VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA METALURGIE A MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ STUDIJNÍ OPORA

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA METALURGIE A MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ

STUDIJNÍ OPORA Název opory/předmětu: Speciální metody výroby odlitků Číslo předmětu: 632 – 0807/01 Autor/Autoři: Ing. Petr Lichý, Ph.D.; Prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc. Katedra: Slévárenství - 632

Tato studijní opora vznikla v rámci rozvojového projektu “Tvorba elektronických studijních opor pro studijní programy FMMI v r. 2008“

Obsah Obsah.......................................................................................................................................... 2 Úvod ........................................................................................................................................... 3 1. Fyzikální proces pojení slévárenských forem [1] .............................................................. 3 1.1. Magnetická forma ...................................................................................................... 3 1.2. Vakuová forma (V-proces, V-metoda)....................................................................... 4 1.3. Zmrazená forma (EFF-SET proces) ........................................................................... 8 1.4. Technologie LOST FOAM (LF) – výroba forem na spalitelný model ................... 11 2. Metoda vytavitelného modelu ...................................................................................... 26 3. Výroba forem zaléváním modelu - Shawova metoda ...................................................... 41 4. Lití do kovových forem (kokil)........................................................................................ 42 4.1. Gravitační lití do kovových forem ........................................................................... 48 4.2. Odstředivé lití ........................................................................................................... 52 4.2.1. Technologie TEKCAST .................................................................................. 54 4.3. Lití pod vysokým tlakem - Tlakové lití.................................................................... 60 4.4. Lití pod nízkým tlakem - Nízkotlaké lití.................................................................. 77 4.5. Nové a nově vznikající technologie ......................................................................... 86 4.5.1. Squeeze Casting .............................................................................................. 86 4.5.2. Thixocasting .................................................................................................... 90 4.5.3 Metoda HIGH ISOSTATIC PROCESSING - HIP ........................................ 95

2

Úvod Při výrobě odlitků je v současnosti stále nejrozšířenější způsob gravitační odlévání do pískových netrvalých forem. Slévárny však řeší stále rostoucí požadavky konstruktérů a zákazníků na kvalitu součástí (povrchovou i vnitřní) a jsou nuceny pod vlivem ekonomických a ekologických nároků vylepšovat své stávající technologie, či hledat a používat alternativní technologie nové. Jedná se o metody tlakového lití (nízkotlaké, vysokotlaké), přesného lití (vytavitelný model, spalitelný model – LOST FOAM) a zpracování kovů v polotuhém stavu (squeezcasting, thixocasting a rheocasting). Použitím těchto technologií získáme odlitky s vyššími užitnými vlastnostmi (kvalitnější povrch, přesné rozměry s minimem přídavků na obrábění, vyšší mechanické hodnoty, atd.). Tyto moderní metody výroby odlitků jsou navíc poměrně přátelské k životnímu i pracovnímu prostředí. Současně tyto technologie splňují v řadě případů technologickou a ekonomickou výhodnost, proti klasickým postupům výroby odlitků (např. gravitační neboli stacionární lití).

1.

Fyzikální proces pojení slévárenských forem [1] •

Magnetická forma (Magnetformverfahren, Magnet-Vollformgieβverfahren).

•

Vakuová forma (Vakuumverfahren, V-verfahren).

•

Zmrazená forma (Gefrierformverfahren, EFF - SET).

•

Plná forma, spalitelný model (Vollformverfahren, Replicast, Lost foam, LITGAZ, Policast, EPC, Simplipac)
za použití klasické form. směsi (např. furanová směs, ST-směsi s vodním sklem),
za použití pouze suchého křemenného písku (ostřiva).

1.1. Magnetická forma K prvním technologiím využívajícím fyzikálního účinku pojení patří magnetická forma. Spalitelný jednorázový model z tvrdých pěnových umělých hmot se pokryje žárovzdorným ochranným nátěrem, bránícím penetraci kovu do formy. Forma je nejčastěji tvořena ocelovými broky (feromagnetický zrnitý materiál). Model představuje skutečný tvar odlitku i s dutinami, proto technologie nevyžaduje používání jader. Schéma principu metody je na (Obr. 1). I když se jedná o nejstarší technologii - fyzikální proces pojení slévárenských forem - nenašla dodnes širšího uplatnění ve slévárenství. [1]

3

Obr. 1: Princip výroby odlitků metodou magnetické formy. [1] ( a – přísun pěnových modelů s ochranným nátěrem, b - formovací linka, c - plnění formy magnetickým materiálem ze zásobníku, d - licí zařízení, e – forma v magnetickém poli, lití, f ochlazovací trať, g - vyklápění odlitků, h - vychlazovací trať pro magnetický materiál (ocelové broky), k – transport odlitků,i – zásobník magnetického ostřiva).

1.2. Vakuová forma (V-proces, V-metoda) Princip vakuového formování je patrný z (Obr. 2). První zařízení v Japonsku 1971 v malé slévárně Kabushiki Kaisha Akita. V roce 1981 již s metodou pracovalo 167 sléváren světa. Prodyšný model je umístěn na modelové desce, pod níž je vakuová skříň. Na model se přisaje termoplastická ohřátá folie, např. z etylenvinylacetátu (EVA), pod modelem se vytvoří vakuum. Folie překryje model i vtokovou soustavu. Ustaví se těsný formovací rám, zasype suchým křemenným pískem (ostřivem), zhustí vibrací a rám překryje opět termoplastickou folií. Odsaje se vzduch z formovacího rámu (prostor mezi dvěmi foliemi) a vakuum pod modelem se přemění v tlak vzduchu. Tak se oddělí model od formy. Složí se dvě poloviny formy, drží se stále pod vakuem. Po odlití a vyhoření folie se forma rozpadne (bez pojiva) a po vychlazení je písek opět použitelný. Termoplastická folie - její tloušťka má být co nejtenčí, a to jak z hlediska ekonomického, tak i ekologického. Tloušťka se pohybuje od 0,05 do 0,15 mm. Modelová folie je nejčastěji z etylen-vinylacetat-kopolymeru (EVA), folie k překrytí rámu z polyetylenu (PE). Plasticita folie se dosahuje ohřevem na 50 až 100°C. Při natahování na model nesmí tvořit trhliny. Folie tloušťky 0,13 mm se může protáhnout až 5 krát. Modelovou folii lze natírat např. grafitovými nátěry, speciální folie mohou obsahovat grafit. Vakuum brání hoření folie působením sálavého tepla; to proběhne pouze v místech dotyku s tekutým kovem. Podtlak - optimální hodnota se nachází v mezích 40 až 50 kPa.

4

Obr. 2: Princip vakuového formování. [1] (a – prodyšný model a modelová deska s vakuovou skříní, b - ohřev folie, c - přisávání folie na prodyšný model vakuem pod modelem, d - usazení těsného formovacího rámu, e - plnění rámu za vibrace, f - zpevnění formy podtlakem, g - vytažení modelu, h – složení formy a lití, i vybíjení odlitku; 1 – model, 2 - modelová deska, 3 - vakuová skříň, 4 - spirála – ohřev, 5 folie 6 - formovací rám, 7 - odsávací vedení v rámu, 8 - vzduchový kanál). Křemenný písek - jeho granulometrie výrazně ovlivňuje pevnost, tvrdost, prodyšnost i odolnost formy proti vadám (penetrace). Zrna mají být kulatá a objemová hmotnost formy má být vyšší než 1600 kg.m-3. Doporučené střední zrno ostřiva uvádí následující tabulka: D50 [mm] střední zrno

číslo AFS

šedá litina (bez ochranného nátěru formy) šedá litina (s ochranným nátěrem) ocel (Al-slitiny) (bez ochran. nátěru)

0,10 0,15 0,12

≥ 120 ≥ 80 ≥ 100

ocel (s ochran. nátěrem)

0,20

≥ 60

Licí teplota kovu musí být vyšší o 20÷25 % proti teplotě kovu při lití do syrových směsí. Plnění formy má být 1,5÷2 krát rychlejší a z tohoto důvodu musí odpovídat i geometrie vtokové soustavy (přetlaková vtoková soustava).

5

Tuhnutí odlitků ve vakuové formě je výrazně pomalejší (přenos tepla pouze vedením a částečně sáláním, chybí prouděním): druh a materiál formy

koeficient tepelné akumulace formy bf [W.s1/2.m-2.K-1]

syrová bentonitová forma

1100 ÷ 1300

vodní sklo – CO2-proces

1050 ÷ 1200

vakuová forma

600 ÷ 800

Vakuová metoda (V-proces) se značně rozšířila v oblasti uměleckých odlitků (tloušťka odlitku 4 mm), tvarově složitých odlitků ze šedé litiny a ocelí, koupací vany ad.. V-proces pokrývá výhodně oblast větších rozměrů rámů (až 5m) se sériovostí do 100 ks/hod. Maximální hmotnost odlitků vyrobena uvedenou metodou je 15 tun. [1] Přednosti V-metody: • zabíhavost do vakuových forem je proti syrovým bentonitovým formám o 30 % vyšší, • není potřeba mísičů pro přípravu směsi (pouze transport), • technologie nevyžaduje regeneraci ostřiva, • přesné rozměry odlitků, • minimální přídavky na opracování, • možnost výroby tenkostěnných odlitků (4 mm), • dlouhá životnost modelů, • netvoří se trhliny v odlitcích, • možnost vybíjení odlitků při vysokých teplotách, • není přímý kontakt písku s modelem (minimální opotřebení), • pro zvýšení ochlazovacího účinku formy lze použít nekřemenná ostřiva i ocelových kuliček, • při použití speciálních fólií odpadá použití ochranných nátěrů. [1]

Kontrolní otázky: 1. Používá se v ČR V-metody k výrobě odlitků? 2. Jaké jsou hlavní nevýhody V-metody?

6

Příklad odlitku vyrobeného V-metodou (odlitek roku 2005) (článek pojízdného pásu pro transportní vozidlo raketoplánu) [Engineered Casting Solutions, May/june 2005]

7

1.3. Zmrazená forma (EFF-SET proces) Princip metody spočívá ve zmrazení směsi (písek, voda, někdy minimální obsah jílu) pomocí kapalného dusíku (bod varu 77 K). Led se stává pojivem forem a jader. Zmrazování je prováděno různým způsobem: •

ponořováním forem a jader do lázně z kryogenních kapalin,

•

sprchování (s vyjmutým modelem, někdy i s jádry vyrobenými, jinými postupy),

•

vstřelováním směsi do jaderníku podchlazeného kapalným dusíkem, (jaderník je ponořován do kapalného plynu) nebo na podchlazený model,

•

profukováním jádra (formy) chladícím mediem.

Schématicky jsou jednotlivé postupy patrny z (Obr. 3).

Obr. 3: Princip zmrazování forem a jader. [1] (a - sprchování přes dělící rovinu formy, b - zmrazování přímým kontaktem s podchlazeným modelem, c - sprchování skořepiny na modelu z odvrácené strany od dělící roviny, d - prosávání chladícího media přes jádro - formu). Přednosti technologie: • Jednoduchá skladba formovací směsi, příprava i pěchování: směs obsahuje ostřivo a vodu. Pro vytažení modelu a získání minimální vaznosti i odolnosti proti erozi kovem je doporučován nízký obsah bentonitu (do 3 %). Nízká vaznost a vysoká tekutost směsi (obsah volné vody nad 4 %) umožňuje pěchování s minimální spotřebou pěchovací energie. • Vysoká pevnost forem a jader po zmrazení: S rostoucím obsahem vlhkosti, podchlazením a dobou zmrazování roste pevnost forem, která je srovnatelná s pevností ST-směsí s vodním sklem. Při použití nekřemenných ostřiv (např. chrommagnezit)

8

zvyšují se pevnosti o řád. Směsi i při zvýšené vlhkosti mají vysokou prodyšnost (změna objemu a viskozity filtrujících plynů). • Vytvrzování probíhá zkapalněnými (nevýbušnými a nejedovatými) a ekonomicky dostupnými plyny: Ekonomika provozu je dána spotřebou kapalného plynu na 1 t zdravých odlitků. O tom především rozhoduje použitý způsob zmrazování. • Odolnost proti erozi kovem: Je poměrně malá proti chemicky pojeným směsím. Lze ji zvýšit: •

vyšším stupněm zhuštění formy,

•

vyšší jemností ostřiva

•

přídavkem jílu

•

teplota líce formy nemá stoupnout před litím nad 263 až 258 K

•

Vysoká rozpadavost forem (jader) po odlití: Po průchodu nulové izotermy forma ztrácí pevnost a nabývá výbornou rozpadavost.

•

Odpadá regenerace ostřiva a umožňuje ekonomické použití drahých nekřemenných ostřiv: Více než 96 % ostřiva se vrací zpět do uzavřeného oběhu. Celá technologie se blíží téměř k bezodpadovým technologiím budoucnosti.

•

Dobrá hladkost povrchu odlitků: Vysoká povrchová kvalita odlitků z grafitizujících slitin železa (i bez přítomnosti uhlíkatých látek), ocelí i neželezných kovů.

•

Vysoká kultura práce a ochrana životního prostředí: Klidné lití do zmrazených forem a vytloukání odlitků je doprovázeno pouze vývinem vodní páry. Možnost odbourání uhlíkatých látek ze směsí zásadně řeší hygienu práce ve slévárnách.

•

Forma má vysoký ochlazovací účinek, což výrazně ovlivňuje strukturu a mechanické vlastnosti odlitků: Ochlazovací účinek formy se zvyšuje o 24÷37 %.

Nedostatky v technologii zmrazených forem: • Nutno dbát na dodržování bezpečnosti práce v nepřirozených pro slévače podmínkách při využívání kryogenní techniky. • Dokonalost modelového zařízení (speciální separace). • Omezena skladovatelnost forem a jader na vzduchu; nutno provádět přechovávání jader ve speciálních chladících komorách. Praktické zkušenosti ukazují na vhodné aplikace: • pro výrobu jader radiátorů z Al-slitin, • pro odlitky z neželezných kovů (Al-slitin, Cu - u slitin s širokým intervalem tuhnutí dochází ke zvýšení hutnosti odlitků a mechanických vlastností), • pro odlitky z grafitizujících slitin železa (odstranění uhlíkatých aditiv ze směsi). [1]

9

Praktické použití [2] Zmrazené formy aplikace technologie EFF-SET na teploty -100 ÷ -1300C přinesly výrazné zúžení dvojfázového pásma u slitiny CuSn10 (Obr. 4 – a,b,c a Obr. 5 – a,b,c) a zkrácení oblasti překážek v tepelné ose odlitku s příznivými důsledky na zvýšení pevností a to i v nejmasivnějších částech s nejdelší dobou tuhnutí (pod nálitkem a s vysokým stupněm průtočnosti - zaústění vtoku).

50x

50x

Obr. 4 a,b,c: Mikrostruktura vzorku slitiny CuSn10 (tloušťka odlitku 40 mm, nezmrazená forma)

250x

50x

50x

10

Obr. 5 a,b,c: Mikrostruktura vzorku slitiny CuSn10 (tloušťka odlitku 20mm, zmrazená forma.)

250x

1.4. Technologie LOST FOAM (LF) – výroba forem na spalitelný model První zmínky o možnostech použití polystyrénové pěny jako materiálu na výrobu modelů se datují do roku 1956. Iniciátorem této metody byl profesor H. F. Shroyer [2], který na tuto technologii získal patent v roce 1958. Polystyrénový model byl v té době formován do formovacích směsí s pojivem s pojivem (furanové směsi). V polovině 70. let došlo ve světě k renesanci této metody a jejímu bouřlivému rozvoji. Postupem času (první průmyslové využití – 1986?????) došlo ve slévárenské praxi postupně k odstranění pojiva ze systému, což je jedna z předností této metody. První průmyslový odlitek s hmotností 12 t byl vyroben v SRN v roce 1962 a v roce 1963 tuto technologii používalo už ve 35 slévárnách USA. V roce 1970 bylo v USA vyrobeno 400 000 t, v Japonsku 250 000 t, v SRN 150 000 t a v Anglii 50 000 t odlitků. Výsledkem bylo založení Asociace LSM (LSM – technologie lití na spalitelný model) v roce 1967, která spojila 150 slévárenských provozů s celkovou výrobou 800 t odlitků/den. Metoda je známa pod pracovními a firemními názvy: LOST FOAM, EPC (Evaporative Pattern Casting), REPLICAST, GAMOLIV, CASTYRAL aj. [1] Technologii je možno rozdělit podle rozsahu výroby na dva postupy [1]:
odlévání jednotlivých kusů odlitků: -

polystyrénový model je vyráběn pro jedno použití frézováním, řezání, lepením, atd.,

-

model je následně zaformován do formovací směsi s pojivem,

-

metoda se používá pro výrobu odlitků tvářecích a lisovacích nářadí,

-

postup je rozšířen např. při výrobě i masivních odlitků ze šedé a tvárné litiny,


velkosériová výroba odlitků: -

polystyrénový model je vyráběn ve vypěňovací formě,

-

model je zapěchován do suchého křemenného písku (bez pojiva),

-

tato varianta je častější u drobnějších odlitků.

