Témata
Reklama

Proteinové pojivo - alternativa při výrobě odlitků

Článek popisuje princip použití proteinových pojiv ve slévárenské výrobě, jejich technologické, ekologické a ekonomické výhody. Ukazuje také výsledky provozních zkoušek těchto pojiv provedených v několika slévárnách při výrobě odlitků ze slitin hliníku a šedé litiny.

Slévárenská pojiva řady PB pro odlitky ze slitin hliníku a šedé litiny jsou ekologicky nezávadná proteinová pojiva vytvrzovaná dehydratací při teplotě 120–130 °C. Jádrová (případně formovací) směs obsahující vodný roztok pojiva se vytvrzuje teplem v horkém jaderníku za současného cyklického profukování stlačeným vzduchem pro urychlení odvodu vodní páry z objemu jádra nebo formy.

Obsah pojiva ve směsi je pouze 0,7–1,0 %, dosahované pevnosti v ohybu jsou přitom v rozmezí 1,5–2,8 MPa v ohybu ihned po vyjmutí z jaderníku a následně, po vychladnutí jader, vzrostou na 3,5–5,5 MPa v ohybu. Taková pevnost dovoluje vyrábět i tvarově složitá, tenkostěnná jádra, jako je např. jádro hlavy motoru na obr. 1 vyrobené touto metodou.

Reklama
Reklama
Jádro hlavy motoru

Skladování a recyklace

Vytvrzená jádra lze v suchém prostředí skladovat řádově několik měsíců bez významného poklesu pevnosti. Alternativní možnosti vytvrzení jádrové směsi představuje sušení v sušičce nebo v mikrovlnném zařízení.

Již vytvrzenou jádrovou směs (např. ze zmetkových jader) je možné jednoduše recyklovat rozdrcením a opětovným zavlhčením. Dochází jen k mírnému poklesu pevnosti díky odprášení části pojiva setřeného z povrchu zrn ostřiva. Při použití 100 % takového recyklátu (tedy bez přídavku nového pojiva či ostřiva) k opětovné výrobě jádrové směsi dochází k přibližně 15% poklesu výsledných pevností jader.

Převážně adhezní typ destrukce pojivových můstků mezi zrny ostřiva také ukazuje na možnost snadné regenerace jádrových směsí pojených tímto typem pojiva.

Rozpadavost jader

Rozpadavost jader s pojivy řady PB je lepší než u jader vyrobených technologií CB (metoda studeného jaderníku). Pro odstranění jader z odlitků stačí vibrace, například poklepání na nálitek. To dobře ilustruje následující řada obrázků. Jedná se o odlitky z Al slitiny odlévané nízkotlakým litím do kovové formy ve slévárně Metaz Týnec nad Sázavou a o odlitky z Al slitiny a LLG odlévané gravitačním způsobem do bentonitových forem ve firmě Slévárna a modelárna Nové Ransko.

Vytvrzená jádra před vyjmutím z horkého jaderníku.

Al odlitky po vyjmutí z nízkotlakých forem Metaz Týnec nad Sázavou.

Jádro a Al odlitek Metaz Týnec nad Sázavou, nízkotlaké lití

Rozpadavost jader s pojivy řady PB, odlitky z Al slitiny, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Odlitky z Al slitiny, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití,bentonitové formy

Rozpadavost jader s pojivy řady PB, odlitky z LLG, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Odlitky z LLG po otryskání, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Při této technologii výroby jader se na rozdíl od v současnosti používaných metod CB, HB, WB a Croning nepoužívají žádné zdraví škodlivé materiály, jako aceton, alkohol, aminy, benzen, fenol, formaldehyd, furfurylalkohol, furan, metanol, metyletylketon, metylformiát, močovina, naftalen, toluen, xylen apod. Při použití pojiv řady PB se používá pouze nezávadné proteinové pojivo a voda.

