b) tvar tyčí a destiček uspořádaných vertikálně,

c) proměnlivý průřez, např. klín, kruhová výseč apod.

​

• Jednou z nejstarších a nejznámějších zkoušek zabíhavosti je Curyho spirála z r. 1924.

VTOKOVÁ SOUSTAVA

Pro zaplnění dutiny formy tekutým kovem se zhotovuje ve formě vtoková soustava, která má zajistit :

• dobré zaběhnutí kovu do všech jejich částí,
• dokonalé zachycení strusky a nečistot, které by mohly vniknout do dutiny formy odlitku,
• stejnoměrné a homogenní teplotní pole odlitku,
• zabránit erozi formy tekutým kovem,
• zabránit nasávání plynů, par a vzduchu z formy,
• maximální využití tekutého kovu.

Využití tekutého kovu

Ekonomický parametr slévárenské výroby

η = m_S / m_O (případně x 100 [%])

m_S - surová hmotnost odlitku,

m_O - hrubá hmotnost odlitku.

PRVKY VTOKOVÉ SOUSTAVY

• vtoková (licí) jamka,
• vtokový kanál (kůl),
• dopadová jamka, prohlubeň,
• odstruskovač (lapač strusky, struskovák)
• zářezy.

LICÍ JAMKY

NAPOJENÍ ZÁŘEZŮ NA ODSTRUSKOVAČ

VYUŽITÍ SÍTEK A FILTRŮ

Příklady lisovaných sítek a filtrů

Příklad pěnových filtrů

TLAKOVÉ POMĚRY VE VTOKOVÉ SOUSTAVĚ A DUTINĚ FORMY

VÝPOČET VTOKOVÝCH SOUSTAV

ZÁKLADNÍ VZTAHY PROUDĚNÍ TEKUTIN

• Toricelliho vzorec – teoretická výtoková rychlost kapaliny z nádoby v [m.s^-1 ] je stejná jako při volném pádu tuhého tělesa z výšky H.

• Volný pád je pohyb tělesa v homogenním gravitačním poli, při kterém počáteční rychlost tělesa je nulová a kromě gravitační síly na těleso nepůsobí žádná další síla (příp. jsou další síly zanedbatelné).

H

2g

_v2

​

v_t 2gH 4,44 H

Průtočný výtokový objem taveniny,

[m³.s^-1]

Průtočná výtoková hmotnost taveniny,

[kg . s^-1]

• kde S je průřez kanálku licí soustavy –

pánve

_[m2_],

•

• v rychlost proudu [m.s^-1]

měrná hmotnost taveniny [kg.m^-3]

Součinitelé proudění a ztrát při proudění

Skutečná rychlost proudu v_s : [m.s^-1]

• kde ψ je součinitel ztrát (odporů) při proudění,
• H_S účinná (skutečná) výška licího kůlu snížená o ztráty proudění, vyjádřené výškou h_z; tedy H_s = H – h_z.

Ztrátovou výšku h_z můžeme stanovit ze vztahu:

je označen jako odporový součinitel

v_S 2g H 2g H_S

H

S

S

2g

_v2

Z

S

2g

1)

1

2

h (

S

2g

_v2 _v2

S

Z

_v2

2g h

ROVNICE KONTINUITY PROUDU

• Vyjadřuje zákon zachování mechanické energie pro ustálené proudění ideální kapaliny v uzavřené trubici. (Energie je v rovnici přepočtena na objemovou jednotku kapaliny.)

₁ v₁ S₁ =

2 ^v2 ^S2

• kde ρ je hustota kapaliny, v je rychlost proudění, p je tlak v kapalině a H je polohová výška.
• Součet kinetické energie, potenciální a polohové energie je ve všech místech trubice stejný.
• Jedním z důsledků Bernoulliho rovnice je hydro-dynamický paradox.

BERNOULIHO ROVNICE

Zákon zachování energie proudu

• Součet kinetické , potenciální a polohové energie je ve všech místech trubice stejný.

[Pa]

[m]

konst.

h g p

konst.

_v2

2

_v 2

2g

g

p

h

VÝPOČET VTOKOVÉ SOUSTAVY

Vtokové soustavy dělíme na :

• přetlakové a
• podtlakové.

​

V přetlakové vtokové soustavě je řídícím průřezem nejčastěji zářez.

​

• VÝHODY

Dovoluje separaci strusky, zadrobenin a nečistot.

​

• NEVÝHODY

Vysoká rychlost kovu v zářezech.

Vznik turbulence v dutině formy a možnost její eroze.

Proudění je pod kontrolou až když se zaplní celý systém

VÝPOČET DOBY LITÍ

Vzorec Soboleva:

g střední tloušťka stěn [mm],

m hmotnost surového odlitku kg .

• Vzorec Dieterta

kde m_o hrubá hmotnost odlitku kg ,

s koeficient volící se podle tloušťky stěn odlitku.

(3-4 mm s=1,63; 5-8mm s=1,85; 9-15 mm s=2,2)

3

s g m

L

3

o

L

s m

kde s koeficient hmotnosti (do 1 t s = 1,4; pro 1 t až 10 t s = 1,5 ÷ 1,9)

Střední rychlost lití

• Výpočet střední rychlosti lití

​

kde m_s surová hmotnost odlitku [kg]

​

• Tato rychlost určuje sekundové množství tekutého kovu, které proteče nejužším průřezem vtokové soustavy. Můžeme ji také vyjádřit vztahem:

v

2g Hp

L

S

STŘ

m

v

Výpočet velikosti zářezů

• Celkovou plochu zářezů můžeme vypočíst podle Osana:

m

S

L

S

Z

2g Hp

S

L

S

Z

2gHp

m 1

H

P

c

2C

2H C

_P2

Stanovení H_p

Stanovení dalších rozměrů vtokové soustavy

Numerický výpočet desky brzdového kotouče firmy Bonatrans

3D výkres s vtokovou soustavu vytvořený v programu SolidWorks

Příklad průběhu teploty při plnění odlitku

Příklad průběhu tuhnutí odlitku

STUPEŇ PRŮTOČNOSTI

• Při odlévání nevykonávají nikdy všechny podíly taveniny stejně dlouhou dráhu v dutině formy. Čelo proudu vykonalo nejdelší dráhu, kov který zůstal v licí jamce (nálevce) vykonal nulovou dráhu.

​

• Z toho důvodu mají různé podíly proudící taveniny rozdílný mechanický tepelný aj. účinek na lícovou vrstvu formy.

​

• K vyjádření tohoto vlivu zavedl prof. Přibyl pojem stupeň průtočnosti a označil jej .

Rozeznáváme:

Je poměr hmotnosti slitiny m proteklé daným průřezem k surové hmotnosti odlitku m_s.o

​

• SPECIFICKÝ STUPEŇ PRŮTOČNOSTI

Je to poměr hmotnosti slitiny m [kg] proteklé daným průřezem k omočenému obvodu tohoto průřezu U [m].