11

Existuje také řada různých modifikací této metody. Postup „Castyrolverfahren“ používá lití v uzavřených nádobách za přetlaku 10 bar, který je udržován až do úplného ztuhnutí hliníkových odlitků. Tím je dosaženo vyšších mechanických vlastností z důvodu nižší pórovitosti odlitků. Postup „REPLICAST“ (vyvinutý SCRATA – Anglie) předpokládá model z pěnového polystyrenu opatřeného nátěrem, zasypaného suchým křemenným pískem. Po zhuštění vibracemi se forma připojí na vakuové čerpadlo. Vzniká podtlak, který má přidržet nátěr na stěně formy, zatímco model zplyňuje. Dým je odsáván podtlakem. Princip procesu zplyňování modelu při lití zobrazuje (Obr. 6) Nejdůležitější parametr postupu Lost Foam: - prodyšnost nátěru, - prodyšnost formy, - hustota napěněného modelu, - licí teplota, - vtokový systém. TEKUTÝ POLYSTYREN

PLYNY A PYROLYZNÍ PRODUKTY

PÍSEK ŽÁROVZDORNÝ NÁTĚR TLAK PLYNŮ

TAVENINA

SMĚR PLNĚNÍ FORMY KOVEM TUHNOUCÍ ODLITEK

PÍSEK

T<90°C stabilní materiál modelu

1200

T=90-160°C kolabs pěnového materiálu TEPLOTA [°C] 300 % STYREN C8H8

T=160-340°C tekutý polystyrol T=320-450°C depolymerace T>450°C termodestrukce polystyrenu SYSTEM C-CH4-H2-CO-CO2-H2O METAN CH4

% UHLÍK C→CO→CO2

VODÍK H2→H2O

Obr.6: Princip postupu kovu v „plné formě“ tvořené suchým křemenným pískem. [1] 12

Materiál na výrobu modelu [3] Pro hliníkové slitiny je nejvíce používaným materiálem expandovaný polystyren EPS. Pro ocelové odlitky a odlitky z litiny s lupínkovým a lupínkovým grafitem je jako surovina pro výrobu modelu používán kromě EPS také PMMA (polymetylmetakrylát) nebo copolymer. Polyakrylát se používá zejména v USA a Japonsku, nevýhodou je vysoká cena. Ekonomicky přijatelnější je směs polyakrylátu s polystyrenem. Předzpěnění materiálu [3] Polystyren je schopen expandovat díky přítomnosti pentanu (zvýšením teploty na 90100°C). Po zahřátí materiálu se přetlakem pentanu kuličky materiálu zvětší přibližně 30x ve srovnání s původní velikostí. Díky předzpěnění se redukuje měrná hmotnost materiálu z původních cca 600g/l na cca 15-40 g/l. Typická měrná hmotnost pro EPS, používaného pro polystyrenové modely se pohybuje mezi 20-26 g/l. Přehřátý materiál je dále v meziskladu zchlazen a stabilizován. Látkové zásobníky musí umožňovat průchod vzduchu předzpěněným uloženým materiálem. Podle měrné hmotnosti je materiál postupně zpracován v intervalu 124 hodin. Výroba modelu [3] Model je vyráběn (Obr. 7) z kuliček polystyrenu stejnoměrné granulometrie s cílem dosáhnout zcela určité objemové hmotnosti. Čím je vyšší objemová hmotnost modelu, tím je povrch kompaktnější, ale odlitek má horší povrch. Expanzi kuliček a dosažení ostrých obrysů modelu je docíleno vháněním horké páry do vyhřátého jaderníku. Ten je odsáván a v poslední fázi je model chlazený vodou. Vypěnění probíhá ve vypěňovací formě, která je umístěna ve vypěňovacím lisu. K výrobě kvalitního polystyrenového modelu je nutno při výrobním procesu zoptimalizovat řadu parametrů (např. měrnou hmotnost vypěňovaného polystyrenu, teplotu a tlak páry, čas jednotlivých propařovacích kroků, čas a způsob chlazení ad). Model se pak suší (smrštění). V případě výroby složitých modelů (např. s dutinami), kdy není možno použít jednu vypěňovací formu, je nutno model sestavit s jednotlivých částí (dvě nebo i více). Tyto části (i vtoková soustava) se vzájemně lepí. V praxi se nejvíce používají teplá lepidla s okamžitou pevností spoje.

Obr. 7: Zařízení pro výrobu polystyrénových modelů (fy. Kurtz, D) http://www.kurtz.de/en/index.html

13

Vypěňovací formy [3] Při návrhu a konstruování vypěňovacích forem je nutno dodržovat některé zásady: -

minimalizace tepelných uzlů ve stěnách formy,

-

optimalizace odvzdušnění formy pomocí propařovacích sítek nebo odvzdušňovacích mezer. Dobré odvzdušnění forem je důležité pro vyjmutí hotového polystyrenového modelu z formy, zejména u forem, které nejsou opatřeny vyhazovači (vyjímání se provádí na jedné straně pomocí tlakového vzduchu a na straně druhé pomocí vakua),

-

dokonale vyleštěný povrch formy usnadňuje vyjímání modelů z formy, což je důležité zejména u tvarově složitých modelů (žebrované statory elektromotorů),

-

nutno minimalizovat možnost kondenzace vody (nutnost odsávání)

-

snaha vytvořit co nejúplnější polystyrenový model vzhledem k budoucímu odlitku, lepidlo lepených spojů vnáší do budoucího odlitku větší množství zbytků uhlíku, což zvyšuje zmetkovitost odlitků,

-

formy se vyrábějí výhradně z válcovaných nebo speciálně litých hliníkových slitin (nelze použít gravitačně lité odlitky – porezita způsobuje nižší životnost). Al slitiny nesmí obsahovat Cu, jinak dochází k mezikrystalické korozi.

Vtoková soustava Je vyráběna též z materiálu na modely, její dimenze musí zaručovat vysokou rychlost lití (stoupání hladiny kovu), aby mezera mezi modelem a hladinou kovu byla co nejmenší. Při pomalém stoupání hladiny roste mezera mezi kovem a modelem, kapalný styrén stéká na tekutý kov a tvoří se lesklý uhlík, uhlíkaté blány a saze. Tyto produkty termodestrukce modelové hmoty zhoršují přivrácenou plochu odlitku k hladině kovu (zavalování). Licí systémy mají výrazný vliv na výslednou jakost. Samotné lití je spojeno s určitým rizikem v důsledku tlakových vln. Vlastní vtokové systémy jsou specialitou každé slévárny. V zásadě se mohou používat dvě základní varianty, a to lití shora a lití na spodní vtoky. Vrchní vtoky jsou pro odvod plynů výhodnější. Od začátku lití je pro průchod plynů volná větší část plochy formy, hladina kovu je zásobena teplejším kovem, model se přívodem tekutého kovu zplyňuje rychleji. Má však výraznou nevýhodu v členité vtokové soustavě, která spolu se slepými výfuky ztěžuje pěchování horního rámu, do kterého je celá vtoková soustava situována. Časová náročnost aplikace vlastní přípravy modelu a formování je vyšší. Spodní vtoky jsou v praxi používány v širší míře. Jejich nevýhoda souvisí s menší plochou pro odvod plynů (tvoří ji pouze volný prostor mezi stoupajícím kovem a ještě nezplyněným modelem). Tím více se u této metody zvýrazňuje potřeba vysoké propustnosti plynů formovací směsi a nátěrů. Časová náročnost aplikace spodních vtoků je nižší než u horních vtoků. Při vyšších odlitcích se používá boční zaústění vtoků. Optimální rychlost stoupání hladiny kovu je uváděna v rozmezí 1–5 cm/s, což představuje velké rozmezí. Tuto hodnotu je vhodné si pro jednotlivé hmotnosti i tvarové představitele z hlediska vlastních podmínek v každé slévárně ověřit.

14

Povrchová ochrana modelu Zkompletované modely se opatřují ochranným nátěrem. Nátěr musí být tenký, rovnoměrné tloušťky, kompaktní a prodyšný. Nanesení se provádí namáčením (drobné modely) nebo natíráním ručně - štětcem (velké modely). Rovnoměrnost nanesení se kontroluje vážením modelu s nátěrem. Velmi důležité je dokonalé vysušení. Sušení modelů probíhá při teplotě 50 – 60 °C a do zaformování se skladují v temperovaných skladech. Ve slévárnách se používají v podstatě dva druhy nosné kapaliny – voda a líh. Exponovaná místa, čímž se rozumí větší síla materiálu proti menší síle formovací směsi (různé kapsy, průchody, otvory apod.), se natírají dvakrát, přičemž první nátěr se použije pouze na exponovaná místa, druhý nátěr v celé ploše. Speciální nátěry obsahují oxidační přísady pro spalování pyrolyzních produktů (amorfní uhlík – saze a lesklý uhlík). Základní typy nátěrů [4]: •

kokso-grafitové nátěry jsou vhodné pouze pro menší tepelné zatížení, ale při delší časové expozici vyžadují silnější vrstvu nátěru (až 3 mm);

•

aluminosilikátový vodní nátěr (vyvíjený pro metodu spalitelného modelu), velikost zrn při 56% obsahu pevných elementů větších než 20 µm (doporučený rozsah 50 – 70 µm);

•

zirkonové nátěry vykazují i při vyšší tepelné expozici a delším čase odolnost již při síle nátěru 0,5 mm; tyto nátěry mají též méně izolující vlastnosti oproti grafitovým.

Formovací materiál K výrobě formy může být použito použito vazných nebo samotvrdnoucích směsí, ale převážně se používá suchý písek bez pojiv nebo kovové broky.Podle toho rozlišujeme tyto varianty odlévání s použitím modelů z pěnového polystyrenu (Obr. 8): a) bez vyjmutí modelu, forma je vyrobena z vazné nebo samotvrdnoucí směsi známými postupy formování; b) s vyjmutím modelu; c) bez vyjmutí modelu, přičemž tento je zasypán: 1) kovovými broky, 2) suchým pískem bez pojiv. U prvního způsobu lití do bezdutinové formy se tato vyrábí z vazných nebo samotvrdnoucích formovacích směsí. Do formy se zakládají písková jádra pro vytvoření dutin. Model je z pěnového polystyrenu a z formy se odstraňuje zplyněním teplem odléváného kovu; kov postupně zaujímá místo obsazené modelem. Tento postup se používá pro kusovou nebo malosériovou výrobu hlavně z důvodu nízké ceny modelu. Splodiny vznikající při zplynění polystyrenu však odcházejí průduchy a nálitky do slévárny, ve které zhoršují pracovní prostředí. Proto vznikla druhá varianta spočívající ve vyjmutí polystyrenového modelu z formy tak, že dovoluje jeho nové použití nebo se většinou rozruší a zničí řezáním, lámáním a pod. Forma je rovněž vyrobena z vazné nebo vytvrditelné směsi. Polystyrenový model může mít 15

oproti dřevěnému menší úkosy, může se zde použít méně kvalitnější pěnový polystyren z hlediska zplyňování. Uvádí se, že je ekonomicky ospravedlnitelná pro opakovanou výrobu nejvýše 3 ks odlitků. Pro více kusů se vyplatí výroba dřevěného modelu. Popisovaná varianta se využívá také u nízkouhlíkatých ocelí, aby se zabránilo povrchovému nauhličení oceli uhlíkovými produkty, které vznikají při spalování polystyrenu. Postup odlévání s vyjmutím polystyrénového modelu se rozšířil v řadě našich sléváren oceli a šedé litiny, zejména pro rozměrné odlitky v kusové výrobě: lisovací a kovací nástroje, základy strojů a pod. Model se vyrábí obráběním a lepením stejným postupem jako dřevěný, pouze materiály se liší; výchozím polotovarem při výrobě polystyrenových modelů jsou bloky a desky. Do třetí skupiny patří postup magnetického formování, který se však velmi málo rozšířil. Jeho předností je možnost řízeného tuhnutí a rychlého ochlazování odlitků, pro které by výroba kovových forem (kokil) byla neekonomická. Polystyrenové modely se totiž zasypávají kovovými broky, které jsou většinou z oceli. Jejich zhuštění se dosáhne vibrací. Celek se umístí do vzduchové mezery magnetického obvodu, který broky zpevní. Pak se provede odlití a kov postupně nahrazuje spalující se model. Během lití a tuhnutí může být aplikováno částečné vakuum, které odvádí vzniklé plyny. Po zrušení magnetického pole a po ochlazení se provede vytažení odlitku z formy jednoduchým překlopením kontejneru a broky se po ochlazení a odprášení vrací zpět do cyklu. K výhodám patří i skutečnost, že dochází k náhradě křemenného písku. Důvodem proč se tento způsob nerozšířil bylo nedostatečné zvládnutí výroby modelů v době jeho vzniku a ekonomické důvody. U posledního způsobu se k zasypání polystyrenového modelu používá suchý písek bez pojiv. Spěchování se provádí vibrací tak, aby písek vyplnil všechny dutiny modelu (hlavně tehdy, když současně vytváří i jádra). Je to jedna z kritických operací této metody, protože přehnaná vibrace může deformovat nebo dokonce porušit model Při slabé vibraci jsou dutiny vyplněny nedostatečně a písek je málo spěchován. Osy a doba vibrace se volí případ od případu. Doba vibrace se může pohybovat od několika sekund do 2 až 3 minut. Písek se používá převážně křemenný o nízké střední zrnitosti. Musí vytvořit dobře prodyšnou formu, dovolující odchod plynů z produktů spalování modelu, tekutým kovem (Obr. 9). Fyzikálně-chemickým pochodům, které se uplatňují při vzniku odlitku bude věnována pozornost v dalším textu. Suchý křemenný písek s časem opětného používání zčerná, obsahuje produkty pyrolýzy modelové hmoty. Při správné rychlosti lití a vhodném ostřivu (dobrá prodyšnost) nedochází k exhalacím. Písek se po vysypání z rámu chladí a opětně používá. Po vychladnutí odlitku, stejně jako u magnetického formování je jeho výklep velmi jednoduchý - stačí pouhé překlopení nádoby s formou nebo přímé vytažení odlitku (stromečku) po fluidizaci písku. Po odstranění prachových podílů písku a po jeho vychladnutí se tento znovu vrací do použití. Další operace čištění odlitku se neliší od běžných způsobů v každé slévárně. Pevnost formy způsobuje tlak plynů a kondenzáty organických látek v zóně kondenzace pod lícem formy. Zabránit zavaleninám a grafitickému šumu lze použitím nátěrů s oxidační přísadou nebo odsáváním plynů z formy během lití. [1]

16

FORMOVACÍ SMĚS (PÍSEK) 1 2 3 TEKUTÝ KOV

Obr. 8: Proces plnění formy kovem horním vtokem (1 – model, 2 – plyn, 3 – ochranný nátěr). [1] Odlévání na spalitelný model do suchého písku bez pojiv je v současné době nejvíc rozšířeno. Z výše uvedeného popisu plynou následující výhody: - vysoká pružnost výroby; - nízké investiční náklady pro velkosériovou a hromadnou výrobu odlitku; - vyšší využití výrobních ploch; - snížení počtu slévárenských operací; - odstranění klasického formování; - snížení nebo dokonce odstranění výroby jader; - snížení nároků na kvalifikaci obsluhy; - snížení fyzické námahy při práci; - větší možnost automatizace a robotizace výroby; - nižší nároky na údržbu; - nižší nároky na spotřebu nářadí; - levné formovací rámy; - bezpojivový systém formy; - snadná regenerovatelnost písku a jeho vysoké využití; - nevznikají nároky na vývoz škodlivých látek na skládky; - snadné vyjímání odlitků z formy; - jednoduché pískové hospodářství; - čistší prostředí ve slévárně bez nadměrného hluku.

17

Vady odlitků a pyrolýza modelových hmot Když se do formy s polystyrénovým modelem nalije kov, model se spaluje a páry procházejí přes žáruvzdorný nátěr do písku (Obr. 10 a,b). Kov postupně zaujímá místo polystyrénového modelu. Mezi frontou tekutého kovu a polystyrenem se tedy vyskytuje plynová zóna. Tlak plynu udržuje tvar pískové formy. Přerušení lití by mohlo vyvolat zhroucení formy. Protitlak plynu na druhé straně vyvolává potřebu více dimenzovat vtokový systém. Nálitky naopak díky tuhosti formy a endotermickému účinku pyrolýzy polystyrénu mohou mít mnohem menší rozměry nebo mohou být dokonce zrušeny. Struktura slitin s formováním do vazných směsí je podstatně dokonalejší, ale horší než při odlévání do kovové formy. U slitin, které jsou méně citlivé na rychlost chladnutí to má menší význam. Ve všech případech srovnávajících lití na polystyrénový model s odlitky vyráběnými na polokokilu, tzn. kokila obsahující písková jádra, byly mechanické vlastnosti zjištěné na výřezech z odlitků téměř shodné. Na povrchu odlitku mohou však vznikat povrchové vady s charakteristickým zvrásněním, které vyvolávají shluky lesklého uhlíku, který vzniká z rozkladu polystyrenu. Tomuto jevu se můžeme vyhnout použitím nových spalitelných modelů na bázi PMMA. Vznik velkého množství lesklého uhlíku může vést u nízkouhlíkových ocelí k nežádoucímu nalegování povrchových vrstev odlitku. Na druhé straně však lze použít odlévání na spalitelný model k povrchovému legování oceli i Cr k zvýšení jejich otěruvzdornosti. [1]

Obr. 9: Vývin plynu při použití furanové formy se spalitelným modelem: a) vývin plynů při použití furanové směsi s polystyrenovým modelem, b) objem plynu a rychlost jeho vzniku při použití formovací směsi s polystyrenovým modelem (součtová křivka) Pyrolýza polymerů „brzdí plnění“ plné formy roztavenou slitinou a na druhé straně generuje vznik pevných, kapalných a plynných produktů, ovlivňujících zdravost odlitků.

