Témata
Reklama

Keramická jádra v technologii lití hliníkových slitin na vytavitelný model

Používání keramických jader pro odlitky lité na vytavitelný model je běžná praxe u odlitků ze superslitin a ocelí, zvláště pak u odlitků pro náročné aplikace v leteckém a energetickém průmyslu. Tato jádra jsou vyráběna technologií vstřikolisování směsi keramických komponent a vosků do kovových forem. Jádra se následně pálí v zásypu v keramických pouzdrech. Během výpalu dochází k vyhořívání vosku a ke vzniku keramické vazby.

Materiálově jsou jádra na bázi SiO2 (fused silica – křemenné sklo), z odlitku se proto po aplikaci odstraňují louhováním alkalickými hydroxidy. Použití jader při výrobě odlitků z hliníkových slitin je ale složitější a má svá specifika.

Reklama
Reklama
Reklama
Příklad použití keramického jádra v ocelové lopatce turbíny. Červeně je znázorněno keramické jádro, které vytváří v odlitku systém kanálů.

Ukázka využití keramického jádra pro odlitek lampičky z Al slitiny (kanál pro kabeláž)(Alucast)

Díky dlouhodobě dobré spolupráci se slévárnami lití na vytavitelný model v ČR (Alucast, Fimes, MSR Engines), které vyrábějí odlitky z hliníkových slitin, nám byl známý potenciál přesných jader také pro tyto materiály. Současným trendem slévárenského průmyslu je obecně přechod na stále sofistikovanější a komplikovanější odlitky s vyšší přidanou hodnotou, které jsou schopny nahradit díly vyráběné jinými technologiemi, případně i dílce vyráběné výrazně složitěji s vyššími náklady (sestavy dílců, jejich obrábění, jejich spojování atd.). Jedná se zejména o dílce se složitou vnitřní strukturou, s vnitřními kanály, otvory, prostupy apod.

Problematika jader v Al slitinách

U odlitků z hliníkových slitin je používání jader stejně žádoucí jako v případě odlitků ze superslitin a ocelí, ale paradoxně technologicky komplikovanější. Nelze je totiž po odlití z dutiny vylouhovat, protože by došlo k reakci hydroxidu s hliníkovou slitinou. Používání jader se tedy v současnosti omezuje jen na tvarově nepříliš složité, masivní, případně zcela otevřené vnější dutiny, ze kterých lze jádro mechanicky odstranit. Čištění je navíc limitováno nízkou tvrdostí těchto slitin, nelze je tedy intenzivně tryskat bez rizika poškození vnitřní geometrie.

Na základě výše zmíněného v letech 2010–2014 pracovníci vývojového oddělení firmy Lanik intenzivně pracovali na nových recepturách vodou odstranitelných keramických jader, a to právě v těsné spolupráci s výše uvedenými slévárnami.

Vodou vyplavitelná keramická jádra

Vyvinutá keramická jádra MP AL splňují cíle vytyčené na počátku vývoje. Mají dostatečnou manipulační pevnost, vydrží tlak vosku při vstřikování voskového modelu, odolávají vlhkosti v průběhu obalování skořepiny a páře při následném vytavování vosku v bojlerklávu, vydrží teploty až 780 °C při žíhání skořepiny a odlévání odlitku a na závěr výrobního procesu odlitku se dají z dutiny odstranit tlakovou vodou.

Rentgenový snímek odlitku z Al slitiny s dutinou vytvořenou keramickým jádrem (Fimes)

Hliníkový odlitek pro airbus, 5 kanálů tvořených sestavou keramických jader (O.S.T. Feinguss – Rakousko)

Uvedené vlastnosti jsou dosaženy zvoleným materiálovým řešením a způsobem výroby. Pojivovým materiálem vyplavitelných jader jsou ve vodě rozpustné anorganické soli, které odolají vysokým teplotám, zbytek je tvořen keramickým materiálem používaným v technologii přesného lití (zirkonsilikát, mulit apod.). Aby jádra odolala vodě a vlhkosti v procesu výroby skořepiny (teplota až 180 °C, tlak 8 bar), jsou ochráněna organickou penetrací. Ta se při žíhání skořepiny před odléváním beze zbytku odstraní, jinak by mohlo docházet k naplyňování odlitku. Drsnost povrchu vyplavitelných jader je podobná jako tryskaný povrch odlitku (Ra=3–5 μm).

Technologie vodou odstranitelných keramických jader výrazně posunuje hranice možností z hlediska konstrukce a následné výroby hliníkových odlitků metodou lití na vytavitelný model. V mnoha případech se také osvědčila pro zproduktivnění stávající výroby, a pro snížení zmetkovitosti.