100

S .O.

r

m

• ABSOLUTNÍ STUPEŇ PRŮTOČNOSTI, kg

Je vyjádřen hmotností slitiny proteklé daným průřezem

• RELATIVNÍ STUPEŇ PRŮTOČNOSTI, %

m

TLAK A VZTLAK VE FORMĚ

2 ₎

P_d H_{d k} g(N.m

2 ₎

g(N m

H

p

K

VZ

VZ

k ^Fdyn

s _f

^Fvz ^hvz

• Statický tlak u dna formy

• Vztlak na vršek formy, tedy metalo-

statický tlak směrem nahoru, bude

Metalostatický tlak a vztlak

Vliv zateklin na zvýšení vztlaku

Odlitek vany

• Výpočet hmotnosti úkladku bez odpočtu hmotnosti horního rámu:

​

• A) 42 625 kg
• B) 12 000 kg

Shrnutí

• Na formu a jádro nepůsobí jen statická složka tlaku P_stat, ale i dynamická P_dyn. Musíme proto uvažovat, že celkový vztlak bude jejich součet :

^PVZ ^{= P}stat ^{+ P}dyn

= 1,6 P_stat

• (Dynamický tlak můžeme počítat jako 60 % statického vztlaku).
• Vztlak pak můžeme spočítat podle vztahu :

P_VZ = k₁ . 1,6 P_stat . ρ₁ . H_stř. g Σ S – m₂ . G ; [N],

kde k₁ je souč. bezpečnosti na zatekliny 1,1 až 1,2.

A) m = 1152 kg; B) m = 612 kg; C) m= 937 kg

Odlitek víka

Výpočet hmotnosti úkladku bez uvažování hmotnosti horního rámu

D) m = 937 kg

Tlak na vertikální jádra

Vztlak na horizontálně uložené jádro

ZATĚŽOVÁNÍ A STAHOVÁNÍ FOREM

ZATĚŽOVÁNÍ FOREM

• Pokládání závaží, housek nebo litinových desek na vršky forem.

​

• Nevýhody:
1. Fyzická námaha při ručním kladení.
2. Zablokování dosti značného množství litiny.
3. Překážejí při odlévání kovu, zvyšují možnost úrazu při rozstřiku kovu.
4. U velkých forem zvyšují potřebu manipulačních časů jeřábů.

STAHOVÁNÍ FOREM

• Nevylučují a nenahrazují závaží, někdy se používají oba způsoby.

​

• Požadavky na stahováky:

- účinnost,

• jednoduchá manipulace,
• nemá dojít k posunu formy v dělící rovině
• Dále je třeba:

- mít jich dostatečné množství

• musí být stále připraveny k dispozici
• musí být lehké, robustní, snadno ovladatelné

ČEPY V ZAVÁDĚCÍCH OTVORECH FORMOVACÍCH RÁMŮ

1. Čep je součástí rámu a je s drážkou spojen s klínem.

​

• Čep není součástí rámu.

UCHYCENÍ ZA PRODLOUŽENÍ UCH FORMOVACÍCH RÁMŮ NEBO ZA SPECIÁLNÍ UCHA

1. Ucho s otvorem pro čepy a s prodlouženým jazykem.

​

• Ucho s rozšířením a prodloužením do stran.

UCHYCENÍ ZA PRODLOUŽENÍ UCH FORMOVACÍCH RÁMŮ NEBO ZA SPECIÁLNÍ UCHA

1. Speciální plné ucho.

​

• Speciální ucho s otvorem.

​

• Speciální ucho s drážkou.

Jednoduchý a citlivý způsob použití spony s úkosem a třmenu s klínkem

SPOJOVÁNÍ RÁMŮ POMOCÍ TŘMENŮ

• Třmen s klínkem.
• Třmen se šroubem.
• Třmen se speciálním šroubem.

PLYNY V KOVU A SLÉVÁRENSKÉ FORMĚ�

KRYSTALIZACE KOVŮ A SLITIN

PLYNY V KOVU A VE SLÉVÁRENSKÉ FORMĚ

Pod pojmem plyny v kovu a ve formě při odlévání rozlišujeme několik současně probíhajících jevů:

• Rozpouštění plynů v tekutém kovu.
• Tvorba plynů ve formě.
• Proudění plynů k povrchu odlitku.
• Vnikání plynů do tekutého kovu.
• Pohyb plynů v tekutém kovu.
• Vylučování plynů z tekutého kovu.
• Odvod plynů z dutiny formy.

Výsledkem interakcí plynu a kovu může být:

• VZNIK ROZTOKU PLYNU V TUHÉM NEBO KAPALNÉM STAVU.

​

• VZNIK RŮZNÝCH CHEMICKÝCH SLOUČENIN PLYNŮ SE ZÁKLADNÍM KOVEM.

​

• VZNIK DISPERZE PLYNU V KOVECH (PLYNOVÝCH BUBLIN).

Rozpustnost plynů v kovech a slitinách závisí na:

• TEPLOTĚ

​

• TLAKU

​

• DRUHU PLYNU

​

• DRUHU KOVU

Teplotní závislost atomárně rozpuštěného plynu v kovu

• C – konstanta závislá na povaze plynu a kovu,
• ∆ H – celkové rozpouštěcí teplo 1 molu plynu,
• k – Boltzmanova konstanta,
• T – absolutní teplota,
• 2 znamená, že se rozpouští dvouatomová molekula

∆H = ∆H_ADS+ ∆H_DIS+ ∆H_ROZP+ ∆H_CHEM.R.�

∆H > 0 endotermický děj, rozpustnost plynu s teplotou roste

Rozpustnost plynu v kovu v

závislosti na tlaku

• a_[X] aktivita , f_[X] koeficient aktivity podle Henryho zákona, [%X] rovnovážná koncentrace v hm.% plynu.
• p_X2 relativní parciální tlak v molekulární formě v plynné atmosféře.
• Za předpokladu, že plyny tvoří v kovu zředěné roztoky můžeme uvažovat, že f_[X = 1

Sievertsův zákon

[ %X ] je rovnovážná koncentrace uvažovaného plynu atomárně rozpuštěného

v kovu;

^pX2

je parciální tlak plynu v molekulární formě v plynné atmosféře nad

roztaveným kovem a

K_X je rovnovážná konstanta reakce

Zákon lze slovně formulovat tak, že množství plynu atomárně rozpuštěného v kovu je úměrné druhé odmocnině z parciálního tlaku tohoto plynu v molekulární formě v plynné atmosféře nad hladinou roztaveného kovu.

X₂

X

%X K . p

• Uvolňování plynu z taveniny se řídí Sievertsovým zákonem, který můžeme vyjádřit vztahem:

Odstranění plynů z roztaveného kovu

• Sievertsův zákon využíváme při odstraňování plynů rozpuštěných v tavenině. Pokud je kov zcela tekutý a má malou viskozitu, je uvolňování plynů z kovu snadné.

​

• K usnadnění úniku plynů lze použít mechanických prostředků, např. míchání, často se využívá snížení parciálního tlaku plynu nad hladinou (na nulu u vakuové extrakce nebo při vhánění inertního plynu do taveniny).

​

• Samostatnou skupinu tvoří tzv. dvojí tavení.

VAKUOVÁNÍ

• Tlak nad hladinou taveniny se snižuje na hodnotu 100 až 200 Pa po dobu 5 až 30 min.

​

• Metoda je velmi účinná a nezhoršuje životní prostředí.

INJEKTÁŽ INERTNÍCH PLYNŮ DO TAVENINY

• Rozpuštěné plyny budou přecházet do objemu bublinek tak dlouho, dokud se neustaví na rozhraní plyn –kov rovnováha daná Sievertsovým zákonem.

​

• Podobně účinkuje CO u ocelí („uhlíkový var“).

Zařízení pro odplynění kovu

ODPLYŇOVÁNÍ TAVENINY DVOJÍM TAVENÍM

• Jedná se o tzv. vymražování.
• Je založeno na změně rozpustnosti plynu v kovu při

tuhnutí.

• Kov se nechá pomalu ochlazovat a částečně tuhnout.

Plyny přitom unikají do atmosféry ve formě bublin.