18

Při 750°C vznikají monomery a jejich deriváty (u PSE – styren, toluen, benzen; u PMMA metakrylát metylu). Produkty pyrolýzy kondenzují v písku po průchodu vrstvou nátěru. PSE tvoří 2x více kondenzátů. Na odlitcích byla vyzkoušena „modelová směs“ PSE/PMMA (> 50 % PSE). Vzrostly tzv. „uhlíkové vady“ (zavaleniny, uhlíkový šum a pod.). Naopak převládá-li PMMA (> 50 %), zmizel tento typ vad, ale zmetkovitost zůstala vysoká z důvodů: • křehkosti a deformace modelů, • praskání nátěru pod tlakem plynů z pyrolýzy. S podílem PMMA v modelové hmotě, roste doba plnění formy. Přechodem z PSE na PMMA se 1,7x prodlužuje doba plnění a roste objem plynů 2,2x. Čím je tedy vyšší plynatost modelu, tím více roste doba plnění formy. Předejít „uhlíkovým“ vadám lze doporučit modely z PMMA, u tlustostěnných odlitků je lépe dát přednost modelům z PSE pro nízký vývin plynů. Čelo kovu není tolik zpomalováno a je možno lépe dosáhnout přesného tvaru a vyhnout se přerušení lití z důvodu zatuhnutí čela proudu kovu. U PMMA kyslík oxiduje C za vzniku CO. Tím roste objem plynů, ale klesají uhlíkaté zbytky. [1] Chemické složení: PSE (C8H8): PMMA (C5H8O2):

92 % C, 8 %H2 60 % C, 8 % H2, 32 % O2

Obr. 10 a: Postup kovu ve formě (model z EPS)

Obr. 10 b: Postup kovu ve formě (model z PMMA)

http://www.ing.unitn.it/~colombo/LOST_FOAM/Pages/Lost_Foam_Leghe_Al.htm

19

Vliv pyrolýzy modelových hmot na kvalitu vratných písků Kondenzáty pyrolyzních produktů se ukládají v písku. Největší ovlivnění probíhá u lití slitin hliníku, u litiny dochází pravděpodobně k oslabení vlivu tzv. „autoregenerace“. Kondenzáty ovlivňuje prodyšnost, spěchovatelnost a tekutost písku. Zrna obalena uhlíkatými produkty se dají kontrolovat ztrátou žíháním. Písek obsahuje aromatické polycyklické uhlovodíky (u lití hliníku až 70 mg.kg-1). Složení emisí pěnového polystyrénu po pyrolýze při teplotě 750°C (hustota PSE 23,5 g.l-1): 74 % CO2 1 % saze 10 % CO 14 % organických látek zkondenzovaných ve formě 1 % organických látek v plynné atmosféře (benzén 0,03%, styrén 0,31%). [1] Přednosti technologie Lost Foam: • pořizovací náklady jsou nižší ve srovnání s klasickou technologií, • nižší požadavky na výrobní plochu a počet pracovníků, • vyloučení zařízení k výrobě jader, forem, klasického pískového hospodářství a pojiv, • recirkulace písku, jeho toxická nezávadnost. odpadají deponie toxického písku, • výrazné zvýšení přesnosti odlitků, odpadají technologické úkosy, možnost předlití přesných otvorů, • nižší náklady na obrábění v průměru o 30 %, • vyšší využití tekutého kovu, nižší energetická náročnost, • několikanásobné snížení pracnosti při cídění odlitků, • tloušťka odlévaných odlitků od 3 mm, s přesností ±0,1 mm, • formy pro výrobu modelů jsou z hliníku, životnost cca 1 milion odlitků. Nevýhody technologie Lost Foam: • vysoké náklady na výrobu vypěnovacích forem, • nutnost použití technologie pro výrobu středních až velkých sérií odlitků. Současné hlavní rozšíření technologie plné formy je ve slévárnách automobilek -hlavy bloku motorů, sací nebo výfukové potrubí, skříně převodovek, skříň hydraulické spojky atd. (Obr. 11 a,b d, Obr. 12, Obr. 13, Obr. 14, Obr. 15 a,b). Odlitky pro elektrotechniku (statory elektromotorů – Obr. 11 c), hydrauliku, tělesa šoupátek, ventily atd. Ve slévárnách těžkých odlitků (hutních slévárnách) se odlévají unikátní odlitky kusového charakteru z ocelí i litin. Očekávat lze především rozšíření výroby odlitků ze slitin hliníku. [1]

20

a) Hlava válců

b) Kliková hřídel

c) Stator elktromotoru

d) Blok motoru

Obr. 11: Příklady odlitků vyrobených technologií Lost Foam http://www.kpmetallurgical.co.uk/LostFoamInfo.html

21

Obr. 12: Odlitky vyrobené litím celé sestavy http://www.kpmetallurgical.co.uk/LostFoamInfo.html

22

Obr. 13: Výrobní proces technologie Lost Foam (fy Peugeot) (1 – polystyrénový model, 2 – zhotovení sestavy z jednotlivých kusů, 3 – namáčení sestavy do ochranného nátěru, 4 - umístění do pomocné formy (zasypání ostřivem), 5 – lití, 6 – vytažení hotových odlitků) http://www.forum-peugeot.com/lost-foam.html

Obr. 14: Polystyrénový model a hotový odlitek http://www.supplycasting.com/castings.htm 23

Obr. 15 a: Polystyrénový model Obr. 15 b: Polystyr. model a hotový odlitek (blok motorů – řadový šestiválec GM 4,2 L) (blok motorů – řadový šestiválec GM 4,2 L) http://www.canadiandriver.com/articles/jk/at_010306.htm

POLYLOC - firemní název Lost Foam u firmy John Deere - USA. CASTYRAL - firemní název Lost Foam u firmy PECHINEY (F). POLICAST - firemní název Lost Foam u firmy TEKSID - CASTEC (I).

Příklady vad odlitků vyrobených metodou Lost Foam [5] BUBLINA (Obr. 16) Vada se objevuje nejčastěji opět v horních částech odlitku nebo v místech s vodorovnými plochami. Na této vadě se nejvíce podílí voda z nedostatečně vysušeného nátěru nebo zachycená zkondenzovaná voda při vysoké vzdušné vlhkosti. Při odlévání způsobuje vodní pára protitlak a nátěr produkty degradace nestačí převést do formovacího materiálu. Obr. 16 PENETRACE (Obr. 17) Nejčastějším místem vzniku této vady jsou spodní části nebo tepelně exponované partie odlitku, případně místa s porušeným nebo slabým nátěrem. Další příčinou je také vibrací špatně zhutněný formovací materiál.

Obr. 17

24

UTRŽENÍ ODLITKU (Obr. 18) Příliš velký rozdíl mezi objemovou hmotností kovu a polystyrenu a příliš malá vrstva formovacího materiálu nad odlitkem způsobí vlivem metalostatického tlaku odtržení části odlitku. Nejvyšším stupněm je „vyplavání“ části odlitku na hladinu formovacího materiálu. Vzniku vady může zamezit vyšší vrstva písku nad odlitkem, zatížení formy nebo použití vakua. Obr. 18 ŘÍDKÝ POVRCH (Obr. 19) Příčinou vzniku vady je použití pěnového modelu se špatně vypěněným polystyrenem. V průběhu namáčení zateče nátěr do volných prostor mezi jednotlivé kuličky polystyrenu. Zatečený nátěr brání kovu ve vyplnění těchto prostor, a tím dojde ke zkopírování původní vady modelu.

(Obr. 19) Literatura (kapitola 1): [1] [2]

[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

Jelínek, P.: Pojivové soustavy slévárenských formovacích směsí (Chemie slévárenských pojiv). Ostrava, 2004. SHROYER, H. F.: Giessverfahren unter Verwendung eines ohne mehrliche Rückstande verbrennbaren Models, Patent SRN kl. 31 c, 8/07, No 1108861 (USA No 2830343). Holoubek, Z.: Zkušenosti s výrobou vypěňovacích forem pro slévárenskou technologii lost foam ve Vsetínské modelárně s.r.o. Slévárenství č. 1-2, roč. LVI, 2008, str. 31-33. Juřička, I.; Novotný, O.: Specifika technologie výroby odlitků litých na spalitelný model. Slévárenství č.1, roč. LIII, 2005. Doškář, J. a kol.: Výroba přesných odlitků. SNTL, Praha, 1976. Vilčko, J.; Slovák, S.: Zlievárenská technologia, ALFA, Bratislava 1987. Sehnal, V.: Slévárenské vady nátěrů a odlitků u metody Lost Foam. Slévárenství č.1, roč. LIII, 2005. Firemní materiál von Roll Fonderie des Rondez - Procédé Creativ, CH - 2800 Delémont. Elbel, T.; Svoboda, L.: Postupy formování a odlévání se spalitelným modelem. Sborník z konference Chemické a fyzikální principy pojení formovacích směsí. DT ČSVTS České Budějovice, Tábor 1988.

25

2.

Metoda vytavitelného modelu

Z historického hlediska jde o nejstarší technologii lití (asi 350 let př. n. l.). Před druhou světovou válkou byla v Československu vyvinuta vlastní technologie, která našla průmyslové využití nejen u nás, ale i v dalších zemích tehdejšího východního bloku, včetně tehdejšího SSSR. V roce 1944 si ve švýcarském odborném časopisu přečetl vývojový pracovník metalurgie Baťových závodů ve Zlíně Dr. Ing. Josef Doškář článek se zmínkou o tom, že v USA pracují metalurgové na využití velmi staré technologie k průmyslové výrobě stacionárních a oběžných lopatek proudových motorů. Na základě tohoto impulzu začal pracovat Dr. Ing. Doškář na vývoji technologie, kterou by bylo možno využít i v jiných oblastech strojírenství. Výsledkem byla teoretická vědecká práce o využití gelace alkosolů SiO2, která pokračovala laboratorními zkouškami, takže technologie výroby keramických forem na bázi SiO2, a to jak pojiva, tak posypového vyztužení formy, dala v roce 1945 první výsledky. Komplexnost vývoje doplnil vývojem jak nalévacího, tak vstřikovacího vosku pracovník chemických laboratoří Baťových strojíren Jan Gabriel. Vosk pro vstřikování byl ideálním doplňkem nové technologie nejen svými vlastnostmi (stabilní hodnoty při smršťování), ale hlavně svou schopností regenerace a opětného použití. V dalších letech byly v těchto strojírnách zkonstruovány a vyrobeny první vstřikovací lisy na výrobu vytavitelných modelů, jejichž autorem byl Ing. Ota Valihrach. Materiálu, to znamená jeho licím a užitným vlastnostem, včetně interakce s lícem formy, se věnoval vedoucí metalografické laboratoře, pozdější profesor VŠT Košice, prof. Ing. Otakar Kaštánek. Laboratoře v Baťových závodech byly rozšířeny a průmyslové odlitky našly první využití ve vlastních strojírnách. Po roce 1948 Ministerstvo strojírenství iniciovalo rozšíření a využití přesného lití do celé republiky. První speciální slévárna na vytavitelný model s výkonem 250 t odlitků ročně byla postavena ve Zlíně v roce 1957. V té době byly ještě všechny formy po vytavení vosku zpevňovány při lití zásypem písku ve vypalovacích hrncích. Vývoj pokračoval k samonosné skořepině, která byla v roce 1956 zavedena do výroby. Současný stav výroby odlitků litých na vytavitelný model (stav v roce 2005) Současná situace sléváren přesného lití v České republice je velmi dobrá. Základem pro tento stav byl rok 2003. Slévárny se v průběhu tohoto roku dokázaly vyrovnat s únikem zakázek do asijských sléváren a připravit se na vstup do Evropské unie. Celkový obrat činil v tomto roce cca 965 mil. Kč za rok, což je o 100 mil. Kč více než v roce 2000.

Obr. 20: Výroba přesných odlitků ve světě podle jejich prodeje (2003) [1]

26

Obr. 21: Počty sléváren přesného lití ve světě (2003) [1]


Evropa a Severní Amerika Severní Amerika (USA – 97 %, Kanada – 3 %) zůstává s více než 50 % stále daleko největším trhem a výrobcem přesných odlitků ve světovém měřítku. Evropa přispívá výrobou zhruba 20–25%, Asie přibližně stejnými procenty, tj. 20–25 % (ale se stále vzrůstajícím trendem). Zbytek světa doplňuje statistiku asi 5–10 %. (Obr. 20). Pokud se týká počtu sléváren používajících technologii vytavitelného modelu, bude rozdělení světa vypadat poněkud odlišně (obr. 21). Rozdělení trhů s odlitky vyráběnými metodou vytavitelného modelu bylo dlouho diskutováno z pohledu jejich kategorizace, v poslední době se ujalo rozdělení na následující skupiny: odlitky s vysokou přidanou hodnotou (high added value castings), odlitky pro automobilový průmysl a ostatní odlitky. V první skupině se jedná především o odlitky lité ve vakuu (letecký průmysl, energetika, zbrojní průmysl atd.). Obr. 22 znázorňuje celkovou situaci v Evropě. Z Obr. 23 je patrné detailnější porovnání nejvýznamnějších evropských zemí (nejvýznamnějších z hlediska objemu výroby přesných odlitků v Evropě: UK – 52 %, Francie – 19 %, Německo – 18 %, ostatní – 11%). Podíl odlitků s vysokou přidanou hodnotou je nejvyšší v UK a Francii, v Německu se tyto odlitky téměř vyrovnávají s odlitky pro průmysl automobilový a v ostatních zemích Evropy, zvláště v zemích s nižšími náklady na pracovní sílu, vzrůstá rapidně podíl odlitků s nižší přidanou hodnotou. [1]

27

Obr. 22: Prodeje odlitků vyrobených přesným litím v Evropě (2003) [1]

Obr. 23: Přehled výroby v Evropě – přesné lití (2003) [1] Popis metody Od běžných slévárenských metod se tato metoda liší vyšší kvalitou povrchu a menšími rozměrovými a hmotnostními tolerancemi. Umožňuje odlévání součástek téměř ze všech kovů a jejich slitin s hmotností od několika gramů do několika kg, přičemž tloušťka stěn odlitků může být od 0,5 do 1 mm. Umožňuje vyrobit odlitky v stupni přesnosti 1 a 2.

28

Obr. 24: Postup výroby odlitku metodou vytavitelného modelu [2]

29

Přednosti: - metoda dovoluje přiblížit odlitky tvarem a rozměry hotové součástce, - snížení (nebo až úplné odstranění) počtu strojních operací obrábění, - možnost vytvořit součástky takového tvaru, který by se nedal vytvořit jinak, - zvýšení využití tekutého kovu při odlévání tzv. stromečkovým litím, - využití komplexní mechanizace a automatizace.

Nevýhody: - nutnost výroby nákladného nářadí pro výrobu vytavitelných modelů, - nutnost vyrobit pro každý kus model. Pracovní postup (Obr.24, Obr. 25): 1. Zhotovení voskového modelu součástky. 2. Sestavení modelů do vtokové soustavy (stromečku). 3. Obalení modelu žáruvzdorným keramickým materiálem. 4. Vytavení vosku. 5. Vyžíhání keramické hmoty. 6. Odlévání. 7. Odstranění keramické hmoty z odlitku. 8. Odstraňování vtoku, apretace odlitku.

1) Výroba voskových modelů Voskový model se vyrábí vstřiknutím vosku do kovových forem.

2) Sestavování (lepení) stromečků Vyrobené voskové modely jsou lepeny nebo pájeny na vhodně zvolené vtokové soustavy.

3) Výroba skořepin Skořepina je vyráběna máčením voskových stromečků v keramické břečce. Stromeček namočený do keramické břečky se po odkapání posype ostřivem vhodné zrnitosti. Proces se opakuje cca 5 x.

30

4) Vytavování vosku Vytavování vosku ze skořepiny probíhá v autoklávu, kde se tlakem přehřáté páry odstraní vosková hmota ze skořepin. 5) Žíhání Cílem žíhání je odstranění zbytků nežádoucích látek, jako je voda a vosk z keramické skořepiny a dosažení její požadované mechanické pevnosti. 6) Tavení a lití Požadovaný materiál se taví v indukčních pecích při teplotě až 1700ºC. Po provedení chemického rozboru se roztavený kov nalévá do vyžíhaných skořepin. 7,8) Koneční fáze výroby Zchladnutá skořepina se ručně nebo mechanicky zbaví keramické formovací směsi. Stromečky jsou následně otryskány a jednotlivé odlitky jsou odděleny od vtokového kůlu. Odlitek se broušením zbaví zbytku po vtoku a následují běžné postupy požadovaného dokončení tvaru a povrchu. Obr. 25: Pracovní postup dle slévárny přesného lití Agro Brno-Tuřany,a.s. www.agro-turany.cz

Zhotovení voskového modelu součásti a vtokové soustavy. Základním předpokladem při výrobě přesného odlitku je přesný model s velmi dobrým povrchem. K výrobě takového modelu musí být k dispozici velmi přesně vyrobená forma. Pro velkosériovou výrobu je to většinou kovová forma (Obr. 26) z legovaných ocelí, pro malé série ze slitiny s nízkým bodem tavení (např. Sn-Bi). Formy se vyrábí mechanickým třískovým obráběním, galvanoplasticky, apod.

31

Obr. 26: Kovová forma pro výrobu voskových modelů http://www.pbsvb.cz/dme_vyrobni_program.php?vaha=20#odlitky Materiálem pro výrobu modelů je převážně vosk a to výhradně směsi vosků. Žádný čistý vosk nesplňuje požadavky na kvalitu modelu, které jsou: - malé smrštění při tuhnutí; - dostatečná pružnost, pevnost a tvrdost; - schopnost přesně reprodukovat formu; - nesmí po vytavení zanechávat ve formě zbytky; - musí mít vhodnou viskozitu; - musí odolávat oxidaci; - musí být zdravotně nezávadný a nepoškozovat životní prostředí. Při výrobě voskových modelů gravitačním odléváním do forem se používá tzv. měkkých vosků vyrobených ze směsi parafinu a cerezinu. Při výrobě voskových modelů vstřikováním na lisech se používají tvrdé materiály vyrobené z montánního vosku s přídavkem změkčujících složek. Ke snížení nákladů se vytavený vosk regeneruje u výrobce, který garantuje jeho zaručené vlastnosti. Stroje na výrobu voskových modelů vstřikováním (tzv. vstřikolisy) pracují buď s nízkým vstřelovacím tlakem (0,5 až 1 MPa) nebo s vyšším vstřelovacím tlakem 2,5 až 5 MPa. Kvalita voskového modelu závisí na teplotě vosku, vstřelovacím tlaku, době vstřikování, teplotě formy a na době ochlazování modelu ve formě. Vosk se proto udržuje na vstřikolisech o v temperované nádobě v toleranci 0,5°C, např. 61 ±0,5 C a kontroluje se na trysce. V temperovací nádobě je vosková směs neustále promíchávána míchacím zařízením. Produktivita výroby modelu se zajišťuje tím, že do formy se vstřikuje větší počet menších modelů, případně v etážích až několik desítek kusů. Hotové modely vyjímá obsluha vstřikolisu ručně a provádí jejich vizuální kontrolu. Každý např. 10. model je převažován a v případě odchylky od určených předepsaných hmotností se ihned zastavuje výroba.