Odlitek válce motoru Sherco

V následující případové studii bylo řešeno odlití válce motoru Sherco 250 cm3 ze slitiny LM-25 (Si 7 %, Mg 0,45 %, Mn 0,3 % Ti 0,2 %) dvěma různými technologiemi. Studii prováděla slévárna MSR Engines, Brno.
Licí podmínky:
- teplota kovu 720 ˚C
- teplota skořepiny 750 ˚C
- řízené chlazení odlitku

Při odlévání válce motoru o hmotnosti 2,2 kg konvenční technologií, tedy bez použití keramického jádra, byla výsledná tloušťka vyústění vodního prostoru minimálně 8 mm. Sušení výrobní dávky padesáti kusů trvalo přibližně šest dní, čištění dutiny pak 50 minut a zmetkovitost po odlití dosahovala 25–33 %.
Zatímco tloušťka vyústění vodního prostoru stejného válce motoru litého technologií s vodouvyplavitelným keramickým jádrem byla 6 mm, sušení stejné výrobní dávky trvalo dva dny a čištění dutiny pouze deset minut. Zmetkovitost po odlití dosahovala 3 %.

Válec motoru Sherco litý konvenční technologií (vlevo) a technologií s vodouvyplavitelným keramickým jádrem (vpravo v řezu).

Ing. Boris Láník

LANIK

www.lanik.eu

boris.lanik@lanik.eu

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 150635
Datum: 03. 06. 2015
Rubrika: Odborná příloha / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

Slévárna navýší kapacitu výroby

Uplynulý rok 2015 byl ve slévárně Kovosvitu MAS obdobím řady důležitých změn a rozhodnutí.

Technologie pro zpracování druhotného odpadu

Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

Související články
Odlitek nebo výkovek - vždy perfektně tryskaný

Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy odstranění okují, písku a jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely byly vyvinuty různé koncepty tryskacích zařízení na míru – včetně automatizace.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Slévárna, která exportuje také na západní trhy

Díky téměř stomilionové investici a včasné diverzifikaci výroby jsou nyní pro slévárnu Kovosvitu MAS hlavními exportními partnery Německo, Švýcarsko a Anglie.

Automatické formování

V polovině šedesátých let byl na výstavě GIFA v Německu poprvé vystaven průkopnický vertikální formovací stroj, schopný vyrábět daleko více vysoce kvalitních pískových forem za hodinu než do té doby výhradně používané tradiční horizontální stroje, a to při mnohem nižší spotřebě energie a v mnohem menším prostoru. Tehdy byl položen základ stroje, který dodnes představuje vysoké průmyslové standardy v kvalitě, přesnosti, rychlosti a efektivitě nákladů.

Nové trendy v technologii výroby slévárenských forem

V současné době stojíme na historickém prahu změny jednoho z fundamentů slévárenské výroby, protože technologicky jsme schopni vyrábět odlitky bez nutnosti zhotovit modelové zařízení a každý odlitek tedy vyrobit jako originál.

Dispečink na telefonu v dlani jedné ruky

Až čtyřicet pět procent z celkových nákladů na provoz slévárny tvoří spotřebovaná energie. Řešení, které umožňuje efektivně nastavovat využití energie v reálném čase podle potřeby jednotlivých zakázek, tak uspoří deset až patnáct procent její celkové spotřeby.

Unikátní technologie 3D tisku písku

3D tisk písku neboli sandprint je technologie, která byla vyvinuta primárně pro výrobu pískových forem pro odlévání kovů.

Přesně lité odlitky ze superslitin na bázi niklu a kobaltu

Článek se ve stručnosti zabývá historií slévárny v První brněnské strojírně ve Velké Bíteši, výrobním programem a užívanými materiály. Rovněž je uveden přehled výrobního zařízení pořízeného v rámci čtyř inovačních programů. Je zde i zmínka o úzké spolupráci s výzkumnými ústavy a vysokými školami.

Optimalizace výroby těžkých kovářských ingotů

Těžké kovářské ingoty jsou využívány zejména v těžkém strojírenství, např. pro výrobu zalomených klikových hřídelí pro lodní motory či speciálních dílů pro energetiku – jak pro klasickou, tak i jadernou (turbíny, výměníky, parogenerátory). Výroba těžkých kovářských ingotů je doprovázena výskytem segregací jednotlivých prvků ve struktuře oceli, které způsobují anizotropii mechanických vlastností. Ovšem v případě těchto strojírenských komponent musejí být tyto součásti prakticky bez vad, aby splnily nejnáročnější požadavky.

Ocelové město a CO2

Co Jules Verne nemohl tušit… Nebo mohl? Zlého profesora nechává umřít na zadušení kysličníkem uhličitým…

Fórum výrobních manažerů

Jak se odráží ve vaší výrobě stále přetrvávající nedostatek materiálových vstupů? Jak to ovlivňuje chod vaší firmy, plánování průchodu zakázky výrobou? Navýšení cen surovin musíte pravděpodobně promítnout do výsledných cen vašich produktů. Jak na to reagují odběratelé?

Virtuálně na veletrh

Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit