Témata
Reklama

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.

Pro energetiku se jedná zejména o speciální odlitky pro plynové turbíny – tj. lopatky, segmenty a tepelné štíty. Tyto odlitky se vyrábějí obvykle ze žáropevných slitin na bázi Ni a Co.

Reklama
Reklama
Tetragonální 3D mesh lopatky se zálitkem

V rámci dlouhodobé spolupráce mezi Prague Casting Services (dále PCS) a Ústavem strojírenské technologie FS ČVUT v Praze se posledních deset let snažíme řešit problematiku deformací voskových modelů a odlitků litých metodou vytavitelného modelu. V rámci společně řešeného projektu TA01011425 Výzkum zvyšování rozměrové přesnosti voskových modelů pro technologii odlévání metodou vytavitelného modelu, vypsaného Technologickou agenturou ČR v rámci programu ALFA, který v letech 2011–2013 řešil problematiku zpřesňování výroby voskových modelů a odlitků, byla vyvinuta metodika, která řeší postup, jak postupně snížit a dodržet toto úzké rozmezí tolerancí.

Větší odlitky, nižší tolerance

Z tohoto pohledu je nutné podívat se na porovnání geometrické přesnosti odlitků v minulosti a dnes. V rámci tohoto porovnání lze použít příklad odlitku lopatky, kdy např. na lopatce dlouhé 100 mm byly v roce 2009 povolené tolerance ±0,3 mm. Nyní se setkáváme s poptávkami na podstatně větší odlitky (až do délky 600 mm), kde se povolené tolerance pohybují v řádu ±0,1 mm. V těchto tolerancích jsme schopni dané odlitky dodat pouze za předpokladu, že budeme umět zvýšit přesnost rozměrů na již odlisovaném voskovém modelu.

Mesh lopatka – zálitek – fixační přípravek

Etapy projektu

V rámci projektu byla naměřena termofyzikální a napjatostní data pro voskové směsi, byla naplněna databáze simulačního softwaru ProCAST a provedeno odladění chování voskových modelů na simulacích a ve skutečnosti. Po získání deformovaného voskového modelu byla deformovaná geometrie přenesena na skořepinu a odsimulována deformace odlitku. Na závěr se simulace vyhodnotila a vytvořila se metodika k předdeformování voskového modelu tak, aby výsledné tolerance vyhovovaly požadavkům.

Závěry z procesu lisování voskových modelů

Bylo zjištěno, že změnou teploty vstřikovací trysky nedochází k téměř žádným rozdílným změnám na velikosti tvarové deformace. Naopak zvýšením vstřikovacího tlaku bylo zjištěno nepříznivé zvětšení velikosti odchylek tvarové deformace.

Pro zhodnocení parametru doby vstřikovacího cyklu byla oproti standardnímu nastavení zkoumána kratší i delší doba vstřikovacího cyklu. Výsledkem byla konvexní křivka s nejnižším součtem aritmetických odchylek v okolí devadesáti sekund standardního nastavení. Porovnávaná doba výrobního cyklu, po kterou je model ve formě, je však stále příliš krátká, neboť vyjmuté modely mají vlivem špatné tepelné vodivosti vosku velice podobnou teplotu. K tvarovým změnám proto dochází důsledkem probíhajících vnějších pnutí a vnitřních tepelných pnutí, jejichž vliv se nejvíce projevuje ihned po vyjmutí modelu z matečné formy. Snížením těchto změn může dojít k mnohem většímu prodloužení doby, po kterou je model ještě ve formě. Aby bylo snížení teploty modelu efektivní, musela by mít matečná forma chladicí kanálky. Příliš dlouhá doba by však výrazně prodlužovala výrobní cyklus. Druhým řešením je navržení vhodného fixačního přípravku. Přemístění modelu by muselo být velmi rychlé, aby se co nejvíce zamezilo projevu tvarové deformace. Zároveň k dostatečnému snížení teploty a fixace by bylo nezbytné zajištění, pokud možno, co nejdelší doby pro ustálení modelu. Tím vzniká potřeba většího počtu těchto fixačních přípravků.