32

Odlévání malých a drobných odlitků jednotlivě by bylo neekonomické. Voskové modely se proto sestavují do vtokové soustavy - stromečku. Větší série se sestavují do etáží. Vtoková soustava se skládá jako u klasického lití z vtokové jamky, vtokového kůlu, vtokových zářezů, rozváděcích kanálů a nálitku. Model vtokového kůlu se vyrábí se čtvercovým průřezem nebo jako šestihran, případně i kruhový. Pro každý sortiment je ve slévárně určeno pracovní místo, kde se shromažďují vtokové kůly a voskové modely. Centrální vtokový kůl se upne v horizontální rovině do přípravku a podle šablony, která vymezuje hlavní rozměry (vzdálenosti) se provádí lepení voskových modelů pomocí elektrické pájky ke kůlu. Vtokové zářezy jednotlivých modelů a místo na vtokovém kůlu se ohřejí a lehkým tlakem se ručně spojí. Lepí se vždy celá řada modelů a tyto se pak pro samonosné skořepiny ještě zpevňují na vnější straně keramickou trubičkou předem nahřátou v komorové pícce. Takto vzniká komplet, který je připraven k výrobě keramických skořepin. Obalení modelu keramickou hmotou a výroba skořepinových forem. Postup výroby a použití materiálů závisí na tom, zda se jedná o samonosnou nebo zasypávanou skořepinu. Principielně platí, že se suspenze z obalového materiálu nanáší na voskový stromeček. Potom se suspenze zasype ostřivem obalového materiálu vhodné zrnitosti a jednotlivé obaly se suší. Nanášení obalové suspenze se provádí zpravidla máčením a obalový materiál se sype na namočený stromeček. Obalování se provádí tak dlouho, dokud obal nedosáhne požadovanou tloušťku. Počet obalů je 3 až 10. První obal se nanáší přímo na model a nazývá se lícní obal. Pro lícní obal se používá ostřivo o velmi malé zrnitosti a s velmi vysokou žáruvzdorností - např. zirkonový písek. Pak se zrnitost ostřiva může zvyšovat (pro lepší prodyšnost) a také může klesat žáruvzdornost (např. se použije mullit nebo křemenná moučka). Pro jednodušší aplikace odlitků se běžně používá křemenná moučka i na lícní obal. Suspenze, do které se ponořuje stromeček musí dobře přilnout k modelu, nesmí chemicky reagovat s modelem a musí tvořit tuhou vazbu s následující vrstvou. Jako pojivo obalové suspenze se používá etylsilikát (C2H5O)2 Si - směs esterů kyseliny křemičité. Etylsilikát se podrobuje hydrolýze a hydrolýzou uvolněný alkohol a část hydratované vody z gelu kyseliny křemičité se vypařuje v průběhu sušení a zbytek vody se uvolní při zahřátí formy na vyšší teplotu dehydratací. (C2H5O)4 Si + H2O → Si (OH)4 + teplo

→

Si (OH)4 + 4C2H5OH Si O2 + 2H2O

V některých slévárnách se z ekologických i bezpečnostních důvodů přechází na výrobu vazké kapaliny ze silikasolu, kde dispergujícím prostředím je voda. Příprava suspenze spočívá v dokonalém promíchání tuhých a tekutých složek a v rovnoměrném obalení každé částečky křemenné moučky (nebo jiného ostřiva). Výroba prvního obalu se provádí tak, že obsluha po namočení stromečku do břečky ho umístí do přípravku, kolem kterého obtéká proud vzduchu požadované teploty. Pak se komplet umístí do posypového zařízení (sprchy), kde padá zirkonový nebo jiný písek. Tímto způsobem se vyrobí první (lícní) vrstva a stromeček se nechá zaschnout v klimatizovaném boxu s teplotou 18°C a vlhkosti 60 - 70%. Při výrobě 2. a 3. obalu se může komplet nechat vytvrdit čpavkovými parami z důvodu vytvrzování keramické skořepiny. Komplety se ukládají do

33

klimatizovaného boxu k vysušení a postupně se vyrábí další obaly. Důležité je udržení konstantní teploty sušení 2°C, protože při změnách a zvýšení teploty by se voskové modely zahřály tak, že by roztáhly skořepinu a ta by praskla. (Obr. 27)

Obr. 27: Obalené skořepiny (sestavy) http://www.mk-technology.com/feinguss.html

Vytavování vosku. Vytavování modelu se provádí ohřevem formy a modelového materiálu. Protože modelové materiály mají velký součinitel tepelné roztažnosti a nízkou tepelnou vodivost musí se ohřát tak rychle, aby se natavení jejich povrchu uskutečnilo před přehřátím objemu. V současné době se modelový materiál vytavuje horkou vodou, parou, horkým vzduchem, dielektricky a pod. Velmi účinné je vytavení vosku v autoklávu parou, kde při tlaku 0,8 MPa a teplotě 180°C proběhne tepelný šok, který slouží k vytavení vosku ze skořepin do 7 s.

34

Vyžíhání a odlévání skořepin. Po vytavení modelu se skořepina vypaluje, aby se z ní odstranily zbytky voskové hmoty. Při používání křemenné moučky se současně změní amorfní forma vazné vrstvičky SiO2 na krystalickou formu. Vypalování forem se provádí v komorových nebo průběžných pecích při teplotách 900 až 1050°C. Při použití zasypávaných skořepin se žíhají i rámy s výplňovým materiálem. Žíhání pak trvá 3 až 6 hodin při použití suchého výplňového materiálu. Při použití samonosných skořepin se doba žíhání významně zkracuje. Odlévání (Obr. 28) se provádí z pánví do zahřáté skořepiny umístěné v rámech, u samonosných skořepin na pískovém loži. V některých slévárnách se používají sklopné pece, kdy pro každou skořepinu se nataví vždy jen tak přesné množství kovu, které odpovídá hmotnosti odlitku (stromečku). Při odlévání oceli se po odlití skořepina přikryje válcovým zvonem a ve válci dochází k sycení atmosféry N2 s cílem vytvoření neutrální atmosféry, aby nedošlo k oduhličení povrchu odlitku. Pro odlévání velmi náročných dílů, např. pro letecký průmysl, lze kombinovat tuto metodu s odléváním ve vakuu. Odstraňování keramiky se provádí nejprve s pomocí hydraulického vibrátoru a pak ve vodním tryskači vodním paprskem nebo ocelovými broky např. v bubnovém tryskači. Oddělování vtoků (z kůlu i větviček) se provádí na rozbrušovačkách. Pokud si vytvoříme určitý systém předlévání kontrolních aretačních bodů na licích kůlech i větvičkách, můžeme při rozbrušování použít mechanizaci bez složitého upínání. Příklady hotových odlitků jsou na Obr. 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 a 36.

Obr. 28: Odlévání vyžíhaných skořepin

35

Obr. 29 a,b: Příklad použití přesných odlitků: turbodmychadlo – v řezu http://www.pbsvb.cz/dme_vyrobni_program.php?vaha=20#odlitky

Obr. 30 a,b,c: Odlitky ze superslitin na bázi niklu pro turbodmychadla (0 – 20 kg) http://www.pbsvb.cz/dme_vyrobni_program.php ?vaha=20#odlitky

36

Obr. 31 a,b: Odlitky lopatek stacionárních plynových turbín http://www.pbsvb.cz/dme_vyrobni_program.php

37

Obr. 32 a,b,c,d,e,f,g: Příklady odlitků vyrobených metodou vytavitelného modelu www.fimes.mesit.cz

38

Obr. 33 a,b,c,d: Příklady odlitků vyrobených metodou vytavitelného modelu http://www.jtwt-asia.com/odlitky.html

Obr. 34 a,b,c,d,e,f: Příklady odlitků vyrobených metodou vytavitelného modelu http://www.presne-odlitky.cz/foto.html

39

Obr. 35: Příklady uměleckých odlitků vyrobených metodou vytavitelného modelu [2]

Obr. 36 a,b,c,d: Příklady odlitků vyrobených metodou vytavitelného modelu http://www.presne-odlitky.cz/foto.html Kontrolní otázky: 1. Jaké materiály na odlitky lze u metody lití na vytavitelný model použít? 2. Znáte některé slévárny ve Vašem okolí požívající uvedenou metodu? Literatura (kapitola 2): [1] [2] [3]

Williams, R.; Horáček, M.; Hirst, R.: Přehled světové výroby odlitků litých na vytavitelný model. Slévárenství, 2005, č. 1, str. 4-6. Slévárenství, 2005, č. 1, str. 2. Jelínek, P.: Pojivové soustavy slévárenských formovacích směsí (Chemie slévárenských pojiv). Ostrava, 2004.

40

3.

Výroba forem zaléváním modelu - Shawova metoda

Výroba keramických forem zaléváním byla vyvinuta ve čtyřicátých letech a je pojmenována po anglických vynálezcích jako SHAWOVA metoda. Podstata metody spočívá v tom, že do etylsilikátové suspenze se přidá 15% NaOH, v důsledku čehož suspenze za krátký čas ztuhne. Podstatou vytvrzování je podobně jako při metodě vytavitelného modelu hydrolýza etylsilikátu, přičemž vzniká křemičitý gel. Jako ostřivo se používá silimanit, mletý křemenný prášek (maršalit), zirkonový písek a pod. Přimícháním ostřiva do roztoku etylsilikátu se získá kašovitá formovací směs, která se zalévá na model. Čas gelace závisí na velikosti modelu a v průměru trvá 30 až 180 s. Formovací materiál má pak určitou pružnost a model je možné vytáhnout bez porušení rozměrů. Použití kašovité formovací směsi zajišťuje dokonalý styk směsi s modelem, čímž se získá vysoká přesnost odlitku. Alkohol, který vzniká v průběhu hydrolýzy se z gelovité formy odstraňuje plamenem. V průběhu hoření se z formy odstraní i voda z gelu kyseliny křemičité, takže v konečném stadiu zůstává přebytek SiO2, který tvoří tuhý skelet. Forma se vypaluje až po vytažení modelu. Po o

vypálení se formy žíhají při 1000 C. Jak je vidět tato metoda výroby forem obsahuje prvky výroby pískových forem, i odlévání je stejné. Používají se trvalé modely, formy mají dělící rovinu, provádí se skládání forem, vtoková soustava se vytváří stejně jako u klasického formování do písku. Tato metoda se používá např. pro výrobu kokil (Siemens Mohelnice).

41

4.

Lití do kovových forem (kokil)

A

Metalic Mould Gravity Die

N

Kokile (f.)

F

Moule métallique, la coquille

Kovová forma – kokila (Obr. 37) je trvalou formou, která umožňuje odlít v jedné a téže formě stovky, tisíce i statisíce odlitků, až do jejího vyřazení (deformace tvaru, mapování, vytavení, prasknutí). Kovové formy patří spolu s grafitovými formami do skupiny trvalých forem.

Obr. 37: Otevřená kovová forma pro lití bloku motoru [firemní materiály fy. FATAALUMINIUM, I] Materiál kokil Povrch pracovní části (líce) kokily podléhá působení vysokých teplot při styku s roztaveným kovem a tepelným nárazům. Při odlévání je to rychlý ohřev, po vyjmutí odlitku chlazení. Proto musí být materiál kokil odolný proti vysoké teplotě, rychlým změnám teploty i proti objemovému růstu, který je příčinou zborcení. Kovové formy jsou znehodnocovány především tepelnou únavou povrchu kovových forem. Na povrchu kovové formy se po určitém množství licích cyklů objeví drobné trhlinky, které se postupně zvětšují, zhoršují vzhled odlitků, až jsou nakonec tak velké, že do nich kov zatéká a odlitek lze jen s velkými obtížemi vyjmout. Této síti trhlin se říká „mapování“. 42

Mapování kokil vzniká vlivem střídavého tepelného namáhání, které působí na povrch kokily při každém cyklu lití. Při styku s teplým kovem se povrch formy rychle ohřeje na teplotu značně vyšší než je teplota ostatního materiálu formy. V této fázi se tedy objevují v povrchové vrstvě formy napětí v tlaku, protože tato vrstva má snahu zvětšit svůj objem vlivem tepelné roztaživosti, avšak ostatní chladnější části formy tomu zabraňují. Přestoupí-li napětí určitou hodnotu (mez pružnosti v tlaku), dochází k trvalé deformaci povrchové vrstvy, k jejímu upěchování. V další fázi dochází k vyrovnání teplot v průřezu kokily, jež je doprovázeno zmenšováním tlakového napětí povrchové vrstvy. Hodnota tlakového napětí klesne na nulu, nedošlo-li k trvalé deformaci povrchové vrstvy. Jestliže ovšem povrchová vrstva byla trvale deformována zapěchováním, dochází k jejímu opačnému namáhání tahem. Tímto způsobem se v povrchové vrstvě během výroby objevují střídavě napětí opačného smyslu, což vede časem k únavě a vzniku trhlin. K mapování tedy dojde dříve nebo později podle toho, jak teplý kov se bude odlévat, jak teplá při tom bude forma, jak intenzivní bude ohřev povrchu formy, jaká bude rychlost vyrovnání teploty formy apod. Při výběru materiálu formy musíme se snažit uvedené jevy kompenzovat vlastnostmi materiálu. Především je třeba volit materiál s malým koeficientem tepelné roztaživosti, protože tím se snižuje velikost vznikajících napětí a tím i životnost kovové formy. Rovněž tepelná vodivost materiálu kokily má nemalý vliv. Vyšší součinitel tepelné vodivosti znamená nižší tepelně mechanické namáhání. Podle uvedených hledisek je možno porovnat materiály, používané k výrobě kokil takto:
Šedá litina a uhlíková ocel dává zhruba stejné výsledky. Protože se litina lépe obrábí než ocel, dává jí většina sléváren přednost před ocelí. Slitiny hliníku mají životnost nejhorší. Nejlepší výsledky ze všech materiálů dává měď, jejímu zavádění brání vysoká cena a nedostupnost. Výhodou litinových kokil je, že mohou být zhotoveny odlitím s nejmenším přídavkem na opracování.
Litina pro výrobu kokil má mít strukturu perliticko-feritickou beze stop volného cementitu. Množství feritu ve struktuře nesmí převyšovat 5 až 10 %. Průměrné složení takové litiny je 3,4 až 3,6 % C; 1,8 až 2,2 % Si; 0,9 až 1 % Mn; 0,15 % P; 0,06 až 0,08 % S. Namáhané části kokil se vyrábí z Cr-Ni-Mo ocelí (např. ocel 0,35 až 0,45 % C; 1,9 až 2,6 % Si; max. 0,7 % Mn; 9 až 10,5 % Cr; 0,5 % Ni; 0,7 až 0,9 % Mo).
Vedle šedé litiny se používá pro výrobu kokil též litina tvárná. Kokily z tohoto materiálu mají asi o 30 % větší životnost, zhruba o tutéž hodnotu vyšší výrobní cenu. Jejich použití brání zejména nedostatek tvárné litiny u nás. Je možno použít řadu uhlíkových i nízkolegovaných ocelí. Vyšší cena kokil z těchto materiálů není vždy vyvážena delší životností. V zahraničních slévárnách se v poslední době rozšířilo použití kokil z hliníkových slitin nejenom pro výrobu odlitků z lehkých slitin, ale i z litiny a oceli. Takto vyrobené odlitky mají lepší strukturu a čistší povrch. Vlivem dobré vodivosti hliníkové kokily se zmenšuje pnutí v odlitku. životnost těchto kokil je však poměrně malá. Líc hliníkové kokily se pokovuje elektrolyticky, aby se vlastní kokila ochránila před stykem s tekutým kovem a zvýšila se trvanlivost kokily. Před odléváním se líc kokily pokrývá ochranným nátěrem, např. silimanitem Al2SiO5. [1]

43

Výroba kokil Kokily je možno vyrábět třískovým obráběním nebo litím. Životnost kokil, které jsou lity přesným způsobem a licí kůra se neodstraňuje, je podstatně vyšší, než životnost kokily vyrobené třískovým obráběním ze stejného materiálu. Způsob výroby kokily závisí na druhu použitého materiálu, na požadavku přesnosti kokily, složitosti kokily, množství vyráběných kokil apod. Konstrukce kokil Podle druhu dělící roviny je možné rozdělit kokily na:


nerozebíratelné (výklopné),




s vodorovnou dělící rovinou,




se svislou dělící rovinou.

Velmi důležitým činitelem při konstrukci kokil je určení tloušťky stěn kokily. Tloušťka stěny závisí především od tloušťky stěn odlitku, ale i od materiálu odlitku a způsobu chlazení kokily. Jedním z nejznámnějších vztahů pro stanovení tloušťky stěny kokily je: S2 = 13 + 0,6 * S1 , kde S2 je tloušťka stěny kokily a S1 tloušťka stěny odlitku v mm. Někdy se uvádí např. tloušťka stěny kokily se má rovnat 1,5 až 2 násobku tloušťky stěny odlitku nebo váha se má rovnat druhé mocnině váhy odlitku atd. Tloušťka stěny kokily není příliš důležitá u tenkostěnných odlitků, které se žíhají. Volí se však zpravidla silnější vrstva stěny, aby se kokila příliš snadno nedeformovala. Je-li kokila chlazená vodou, je možno vzít spodní hranici předešlých uvedených hodnot pro výpočet tloušťky stěn kokily, případně ji o něco zmenšit. Velmi důležité je správné rozložení odlitků v kokile (Obr. 38). Je nutno zajistit klidný pohyb kovu tekutého kovu ve vtokové soustavě i v dutině formy, rovněž tak i vyvedení plynů a vzduchu z formy. Podle rozměrů a tvaru lze v kokile umístit jeden nebo více odlitků. [1]

Obr. 38: Rozložení odlitků v kokile se svislou dělící rovinou (rozměry v mm). [1]

Proti borcení kokil při odlévání, bývají formy opatřeny výztužnými žebry nebo se připevňují ke zvláštním rámům nebo deskám. Při konstrukci kokil je velmi důležitý způsob provedení známek jader. U kokilového lití 44

se mohou použít jádra syrová, sušená, skořepinová i kovová. Mezi další důležitý parametr při konstrukci kokil patří odvzdušnění kokil. Vzduch a plyny z kokily se odvádějí zvláštními odvzdušňovacími kanály nebo mezerami mezi oddělitelnými částmi kokily (mezi posuvnými částmi, mezi známkami jader atd.). Některé způsoby odvzdušnění jsou na Obr. 39. Na obr. b) jsou rozměry pro lití odlitků z dobře tekutých slitin. Na obr. c) pro špatně tekuté slitiny. Obr. d) a e) – tyto typy se používají pro odchod plynů ve směr kolmém na dělící rovinu, přes vyvrtané otvory ucpané zalisovanými válcovými kolíky. Odvzdušnění kokily pomocí odvzdušňovacích pískových jader – obr. g) a h). Důležitá je možnost snadného čištění odvzdušňovacích systémů. Ucpání průduchů bývá jedním z nejčastějších důvodů proč vznikají vady u odlitků litých do kovových forem. [1]

Obr. 39: Způsoby odvzdušnění kokil (rozměry v mm) (průduchy: 1-boční, 2-střední). [1] Další důležitý parametr rozhodující o jakosti odlitků a životnosti kokil je provozní teplota kokily. Při nízké teplotě kokily hrozí možnost nezaběhnutí odlitku, případně i vznik trhlin nebo prasklin u tvarově složitých odlitků. Příliš vysoká teplota kokily může mít naopak nepříznivý vliv na životnost formy - předčasné znehodnocení kokily. Správná provozní teplota kokily závisí od druhu odlévaného materiálu. Pro odlévání hliníkových slitin má být

45

teplota 150 až 200°C, pro šedou litinu 200 až 270°C. Při lití odlitků ze šedé litiny nemá teplota přestoupit 300°C, protože se prudce zhoršuje jakost povrchu odlitků. Pro co nejvyšší životnost kokily má docházet k co nejmenším tepelným změnám při provozu. Po každé delší přestávce je nutno formu pozvolně ohřát na spodní hranici provozní teploty (plynovými hořáky). Nesprávný ohřev kokily je nalitím tekutého kovu do studené formy, neboť dochází k prudkému tepelnému rázu a namáhání kokily. Udržování správné provozní teploty kokily se provádí pomocí chlazení – vodní nebo vzduchové. Vtokové soustavy při lití do kokil Licí soustava může být horní, spodní nebo postranní. Výhoda horního vtoku je jednoduchost, možnost regulace licí doby a zajištění usměrněného tuhnutí odlitku. Spodní vtok zabraňuje rozstříknutí kovu a dovoluje klidné stoupání kovu ve formě. Nevýhodou je špatné využití tekutého kovu. Postranní vtoky (obr. 40) se používají zejména u pouzdrovitých odlitků. Obr. 40b: a – uklidňující element, b – jádro, c – odlitek. Obr. 40 c: 1 – licí kanál, 2 – nožový zářez, 3 – lapač strusky, 4 – zářez, 5 – odlitek.