PLYNOVÝ REŽIM FORMY

Vývin plynů z pojiv

• Přibližné údaje o vývoji plynů na každé 1% pojiva v různých typech jader:

Metoda výroby

jader HOT BOX COLD BOX

CO₂ PROCES CRONING

vývin plynů

cm³ / g

5 až 7

5 až 10

2. až 3
3. až 5

Složení plynů ve formě

Vývin plynů ve slévárenské formě

Průběh tlaku plynu v dutině formy

• První maximum vzniká v prvním okamžiku styku kovu s formou (do 0,1s) a leží v rozmezí 4-6 kPa.
• Druhé maximum nastává vznikem odporů proti odchodu plynů (snížení prodyšnosti formy, vznik kondenzační zóny).
• II.max. / I.max =

= 2,2 až 2,5 pro syrové formy,

= 0,6 až 0,8 pro sušené formy.

Vznik bublin

• Plyny rozpuštěné v kovu mohou způsobit vznik bublin, což jsou dutiny na povrchu nebo i uvnitř odlitku s hladkým povrchem.

​

• Kromě plynů rozpuštěných v kovu (endogenní bubliny), působí na vznik bublin i plyny tvořící se z materiálu formy při plnění formy kovem (exogenní bubliny).

​

• Také vzduch v dutině formy a v pórech pískových formovacích směsí může ovlivnit tento proces.

​

• Velmi nebezpečná je vlhkost formovacích směsí a zejména syrové formy vyvíjející značné množství páry.

​

• Také organická pojiva a přísady přítomná ve formovací směsi se rozkládají a tvoří oxidy uhlíku a uhlovodíky.

Bubliny rozlišujeme:

• Podle původu – exogenní bubliny,

– endogenní bubliny.

​

• Podle výskytu: - vnitřní, uzavřené,

- vnější, otevřené.

ENDOGENNÍ BUBLINY

• Vznikají z plynů rozpuštěných v kovu,jestliže tlak rozpuštěného plynu převýší odpory působící proti němu.

EXOGENNÍ BUBLINY

• Vznikají při odlévání jestliže tlak plynů v okolí odlitku převýší odpor, který mu klade tuhnoucí kov a plyny vniknou do odlitku zvenčí.

Bodliny

Prevence vzniku bublin

• K odstranění plynů, páry a vzduchu z pískové formy nestačí pouze samotná prodyšnost formovací směsi.

​

• U kovových forem je tato situace ještě horší, protože taková forma má nulovou prodyšnost.

​

• Proto se ve formě vytváří kanálky pro odvod plynů, které se nazývají výfuky a průduchy.

​

• Kromě forem se vytváří i v jádrech a společně tvoří odvětrávací soustavu dutiny formy.

Podmínky přechodu plynu do kovu a vzniku bubliny

• Energetické podmínky pro proniknutí plynu do kovu za vzniku bubliny lze obecně vyjádřit:

P_PL >> Σ P_ODP ,

kde P_PL = tlak plynů = P_H2+P_N2+P_CO+P_CO2+P_CH4…

P_ODP = P_{M +} P_KAP + P_ATM (protitlak, odpory)

P_M = ρ . g. H (metalostatický tlak)

P_KAP = 2 σ / r , (odpor kapilárních sil tuhnoucího kovu) , kde σ je povrchové napětí tekutého kovu, r poloměr bubliny.

Staženina a bublina v ocelovém odlitku

Expanze vzduchu a par

• Předpokládáme-li ideální plyn, pak 1 cm³ vzduchu s teplotou 25 ⁰C expanduje za stejného tlaku na 62 cm³ po zahřátí na 1 550 ^oC. Pro stejný objem vzduchu způsobí jeho ohřev ze standardního tlaku 10 N/cm² při 25 ⁰C zvýšení tlaku na 628 N/cm² po zahřátí na 1 550 ^oC.

​

• Také vlhkost v syrové bentonitové formy může být problémem, pokud nebude dostatečně odvzdušněna. Pro každý kilogram bentonitové směsi o vlhkosti 3%/, tj. 30g vody se po zahřátí na 1 550 ⁰C vytvoří 0,028 m³ páry.

Na odvzdušnění formy se často zapomíná …

• Mělo by však být považováno za třetí nohu třínohého stolku -spolu se správným postupem nálitkování a dimenzování vtokové soustavy.

​

• Jestliže hovoříme o vtokové soustavě jako o ,,kanalizačním systému" tekutého kovu, pak odvzdušnění je ,,komínovým systémem", který dovoluje unikat zachycenému plynu a vzduchu.

​

• Skutečně postup odvzdušnění je stejně důležitý pro výrobu dobrých odlitků jako je správné dimenzování vtokového a dosazovacího systému.

VÝFUKY

• Výfuky se jakožto hlavní kanálek pro odvod plynů umístí vždy v nejvyšším bodě odlitku.

​

• Na rozdíl od průduchů se výfuky prolévají kovem a mohou sloužit i ke kontrole plnění formy a někdy také jako nálitky.

​

• Na jednom odlitku může být umístěno i několik výfuků. Výfuk odvádí plyny pouze z určitého úseku formy.

ODVĚTRÁNÍ SLÉVÁRENSKÉ FORMY

(a) výfuk; I-přímý výfuk; II-boční výfuk

Dimenzování výfuků

• Teoretické stanovení rozměrů výfuků je ztíženo tím, že totiž nelze dostatečně přesně stanovit množství plynů vylučovaných z kovu a z formy.

​

• Používají se proto přibližné, zjednodušené výpočty, podle kterých vychází, že průřez výfuku je přibližně o 80 % větší než průřez zářezů a u některých odlitků s jádry z organických pojiv je třeba zvětšit průřez výfuků až o trojnásobek průřezu zářezů.

PRŮDUCHY

• K tomu, aby se dosáhlo dobrého odvzdušnění musí mít forma další odvzdušňovací kanálky – průduchy.

​

• Průduchy se kromě forem vytváří i v jádrech a společně tvoří odvětrávací soustavu dutiny formy. Na rozdíl od výfuků se průduchy neprolévají kovem.

Pomocné odvzdušňovací kanálky- průduchy

Uložení formy na málo prodyšné a na děrované podložce

Odvzdušnění vnitřního jádra

Tvarové úpravy odlitku pro zlepšení odvzdušnění formy

Různé způsoby odlévání víka skříně

Oxidace taveniny

• Primární oxidace.

​

• Dezoxidace.

​

• Sekundární (druhotná) oxidace.

​

• Terciární oxidace.

​

• REOXIDACE = sekundární i terciární oxidace dohromady.

​

• Důsledkem reoxidace jsou pevné, tekuté a plynné produkty, které mohou reagovat se slévárenskou formou za vzniku různých povrchových i vnitřních vad odlitku.

Reakce roztaveného kovu (slitiny železa) se syrovou formou

• V jakékoliv syrové formě vzniká při lití silně oxidační atmosféra, která velice intenzívně oxiduje protékající kov.

​

• Afinitu prvků ke kyslíku, jejíž mírou je záporná hodnota volné entalpie vyjadřujeme vztahem:

​

(afinita)p,T = - ∆ H + T ∆S ,

kde ∆ H … reakční teplo, ∆ S … změna entropie, T… teplota.

Model mechanismu vzniku vad na povrchu odlitků

způsobených reoxidací kovu

Reoxidace u slitin hliníku

• Slitiny hliníku mají nízkou měrnou hmotnost a vysokou povrchovou energii mezi oběma atmosférickými plyny a většinou oxidů, včetně svého vlastního. Při běžné teplotě jeho oxid – Al₂O₃ je v pevném stavu a existuje dosti dlouho dobu jako amorfní nebo krystalický povrchový film.