Jádrová směs

Použitá jádrová směs (tj. „spálená“ směs z jader již použitých při odlévání odlitku) má obsah polyaromatických uhlovodíků (PAU) max. 0,0194 mg.kg-1 při obsahu 1 % pojiva v jádrové směsi. Srovnání těchto naměřených hodnot PAU s hodnotami uvedenými v Příloze č. 5 k vyhlášce č. 341/2008 Sb. ukazuje, že použité („spálené“) jádrové směsi patří do třídy I dle této vyhlášky (v této třídě je povolené maximální množství PAU 3,3 mg.kg-1) a dle Přílohy č. 6 k vyhlášce č. 341/2008 Sb. jsou tedy použitelné „pro použití na povrchu terénu užívaného nebo určeného pro zeleň u sportovních a rekreačních zařízení včetně těchto zařízení v obytných zónách s výjimkou venkovních hracích ploch“. S deponiemi takového odpadu by tedy neměl být zásadní problém.

Spaliny vznikající při odlévání

I spaliny vznikající při odlévání obsahují méně polyaromatických uhlovodíků (PAU) než povolují příslušné předpisy. Suma PAU ve spalinách je maximálně 0,036 12 mg.m-3 (opět při obsahu 1 % pojiva v jádrové směsi). Vztažení na objem spalin není příliš vypovídající hodnota, neboť ji lze ovlivnit objemem odtahovaných spalin, nicméně uvádí ji i Příloha č. 1 k Nařízení vlády č. 615/2006 Sb., která se zabývá emisními limity v plynných odpadech. V této příloze není uveden limit PAU pro slévárenskou výrobu, pouze pro zdroje emisí při zpracování uhlí a tento limit činí pro tzv. velký zdroj 0,2 mg/m3. Tento limit je tedy o řád vyšší než naměřené hodnoty.

Bylo provedeno i ekonomické srovnání pojivových systémů používající pojiva řady PB, a metod WB a CB amin provedené ve firmě Slévárna a modelárna Nové Ransko a je uvedeno v tabulce.

Zavedení technologie je velice jednoduché

Z uvedeného materiálu jednoznačně vyplývá technologická (rozpadavost), ekonomická a ekologická výhodnost uvedené technologie s proteinovými pojivy PB 50 a PB 30 ve srovnání s nyní používanými technologiemi HB, WB a CB. Uvedené údaje byly ověřeny ve slévárnách Slévárna a modelárna Nové Ransko a Metaz Týnec nad Sázavou. Ekonomická efektivnost uvedené technologie byla přímo ověřena v podniku Slévárna a modelárna Nové Ransko podle firemních kalkulací. Zavedení technologie je velice jednoduché, investiční náklady na zavedení technologie jsou minimální (pro uživatele technologií HB a WB jsou prakticky nulové).

Ing. Petr Cupák, Ph.D.

Zpracováno v rámci projektu FSI-S-13-2066.

VUT Brno, Ústav strojírenské technologie
cupak@fme.vutbr.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140134
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Trendy / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Trh výroby drátů a trubek

Na düsseldorfském výstavišti bude druhý dubnový týden 2014 opět představen obor technologie zpracování a opracování drátů a kabelů, resp. trubek a rour na veletrzích wire a Tube. Bližší informace k této akci jsme vám přinesli v prosincovém vydání MM Průmyslového spektra, ale jelikož se následně konala tisková konference organizátora Messe Düsseldorf, jenž tradičně dodává hodnotné analýzy a statistická data k daným oborům, přinášíme vám výběr toho nejzajímavějšího.

Jediná slévárna hořčíkových slitin v ČR

V posledních dvaceti letech zaznamenaly hořčíkové slitiny ve světě značný rozmach. V České republice je bohužel situace odlišná a využití hořčíkových slitin upadá. Tento trend je způsoben zejména malým povědomím konstrukčních a výrobních firem o výhodných vlastnostech těchto slitin a o existenci slévárny hořčíkových slitin v ČR.

Náhrada drahých legur v metalurgii slitin neželezných kovů

Přesto, že tradiční a ověřené slévárenské procesy v posledních desetiletích nezaznamenaly významné změny, nedá se totéž říci o procesech metalurgických. Mimo jiné je kladen stále větší důraz na chemické složení slévárenských slitin a to jak z hlediska jejich čistoty, resp. obsahu nežádoucích či doprovodných prvků, tak z hlediska přídavků prvků zlepšujících jejich vlastnosti.