Obr. 40: Možné umístění postranního vtoku (obr. a – jednoduchý, obr. b – s lapačem strusky, obr. c – s nožovým zářezem). [1] Přednosti lití do kovových forem (kokil)


Výrobnost slévárny stoupá 1,5 až 6 krát.




Tvarová i rozměrová přesnost odlitků se zvětšuje, povrch odlitků se zlepšuje.




Využití vsázky se zvětšuje o 8 až 22 %, zejména snížením přídavků na opracování.




Odpadá úprava a doprava formovacích směsí a tím se usnadňuje mechanizace i automatizace výrobních pochodů.




Výrobní náklady se snižují (až o 15 – 20 %).




Dochází ke zlepšení zdravotních a hygienických podmínek slévárenských provozů.




Investiční náklady na výstavbu slévárny jsou nižší než u podobné slévárny pro výrobu odlitků do pískových forem.




Odlitky vyráběné z některých materiálů mají výhodnější vnitřní strukturu.

46

Nevýhody lití do kovových forem


Nedostatečná zkušenost a znalost zásad správné konstrukce a použití kokil, nedostatek vhodných způsobů výpočtu vtokové soustavy a postupu odlévání. Období zavádění lití do kokil je často doprovázeno zvýšením zmetkovitosti. Často je nutné předělávat již hotové kokily, čímž se zvyšují náklady.




Mechanické vlastnosti se mění s měnícím se průřezem odlitku více než u lití do písku. U litinových odlitků se objevuje zakálka.




Velké pořizovací náklady a často malá trvanlivost kokil.

Ekonomická účelnost kovových forem závisí na trvanlivosti a konstrukci kokil. Kokily musí být jednoduché, musí mít při výrobě velkou trvanlivost a musí být vhodné a bezpečné při práci. Životnost (trvanlivost) kovových forem je různá podle druhu odlévané slitiny a podle materiálu kokily. Při lití hořčíkových odlitků o váze několika dkg do ocelových forem je dosahováno životnosti až 750 tis. odlitků, zatímco při lití litinových odlitků o váze 1,6 kg do litinových kokil je životnost 5 tis. odlitků. Samozřejmě velký vliv má i tvar odlitku, tloušťka stěn odlitku, způsob zpracování kokil, ochrana funkčních ploch kokily atd. K prodloužení životnosti kokil se používají ochranné nátěry nebo nástřiky. [1] Vady odlitků při lití do kovových forem


Staženiny a řediny




Bubliny - mohou být způsobeny: a) nedostatečným odplyněním kovu, b) špatnou licí (vtokovou) soustavou, c) špatným odvzdušněním kokily, d) vývinem plynů a par v pískových jádrech, e) studenou kokilou.




Nezaběhnutý odlitek a zavaleniny – příčiny: a) špatné proudění tekutého kovu, b) přerušení lití, c) nedostatečné odvzdušnění kokily.




Trhliny a praskliny

Odlévání do kovových forem může být: •

gravitační

•

tlakové

•

nízkotlaké lití

•

odstředivé

•

nové speciální metody (semi solid metal casting, squeeze casting, tlakové lití s vysokým vakuem) 47

Technologie lití

jednotka

2002

2003

t/rok

3 419

3 335

%

4,72

4,27

t/rok

36 245

41 809

%

50,08

53,53

t/rok

32 710

32 961

%

45,20

42,20

t/rok

72 374

78 105

%

100

100

lití do písku

lití do kokil

tlakové lití

celkem Struktura výroby odlitků ze slitin Al v ČR v letech 2002 a 2003 [2]

4.1. Gravitační lití do kovových forem Jedná se o poměrně jednoduchou technologii. Formy obvykle bývají zhotoveny odléváním z litiny s kuličkovým grafitem. Dělící rovina, upínací výstupky a vyhazovací otvory jsou obrobeny, funkční plocha dutiny formy zůstává často v litém stavu. Jsou ovšem možné i jiné technologie výroby a jiné druhy materiálů kovových forem. Formy jsou dvounebo vícedílné. Jádra mohou být kovová nebo písková. Písková jádry se používají zejména v těch případech, kdy by kovová jádra nešla z dutiny odlitku vytáhnout. Formy bývají nainstalovány na kokilových strojích (Obr. 40), které zajišťují skládání a rozebírání forem, vyhazování odlitků z formy a pomocí vytahovačů mohou manipulovat s jednotlivými volnými částmi forem. Formy bývají většinou řešeny se svislou dělící rovinou. Na Obr. 41 je schématicky znázorněn jednoduchý kokilový stroj, na Obr. 42 je kokila s jedním pískovým jádrem a jedním kovovým jádrem. Minimální tloušťka stěn odlitků bývá kolem 4-5 mm, obvykle však bývá větší. Hlubší otvory se předlévají od průměru přibližně nad 10 mm. Na odlitcích musí být úkosy alespoň 23°. Hmotnost odlitků je od několika gramů do cca 20-30 kg, výjimečně i více. Kovové formy musí být předehřáty a jejich provozní teplota by se měla pohybovat kolem 200-250 °C. Chlazení bývá vodní, zalitými chladicími šneky nebo přišroubovanými chladicími deskami. Povrch forem se periodicky ošetřuje nátěry, které zamezují lepení odlitků ke kokile a rozpouštění železa. Nálitky mohou být ošetřeny tepelně izolačními nátěry, eventuelně je možné do nálitků zakládat izolační nebo exotermické vložky. [2]

48

Obr. 40: Automatický stroj pro gravitační odlévání (fy. Kurtz) http://www.kurtz.de/en/index.html

Obr. 41: Schéma kokilového stroje s dvoudílnou formou [2]

49

Obr.42: Schéma kovové formy s jádry – pohled do dělící roviny [2]

Příklady gravitačně litých odlitků do kokil (Obr. 43, Obr. 44)

Obr. 43: Gravitačně litý odlitek do kokily s celou vtokovou soustavou http://www.kurtz.de/en/index.html

50

Obr. 44: Gravitačně litý odlitek do kokily s celou vtokovou soustavou http://www.kurtz.de/en/index.html

Odlévání do kokil přináší tyto výhody a nevýhody: Výhody:


odlitky tuhnou rychleji než v pískových formách




struktura je jemnozrnná




roste mez pevnosti




lepší povrchová jakost




menší přídavky na obrábění




výrobnost z 1 m2 plochy ve slévárně je 3-5x větší než při lití do písku




zlepšují se zdravotní a hygienické podmínky.

Nevýhody:


náklady na výrobu formy jsou mnohonásobně vyšší, než při lití do písku




je to způsob hospodárný až do určité série ks




je omezeno jen pro určitý druh slitiny a musí se dodržet zvláštní principy.

51

Požadavky na slitiny pro kokilové odlitky: 1. Dobré licí vlastnosti při teplotách blízkých Ts 2. Dostatečnou pevnost slitiny do doby vytažení odlitku z kokily 3. Nízké smršťování 4. Minimální sklon k naplynění. Podmínky č. 2 a 3 limitují vznik trhlin a prasklin, které by mohly vzniknout v důsledku nepoddajnosti formy a jader.

4.2. Odstředivé lití Odlitky se tímto postupem (Obr. 45) se vyrábějí litím kovu do otáčející se formy nebo do formy, která začne rotovat při lití, takže kov je nucen konat rotační pohyb. Odstředivá síla působí na kov tak, že se pohybuje proti stěnám formy a podél nich a jeho tlakem se dosáhne těsného kontaktu mezi ním a formou. Plyny, struska, vměstky a jiný nekovový materiál s menší hustotou než má odlévaný materiál se z kovu vytlačují a oddělují na stranu vnitřních ploch odlitku. Základním principem této metody je nalití tekutého kovu do rotující kovové formy.Vysoké otáčky rotující kovové formy a odstředivá síla hmotnosti tekutého kovu rovnoměrně rozprostřou postupně tuhnoucí kov do tvaru dutého válce nebo kruhu.

Obr. 45: Princip odstředivého lití do kovové formy. http://www.vuhz.cz/?co=sortiment&akce=odlitky1 Rozdělení odstředivého lití Odstředivé lítí dělíme na horizontální a vertikální. Odstředivé lití je dále možno rozdělit na :
pravé odstředivé lití – roztavený kov se vlévá do rotující formy, která se velmi rychle otáčí,
poloodstředivé lití – používá se při odlévání pískových forem, které mohou mít k vytvoření dutin i jádra (používají se mnohem menší otáčky),

52


odstřeďování - způsob lití pro výrobu odlitků v pískových formách uváděných do rotace až po naplnění dutiny kovem. Formy pro odstředivé lití [1] Formy jsou během lití vystaveny střídavým změnám teploty, působí na ně tlak tekutého kovu vlivem odstředivé síly a mimoto je ve formě vnitřní pnutí, vyvolané rovněž odstředivou silou. K těmto faktům je nutno přihlížet při výběru vhodného materiálu. Formy pro odstředivé lití mohou být buď netrvalé (pískové, keramické) nebo trvalé (kovové, grafitové). Volba materiálu forem se řídí počtem odlévaných kusů a povahou odlévaného kovu. Pískové netrvalé formy se používají velmi zřídka, častěji jsou používány formy keramické. Kovové formy se vyrábějí z oceli i ze šedé litiny. Ocelové kokily jsou výhodnější proto, že pro vyšší tavící teplotu oceli snesou vetší počet lití, lépe vodí teplo, jsou však dražší. Důležitým parametrem pro výrobu formy je také tloušťka stěn odlitku. Výhody odstředivého lití ve srovnání s gravitačním litím:
podstatně lepší využití tekutého kovu,
snížení množství zmetků,
snížení nákladů na obrábění,
podstatné snížení celkových nákladů na výrobu některých typů odlitků,
u jednoduchých odlitků lze odstranit použití jader,
vyšší čistota a homogenita odlitků, nižší obsah nežádoucích vměstků,
lepší mechanické vlastnosti oproti klasicky litým odlitkům při stejném chemickém složení,
jemnozrnnější struktura odlitku,
možnost výroby vícevrstvých odlitků, u nichž je zajištěno kvalitní metalurgické spojení mezi jednotlivými vrstvami,
lepší užitné vlastnosti odstředivě litých odlitků umožňují jejich použití v náročnějších a tvrdších provozních podmínkách. Příklady odlitků vyráběných odstředivým litím [3] Dvouvrstvé mlecí válce Mlecí válce se používají pro mletí obilí, kávy, rýže, koření a jiných potravinářských surovin. Vnější – pracovní vrstva je vyrobena ze speciální tvrzené litiny s garancí požadované tvrdosti a tloušťky tvrzené vrstvy. Vnitřní vrstva je vyrobena ze šedé litiny s garancí dobré obrobitelnosti. Základní rozměrová řada: od průměru 180mm do průměru 300mm.

53

Dvouvrstvé redukovací válce Redukovací a kalibrovací válce se používají pro výrobu bezešvých ocelových trub. Vnější – pracovní vrstva je vyrobena ze speciální tvárné litiny s garancí požadované tvrdosti. Vnitřní vrstva je vyrobena ze šedé litiny s garancí dobré obrobitelnosti Základní rozměrová řada: od průměru 230mm do průměru 500mm

Motorové vložené válce Motorové vložené válce jsou jedním ze základních prvků dieselových motorů v lodích, lokomotivách, velkoobjemových nákladních automobilech, dieselelektrických agregátech, čerpadlech a podobně. Tradičním materiálem pro odstředivé lití motorových vložených válců jsou šedé nebo legované litiny.

Obr. 46, 47, 48: Příklady odlitků vyrobené odstředivým litím (firemní materiály fy. Slévárna SPECIAL s.r.o., Dobrá, CZ)

4.2.1.

Technologie TEKCAST

Princip odstředivého lití kovů technologií TEKCAST (princip technologie je znázorněn na Obr. 48) spočívá v otisku kovového modelu, zvětšeného o přídavky na smrštění. Modely jsou ručně zaformovány do měkké nezvulkanizované formovací hmoty TEKSIL. Lze vytvořit libovolně členitou dělící rovinu. Forma s modely a separací určenou dělící rovinou, je uzavřena do vulkanizačního rámu a vložena do vulkanizačního lisu. V lisu, za teploty 180°C a za vysokého tlaku, proběhne vulkanizace formovací hmoty do pevného stavu s dutinou věrně kopírující povrch a tvar modelu. Po vulkanizaci formovací hmoty zůstane ve formě přesný otisk modelu - dutina. Do dutiny se nařeže vtokový a odvzdušňovací systém a forma je připravena k odlévání. V odstředivém licím stroji lze do této formy odlévat slitiny zinku, kompozice cínu a olova, tzv. bílé kovy (Sn - Sb - Pb), polyuretan nebo slévárenský vosk. Odlitky jsou rozměrově přesné (dosahují rozměrové přesnosti 0,1-0,5 mm), povrchově velmi čisté a kvalitní, s minimálními požadavky na další opracování, lze je dále upravovat galvanickým pokovením (mědění, niklování, patinování, zlacení) nebo lakováním práškovými

54

i mokrými laky. Technologie odstředivého lití je velmi rychlá - příprava formy trvá obvykle méně než jeden den - a levná - cena formy se pohybuje od 2 000 do 20 000 Kč. Je velmi výhodná pro malé série odlitků, běžné jsou i zakázky od pěti do sta kusů vyráběné dle jednoho modelu, na druhé straně je i vysoce produktivní a lze ji aplikovat i na série do 100 tisíc kusů. Odstředivé lití je vynikající technologie na výrobu prototypových a zaváděcích sérií ve všech odvětvích průmyslu. V několika dnech, při velmi nízkých nákladech, lze získat desítky až stovky odlitků pro ověření funkce, pevnosti a vzhledu. Je snadná průběžná realizace požadovaných změn bez nákladných dodatečných úprav nástrojů velkosériové výroby - forem pro tlakové lití kovů nebo plastů. Navíc - odlitky z odstředivého lití se svým charakterem a přesností nejvíce ze všech prototypových technologií blíží skutečné technologii výroby - tlakovému lití. Do silikonové formy lze odlít voskové modely na vzorky a malé série odlitků pro slévárny na vytavitelný model - lze tedy využít předností technologie přesného lití i pro malé počty odlitků při velmi nízkých nákladech. [4] Schéma procesu odstředivého lití TEKCAST [5] Licí stroj Tekcast poskytuje tři hlavní funkce nezbytné pro výrobu přesných strojních částí. 1) Uložení a udržení formy Tekcastem patentovaný systém drží formu v horizontální rovině, zatímco pneumatický válec tlačí poloviny formy k sobě během licího cyklu. 2) Lití pod tlakem Nastavitelný počet otáček umožňuje regulovat odstředivou sílu, která vhání tekutý kov do formy pod tlakem a vyplňuje tak všechny dutiny. 3) Dokonalá regulace tlaku a odstředivé síly Licí stroj je vybaven automatickým nastavením tlaku, otáček a délky licího cyklu. Toto dovoluje optimalizovat kvalitu odlitků, rozměrovou přesnost a tolerance.

55

Obr. 48: Princip technologie TEKCAST [6]

56

Obr. 49: Technická zařízení nutná pro technologii TEKCAST [7] Srovnání technologie odstředivého lití Tekcast s jinými metodami http://www.cfw.cz/srovnanitech.htm Lití do Lisování Gravitační uhlíkových plastických lití forem hmot

Odstředivé lití Tlakové lití Tekcast

Materiál použité formy

obráběná vulkanizovaná nástrojová guma Teksil ocel

Litý materiál

zinek, cín, olovo, epoxid, polyester

zinek, hořčík, hliník

většina většina většina neželezných slévarenských slévarenských kovů slitin slitin

zinek, hořčík, hliník

zinek

většina termoplastů

Průměrné náklady na výrobu formy v USD

35 - 850

10000250000

1000-25000 (dřevěný nebo kov. model)

200030000

5000150000+

Ekonomický výhodná série

1 a více

Vhodná < 1,2" - 12" velikost odlitku <12,5-300mm (délka nebo

Lití do sádry

Lití na vytavitelný model

Technologie

sádra

25000 a více 100 a více <1/2"-24" 4"-36" <12,5100-900mm 300mm

lití do písku

křemenný písek

keramika

obráběná ocel

500-10000 (dřevěný nebo kov. model)

1000-25000

5000125000+

100 a více

1000 a více

10000 a více

3"-36" 75-900mm

1"-24" 25-600mm

4"-24" 100600mm

obráběný hliník, obráběný mosaz nebo grafit nástrojová ocel

5000 a více 15000 a více 4"-24" 100600mm

<1/2"-24" <12,5600mm

57

výška) Vhodná tloušťka stěny odlitku

<1/8"-1/2" <3-12,5mm

Přesnost odlitku

<1/8"-3/4" <3-20mm

1/8"-1" 3-25mm

1/4"-1" 6-25mm

1/8"-1" 3-25mm

1/4"-1" 6-25mm

1/4"-1" 6-25mm

přesné

nejméně přesné

velice přesné

nepřesné

nepřesné nejpřesnější

obtížné

snadné

velice obtížné

obtížné

obtížné

velice obtížné

velice nízké

nejvyšší

nízké

vysoké

nejnižší

největší

velmi malé nebo žádné

malé

malé

nejmenší neboé žádné

8 - 16 týdnů

12 - 24 týdnů

8 - 16 týdnů

12 - 24 týdnů

velice přesné nejpřesnější

Možnost měnit tvar dutiny

nejsnadnější

velice obtížné

Náklady na odlitek

velice nízké

nejnižší

Potřebné následné opracování

velice malé nebo žádné

nejmenší nebo žádné

Termín výroby prvního odlitku

3 hod. - 2 dny

12 - 24 týdnů

velice vysoké malé

6 - 12 týdnů 4 - 12 týdnů

<1/8"-1/2" 3-25mm

Údaje jsou závislé na tvaru součástí a velikosti série

Příklady používaných slitin [8]
Zinkové slitina ZAMAK 2 Měrná hmotnost - cca 7 g/cm3 Teplota tání - cca 380 °C Pevnost v tahu - cca 350 Mpa Tažnost - cca 3 % Tvrdost - cca 100 HB
Zinková slitina ZAMA 431/MOD-KS Měrná hmotnost - cca 6,6 g/cm3 Teplota tání - cca 380 °C Pevnost v tahu - cca 215 Mpa Tažnost - cca 3,5 % Tvrdost - cca 94 HB
Cínová Slitina Sn89 Měrná hmotnost - cca 7,63 g/cm3 Teplota tání - cca 250-280 °C
Cínová slitina Sn 61 Měrná hmotnost - cca 8,45 g/cm3 Teplota tání - cca 250-280 °C

58

Příklady odlitků vyráběných technologií TEKCAST [http://www.kdzs.cz]

Obr. 50: Odlitky pro reklamu, galanterii a bižuterii. [6]

59

Obr. 51: Dekorativní odlitky – sošky, kříže, plakety. [6]

4.3. Lití pod vysokým tlakem - Tlakové lití Tlakové lití se řadí mezi způsoby přesného lití, při kterém se forma plní taveninou pod vysokým tlakem. Lití pod tlakem vzniklo už v minulém století, kdy se používalo při výrobě tiskařských písmen. Ve strojírenství se začalo používat na přelomu 19. a 20. století. Jako první se používaly licí stroje s teplou komorou. Jde o stroje, u kterých je plnící komora ponořená do taveniny v udržovací peci. Pec je součástí tlakového stroje. Se jménem československého odborníka Ing. Poláka je spojena metoda tlakového lití se studenou komorou. Myšlenka vznikla počátkem 20. let 20. století. Podle jeho patentu se kelímek s roztaveným kovem oddělil od stroje a tavenina se nalévala lžící na každé odlévání do plnící komory, ze které se pomocí plnícího pístu vháněla do dutiny formy (Obr. 52). Stroje systému Polák pronikly v letech 1928 až 1938 do celého světa a Československo se stalo vůdčí zemí v tlakovém lití.