Odlitek lopatky turbíny leteckého motoru a lopatky plynové pozemní turbíny. Oba odlitky mají kritické rozměry s tvarovou tolerancí ±0,2 mm

Dále bylo zjištěno, že standardní postup ochlazování voskového modelu bez použití chladicího média vykazuje celkově větší projevy tvarových deformací než při ochlazování voskového modelu ve vodní lázni studené vody. Bylo také prokázáno dosažení lepších hodnot u doby ochlazování 3 minuty než u ochlazování po dobu 5 minut. Příčinou tohoto rozdílu může být příznivý vliv působením vnitřních tepelných pnutí, neboť při dřívějším vyjmutí voskového modelu dochází k jeho zpětnému ohřívání vlivem úplného neochlazení teploty v tepelných uzlech. Pro dosažení lepších výsledků platí již zmíněné zrychlení manipulace s voskovým modelem, v tomto případě mezi matečnou formou a chladicí vanou. Jelikož vosk plave, je voskový model umístěn do přípravku, který ho drží pod vodou. Tento krok jednak prodlužuje dobu manipulace a jednak dobu výrobního cyklu, neboť by model musel být co nejrychleji přemístěn. Zároveň by bylo možné vstřikovat nový model až po uplynutí přibližně 2 minut ochlazování. To platí pro chlazení po dobu 3 minut, neboť model, který by byl právě chlazen, musí být uvolněn dříve, než bude vyjmut další model z formy. To by mělo za následek další prodloužení výrobního cyklu. Pokud nedojde nadále k navržení fixačního přípravku, lze do chladicí vany umístit klec, která by pod hladinou zároveň zadržovala více voskových modelů.

Z výzkumu profit společnosti

Firemní know-how bylo díky společnému výzkumu rozšířeno o znalostní bázi chování různých voskových směsí, keramických hmot i jednotlivých závislostí mezi chováním používaných materiálů k zajištění vyšší rozměrové přesnosti finálních odlitků.

Odlitek tepelného štítu s vtokovou soustavou

V rámci úspěšného uplatňování průběžných výsledků výzkumného projektu do výrobního procesu došlo k získání nového portfolia zákazníků a navýšení objemu tržeb. Celkový objem tržeb dosažený v roce 2013 představoval 58% nárůst tržeb oproti roku 2010. Tímto navýšením byl dvakrát překročen plán, jehož bylo zamýšleno pomocí projektu dosáhnout.

Od roku 2012 došlo k postupnému nárůstu tvarové složitosti a zpřísnění relativních tolerancí odlitků. Původní majoritní část produkce představovala výrobu turbínových lopatek pro letecký průmysl. Zde např. generátorová lopatka a lopatka volné turbíny pro motory Walter a GE o rozměrech 70 mm a hmotnosti 0,02 kg byla postupně z velké části nahrazena výrobou lopatek, tepelných štítů a segmentů pro pozemní plynové turbíny o rozměrech až 600 mm a hmotnostech od 1,2 do 56 kg.

Řešení tohoto společného úkolu společně s ČVUT v Praze přineslo velké množství informací a poznatků. Díky vyššímu objemu zakázek narostl i počet zaměstnanců z 59 (rok 2010) na 72 (rok 2013). Objem produkce nových výrobků představuje od roku 2012 více než 100 mil. Kč.

V rámci projektu a díky pochopení chování se výrazně snížila zmetkovitost a výrazně klesly náklady na přípravu výroby odlitků. Tyto úspory byly vyčísleny na částku 6 mil. Kč za období 18 měsíců po skončení projektu.

Ing. Aleš Herman, Ph.D., Ing. Petr Kocián

Ústav strojírenské technologie
Skupina slévání

Ales.Herman@fs.cvut.cz

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 150649
Datum: 03. 06. 2015
Rubrika: Odborná příloha / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

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
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).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

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.

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).

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.

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.

Závěsný tryskač ve slévárenském provedení

Stále větší a těžší odlitky si vyžádaly u firmy UWS Rothenseer Guss- und Metallbearbeitungs investici do nového tryskacího systému. Zakázkový podnik se rozhodl pro plně automatický závěsný tryskací systém RHBE 40/30 od firmy Rösler.

Z manažera vlastníkem

V době recese koupila Olga Kupec od německého majitele slévárenský provoz a už více než 10 let jede její firma na plné obrátky. Tato přemýšlivá a empatická dáma dokázala svým přístupem ke klientům a kolegům vybudovat v českoněmeckém pohraničí prosperující firmu, která nemá nouzi, ani o zakázky, ani o zaměstnance.

Od tlakové slévárny až po kompletní výrobu

Outsourcing u sléváren a kováren nabývá na důležitosti. Přesun obrábění od OEM výrobců do sléváren vedl k tomu, že se řada tlakových sléváren přeorientovala na kompletní výrobu. Příkladem je závod Ljunghäll v České republice, který s podporou firmy Grob rozšířil výrobu z tlakového lití na dodávky komplexních dílů pro automobilový průmysl.

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.

Fórum strategického manažera v deseti zastaveních, Luboš Malý, Brück AM

V novém seriálu chceme oslovovat naše top manažery a hledat u nich tajemství jejich úspěchu, jež by mohlo být inspirací pro ostatní, kteří se na podobnou dráhu vydávají či již po ní jdou. Strategie prvního kroku často bývá přelomová – iniciuje další, následující kroky, rozhoduje a ovlivňuje činy budoucí a v žádném případě ji nelze podcenit.

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