​

• Tyto filmy Al ₂O₃ mohou být škodlivé nebo příznivé. Pokrytím taveniny filmem oxidu hlinitého lze zabránit neustálé oxidaci.

​

• Avšak už jen při 5 ppm kyslíku ve formě zahlcených oxidů hliníku nebo jiných vměstků může významně podpořit nukleaci plynové pórovitosti nebo způsobením plošných vad na opracované součásti.

KRYSTALIZACE A TUHNUTÍ KOVŮ

• Oba pochody spolu souvisejí a probíhají při poklesu teploty pod teplotu počátku tuhnutí slitiny (teplota likvidu).

​

• KRYSTALIZACÍ rozumíme tvorbu krystalizačních zárodků, růst krystalů, mikro a makrostrukturu zkrystalizovaného kovu.

​

• TUHNUTÍ představuje kinetiku krystalizujících vrstev, kdy vlivem ochlazování kovu ve slévárenské formě, dochází ke změně tekuté fáze v pevnou, krystalickou.

TERMODYNAMICKÉ PODMÍNKY KRYSTALIZACE

• Základní podmínkou nově vznikající fáze je termodynamická stabilita. T.zn.,že volná entalpie nově vznikající fáze (1) musí být menší, než u fáze

(2) předchozí,

tj. taveniny.

​

• Zárodek tuhé fáze je stabilní jen při určitém kritickém rozměru r_kr.

Kritická velikost zárodku

• Kritická velikost zárodku nepřímo závisí na velikosti podchlazení ΔT.

​

• Čím větší je podchlazení ΔT, tím menší je poloměr kritické velikosti zárodku.

HOMOGENNÍ NUKLEACE

kde ∆G_c celková změna volné entalpie soustavy; r poloměr zárodku

σ povrchová energie na rozhraní krystal - tavenina

∆G_v volná entalpie původní kapalné fáze

• Tento způsob krystalizace je možný jen v laboratorních podmínkách při velkém podchlazení na teplotu cca 0,2 ^Ttání^.

Gc G_V Gs

v

Gc

_r3

G 4 r ² kt

3

• Spontánní krystalizace vzniká na samostatně vzniklých zárodcích uvnitř přechlazené taveniny. Vznik trvalých krystalů je podmíněn jejich nadkritickou velikostí.

4

HETEROGENÍ NUKLEACE

(vynucená)

• Odpovídá podmínkám krystalizace ve slévárenské formě. Pro vznik krystalů je postačující přechlazení cca 0,02 T_tání.

​

• Krystalizace je zde vyvolána přítomností různých vměstků (oxidů i nekovových vměstků), takže probíhá přednostně od stěn formy, aniž by vzniklo nutné přechlazení

k zahájení spontánní krystalizace.

​

• Nukleace heterogenní probíhá mnohem rychleji než homogenní.

Existují další vlivy, které ovlivňují průběh krystalizace :

• Čistota kovu (obsahuje-li kov plyny, vměstky, vzduch, potom nepotřebuje velké přechlazení k zahájení krystalizace);

​

• Pohyb taveniny (každý neklid, vibrace, chvění, proudění atp., snižuje nutné přechlazení k tvorbě zárodku);

​

• Tlak (vysoký vnější tlak napomáhá krystalizaci);

​

• Stupeň přehřátí kovu – při nejnižším stupni je nejjemnější struktura, se zvyšujícím se stupněm roste rozměr zrna a potom od určité kritické teploty se opět struktura zjemňuje.

KINETIKA PROCESU KRYSTALIZACE

Sestává ze dvou na sobě nezávislých dějů:

• NUKLEACE, tj. vznik krystalizačních zárodků (homogenní/heterogenní).

​

• RŮST KRYSTALŮ, tzn. rychlost přemisťování různých typů fázového rozhraní krystal-tavenina v závislosti na teplotním gradientu (rovinné, buněčné, dendritické).

KRYSTALIZACE SLITIN V REÁLNÝCH PODMÍNKÁCH

• Krystalizační poměry v procesu tuhnutí slitin lze hodnotit pomocí rovnovážných stavových diagramů. Existence teplotního rozdílu mezi likvidem a solidem, při každé teplotě jsou v termodynamické rovnováze tuhá a tekutá fáze s různým chemickým složením.

​

• Postupnou změnou koncentrace tuhé fáze dochází k nehomogenitám (první krystaly bohaté na složku A, až na posledně tuhnoucí ochuzené složkou A), Vytváří se tak celková heterogenita krystalu, která se částečně vyrovnává difúzí v tuhé i tekuté fázi, nikoliv však úplně.

​

• Po skončení krystalizace by se veškeré koncentrační rozdíly měly vyrovnat. Při rychlém ochlazování odlitků však zůstane odmíšení zachováno (segregace).

PRIMÁRNÍ KRYSTALIZACE ODLITKŮ

• V reálných podmínkách obsahuje povrchová oblast odlitku nahodile orientované krystaly (globulity).

​

• Na tuto licí strukturu navazuje oblast protáhlých kolumnárních krystalů, jejichž hlavní osy jsou rovnoběžné se směrem maximálního odvodu tepla z odlitku a mají typický dendritický charakter.

​

• Ve středu odlitku se nachází oblast rovnoosých globulitických (polyedrických) krystalů.
• U odlitků nemusíme vždy tyto typy

struktury najít.

Dendritická struktura

• Nejkvalitnější struktura z předchozího obrázku je povrchová vrstva. Ve středové oblasti se vyskytují mikro i makrostaženiny, řediny a vycezeniny.

​

• Zvětšenina dendritu je na vedlejším obrázku. Tento druh krystalizace je typický právě pro slitiny Fe.

Schematické zobrazení tvorby četných dendritů vytvářejících zrna

MORFOLOGIE TUHNUTÍ

• Vzhledem k postupu tuhnutí v objemu odlitku rozlišujeme :
• Exogenní tuhnutí.
• Endogenní tuhnutí

​

• U exogenního tuhnutí se zárodky nacházejí na povrchu formy a tuhnutí postupuje od povrchu odlitku do jeho středu.

​

• U endogenního tuhnutí se kromě toho vytvářejí zárodky a z nich krystaly v celém objemu taveniny.

Rozeznáváme tuhnutí:

1. Exogenní tuhnutí.

a1) Tuhnutí na hladké vrstvě krystalů (s rovinným fázovým rozhraním).

a2) Tuhnutí na členitém fázovém rozhraní.

a3) Houbovité tuhnutí se silně rozvětvenými dendrity.

​

2. Endogenní tuhnutí

b1) Kašovité tuhnutí. Jde o objemové

tuhnutí.

b2) Vrstevnaté tuhnutí, rovněž objemové tuhnutí; od povrchu se však tvoří vrstva globulitických krystalů.

PŘÍČNÉ TUHNUTÍ ODLITKŮ

a) progresivní; b) dvoufázové; c) objemové

POSTUP TUHNUTÍ ODLITKU

• Pojem tuhnutí odlitku má všeobecnější smysl, než pojem krystalizace.

​

• Kromě fázové přeměny zahrnuje i morfologické, fyzikální a objemové změny.

​

• S ohledem na výše uvedené procesy nás zajímá především kinetika tuhnutí.

Výpočet doby tuhnutí

• Vycházíme z tepelné bilance odlitku a formy při tuhnutí:

• Q₁ = Q₂

1… odlitek,

[J]

2… forma

• Pro polonekonečnou formu tvaru desky můžeme Q₁ zjednodušeně vyjádřit vztahem:

​

Q₁ S₁ x_{1 1} L c₁ (T₁ T_s )

Tepelná bilance mezi odlitkem a formou – teplo odvedené formou

K určení množství tepla jež přijala (akumulovala) forma vycházíme z rovnice rozdělení teplot ve formě, která odpovídá průběhu Gaussovy křivky.

Rychlost odvodu tepla z kovu do formy se získá:

Množství tepla na celkovou plochu odlitku S:

u

u

x

2 a

e du G(

2

0

^{T T} 2

^T2 p ^T2v

2v

2

dQ d

q

t ₎

x

(

(T_{2 p} T_2v )

a

s ( )

f f

b_f

c _f

2S (T T )

2v

1 2 p

1

Q₂ S q_{s( )} d (T_{2 p} T_2v ) S

0

Výsledek tepelné bilance

Po zjednodušení předchozí rovnice a dosazení do vztahu pro Q₁ = Q₂:

Z toho plyne pro dobu tuhnutí τ :

V…. objem kovu v odlitku, [m³ ],

S… ochlazovaný povrch odlitku, [m²] .

τ = k ( R )²

kde τ …. doba úplného ztuhnutí odlitku, [s]

R…. relativní tloušťka (modul) odlitku, [m].

f

b

V_{1 1} L c₁ (T₁ T_s ) 2S₁ Ti

2

1

₍ 1 ₎²

f

1 1 1 s

_b2

L c (t t ) ²

^S 4 Ti²

V

V S

R

Měření dob tuhnutí N.Chvorinova

Teorie tuhnutí N.Chvorinova

• Chvorinov pro R použil název

tloušťkový ekvivalent , v originále

„Grossenkoefizient“- velikostní koeficient.

​

• Přibyl zavedl pro R název

relativní tloušťka.

​

• V němčině se prací R.Wlodawera rozšířil název Modul, převzatý do češtiny ve stejné podobě jako „modul“, do angličtiny Modulus.

Výpočet narůstání pevné kůrky kovu

x K.

Vliv tvaru odlitku na dobu tuhnutí

• Chvorinov si byl zřejmě vědom nepřesností svého vztahu, protože později došel k poznání, že pro doby tuhnutí odlitků různých tvarů a odlévaných při různých licích teplotách neplatí jen jediná přímková závislost, ale že koeficient tuhnutí se může měnit v závislosti na licí teplotě a tvaru odlitku.

τ = ε . k . R² ,

kde ε je tvarový činitel.

• Změna tepelného toku. Na počátku tuhnutí převažuje tok tepla z odlitku do formy; postupně klesá a zvyšuje se intenzita tepelného toku z centra k povrchu odlitku. Tím střed rychleji tuhne a chladne.

​

• Postupem tuhnutí se u válce a koule rychleji zmenšuje objem zbylé taveniny, než povrch, čímž klesá relativní tloušťka, což rovněž urychluje tuhnutí.

Příčiny rozdílného průběhu tuhnutí odlitků základních tvarů :

TEPLOTNÍ POLE ZÁKLADNÍCH TĚLES

Znázornění směru maximálního tepelného toku a typické izotermy tuhnutí u:

a) neohraničené desky, b) neohraničeného válce, c) koule

• Čím více se směry maximálního tepelného toku rozbíhají, tím méně se ohřívá forma a tím rychleji tuhne odlitek.

Výpočet relativní tloušťky odlitků základních tvarů

x_d/2; D_V/4 ; x_h/4; D_K/6 ; x_K/6; x_P/2

Tepelná osa

• Množina bodů, ve kterých slitina tuhne naposled, se nazývá tepelnou osou. Její poloha závisí na tvaru odlitku a způsobu odvodu tepla). Tepelná osa se nemusí vždy shodovat s geometrickou osou a platí, že je odchýlena od osy

geometrické ve směru menšího i většího odvodu tepla.

Posun tepelné osy

V ZÁVISLOSTI NA :

​

• SOUČINITELI b_f

​

• TVARU ODLITKU

Počáteční stadium tuhnutí kovů

Pojem periodického a zpožděného tuhnutí

Výroba uměleckých odlitků

UMĚLECKÉ ODLITKY

• Velká odlišnost od výroby strojírenských odlitků.

​

• U strojírenských odlitků se volí nejjednodušší a nejlevnější způsoby.
• Modely jsou nejčastěji ze sádry, hlíny a vosku.

​

• Dělící plocha bývá značně složitá, postup výroby formy se často volí bez ohledu na náklady.

Způsoby formování uměleckých odlitků

• V podstatě se dělí do dvou skupin :

​

• Ploché odlitky – plakety, medaile.

​

• Členité duté odlitky – plastiky a sochy.

Formování plaket

• Používá se několik metod, z nichž nejznámější jsou dvě.

​

• Důvodem je to, že zpravidla nelze formovat přímo podle surového modelu.
1. Tloušťka plakety se vytvoří vypodložením plakety.
2. Tloušťka se vytvoří seříznutím formy.

Metoda vypodložení rámu

1. Formíř si stanoví

tloušťku stěny v a

zbylou spodní část modelu zapustí do

pomocné poloviny formy.

​

2. Na pomocnou polovinu přiloží podložky p (p=v) a pěchuje polovinu formy 2, jež bude tvořit model pro vršek.

Vypodložení rámu

3. Vršek hotové formy se zhotoví zapěchováním této poloviny formy 2. Spodek formy (líc plakety) se získá, když po odstranění podložek p se zaformuje rám 3. (obr.b)

​

• Po té se model otiskne znov do takto připravené formy. Forma plakety se složí a je připravena k lití.

Formování metodou seříznutí formy

1. Sádrový model se

zaformuje bez podložky.

​

2. Do spodku formy 2 se

zaformuje vršek 3, který se pak ořeže o tloušťku plakety v.

​

3. Líc formy 2 se pak znovu upravuje a vyříznou se v něm vtoky a výfuky.

Členité odlitky – použití klínků

• Reliéf modelu má profil, který nedovoluje vytažení modelu bez poškození formy.

​

• Nejprve se zhotoví nepravý formovací rám. Model se zaformuje do dvoudílného

formovacího rámu 2 a 1.

• Sejme se spodek formovacího rámu 2 a v něm se pozoruje, které části modelu narušují formu.

​

• Spodek 2 se vyprázdní. Část 1 se ponechá jako forma, na níž se vytvoří syrové klínky 3,4,5 .

Zhotovení klínků – nepravých jader, které se nepěchují v jaderníku

Úprava klínků

• Vnější plochy klínků se podřežou tak, aby při příští operaci nepřekážely sejmutí spodku 2. Tyto plochy se zapráší dělícím prostředkem.

​

• Pak se znovu uloží a upěchuje spodek formovacího rámu 2.

Upevnění klínků

• Spodek 2 se znovu sejme a z formy 1 se speciálními vidličkami 6 (pinzetou) sejmou klínky.

​

• Klínky se vloží do formy 2 podle známek vytvořených při prvním pěchování. Klínky se připevňují pískováčky a drátky k formě.

Dokončení formy

• Když jsou klínky 3, 4 a 5 vyjmuty, vyjme se snadno model z formy 1.

​

• Dále se musí vyříznout vtoková soustava a výfuky.

​

• Forma se pak může upravovat nátěrem, sušit apod.

​

• Pak se forma složí a může se odlévat

VÝROBA DUTÝCH SOCH, FIGUR

• Existují historické postupy pomocí vytavitelných modelů:
• Řecký a římský.

​

• Metoda formování na sádrový model.

​

• Moderní postupy s využitím matečné silikonové formy pro výrobu voskového, vytavitelného modelu.

ŘECKÝ POSTUP

• Ze sádry nebo vazné hlíny se vytvoří model, představující v hrubých obrysech figuru, zmenšenou o tloušťku kovu.

K zvýšení pevnosti se model figury

vyztužuje drátěnou výztuhou.

Úprava modelu

• Tento model se suší a na něj se pak nanáší vrstva vosku o tloušťce max. 25 mm.

​

• Na této vrstvě umělec detailně upraví líc pro vnější pohledový povrch sochy.

Vlastní výroba formy

• Po dohotovení voskové vrstvy, pokryje se velmi opatrně vrstvou formovací hmoty (hlíny). Musí

přitom dojít k přesnému otisku voskové vrstvy a nesmí se poškodit obrysy modelu a

vytvořit trhliny.

​

• Hlína se nanáší po vrstvách, každá vrstva se nanese po uschnutí vrstvy předcházející.

​

• Pak se nanáší hrubé kusy formovací hmoty – mohou se vytvářet klínky, každý z nich se

musí očíslovat pro pozdější skládání formy.

Dohotovení dutiny formy

• Vtoková soustava a průduchy se upravují a tvoří

voskovými knoty.

​

• Po dohotovení se formy suší. Při sušení se nejprve vytaví model a voskové kanálky a vznikají volné prostory.

​

• Aby se zvýšila pevnost velkých forem obkládají se tyto vně cihlami.

​

• Při neúspěšném odlévání se musí opakovat všechny složité operace se zhotovením voskového modelu.

ŘÍMSKÝ POSTUP

• Podle originálu modelu se dělají sádrové klínky nevelkých rozměrů.

​

• Suché a pevné klínky (s výztuhou) se snímají z modelu.

​

• Skládají se podle očíslování a obkládají se z vnitřní strany vrstvou destičkového vosku o tloušťce budoucího odlitku.

Zhotovení jádra

• Takto vytvořená forma s vnitřní voskovou vrstvou se zalije zvláštní jádrovou hmotou. Dovnitř se vkládá kovová výztuha a vytvoří se tak pevné jádro.

​

• Jádrová hmota se skládá ze sádry, písku a šamotové moučky. Působením sádry velmi rychle tuhne.

​

• Do jádra se vkládají též voskové knoty k vytvoření průduchů pro odvod plynů.

​

• Když je jádro hotovo, sejmou se opatrně vnější sádrové klínky a zůstane voskový otisk podobný původnímu modelu.

Dokončení formy

• Další výroba formy je shodná jako při “řeckém“ postupu.

​

• Vpravo je model jezdecké sochy s vtokovou a odvětrávací soustavou. Zářezy směřují vzhůru a průduchy dolů.

​

• Tento postup je složitý, ale výhodný tím, že původní model vytvořený umělcem

zůstává zachován a může být

použiti pro opakovanou výrobu.

VÝROBA VELKÝCH SOCH

• Velké sochy se neodlévají z jednoho kusu z důvodu velkého nebezpečí, že by v případě nezdaru došlo k velké

škodě. Jistý problém by byla i potřeba velkých rámů nebo formovacích kesonů.

​

• Proto se celá socha rozdělí na řadu dílů, které se spolu spojují svařováním.

​

• Příkladem může být socha generála Štefánika zhotovená z 26 dílů, výška 7,6 m, tloušťka bronzu 6 až 10 mm. Hmotnost 7 t.

Sádrový model sochy

• Socha z cínového bronzu je vysoká 7,4 metru a má hmotnost 5,3 tuny. Odlili ji ve slévárně DSB Euro v Blansku.

​

• Pracovalo na ní šest lidí celých dvanáct měsíců pod vedením Jána Janda, který ve slévárně pracuje již 30 let.

Formování do písku podle originálu.

Zhotovení dutého odlitku.

• Umělec vytvoří originální dílo nejčastěji ze sádry nebo hlíny.

​

• Slevač prozkoumá tvar , zvolí dělící plochu, známky

jádra…

​

• V tomto případě je dělící plocha rovná.

Vytvoření "šněrovačky"

• Nejprve se vytvoří falešná část formy z písku „šněrovačka“.

​

• Pak se upěchuje formovací písek na model a šněrovačku. Tím se zhotoví první část formy.

Zhotovení druhé poloviny formy

• Otočí se celá forma k odstranění

šněrovačky a očistění modelu.

Vyříznou se značky pro nové skládání forem.

​

• Zapěchuje se druhá část formy.

Zhotovení jádra

• Vytáhne se model z formy.

​

• Dutina formy se „zapráší“ a zapěchuje pískem.

​

• Získá se tak kopie modelu – z formovacího písku.

Závěrečné operace

• Jádro připravíme seškrabáním pískového modelu o určitou tloušťku (kovu). Jádro založíme do formy.

​

• Vyřízneme vtokový systém a můžeme odlévat.

FORMOVÁNÍ NA ZTRACENÝ, VYTAVITELNÝ MODEL

• Umělec vytvoří sochu ze sádry nebo hlíny.

​

• Etapa 1 Slevač stanoví dělící plochu.

Využití silikonových kaučuků, elastomerů. Etapy 2,3

• Vytvoří se šněrovačka z formovací hlíny. Do ní se zhotoví kolíky ke skládání formy a příslušenství formy.

​

• Na to pak naneseme vrstvu kašovitého silikonu.

Etapa 4

• Když silikon ztvrdne zhotoví se na něj ochranný kryt ze

sádry nebo

z laminátové

pryskyřice tak, aby se zpevnila první polovina formy.

Etapa 5

• Pak otočíme formu, oddělíme formu od šněrovačky, očistíme dělící rovinu a odlitek.

​

• Separátorem ošetříme dělící plochu a naneseme silikon na druhou polovinu. Tuto část

formy zpevníme stejným způsobem sádrou nebo laminováním.

Etapa 6

• Nyní můžeme

vyjmout originální model umělce a složit matečnou formu.

​

• Dutina formy je připravena pro

zhotovení voskového modelu.

Etapa 7

• Nalijeme voskovou směs do dutiny

matečné formy a prakticky ihned formu otočíme.

​

• Na povrchu formy

tak získáme tenkou a rovnoměrnou

vrstvu ztuhlého vosku.

Etapa 8

• Na voskovou vrstvu nalijeme žáruvzdornou sádru nebo formovací směs.

​

• Vytvoříme tak jádro. Po jeho vytvrzení

otevřeme matečnou formu. Získáme tak voskový model, který je replikou uměleckého předmětu.

Etapa 9

• Nyní se může sestavit

„stromeček“. tzn. připojit k modelu všechny licí a

odvětrávací kanálky.

​

• Všechny tyto prvky jsou z vosku a přitaví se k modelu odlitku.

Etapa 10

• Voskový stromeček se zalije žáruvzdornou

sádrou a tím je forma dokončena.

​

• Forma se pomalu vysuší a vytaví se vosk. Vosk i

vlhkost se musí úplně odstranit. Vypálení dá formě požadovanou pevnost.

Etapa 11

• Forma je nyní připravena

k zaplnění tekutým kovem.

​

• Forma se umístí na licí pole a

následuje odlévání.

Etapa 12

• Po vychladnutí se forma rozbije a

vytáhne se odlitý stromeček

surového odlitku.

​

• Po odřezání licích kanálků získáme vlastní hrubý odlitek.

PŘÍKLAD FORMOVÁNÍ BUSTY POMOCÍ SILIKONOVÉ FORMY

• Nejprve se zhotoví sádrový matečný model.

Na něj se nanese

provizorní vrstva jemné hlíny o tloušťce asi 30 mm.