60

Obr. 52: První typ tlakového licího stroje se studenou vertikální komorou vyráběný sériově od roku 1929 v ČSR – firma Polák [9]

Tlakové lití je nejdůležitější technologií výroby hliníkových odlitků. Principem výroby je vstřikování roztavené slitiny do dutiny kovové formy pod vysokým tlakem až 250 MPa. Za těchto podmínek je možné vyrábět tvarově velmi komplikované odlitky s tloušťkou stěn od přibližně 1-2 mm, za určitých podmínek a u některých slitin i méně, než 1 mm. Rozměry odlitků jsou velmi přesné – u menších rozměrů lze dosáhnout přesnosti až 0,3-0,5 %. Ve formách lze používat výhradně kovová jádra. Tvar odlitku musí respektovat možnosti rozebrání formy a vytažení volných částí a jader. Velká část otvorů se předlévá. Do forem je před litím možno vkládat kovové zálitky. Některé formy jsou konstrukčně velmi složité.

61

Formy jsou vyrobeny nástrojařským způsobem. Obvykle se skládají z rámu a vložek, které tvoří funkční část formy, která je přímo ve styku s kovem. Vzhledem k mimořádným mechanickým a tepelným nárokům se funkční části vyrábí z vysoce legovaných Cr-Mo ocelí a tepelně zpracují. (Méně namáhané části jako rám a další díly se vyrábí z méně ušlechtilých ocelí). Vzhledem k mimořádně vysokým výrobním nákladům (řádově statisíce až miliony korun) se vyžaduje i vysoká životnost forem. životnost u menších forem dosahuje až 100 000 i více odlití. Vzhledem k nutnosti amortizace ceny forem je technologie tlakového lití vhodná pouze pro velkosériovou a hromadnou výrobu odlitků. Maximální velikost odlitků, které se na konkrétním stroji dají vyrobit, je limitována maximální hmotností kovu a uzavírací silou stroje. Je to hodnota síly, kterou jsou svírány obě poloviny formy. Z uzavírací síly a plnicího tlaku lze vypočítat maximální přípustnou plochu odlitku v dělicí rovině. Velké stroje mají uzavírací sílu až dolem 40 MN, výjimečně i vyšší. Podle konstrukce se tlakové stroje dělí na dva základní typy, se studenou a s teplou komorou. Podle směru pohybu plnicího pístu mohou být stroje se svislou nebo vododrovnou komorou. Každý z popsaných typů strojů má své přednosti a nevýhody. Vertikální stroje jsou vhodné pro lití odlitků s centrickým vtokem, což u horizontálních strojů není možné. Podle druhu odlévaného materiálu bývá v zahraničí dávána přednost strojům vertikálním pro lití mosazi, zatímco stroje s horizontální komorou bývají používány pro lití slitin hliníku. Slitiny hliníku se v současné době odlévají téměř výhradně na strojích se studenou horizontální komorou. Schéma tlakového stroje se studenou komorou je na Obr. 53.

Obr. 53: Horizontální tlakový stroj se studenou komorou. [2] Dávkování kovu do plnicí trubice se může provádět manuálně, u modernějších zařízení je však dávkování automatické a to buď plnicí lžící nebo pneumatickým dávkovacím zařízením z udržovací nebo dávkovací pece, která bývá součástí každého pracoviště tlakového stroje. Dávkovací pece (Obr. 54) jsou určeny k automatickému dávkování tekutého kovu. Kov natavený v tavící peci se plnícím trychtýřem nalije do vany dávkovací pece, která je

62

hermeticky uzavřena. Teplota je obvykle udržována pomocí odporových topných článků SiC nad hladinou kovu.

Obr. 54: Dávkovací pec. [2] Po ztuhnutí se odlitek z pohyblivé části formy vytlačí pomocí vyhazovačů a odebírá ručně nebo pomocí robota. Následuje ochlazení odlitku, ostřižení vtoků a přetoků a konečná apretace. Před dalším licím cyklem se forma nastříká separačním prostředkem, který zamezuje nalepování odlitků na formu a usnadňuje jejich vyjímání z formy. V moderních provozech je celý výrobní cyklus automatizován. Stroje s teplou licí komorou mají plnicí komoru umístěnou pod hladinou kovu v udržovací peci. Jejich výhodou je, že kov se z udržovací do plnicí komory nepřelévá a tak nedochází k jeho oxidaci. Tento typ pecí se pro slitiny hliníku nepoužívá, je však častý při lití slitin hořčíku a zinku. Schematicky je znázorněn na Obr. 55. Z tlakových strojů s teplou komorou se nejvíce používají pístové stroje s vertikální komorou, používané hlavně pro výrobu odlitků ze zinkových slitin. Stroje s horizontální dělící rovinou jsou vhodné na výrobu odlitků ze slitin na bázi Sn, Pb a Sb.

Pro tlakové lití je vhodné široké spektrum slitin Al-Si, Al-Si-Cu a Al-Mg. Slitiny pro tlakové lití mají obsah železa zvýšený na přibližně 1 % i více, aby se omezil sklon k nalepování kovu na formy. Kov do udržovacích nebo dávkovacích pecí se rozváží z centrální tavírny. Bývá provedena rafinace, kov je odplyněn, někdy přefiltrován. V udržovacích pecích bývá mezi prostorem zásobníku kovu a odebíracím prostorem někdy zabudován keramický filtr. V udržovacích pecích se obvykle neprovádí žádné podstatné metalurgické zásahy, v určitých časových intervalech se však provádí rafinace a z hladiny se 63

stahuje struska. Slitina se většinou nemodifikuje, neboť, díky rychlému chladnutí, se křemík vylučuje v jemných částicích. Licí teploty siluminů při tlakovém odlévání bývají v rozmezí 610-650 °C.

Obr. 55: Tlakový stroj s teplou komorou. [2] Tlakově lité odlitky nejsou, co se týče vnitřní homogenity, příliš kvalitními výrobky. Při rozstřikování kovu ve formě dochází k jeho oxidaci a reakci s mazadlem a důsledkem je vznik velkého množství vměstků. V některých průřezech může rovněž zůstávat uzavřený vzduch, který je příčinou tvorby bublin. Vyřešení optimálního způsobu plnění je otázkou správné konstrukce formy, vtokové soustavy, odvzdušňovacího systému a režimu plnění. Výrazného zlepšení situace se dosahuje při lití do vakuovaných forem. U nich se po uzavření z dutiny formy před litím odsaje vzduch, tím se omezí oxidace kovu a odstraní nebezpečí vzniku bublin. K zajištění konstantní kvality výroby je nutno udržovat v poměrně úzkém rozmezí teplotu forem. V každé formě je vytvořen systém kanálů, které slouží před zahájením výroby k ohřevu forem, během výroby pak k chlazení. Teplota forem se snímá pomocí termočlánků a regulace se provádí obvykle automaticky a nastavuje se v mezích 180-250 °C. Odlévání do studených forem má za následek značné snížení jejich životnosti. Kolísání teplotního režimu se zamezuje zejména dodržováním pravidelného licího cyklu během celého pracovního dne. [2]

64

Konstrukcí strojů pro lití pod tlakem je mnoho a často se liší jen v jednotlivostech. Např. zdroj tlaku může být ruční, pneumatický nebo hydraulický, pohyb (uzavírání) formy mechanický, pneumatický nebo hydraulický apod. Platí to jak pro stroje s teplou komorou, tak i pro stroje se studenou komorou. Technologické operace procesu tlakového lití ukazuje Obr. 56. Po uzavření formy se licí komora tlakového licího stroje se studenou komorou naplní ručně nebo automaticky roztaveným hliníkem (obr. 56 a). V druhé fázi pohybující se licí píst zvedne taveninu až po zářez, a to zpravidla rychlostí cca 0,5 m/s (obr. 56 b). Když tavenina dosáhne úrovně zářezu, zvýší se rychlost pístu na 2 až 6 m/s a dutina formy se zaplní – podle druhu odlitku – rychlostí přibližně 10 m/s (obr. 56 c). Výsledkem velmi rychlého tuhnutí odlitků je jemnozrnná struktura. Nakonec, při poslední výrobní fázi, se při otevřené formě odlitek vyjme (obr. 56 d). Před dalším výrobním cyklem se povrch formy nastříká dělicím prostředkem umožňujícím vyjmutí odlitku. Potom začíná následující cyklus lití.

Obr. 56: Schématické znázornění procesu tlakového lití [10]

65

Odlitky vyrobené tlakovým litím mají proti ostatním technologiím:
lepší rozměrovou přesnost,
lepší kvalitu povrchu,
umožňují získat tenké stěny odlitku,
a snížit pracnost při obrábění,
mechanické vlastnosti jsou vyšší než při odlévání do písku a kokil gravitačně Doporučené optimální tloušťky stěn: Slitiny Pb

0,6 - 2 mm

Sn

0,6 - 2 mm

Zn

0,8 - 2,5 mm

Al

1,2 - 1,5 mm

Mg

1

-3

mm

Cu

2

-4

mm

Z hlediska jakosti odlitku je velmi důležitý charakter plnění formy, který závisí především na: - vstupní rychlosti taveniny do dutiny formy, - vzájemném poměru tloušťky zářezu a tloušťky stěny odlitku hZ/hodl., případně na vzájemném poměru ploch SZ/S odl., - viskozitě a povrchovém napětí slitiny, - tepelných podmínkách ve formě. Všeobecně se rozlišují tři plnící rychlosti a v souvislosti s tím i tři režimy plnění formy: - nízká rychlost a plnění formy laminárním proudem (0,3 m/s), - střední rychlosti a plnění formy souvislým turbulentním proudem (0,15 až 15 m/s); - vysoké rychlosti a disperzní plnění formy, které nastává při vstupní rychlosti taveniny > 25 až 30 m/s a při poměru SZ/S odl. < 1/4 až 1/2. Proud přitom naráží na stěnu formy proti zářezu; síla nárazu je velmi velká a kov se roztříští na velké množství kapek, které vytváří s ovzduším formy disperzní směsi. Zachycené plyny, vzduch a částice oxidů zůstanou v odlitku, jsou však drobné a jsou rovnoměrně rozložené ve stěně odlitku. Když se rychlost plnění zvýší (100 až 120 m/s), zmenší se bubliny a oxidické vměstky a zmenší se jejich vliv na mechanické vlastnosti odlitku. Disperzní plnění se používá při výrobě tenkostěnných odlitků se složitou konstrukcí. Při výrobě odlitků se v praxi uplatňují obyčejně oba způsoby plnění formy - souvislý turbulentní a disperzní. Snížení rozsahu bublinatosti, příp. pórovitosti se dosahuje dodatečným tlakem, tj. zvýšením plnícího tlaku na taveninu po vyplnění formy. Dodatečný tlak se vyvolá pístem působením setrvačných sil v okamžiku jeho zastavení v důsledku hydraulického nárazu a přenáší se přes zářez na tuhnoucí odlitek. Dodatečným tlakem dochází k filtraci kapalného kovu do prázdných míst v odlitku. 66

Současné problémy tlakového lití Tlakové lití hliníkových odlitků je složitý a do jisté míry vysoce automatizovaný proces závislý na mnoha ovlivňujících faktorech, které se dají obtížně ovládat. Špatné ovládání znamená, že se dají obtížně zaznamenávat, řídit a regulovat. O stabilním procesu se navzdory vysoce vyvinuté technologii nedá u tlakového lití mluvit ještě ani dnes. I u nízkého procenta zmetkovitosti se nakonec nemění přání toto procento dále snížit. Při hledání způsobů řešení popsané situace vznikly v některých slévárnách různé systémy záznamu a kontroly výrobních dat. Aby bylo možné optimalizovat proces tlakového lití, musí se v praxi učinit následující opatření:


záznam ovlivňujících technologických parametrů v okamžiku lití,




nezaměnitelné označení každého jednotlivého odlitku s cílem jednoznačného přiřazení parametrů procesu každého vstřelení,




záznam a vyhodnocení vad, které se u odlitků vyskytnou,




zjištění parciálních korelací mezi vadami a podmínkami při odlévání,




stanovení optimalizovaných souvislostech.

procesních

oken

založených

na

zjištěných

Formy pro tlakové lití Forma pro tlakové lití se skládá:
z pevného dílu, který je částí formy upnuté na stole a ve které se zpravidla nachází vtok,
z pohyblivého dílu, který je upnut na nosiči formy a zpravidla se v něm nachází mechanismus na uvolnění odlitku z formy.

Jakost a produktivita výroby tlakových odlitků úzce souvisí s potřebnými nástroji, obzvláště s tlakovými formami. Výsledné řešení záleží na schopnostech komunikace konstruktérů dílu, odlitku a formy a technologů slévárny a nástrojovny. Proces zhotovení nové formy lze rozdělit na několik fází:


Technické, cenové a termínové dořešení požadavku zákazníka,jehož výsledkem je mimo jiné výkres, příp. 3D-model s výkresem odlitku, který obsahuje vedle rozměrů a jejich tolerancí i další technické přejímací podmínky.




Pokud jsou dodávané odlitky obrobené, je třeba vypracovat dokumentaci pro odlitek i hotový výrobek.




Návrh koncepce formy a nástrojů pro další zpracování, plán projektu, zabezpečení materiálu pro výrobu formy apod.




Vlastní konstrukce formy, zpracování plánu upnutí formy při první zkoušce, konstrukce ostatních nástrojů a kontrolních přípravků.

67




Výroba formy při zabezpečování takové její jakosti, aniž by musela být forma zkoušena.




První zkouška formy, nastavení a podchycení technologických parametrů lití, kontrola použité slitiny, rozměrů a ostatních parametrů odlitků.




Optimalizace formy podle návrhu projednaného s konstruktérem formy, slévárnou a nástrojovnou.




Zpracování podkladů pro nultou sérii.




Druhá zkouška formy, příp. vyrobení nulté série, ověření dalších výrobních i kontrolních operací, příprava k odeslání vzorků s příslušným protokolem zákazníkovi a příprava podkladů pro sériovou výrobu odlitků.

Koncepce formy se vytváří již při posuzování požadavku zákazníka, přičemž ji ovlivňují následující faktory, z nichž mnohé jsou též předmětem jednání se zákazníkem:


roční a celkový požadavek odlitků,




druh odlévané slitiny,




požadovaná rozměrová přesnost, tloušťky stěn, úkosy, zaoblení, umístění značení a další technické požadavky,




násobnost formy,




zaformování kusu, volba dělicích rovin,




směry pohybu pohyblivých jader, opěry odlitku při vytahování jader,




způsob vyhazování, umístění vyhazovačů a poloha stop po vyhazovačích,




velikost licího stroje vzhledem k potřebné uzavírací síle a licímu tlaku, velikosti formy a rozložení tahačů jader,




volba průměru plnicí komory, uspořádání vtokového systému,




umístění, nasměrování a průřez vtokového naříznutí,




způsob odvzdušnění, příp. vakuování formy,




chlazení, příp. temperování formy zvláště s ohledem na vnitřní jakost odlitku,




umístění a zabudování případných dohutňovačů,




způsob ošetření formy a nanesení dělicího prostředku,




způsob vyjímání odlitků z formy,




volba materiálu a zpracování tvarových částí s ohledem na požadovanou životnost,




náročnost čištění, údržby a rychlá vyměnitelnost některých dílů formy atd.

Podle povahy odlitku se při konstrukci formy využívají různá i neobvyklá řešení:


Při požadavcích vyšší přesnosti bývá otázkou schopnost jejího praktického dodržení. Ze zkušeností je možno uvést, že u tzv. pevných nebo s formou spojených rozměrů lze dodržet až poloviční tolerance než které uvádí ČSN 421431. U rozměrů tzv. kolmých, podle DIN s formou nespojených rozměrů, je možno tolerance podle uvedené ČSN zmenšit jen o třetinu. Předpokladem však je dostatečná tuhost formy, uzavírací síla stroje, čistota formy apod.

68




Dorazy při zajetí pohyblivých jader – šoupátek by měly být co nejdále od tvaru, tj. až v rámu, aby se předešlo zastříknutí kovu nebo zapadnutí otřepů při ostřiku formy do prostoru dorazu.




Aby zůstal odlitek při otevírání formy na její vyhazovací části, lze i dodatečně zvolit podkosení tvaru, příp. zmenšit přidržující síly umožněním kratšího pohybu pevných jader snížením jejich hlaviček u dříku nebo odlitek vytláčet z pevné poloviny pružinami, hydraulikou aj.




Při vyhazování se podle potřeby kombinuje stírání z jader a následující vyhození odlitku z dutiny. Vratné kolíky zabezpečí dodržení stop po vyhazovačích a zabrání případnému poškození formy při přetržení spojení vyhazovacích desek s hydraulickým vyhazovačem stroje.