Související články
Virtuální testování aneb není čas na hrdinství

Pokud tlačí zákazník a trh do komplikovanějších, složitějších a rizikovějších projektů a pokud je zvažováno, zda vůbec daný projekt přijmout? Jestli je možné ještě snížit náklady při zachování kvality výrobků? Numerická simulace technologických procesů sama řešení nevymyslí, avšak stává se významným pomocníkem při hledání odpovědí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Rheocasting otevírá nové možnosti tlakově litých odlitků

Požadavky automobilového průmyslu, jako úspora hmotnosti, zvyšování užitných vlastností a snižování nákladů vytvářejí na všechny výrobní technologie, tlakové lití nevyjímaje, tlak na zvýšení hodnot mechanických vlastností, eliminaci vnitřních vad a stabilitu procesu. Požadavkům na vyšší pevnost a tažnost jde tlakové lití vstříc především zaváděním nových sofistikovaných slitin. Tyto slitiny jsou ovšem výrazně dražší a navíc kladou vysoké požadavky jak na proces tavení, tak na vlastní proces lití, který se tak dostává na samotnou hranici stability v sériové výrobě.

Tradice a perspektivy slévárenství

Slévárenství je jedním z nejstarších výrobních oborů, odlitky velmi úspěšně nahrazují součásti, vyráběné svařováním nebo obráběním z hutních polotovarů. Slévárenství umožňuje vyrobit velmi složité dílce pro nejrůznější odvětví průmyslu. Odlitky jsou využívány také v lékařství (kloubní náhrady, dentální odlitky a podobně), slévárenské postupy jsou využívány ve šperkařství a dalších výtvarných oborech (drobné plastiky, prsteny, náramky, brože, reliéfy, sochy a podobně).

Nejmodernější slévárna litin v Evropě

V příspěvku jsou stručně popsány segmenty výroby tekutého kovu a bentonitových forem pro odlitky ve slévárně Kasi postavené na zelené louce v letech 2010 a 2011 v Novém Bydžově - Zábědově.

Výroba modelových zařízení a forem

Výroba modelových zařízení a kovových forem patří neoddělitelně ke slévárenství. Modelárny vyrábí velmi složité tvary nejrůznějšími technologiemi. K tradičním postupům patří třískové obrábění, stále častěji s využitím elektronicky řízených obráběcích center dále CNC).

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.

Odsávání a filtrace ve slévárnách tlakového lití

Na problematice odsávání a filtrace vzduchu ve slévárnách tlakového lití si již vylámal zuby nejeden dodavatel filtrační techniky - jedná se totiž o velmi náročné provozy s komplikovanou strukturou odsávané vzdušniny, které obsahuje jak suchý kouř, tak i částice přilnavého oleje a mnoho dalších nečistot.

Cesta k budoucímu růstu vede přes investice

Rok 2020 by se dal přejmenovat na Rok černých labutí. Ekonomové k těmto původem australským ptákům přirovnávají události, které nikdo nečeká a které hluboce zasáhnou samotné základy hospodářství. Tak jako to dokázala pandemie nového typu koronaviru. Ze dne na den donutila vlády, aby vypnuly na několik měsíců nejen českou, ale také další klíčové ekonomiky pro české exportéry.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Vysokoteplotní kluzné vrstvy vanadu

Intenzifikace řezných procesů zvyšuje teplotu řezů. S tím souvisejí mimo jiné zvýšené nároky na tepelnou stabilitu použitých otěruvzdorných povlaků. Možným řešením je vývoj PVD povlaků s funkcí vysokoteplotních lubrikantů, které jsou schopny snížením koeficientů tření řezné teploty snižovat. K jedněm ze slibných a již studovaným systémům patří PVD vrstvy s přídavkem vanadu, které za vysokých teplot tvoří Magnéliho oxidické fáze se zmíněnou schopností. Velkým problémem je však trvanlivost těchto fází při mechanickém namáhání v průběhu obrábění. Příspěvek je věnován některým praktickým aspektům přípravy PVD vrstev CrVN a jejich vlastnostem.

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