​

• Na tuto vrstvu se zhotoví sádrový plášť , (polovina matečné formy) ve

kterém je ponecháno několik otvorů pro

pozdější nalití silikonu.

Šněrovačka

• Provizorní vrstva hlíny musí mít takový tvar, aby sádrový plášť šel z ní sejmout bez poškození.

​

• Šněrovačka i

s pláštěm se pak otočí, šněrovačka se

sejme, dělící plocha se postříká separátorem.

Nalití silikonu

• Na odhalený zbytek matečného modelu se rovněž nanese

provizorní vrstva jemné hlíny, na níž se zhotoví druhá půlka matečné

sádrové formy.

• Do prostoru, který

vznikne odstraněním hlíny se pak nalije

silikonová pryskyřice.

Zhotovení voskového modelu

• Po ztuhnutí se pružná silikonová forma rozřeže na

několik kusů a sejme se z matečného modelu.

​

• Jednotlivé kusy se založí zpět do příslušných polovin

sádrové matečné formy a začne vlastní výroba vytavitelného voskového modelu.

​

• Sádrovou formu vyplníme voskovou směsí. Po ztuhnutí dostatečné vrstvy vosku se forma obrátí (podle požadované tloušťky stěn odlitku) a neztuhlý vosk se vylije.

Zhotovení jádra

• Jádro se zhotoví tak, že matečná forma i

s vytavitelným modelem se otočí do opačné polohy, než bude při lití.

​

• Kolem otvoru pro uložení jádra se zhotoví tzv. terasa, v níž se odformují známky jádra.

Pak se do dutiny uloží výztuhy a nalije žáruvzdorná sádrová směs. Po ztuhnutí se matečná forma otočí do licí polohy, matečná forma se rozebere a tím se odhalí voskový model, kterému dá umělec konečný tvar.

​

K voskovému modelu se připevní voskové kanály pro lití a pro odvzdušnění dutiny formy.

​

Následně se zhotoví keramická forma a odlévá se podle výše uvedených postupů.

VTOKOVÉ SOUSTAVY PRO UMĚLECKÉ ODLITKY

Různé typy vtokové soustavy

Spodní plnění formy

Horní plnění formy s jádrem

Sešikmení a velikost sekundárních zářezů

Odvzdušňovací systémy

Vtokové a odvzdušňovací systémy malých soch

ZHOTOVENÍ ODLITKU PODLE 200 LET STARÉHO MODELU

• Busta Friedricha Schillera (1759- 1805)

​

• Johann Heinrich Dannecker (1758- 1841)

​

• ACTech GmbH Freiberg

Skener 3D ATOS IIe 400

• Sádrové poprsí bylo skenováno přímo v muzeu ve Weimaru.

​

• Skenování trvalo 4 hodiny.

Kompletní forma poprsí F. Schillera

• Forma se skládala z 20 částí.

​

• Všechny velké části byly vyrobeny frézováním

vytvrzeného bloku formovací směsi.

Část formy zhotovená laserovým sintrováním

• Lícní části formy byly zhotoveny laserovým sintrováním obalované směsi Croning.

​

• Technologie byla navržena s využitím simulačního programu ProCast.

Vytloukání odlitku z formy

Surový odlitek a jeho cizelování

VÝSLEDEK

• Dílo bylo v listopadu 2005 představeno

veřejnosti ve Weimaru.

​

• Váží 150 kg a bylo zhotoveno za 340 hodin.

Friedrich Schiller autor Písně o zvonu

Stahování kovů a slitin.��Nálitkování.��Lineární smršťování.

Objemové smršťování – stahování kovů a slitin

• Chladnutí slitin je doprovázeno zmenšováním jejich objemu – smršťováním. K tomu dochází v dŧsledku změny měrné hmotnosti (hustoty) slitiny ρ, která s klesající teplotou roste. Protože platí zákon

zachování hmoty musí se změna rostoucí hustoty projevit při ochlazování odlitku zmenšováním jeho objemu.

​

• Smršťování lze rozdělit takto:
1. smršťování roztavené slitiny, ε_Vl
2. smršťování při tuhnutí, ε_Vk
3. smršťování v pevném stavu, ε _VS

Průběh smršťování oceli a litiny

• Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma materiály spočívá ve způsobu krystalizace, kdy u litin při vylučování grafitu z taveniny dochází k předsmršťovacímu roztažení. Výsledkem pak je celkově nižší lineární smrštění litinových odlitků (1%) proti ocelovým odlitkům (2 %).

Tři druhy příčného tuhnutí

a)progresivní; b) dvoufázové; c) objemové

ρ

Tuhnutí slitin mědi

a) nízký; b) střední; c) vysoký obsah přísad

Dvoufázové tuhnutí

• Vliv chemického složení na šířku dvoufázového pásma

Vliv tepelné vodivosti slitiny

a) slitina Cu-Pb, b) ocel

Vliv součinitele b_f

a) sušená forma, b) syrová forma, c) kokila

Konstrukční faktor – vliv tvaru odlitku

POSUN TEPELNÉ OSY

• ZÁVISLOST NA:
• SOUČINITELI b_f
• TVARU ODLITKU

Smršťování při tuhnutí

• Smrštění (stahování) při tuhnutí je závislé na materiálu odlitku,

způsobu tuhnutí, formě a konstrukci odlitku.

​

• Rozdíl mezi objemem tekutého kovu před tuhnutím a pevného kovu po ztuhnutí je nazýván staženinou.

Vznik staženin v odlitcích

• Staženina je dutina v odlitku, která vzniká úbytkem slitiny při tuhnutí. větší část jejího povrchu má obnažené dendritové skelety.

​

• Na její tvar a umístění má rozhodující vliv zpŧsob odvodu tepla. Staženiny se tvoří v tepelném centru litého útvaru.

​

• Kromě staženin rozlišujeme i řediny neboli řídká místa, což jsou malé staženiny patrné pouhým okem na řezu nebo lomu odlitku.

Úbytek objemu slitiny při chladnutí odlitku

• Vycházíme z toho, že od odlití až do úplného vychladnutí odlitku se nemění jeho hmotnost:

m =V₁ . ρ₁ = V_L . ρ_L = V_S . ρ_S = V₂₀ . Ρ₂₀

• Stanovení objemu staženiny:

V_ST = ∆ V_I + ∆V _II - ∆V_III - ∆V_pl - ∆V_GR

∆V_I = V₁ – V_L ; ∆V _II = V_L – V_S ;

^∆VIII

… změna světlosti tuhé kůry uvnitř intervalu tuhnutí

Postup vzniku vnější a vnitřní staženiny

Schéma tvorby staženiny při:

a) ochlazování ze všech stran, b) s izolovanou hladinou,

c) izolace ze všech stran

Úbytek objemu kovu při smršťování

SMRŠŤOVACÍ MIKROPÓROVITOST

• U slitin s širokým intervalem tuhnutí může dojít k tvorbě

mikrostaženin.

​

• Příčinou je vytváření ostrůvků taveniny mezi rostoucími dendrity.

​

• Po jejich ztuhnutí se vytvoří vnitřní

mikrostaženiny neboli smršťovací

mikropórovitost.

Charakteristické znaky staženin a mikroředin

1. Čistý hliník
2. Podeutektický Al-Si
3. Eutektický Al-Si
4. Nadeutektický Al-Si
5. Čistá měď
6. Cínový bronz Cu-Sn
7. Mosaz Cu-Zn
8. Speciální Cu-Sn
9. Ocel(nízký C)
10. Ocel
11. LLG
12. LKG

Staženiny a bubliny v odlitku bloku motoru z LLG

Tepelné uzly

• V místech, kde je proti okolním stěnám nashromážděn kov, tuhne roztavená slitina později. Jsou to často místa, ve kterých se stýká několik stěn a nazýváme je tepelné uzly.