Turbulentnímu proudění kovu ve vtokových kanálech a zavírání vzduchu do kovu se předejde zaoblením přechodů. Zvláště jde o kolmý přechod z kanálu protičepu na jeho čelo a pak do kanálu v dělicí rovině. Průřez kanálů se má blížit kruhovému průřezu, v němž se nejméně sníží teplota kovu. Uspořádání vtokového systému a rozložení dutin u vícenásobných forem má být takové, aby dráhy kovu byly ke všem dutinám stejné a byl tím umožněn současný začátek plnění.




Umístění a nasměrování vtokového naříznutí rozhoduje velkou měrou o dobrém vyplnění dutiny, příp. o nalepování kovu na formu nebo vymývání formy proti naříznutí. Kov nemá ve formě narážet kolmo na stěnu, ale v některých případech lze využít nárazu k dobrému vyplnění hlubšího tvaru. Optimální řešení tohoto problému je důležitým úkolem konstruktéra a technologa. Jejich znalosti a zkušenosti o proudění a tuhnutí kovu ve formě mohou být ve složitějších případech podpořeny počítačovou simulací. K simulaci je potřebný již podrobnější návrh formy včetně jejího chlazení. Závěry a další variantní návrhy jsou pro konstrukci formy přínosem.




Vedle běžného odvzdušnění forem se rozšiřuje používání vlnovitých odvzdušňovacích vložek – valch a vakuování forem. Valchy z bronzu mají sice lepší tepelnou vodivost, a proto v nich kov rychleji zatuhne a zastaví se. Větší odolnost proti vymytí kovem však mají ocelové valchy. Valchy se užívají též při vakuování formy namísto drahého ventilu. Jejich účinnost proti ventilu je však znatelně nižší. Vakuování forem přináší zlepšení jakosti odlitku, zvýšení životnosti forem a po širším zavedení je ekonomicky výhodné.




Temperování forem olejem nebo vodou o vyšším tlaku se běžně používá. Zatím řidčeji se ke chlazení tenčích jader užívají měděné tyče nebo teplovodní trubice.




Dělicí prostředek se běžně nanáší ostřikem formy, přičemž se současně forma většinou nešetrně chladí. Důležité je napouštění par vosku do formy a jejich následná kondenzace na povrchu dutiny. V důsledku nepřítomnosti vody a vodní páry se výrazně zlepšuje jakost odlitků a životnost formy, avšak výsledek je podmíněn dořešením vnitřního chlazení formy. [10]

69

Obr. 57: Příklady odlitků vyrobených tlakovým litím (fy. KOVOLIT,a.s., Modřice) K výrobě forem jsou nakupovány nebo v kooperaci vyráběny některé díly, jako rámy, normalizované vyhazovače, pouzdra, kolíky, příp. jádra i se speciální chemicko-tepelnou úpravou povrchu proti zadírání a nalepování kovu atd. Nejdelší průběžný čas vyžaduje výroba tvarových vložek forem. Rychlý průběh výroby při vysoké přesnosti tvarových vložek umožňuje obrábění na CNC strojích. Počítačově zpracovaný 3D-model se využije při konstrukci tvarové vložky a následně pro vystavení obráběcího programu. Současně se takto obrobí i složitější kanály vtokových systémů včetně zaoblení. Povrchy dutiny se vesměs neleští. Pro dobré vyplňování dutiny kovem a zachycování dělicího prostředku je vhodnější jemně tryskaný nebo jinak tvarově upravený povrch dutiny. Jakost formy se zabezpečuje důslednou kontrolou po každé operaci, převážně na 3D-měřicím stroji. Ke kontrole dolícování velkých forem se využívá lícovací lis. [10]

70

Dosažení dostatečné životnosti formy je kromě jakostního a garantovaného materiálu a jeho tepelného zpracování podmíněno dalšími vlivy:


Provozní podmínky při odlévání, temperování formy, použití nižších tlaků při odlévání do vakuované formy, plynulost výroby.




Důsledné provádění mezižíhání tvarových vložek a jader k odstranění vnitřního pnutí po odlití předepsaných počtů střiků.




Pečlivá údržba, čištění formy a chladicího systému, přetryskání dutiny po výrobní sérii.




Při opravách a údržbě formy jsou využívány různé metody navařování: např. metoda TIG přídavným drátem z legované oceli v oblouku mezi wolframovými elektrodami v ochranné atmosféře argonu. Na jemnější tvary a hrany se použijí mikrosvářečky nebo laserové mikrosvářečky.




Ke zvýšení odolnosti proti nalepování nebo vymývání kovem se povrch formy u naříznutí ztvrzuje najiskřením wolfram-karbidovými elektrodami.

Materiál na formy pro tlakové lití musí mít tyto vlastnosti:


nízkou tepelnou roztažnost,




dobrou tepelnou vodivost,




vysokou mez kluzu Re za pracovních teplot formy,




malé rozměrové změny při tepelném zpracování a při provozu,




dobrou obrobitelnost a leštitelnost,




co největší odolnosti proti: -

popouštění

-

erozi

-

opotřebení za zvýšených teplot

-

tvorbě trhlinek tepelné úpravy

Konstrukce a životnost tlakové formy ve velké míře ovlivňují kvalitu odlitku a ekonomii výroby. Vzhledem na velké náklady pro formy tlakové lití a obtíží provést změny začíná se s jejich výrobou až je jistota, že nedojde ke změnám konstrukce. Těla kokil se vyrábí z litiny s lupínkovým nebo kuličkovým grafitem, zřídka z oceli nebo mosazi. Pro tlakové lití Al-slitin z oceli třídy 19 (Cr Mo).

Vtoková soustava Vtoková soustava při tlakovém lití se podstatně odlišuje od vtokových soustav ostatních způsobů výroby odlitků - je krátká a jednoduchá. Prvkem vtokové soustavy a plnící komory je tzv. tableta (je to nezbytný nadbytek kovu ve tvaru kotouče). Výšku kotouče určuje konstrukce stroje. Tato tableta však není u vtokových soustav u strojů s teplou komorou. Dalším prvkem je zářez, který má tloušťku 1,5 až 3,0 mm, která závisí na tloušťce stěny odlitku. Místo zaústění zářezu do odlitku se volí na základě představ o charakteru plnění 71

formy a analýzy konstrukce odlitku. Vzduch a plyny se z formy odstraňují odvzdušňovacími kanály, které se provádí jako štěrbiny nebo drážky v dělící rovině formy. Odvzdušňovací kanály se nesmí vyplnit taveninou, proto jejich tloušťka závisí na typu odlévání slitiny. Když je odlitek tlustostěnný a má velkou délku a složitý tvar, pak vzduch se přes odvzdušňovací kanály neodstraní úplně. Tehdy se používají technologické přídavky „ledvinky“, které zachytávají prvé části turbulentně proudícího zpěněného tekutého kovu a propouštějí zbývající množství vzduchu. Použitím „ledvinek“ se zvyšují mechanické vlastnosti odlitků. K progresivnějším metodám odlévání při vysokém tlaku patří vakuování formy a plnící komory. Použitím vakua při tomto způsobu odlévání vznikají další výhody jako je např. zmenšení tloušťky stěny odlitku o 30 až 40%, zvýšení mechanických vlastností (zejména tažnosti) o 1,5 až 2krát, zlepšení kvality povrchu, možnost použití tepelného zpracování, snížení tlaku při plnění dutiny formy asi o 50% při zachování doby lití a doby celého pracovního cyklu. Firma General Motor vyvinula nový způsob tlakového lití, známý pod názvem ACURAD-proces (Obr. 58). Využívá se při něm účinek dodatečného lisování, ke kterému se využívá dvou pístů - vnějšího a vnitřního.

Obr. 58: Princip metody ACURAD (fy General Motor) [11]

72

Vady u odlitků litých pod tlakem [12] Výskyt vad v odlitcích litých pod tlakem ovlivňuje řada faktorů, přičemž jedním z podstatných je správná konstrukce licí formy, do níž patří především vtoková soustava a odvzdušňovací a chladicí systém formy. Na jakost odlitku mají vliv i další faktory, jako je tlakový licí stroj, druh odlévané slitiny a její metalurgické zpracování, samotná jakost vyrobené formy, nastavené technologické parametry a v neposlední řadě obsluha licího stroje. Zevrubný přehled vztahu vad a jejich příčin u tlakově litých odlitků znázorňuje Savenův diagram (Obr. 59). Pro vyjádření vlivu parametrů na výskyt jednotlivých vad byla sestavena tabulka (Obr. 60). vycházející ze zkušeností ověřených ve slévárenském provozu. Do tabulky byly mimo čistě konstrukční vlivy zahrnuty i další rozhodující faktory, které spolupůsobí, a to tlakový licí stroj a odlévaná slitina. Vady, na jejichž vznik působí zásadním způsobem konstrukce formy:
nedolití;
porezita;
vzdušná a plynná porezita (bubliny);
puchýře;
deformace;
rozměrové odchylky.

Obr. 59: Savenův diagram [12]

73

Nedolití Jde o vadu, při níž některé části odlitku nejsou úplně vyplněny. Jsou to obvykle místa nacházející se nejdále od vtokového naříznutí, která nejsou dostatečně odvzdušněna nebo jsou proudícím kovem zanesena zbytky mazadel, které nebyly odvedeny do přetoků. Také záleží na celkovém zaformování odlitku a na umístění a nasměrování vtokového naříznutí. Snahou je, aby kov nenarážel přímo na stěnu, a to zejména při ústí naříznutí, ale v některých případech na vzdálenějších místech lze náraz využít k dokonalejšímu vyplnění hlubšího tvaru. K potlačení vzniku této vady jsou důležité zkušenosti konstruktéra a technologa, jejich znalost zásad proudění a tuhnutí kovu ve formě, k čemuž již dnes můžeme využít zvláště u složitých forem počítačovou simulaci. Pokud je forma správně konstrukčně řešena, pak dokonalé vyplnění dutiny formy zajistíme optimálním nastavením technologických parametrů (lisovací tlak, rychlost lisovacího pístu, teplota formy, teplota odlévané slitiny atd.). Porezita Jde o porezitu vzniklou stahováním tekutého kovu v místech shluků a tepelných uzlů odlitku. Pokud má odlitek rozdílné tloušťky stěn a není zaručeno dosazení taveniny po zalisování do míst s posledním tuhnutím, vzniknou v těchto oblastech v odlitku dutiny s drsným a nepravidelným povrchem. Porezita se často vyskytuje ve shlucích a má vliv na těsnost odlitků. Tuto vadu nelze zjistit běžnou vizuální kontrolou, a proto je nutné během výrobního procesu provádět u odlitků s požadavkem na těsnost zkoušku rentgenem. Výhodou této průběžné výrobní kontroly je včasné zjištění této vady, protože následně lze provést rychlá opatření k jejímu odstranění. Pokud se tato vada zjistí až po odlití celé dávky u odběratele po opracování odlitků, vzniknou slévárně vysoké náklady na zmetky. Snahou musí být výrazné potlačení této vady již při konstrukci formy. Ke zmenšení nebo odstranění porezity napomáhá při konstrukčním řešení odlitku snížení počtu tepelných uzlů a zmenšení jejich velikosti. Dále je pak nutné provést vhodné zaformování odlitku, řešit optimální vtokovou soustavu s větším průřezem naříznutí a k usměrněnému tuhnutí přispět správně řešeným chladicím systémem formy. Pokud není předpoklad, že tento klasický postup vyřeší problém této vady odlitku, je možno volit nadstandartní metodu, a to umístění a zabudování dohutňovačů (squeeze casting), to však předpokládá, že slévárna má licí stroj s odpovídajícím vybavením. Při konstrukčním řešení formy ve vazbě na odlitek bez porezity může konstruktérovi pomoci také počítačová simulace průběhu tuhnutí odlitku pro volbu vtokového systému a soustavy chlazení. Vzdušná a plynná porezita (bubliny) Tato vada je charakteristická malými dutinami s hladkým povrchem. Vzdušná a plynná porezita je tvořena hlavně vzduchem z plnicí komory a dutiny formy, ale také z naplyněné slitiny. Při lisování slitiny do formy nestačí všechen vzduch uniknout a zůstává po ztuhnutí v odlitku. Plnění i jednoduché formy tekutým kovem je velmi komplikované, a proto konstrukce každé formy pro nový odlitek vyžaduje své vlastní řešení vtokové soustavy, odvzdušnění, přetoků, chladicího systému a správného zaformování. Ke zmenšení nebo odstranění porezity napomáhá postupné plnění formy, které má být ukončeno v těch místech, kde je možné provést účinné odvzdušnění. Vtokovou soustavu je třeba zaústit tak, aby nedocházelo k uzavření vzduchu tekutým kovem zaplňujícím formu. Pro volbu správného zaústění naříznutí a správnou polohu umístění přetoků, případně vakuovacích kanálů, je vhodné využít simulační programy. Vedle běžného odvzdušnění forem se v poslední době rozšiřuje používání vlnovitých odvzdušňovacích vložek (tzv. valchy nebo odsávané valchy) – Obr. 61. U odlitků s vysokými požadavky na těsnost je možné volit lití do vakuované formy s použitím vakuovacího ventilu.

74

Puchýře Jde o typickou vadu projevující se na tlakových odlitcích. Tato vada vzniká uzavřením vzduchu v oblasti těsně pod povrchem stěny odlitku. Díky velkému tlaku v bublině a malé pevnosti slabé stěny ještě horkého odlitku dochází k vytvoření tohoto puchýře. Příčiny je možno hledat především v nedostatečném odvzdušnění formy, v zaústění vtokového naříznutí a umístění chladicích kanálů. Na puchýře má také vliv nadměrná teplota formy, velká licí teplota slitiny nebo malý, nesprávně naběhnutý dotlak (třetí fáze lisování). Deformace Na deformace odlitku má vliv také konstrukce formy a z tohoto pohledu mohou být deformace zapříčiněny především:
nedostatečnými úkosy tvarové části pevné poloviny formy;
malými úkosy hlubokých tvarů odlitku;
špatným rozmístěním a nedostatečnou tlačnou plochou vy- vyhazovačů;
nedostatečnou opěrnou plochou odlitku při vyjíždění pohyb- pohyblivých jader;
vyšleháním formy v místě nevhodně zaústěného vtokového naříznutí;
nevhodným řešením chladicího systému formy. Deformace může úzce souviset s další vadou, kterou jsou trhliny za tepla. Vedle konstrukčního vlivu působí na vznik deformace také jakost vyrobené formy (stav povrchu tvarové části), její ošetření dělicím prostředkem při lití a vliv některých dalších faktorů.

Obr. 60: Vliv parametrů formy licího stroje a slitiny na vady odlitků [12]

75

Obr. 61: Odsávaná valcha (vlnovec) [12]

76

Rozměrové odchylky Má-li odlitek vyhovět svému určení, musí mimo svou celistvost, vnitřní a povrchovou jakost a požadované mechanické hodnoty odpovídat také rozměrovým požadavkům zakotveným ve výkresové dokumentaci. Požadavek na přesnost rozměrů musí brát konstruktér v úvahu při rozhodování o zaformování odlitku a při řešení celkové konstrukce formy. Rozměrové odchylky mají z pohledu konstrukčního řešení formy a způsobu zaformování odlitku tyto příčiny:
rozměry přes dělicí rovinu nelze udržet v úzké toleranci;
systém chlazení a ohřevu formy musí mimo jiné respektovat také vliv na rozměrové odchylky odlitku. Řešením by mělo být dosažení tepelné rovnováhy formy při procesu lití;
chybně řešená hodnota smrštění odlitku při konstruování formy vzhledem k druhu slitiny;
deformace formy (prohnutí) vlivem nedostatečného konstrukčního dimenzování jednotlivých dílů formy. Rozměrové odchylky souvisejí také s technologií lití jejich příčinou může být i nepravidelný cyklus lití. Dále tato vada souvisí s nepřesnostmi při výrobě formy, jako je přesazení odlitku v dělicí rovině a další.

4.4. Lití pod nízkým tlakem - Nízkotlaké lití Tento způsob připomíná lití pod tlakem s teplou komorou, rozdíl je však v rychlosti plnění (asi 0,5 m/s) a použitém tlaku (do 0,3 MPa). Zvlášť charakteristické je umístění formy, která se nasazuje těsně nad kelímek s roztaveným kovem. Nejprve nízkým tlakem vzduchu (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 vzduchu na plnou hodnotu a setrvá na ní tak dlouho, dokud odlitek neztuhne. Odpadá vtoková soustava i nálitek, takže využití tekutého kovu obvykle převyšuje 90% (Obr. 62). Na tomto obrázku je srovnán způsob odlévání u stejného odlitku čtyřválcového tělesa kompresoru (a – gravitační lití do kokily, b – nízkotlaké lití do kokily). Využití tekutého kovu při výrobě tohoto odlitku je 92%, současně se zvyšuje i výrobnost stroje (ze 7 ks/hod na 8 ks/hod). Používá se u všech druhů forem, avšak nejčastěji u forem trvalých (kovových a grafitových). Pomocí nízkotlakého lití lze odlévat i velmi tenkostěnné odlitky, přičemž na formy nejsou kladeny tak vysoké požadavky jako při tlakovém lití. Technologie se rozšířila zvláště u odlitků z Al-slitin. Stroj pro nízkotlaké lití je tvořen tlakotěsnou udržovací pecí, nad kterou je upnuta dělená kovová forma, obvykle s vodorovnou dělicí rovinou. Tavenina v kelímku pece je se spodním dílem formy propojena stoupací trubicí ze žáruvzdorného materiálu tak, že trubice spodním okrajem zasahuje pod hladinu kovu (Obr. 63).

77

Obr. 62: Srovnání technologií výroby odlitku z Al-slitiny – čtyřválcové těleso kompresoru: a) gravitační lití, b) nízkotlaké lití [13]

Obr. 63: Schéma stroje pro nízkotlaké lití. [2]

78

Odlévání se provádí zvýšením tlaku nad hladinou kovu, čímž je kov z kelímku vytlačován stoupací trubice vzhůru do formy. Protože je ústí stoupací trubice ponořeno pod vrstvu oxidů a nečistot na hladině pece, vstupuje do formy čistý kov bez vměstků. Rychlost stoupání kovu je regulována nárůstem tlaku tak, aby plnění bylo naprosto klidné. Působením tlaku se do tuhnoucího odlitku průběžně doplňuje kov, takže vtok působí současně jako nálitek. Přetlak se v peci udržuje po celou dobu tuhnutí odlitku. Po ztuhnutí se přetlak zruší a kov ze stoupací trubice samovolně vyteče zpět do kelímku pece. Po rozevření formy se odlitek vyhazovači vytlačí z pohyblivé části formy.