​

• V těchto místech se tvoří staženiny.

Klasifikace tepelných uzlů. Rozlišujeme tepelné uzly:

• Vzhledem k zaústění vtokové soustavy:
• Průtočné,
• Neprůtočné,
• Poloprůtočné.
• Vzhledem k poloze nálitků:
• Přilehlé,
• Polopřilehlé,
• Odlehlé.
• Podle tvaru:
• Spoje dvou stěn L, T ,V.
• Vyšších řádů X, kříž, Y.

Zneškodňování tepelných uzlů

• ZMĚNA KONSTRUKCE ODLITKU
• Technologické přídavky.
• Úpravy tvaru odlitku.
• NÁLITKOVÁNÍ

- rozlišujeme nálitky otevřené a uzavřené;

- čelně působící, boční,přilehlé, odlehlé,prstencové a místní.

• CHLAZENÍ TEPELNÝCH UZLŮ
• Vnitřní.
• Vnější.

Nálitkování odlitků

• Pochod tvorby staženin a ředin v odlitcích nazýváme stahováním. Abychom doplnili úbytek objemu při tuhnutí, musíme do formy nalít větší objem tekuté slitiny, než je objem odlitku.

​

• Zásobník tekutého kovu, ze kterého se doplňuje úbytek objemu, se nazývá nálitek a je třeba, aby se staženina

soustředila v nálitku.

Tepelné uzly a nálitkování

• Jednoduchou, ovšem jen přibližnou pomůckou

k rozpoznání tepelných uzlů je metoda vepsaných koulí (Heuversova). Do průřezu stěny odlitku se ve výkresu vepíšou koule (tj. v průmětu kružnice) a místo s největší kružnicí je tepelný uzel, který se řeší technologickým přídavkem (klínem).

Druhy nálitků

• Podle uspořádání rozeznáváme nálitky otevřené, které vyúsťují do horní plochy rámu a uzavřené, které jsou skryté ve formě.

​

• Uzavřené nálitky se obvykle umisťují do spodních částí odlitku.

​

• Používá-li se současně více nálitků, musí být oblasti jejich působení od sebe odděleny ztuhlým kovem, jinak se navzájem „přetahují“.

​

• U uzavřených nálitků se umisťuje do vrchní části keramické nebo pískové jadérko, které zaručuje propojení staženiny s okolní atmosférou (atmosférické nálitky).

Prodloužení nálitkového pásma

Přímý otevřený a uzavřený nálitek

Stanovení velikosti nálitků

• Velikost a počet nálitků a jejich umístění přímo souvisí s konstrukcí odlitku.

​

• Pro výpočet velikosti nálitku se používá různých metod. Rozhodující je velikost tepelného uzlu a jeho doba tuhnutí.

​

• Důležitým pojmem pro posouzení velikosti nálitků je „využití tekutého kovu“ η, což je poměr mezi hrubou hmotností odlitku m_o a surovou hmotnosti odlitku m_S (součet hmotnosti všech nálitků, technologických přídavků, vtoků a hrubé hmotnosti odlitku). Čím menší jsou nálitky, tím větší je využití kovu a vyšší hospodárnost výroby.

Výpočet nálitku podle J.Přibyla

• Výpočet velikosti nálitku V_n vychází z pozorování tvaru a velikosti nálitků, které zachycuje koeficient nehospodárnosti nálitku:

​

• Čím je hodnota x větší (12 a více), tím nálitek funguje nedostatečně a nehospodárně. Dobře ošetřené izolované nálitky dosahují x=4 až 6.

​

• V_o je objem odliku,

β je součinitel smrštění slitiny.

x _Vo

V_n

1 x

V_n ^Vsst

x

Bylo zjištěno, že poměr V_set /V_N je u nálitků atmosférických 1 : 8 až 1 : 10.

Reciprokou hodnotu nazýváme součinitel nehospodárnosti nálitku (x):

- podtlakové nálitky x > 12

- atmosférické 8 ~ 12

- atmosférické – izolované 6 ~ 9

- atmosférické – exotermické 3 ~ 6

• Schéma řezu, které definuje velikost staženin a geometrii makrostaženiny

smrštění slitiny při změně teplot – od teploty lití do teploty tuhnutí

Úsporné nálitkování

• K prodloužení doby tuhnutí nálitku bez zvětšování jeho rozměrů se používá izolačních nebo exotermických zásypů a obkladů.

​

• Izolačními zásypy (popílek, perlit, koks, dřevěné uhlí) se izoluje povrch nálitku od okolní atmosféry, takže ztrácí méně tepla, tuhne déle a zajišťuje působení atmosférického tlaku na hladinu při dosazování kovu do odlitku.

​

• Izolační obklady izolují odvod

tepla bočními stěnami.

​

• Exotermické materiály vyvíjejí teplo a zpomalují tak ochlazování hladiny nálitku i odvod tepla bočními stěnami.

Účinek ošetření hladiny nálitku a izolace bočních stěn

Konstrukční změna tepelných uzlů

Chlazení tepelných uzlů

• Některé tepelné uzly v odlitku lze pro jejich odlehlost jen velmi obtížně napojovat na otevřené nálitky a napojení na místní uzavřené nálitky by bylo velmi nákladné.

​

• V takových případech odstraňujeme tepelný uzel zvýšeným ochlazováním roztaveného kovu pomocí chladítek. Podle umístění rozeznáváme chladítka vnější (umístěná na povrchu odlitku) a chladítka vnitřní (umístěná uvnitř odlitku).

Vnější chladítka

• Jsou z látek s vysokou teplotou tavení, dobře odvádějí teplo (měď, ocel, šedá litina, grafit, magnezit) a tvoří část formy. Jejich tloušťka má být rovna polovině tloušťky zachlazované stěny.

​

• Vnější chladítka se používají pro odlitky tenkostěnné a odlitky se střední tloušťkou stěn při sériové výrobě nebo při jednoduchých tvarech odlitků.

Vnitřní chladítka

• Vyrábějí se z podobného kovu jako je odlitek, protože se musí tekutým kovem natavit, aby se s odlitkem spojila.

​

• Jejich tvar je různý, nejčastěji se však používá podkováků, skob a spirál. Proti korozi se vnitřní chladítka chrání tenkou vrstvou snadno tavitelného kovu.

​

• Je-li vnitřní chladítko malé, tepelný uzel se nezachladí a vznikne staženina; je-li velké, nenataví se a tedy se nespojí s odlitkem.

Usměrněné tuhnutí

• Má-li být dosaženo zdravého odlitku, musí jeho tuhnutí postupovat od nejvzdálenějších míst tepelnou osou až do nálitku, který má ztuhnout jako poslední. Pak je zaručeno, že nálitek doplňuje úbytek slitiny při tuhnutí a že tepelné uzly jsou napojeny na zásobník tekutého kovu.

​

• Takové tuhnutí se nazývá kladně usměrněné.

​

• Nálitek jakožto zásobník tekutého kovu musí ztuhnout jako poslední. Musí být umístěn tak, aby zajistil dobré doplňování tekutým kovem do určité oblasti odlitku (oblast dosazování).

Řešení usměrněného tuhnutí odlitku náboje

Smršťování kovu v pevném stavu

• Smrštění v pevném stavu je příčinou vzniku vnitřního pnutí, popřípadě trhlin, prasklin nebo deformace odlitku. Lineárním smrštěním dojde ke změně – zmenšení rozměrů odlitku.