Obr. 64: Princip a pracovní postup výroby odlitků nízkotlakým litím [13] Během pracovního cyklu (Obr. 64) se odlévaný kov prakticky nedostane do styku s okolní atmosférou. Proudění je klidné a proto nedochází oxidaci taveniny. Kvalita odlitků, vyrobených touto metodou, je velmi vysoká. V odlitcích je minimum vměstků i plynových dutin a vyznačují se proto vynikající těsností vůči tlakovým mediím. Výhodou tohoto způsobu lití ve srovnání s gravitačním litím do kovových forem je možnost plnoautomatického cyklu. Nízkotlaké lití se používá především pro odlévání slitin lehkých kovů. Nízkotlakým litím je možno vyrábět různorodé hmotnostní kategorie odlitků. Při lití silnostěnných odlitků s dlouhou dobou tuhnutí se však velmi prodlužuje délka výrobního cyklu. Objem kelímku stroje musí korespondovat s velikostí odlitků tak, aby intervaly mezi doplňováním kovu z tavicí pece nebyly příliš krátké. Vývoj za posledních 10 let v oblasti slévárenství potvrzuje trvalý růst poptávky a výroby odlitků ze slitin hliníku. Tento trend je doprovázen vývojem, který je na trhu prezentován širokým výběrem výkonných zařízení, a to nejen v zahraničí, ale i v tuzemsku. Bohatá a pestrá součástková základna v hydraulice a pneumatice umožňuje našim výrobcům naprosto srovnatelnou úroveň se zahraničními, renomovanými firmami. Poslední statistiky ukazují, že výroba odlitků se v ČR dostala přes 60 tisíc tun, a to díky čtyřem hlavním druhům slévárenských technologií. Podle pořadí vyrobených tun je na prvním místě lití pod tlakem, následované nízkotlakým a gravitačním litím. Poslední místo pomyslného žebříčku zaujímá lití do písku. Volba vhodné výrobní technologie je záležitostí řešitelského týmu, který zorganizuje výrobce finálního výrobku. Pracují-li v týmu zodpovědní pracovníci ze všech profesí, kteří se podílejí na výrobě finálního výrobku, zaručují tím managementu bezkonfliktní průběh výroby odlitku.

79

Při volbě slévárenské technologie je nutné zvažovat:
sériovost a produktivitu;
návratnost vynaložených investic;
požadované funkce odlitku ve výrobku - mechanické a fyzikální vlastnosti;
ekologické vlivy na pracovní prostředí;
design. Každá z používaných slévárenských technologií má své klady i zápory. U nízkotlakého lití, dominují zejména:
velmi vysoké využití taveniny nalité do dutiny kokily;
řízení procesu plnění kokily taveninou po dílčích fázích;
minimalizace vířivých proudů taveniny při plnění kokily;
nejmenší negativní vliv na životní prostředí;
minimalizace negativních vlivů přímo na pracovníka a pracovní prostředí slévárny;
možnost automatizace celého procesu lití;
možnost vkládání jader do kokily.

To je několik hlavních předností, které ve svém důsledku znamenají přínosy jak ekonomické, tak i ve způsobu ovlivnění jakosti odlitků, včetně dnes neoddělitelné ekologie. Pokud se podíváme krátce do historie nízkotlakého lití, najdeme počátky většího uplatnění především v USA, Velké Británii, Německu a Japonsku, a to těsně před druhou světovou válkou. V polovině padesátých let byl v ČR hlavním propagátorem pan Josef Lát senior. Inspirován zařízením v Anglii si postavil zařízení sám. Když se zjistily uvedené přednosti technologie nízkotlakého lití, začal se projevovat zájem o tato zařízení v našich slévárnách. Této poptávky využil tehdejší n. p. Vihorlat Snina a uvedl na trh rozměrově menší nízkotlaký stroj s udržovací pecí pro 300 kg taveniny. Tato výroba po nasycení domácí poptávky a pro nízkou kvalitu vyráběných strojů skončila. Mimoto v průběhu 60. let prudce nastupuje výroba odlitků pod tlakem a nízkotlaké lití zůstává na celá dvě desetiletí zhruba na stejné úrovni, přičemž odlitky nevhodné pro lití pod tlakem se odlévají gravitačně se všemi negativními důsledky. Po roce 1989, v souvislosti se vstupem zahraničních firem a sléváren do ČR s hromadnou výrobou disků kol z hliníkových slitin, se technologie nízkotlakého lití vrátila do popředí zájmu sléváren. Místo výrobce a dodavatele nízkotlakých licích strojů zaujala v České republice firma Kovopol, a. s., Police nad Metují. [9] Ve světě existuje celá řada výrobců a dodavatelů zařízení pro slévárny nízkotlakého lití – např. fy KURTZ (Německo) – Obr. 65, 66 a 67.

80

Obr. 65: Nízkotlaký stroj fy. KURTZ – sklopná uzavírací jednotka s kelímkovou pecí [13]

81

Obr. 66: Sestava strojů pro nízkotlaké lití – fy. Kurtz [13] (pevná uzavírací jednotka s pojízdnou bezkelímkovou pecí)

Přednosti nízkotlakého lití:


cílené řízení rychlosti lití,




klidné plnění formy,




vytvoření zvýšeného licího tlaku,




dosazování přímo ze stávající taveniny,




minimalizace vratného materiálu (lití s minimálním zbytkem materiálu),




možnost použití pískových jader,




možnost zalévání vložek,




možnost rozsáhlé automatizace




možnost použití alternativních materiálů pro výrobu forem (např. pískové formy).

Variantou nízkotlakého lití je metoda lití s protitlakem. Zde zpočátku působí přetlak plynů i na straně formy a odlití se dosahuje snižováním tlaku ve formě. V systému je celkově vyšší tlak, než při nízkotlakém lití, což zrychluje odvod tepla z odlitku do formy (zvyšuje se součinitel přestupu tepla) a omezuje se vznik ředin a plynových bublin při tuhnutí. Technologie je vhodná zvláště pro odlitky s větší tloušťkou stěn.

82

Obr. 67: Nízkotlaký stroj pro výrobu motorů V8 až V12 [13]

83

Obr. 68: Příklady odlitků vyrobených nízkotlakým litím [14]

84

Obr. 68: Forma pro nízkotlaké lití a vyrobený hotový odlitek

Obr. 69: Blok motoru (V8) vyrobený nízkotlakým litím [13]

85

4.5. Nové a nově vznikající technologie Vznik těchto postupů je dán velkou konkurencí mezi výrobci součástí ze slitin železa, při odlévání do kokil a pískových forem, odlévání Al tlakovým litím, nízkotlakým litím a kováním Al. Tyto postupy jsou nazývány jako HIGH INTEGRITY HIGH PRESSURE CASTING = (odlévání vysokým tlakem s vysokou homogenitou), které se liší pouze určitými zvláštnostmi, projevují se obsahem plynu a pórovitostí odlitků z důvodu ředin. Řadíme sem: - SQUEEZE CASTING (SC) = lití s dotlakem kovů, - Thixotropní lití (Semi-Solid Metalworking či Thixocasting) - Tlakové lití s vysokým vakuem (Vacuum Die Casting). Z těchto postupů však pouze squeeze casting a lití poloztuhlých kovů je obecným řešením pro odstranění pórovitosti z důvodů bublin a ředin, zatímco tlakové lití s vysokým vakuem zajišťuje při turbulentním plnění formy výrobu součástí s velmi tenkými a jednotnými stěnami. Celou skupinu nazýváme SC technologie, což je systém řízené injektáže kovu do formy, přičemž rychlost kovu během injektáže je volně programovatelná.

4.5.1.

Squeeze Casting

SQUEEZE CASTING je termín dříve používaný pro lisování kovu z tekutého stavu, který se dnes používá obvykle pro označení jakýchkoliv procesů odlévání, při nichž je tekutá slitina odlévána bez turbulence a zahlcení plynu a následně podrobena působení vysokých tlaků během cyklu tuhnutí k dosažení součástí vysoké kvality, které lze pak tepelně zpracovávat. Původní proces byl vyvinut jako lisování nebo kování z tekutého kovu. Při něm se tekutý kov nalil do spodní poloviny vertikálně orientované kokily a následně byl kován v uzavřené kokile. Metoda je progresivní, dosud málo rozšířenou metodou lití do kovových forem, která v sobě kombinuje výhody pomalého plnění formy a vysokého tlaku během tuhnutí. Podle způsobu provedení se provádí tzv. přímý nebo nepřímý squeeze casting. U přímého squeeze castingu se přesně odměřená dávka kovu volně nalije do spodní části kovové formy, připomínající raznici. Kov se uzavře a stlačí horní částí formy (razníkem). Tlak působí po celou dobu tuhnutí – Obr. 70. Po ztuhnutí se odlitek pomocí vyhazovačů vytlačí z formy. Metoda je vhodná pro výrobu relativně masivních odlitků.

86

Obr. 70: Výrobní postup při přímém squeeze castingu. [2] Nepřímý squeeze casting připomíná způsob tlakového lití se studenou komorou. Kov se dávkuje do komory lisu pod vlastní kovovou formou (obvykle je válec s komorou výklopný – viz Obr. 71a). válec se vátí do pracovní polohy – Obr. 71b a kov se velkými zářezy malou rychlostí vytlačuje do formy – Obr. 71c. Rychlost proudění kovu je malá, řádově 0,5 m/s (oproti rychlostem kovu v zářezech při tlakovém lití, které jsou řádu několika desítek m/s). Kov proto proudí laminárně, nedochází k jeho víření a oxidaci. Lisovací tlak až 150 MPa působí během celé doby tuhnutí – Obr. 71d.

Obr. 71: Schéma nepřímého squeeze castingu. [2] Vedle všech výhod, spojených s klidným plněním forem, dochází u metod lití s krystalizací pod tlakem k dalším významným efektům:


Výrazně se zvyšuje intenzita přestupu tepla z kovu do formy (zvýšení součinitele přestupu tepla je oproti gravitačnímu lití řádové). Tlak zamezuje vzniku mezery mezi odlitkem a formou, proto je ochlazování intenzivní po celou dobu tuhnutí.




Vysoká rychlost tuhnutí vede ke vzniku jemnozrnné struktury, zmenšuje se i velikost intermetalických fází. Rovněž morfologie fází bývá příznivější.

87




Odlitky neobsahují plynové dutiny.




Téměř se zamezuje vzniku mikrostaženin.




Zvyšuje se přesnost odlitků.

Výsledky těchto příznivých vlivů je zvýšení mechanických vlastností a vnitřní homogenity odlitků. (Obr. 72) Nevýhodou metody je zejména značná investiční i provozní náročnost. Určitou modifikací této metody je vytvoření místního do tlaku specielním trnem při klasickém tlakovém lití.

Obr. 72: Srovnání struktury litého materiálu (tlakové lití a squeeze casting) Metodu squeeze casting lze použít i při výrobě kompozitních materiálů s obsahem vláknitých nebo zrnitých částic. Prakticky se využívá zejména v automobilovém průmyslu (Obr. 73, 74, 75), např. při lití pístů. [2]

Obr. 73: Odlitky vyrobené technologií Squeeze Casting 88

Obr. 74: Čep kola vyrobený technologií Squeeze Casting

Obr. 75: Sloupek řízení vyrobený technologií Squeeze Casting

89

4.5.2.

Thixocasting

Thixocasting je novou progresivní metodou, která je svým charakterem na pomezí mezi odléváním a lisováním. Thixotropie je schopnost některých polotuhých kovových tavenin, chovat se v nezatíženém stavu jako vysoce viskózní (tj. poměrně tuhé) těleso, za působení střihových sil se však viskozita o několik řádů snižuje, takže slitina má dobrou tekutost. Předpokladem takového chování je, že primární globulitická fáze α(Al) je obklopena dostatečným množstvím tekuté fáze. Optimální množství tekuté fáze je kolem 35 %. Tvárnost takového materiálu je tak vysoká, že je možné ho krájet nožem – Obr. 76.

Obr. 76: Tvárnost předehřátého vzorku slitiny Al-Si Principem metody thixocasting je zhotovení výchozích těles vsázky, hmotností odpovídajících konečnému výrobku, ohřev každého takového tělesa do teplotní oblasti mezi solidem a likvidem, následuje vložení do lisovací komory tlakového stroje a vtlačení materiálu do dutiny kovové formy. Schematicky je celý postup znázorněn na Obr. 77.

90

Obr. 77: Výrobní postup při metodě thixocasting [2] Výchozí vsázková tělesa malých průměrů (asi do 50 mm) se vyrábí protlačováním. Pro zhotovení větších průměrů je výhodná výroba kontilitím. Tuhá tyč kovu se mechanicky dělí na potřebné délky. Ohřev se provádí výhradně indukčně tak, že těleso vsázky se vloží do induktoru a s vysokou přesností se ohřeje na požadovanou teplotu. Vsázka se pak rychle přenese do komory tlakového stroje a v tlačí do formy.

Obr. 78: Zásobník „Thixo“ tyčí

91

Tímto způsobem se odlévají především slitiny typu AlSi7Mg, které mají dostatečně široký interval tuhnutí, který umožní s potřebnou přesností nastavit podíl tekuté fáze. Teplota ohřevu těchto slitin je přibližně 580 °C. Metodu lze však použít i u jiných slitin, např. AlCu4Mg nebo AlZn6Mg. Výhodou použití metody thixocasting je minimální stahování kovu a velmi malý výskyt mikrostaženin, dále nízký obsah plynů, takže prakticky nehrozí vznik plynových dutin, jemná, stejnoměrná struktura a velmi dobré mechanické vlastnosti. V následující tabulce je srovnání mechanických vlastností hliníkových slitin, vyrobených různými technologiemi. [16] Ukazuje se, že vlastnosti slitin, vyrobených metodami squeeze casting a thixocasting jsou srovnatelné, ale podstatně vyšší, než při lití do kokil. Díky nižší licí teplotě jsou při metodě thixocasting kovové formy méně tepelně namáhány a rovněž se zkracuje výrobní takt. Celou operaci je možno automatizovat. [2]

A 2024 (AlCu4Mg1)

A 356 (AlSi7Mg0,4)

Slitina

Rm (MPa)

Rp0,2 (MPa)

A (%)

Lomová houževnatost (MPa)

Lití do kokil

250

210

7,0

15,2

Squeeze casting (150 MPa)

345

300

9,3

28,5

Thixocasting

340

285

8,9

26,3

Lití do kokil

450

380

4,2

19,6

Squeeze casting (150 MPa)

460

400

6,3

27,2

Thixocasting

465

410

6,5

27,0

Technologie

Příklady vyrobených odlitků z Al-slitin metodou thixocasting jsou na Obr. 79 a 80. Příklady vyrobených odlitků z Mg-slitin metodou thixocasting jsou na Obr. 81 a 82.

92

Obr. 79: Příklady odlitků vyrobených metodou Thixocasting

Obr. 80: Příklady odlitků vyrobených metodou Thixocasting

93

Obr. 81: Příklady odlitků vyrobených metodou Thixocasting

Obr. 82: Příklady odlitků vyrobených metodou Thixocasting

94

4.5.3

Metoda HIGH ISOSTATIC PROCESSING - HIP

K úpravě odlitků k získání vyšších mechanických vlastností se používá metoda HIP, tzn. hipping (hipování). Pomocí HIP lze dosáhnout zlepšení mechanických vlastností odlitků, odstranění vnitřních vad, zlepšuje se odolnost materiálu proti tepelné únavě atd. Princip tohoto postupu spočívá v tom, že se odlitek podrobí izostatickému tlaku v prostředí argonu, obvykle 1000 až 2000 bar a to za teploty řádově těsně pod teplotou solidu - v případě hliníku po dobu několika hodin. Dosáhne se tak zhutnění odlitků. Tímto postupem se mohou zpracovat odlitky lité do písku, do keramických forem, u tlakového lití nízkotlakých odlitků nebo lití s dotlakem, tzv. squeeze casting. Pro postup HIP se používají izostatické lisy za tepla. Lis sestává z válcové, vodou chlazené nádoby, která pod vysokým tlakem zachycuje argon. Uvnitř této nádoby je izolovaný kryt, za kterým je válcová elektrická pec. Součástky k HIP se vkládají do pece na kontejnéru. Součástky (odlitky) na kontejnéru mohou být v peci ohřívány na teploty, při kterých tlak plynu přesahuje konvenční mez kluzu materiálu (pro slitiny Al leží tato teplota v oblasti 500 stupňů Celsia, tlaky několik tisíc bar a čas po dobu několika hodin. Autoři zmíněného příspěvku vyvinuli na Univerzitě v Sheffieldu variantu tohoto procesu tzv. DENSAL proces. Náklady HIP se tak snížily z 10 GBP/kg na 3 GBP/kg. Literatura (kapitola 4): [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21]

Macášek, I.: Slévárenská technologie III. SNTL Praha, 1972. Roučka, J.: Metalurgie neželezných slitin. Skriptum VUT Brno, 2004. http://www.vuhz.cz http://technik.ihned.cz/1-10015280-11647800-800000_detail-af http://www.cfw.cz/nabidka.htm Firemní materiály (prospekt) fy. Karel Dítě - zinková slévárna, Žďár nad Sázavou. [http://www.howardmodels.com/equipment-for-sale/pewter-casting.html] http://www.alkar.cz/odstredive-liti.html Šustr, J.: Formy pro tlakové lití. Slévárenství č. 2-3, 2005, s. 88-89. Grov, N.: Možnosti tlakového odlévání hliníku – použití této technologie v mezní oblasti. Slévárenství č. 2-3, 2005, s. 95-101. http://www.ing.unitn.it/~colombo/PRESSOCOLATA_DELLE_LEGHE_ DI_ALLUMINIO/8/8.htm Krňávek, V.; Střítecký, F.: Konstrukce forem pro odlitky lité pod tlakem a její vliv na výskyt vad. Slévárenství č. 2-3, 2007, s. 81-86. Firemní materiály fy KURTZ, Německo. Firemní materiály fy ZSNP, Žiar nad Hronom, SK Technologie nízkotlakého lití ze slitin hliníku. Slévárenství 5-6, 2007, s. 224. Požár, J.: Moderní metody výroby součástek metodami lití s krystalizací pod tlakem a tváření v polotuhém stavu, Slévárenská ročenka 2000, ČSS. Vilčko, J.; Slovák, S.: Zlievárenská technológia, Alfa Bratislava, 1987. Grígerová, T.; Kořený, R.; Lukáč, I.: Zlievárenstvo neželezných kovov, Alfa Bratislava, 1988. Referáty na konferenci IBM CASTCON 97, Stratfford-upon-Avon. Alexandrov, A.: Constitutive Modelling of Semisolid Materials, Worcester Polytechnic Institute. Rozvoj nových slévárenských technologií... Zpráva úkolu RVT K03-006-00, TATRA Kopřivnice, únor 1991.

95