3.7 POLOTOVARY VYRÁBĚNÉ ODLÉVÁNÍM

3.7.1 FORMOVACÍ MATERIÁLY

Vlastnosti formovacích směsí



1. Vlastnosti upravených směsí



Homogenita fyzikálních vlastností

Pravidelnost rozdělení pojiva i formovací látky

Je ovlivněná:

- Mísicím zařízením

- Pořadím dávkování

- Dobou míchání



Životnost směsi

Doba při které se směs zachová požadované vlastnosti

Závisí na použitém pojivu a vnějších podmínkách





2. Vlastnosti při formování



Tekutost

Schopnost pohybu ve směru kolmém na směr působení vnější síly

Závisí na charakteru písku (zrnitost, tvar zrn) a vlastnostech pojiva (plasticita jílů, viskozita organického pojiva)



Spěchovatelnost

Schopnost pohybu ve směru působící síly



Formovatelnost

Spojuje spěchovatelnost a tekutost

Míra schopnosti směsi vyplňovat dutinu formy a pěchovat se stejnoměrně v celém objemu



Lepivost

Přilnavost směsi na modelové zařízení nebo části forem navzájem

Závisí na druhu pojiva, vlhkosti a teplotě směsi



Rychlost vytvrzení

Určuje dobu, po které je možné s formou manipulovat -> provést odlití



Hygiena práce

Prašnost, zápach, dráždivost, zdravotní nezávadnost





3. Vlastnosti před litím



Mechanická pevnost

Umožňuje manipulaci s hotovou formou

Vaznost - Pevnost nesušených forem



Tvrdost

Sleduje se u hlinitých směsí

Nízká tvrdost - Malé upěchování

Vysoká tvrdost - Příliš tvrdá forma a NEBEZPEČÍ zálupů



Otěr, Drobivost

Dochází při nedostatečné povrchové pevnosti forem



Navlhavost

Přijímání vzdušné vlhkosti

Snižuje - Mechanickou pevnost forem

Zvyšuje - Vývin páry při lití





4. Vlastnosti při lití



Mechanická pevnost

Hodnoty musí odpovídat mechanickému namáhání při lití



Prodyšnost, Pórovitost

Umožňuje odchod plynů a par z formovací směsi

Záleží především na druhu použitého pojiva



Plynatost

Množství plynů vznikající ohřevem taveninou



Obsah škodlivin

Škodliviny, které mohou přejít do odlitku



Zrnitost a porezita

Určují drsnost odlitku



Objemové změny

Závisí na roztažnosti formovacího materiálu

Vedou ke zhoršení přesnosti odlitků



Odolnost proti deformaci a erozi

Vlivem tlaku kovu při lití dochází ke zhoršení přesnosti odlitků

Eroze závisí na pevnosti při vyšších teplotách





5. Vlastnosti po lití



Rozpadovost

Čištění odlitků a vytloukání jader



Prašnost - Regenerovatelnost - Nezávadnost odpadu





Formovací směsi



Základní surovina pro přípravu slévárenských písků:

Přírodní písky

Hlíny

Bentonit

Lupky

Šamot

Tuha

Uhelný prach

Organické látky

- Oleje

- Sulfitový louh

- Pryskyřice (přirozené i umělé)

- Škrob





Přirozené slévarenské písky



Většinou sypké úlomky křemene (obsahuje až 50 % zrnitého pojiva -> vhodné k výrobě forem a jader (někdy až po úpravě)



Po dodávce z naleziště má mnoho nedostatků -> Nutno upravit dle:

- Odlévaného kovů

- Způsobu formování



Použitý písek je po úpravě důležitou součástí modelové a výplňové směsi

Na model se pěchuje formovací směs -> líc formy

Výplňová směs vyplňuje zbytek formovacího rámu

Obě směsi (formovací a vyplňovací) se liší pouze jakostí

Modelovací směs - směs, která obsahuje nový i vratný přirozený slévárenský písek

Pro malé a nízké formy se používá jednotná směs

Dobrý slévárenský písek se získá, obalíme-li při úpravě každé zrnko pojivem, ale nesmí se zvýšit obsah prachu



Mechanická úprava

Záleží na úpravě nového a vratného písku

Nový přirozený písek se prosívá, drtí, suší a ochlazuje

Po vyklepání z formy se odlučuje od kovových částic drcením a prosíváním

Formovací směs upravujeme mícháním čerstvého a vratného písku přidáním zásad, vlhčením a provzdušněním



Písek, který má všechny potřebné vlastnosti se prakticky nevyskytuje

- Mastné písky - Písky které obsahují mnoho hlinitých příměsí, velmi vázané

- Hubené - Mají nedostatek hlinitých příměsí, málo vázané





Syntetické slévárenské směsi



Připraveny z:

- Prané říčný písky (vedlejší produkt vzniklý při výrobě kaolínu)

- Vhodná pojiva (nahrazují se nimi přírodní písky)





Hlíny



Mají vždy víc než 25 % hlinitého podílu

Velmi jakostní látkou je bentonit -> umožňuje odlévat velké formy nasyrovo, protože jsou vázané a dobře prodyšné





Grafit



Používá se ke zvýšení žárovzdornosti formovacích směsí

Poprašuje se jím líc formy

Přidává se do barviv na sušené formy a jádra (pro odlitky, ze šedé litiny)





Dřevouhelný/kamenouhelný prach



Přidává se do formovacích směsí zejména ve slévárnách pro šedou litinu -> zabránění zapečení písku v tuhnoucím odlitku při formování nasyrovo

Tvoří plynné obaly ve styku tekutého kovu a formou či jádrem -> spálením se zvyšuje prodyšnost a poddajnost formy





Organická pojiva



Používají se pro přípravu syntetických jádrových písků -> nahrazení přirozených pojiv (zemitých - jílových)





Formovací směsi pro šedou litinu



Teplotu tání mají mít 1 550°C, aby odolaly licí teplotě 1 200 až 1 400 °C

Menší odlitky formujeme nasyrovo bez sušení (např. do směsi nového a vratného přirozeného polomastného písku s přísadou kamenouhelné moučky a vody)

Jádra se vyrábějí ze stejných směsí jako formy, jen je v nich více pojiva (přirozený hlinitý písek (mastný), bentonit)

Užívají se i jádrové směsi

Pro větší šablonová jádra i pro formy se někdy užívají tzv. formovací hlíny





Formovací směsi pro ocel na odlitky



Podstatu formovacích směsí pro ocel tvoří lupky a šamot

Je požadována větší žáruvzdornost (odlévá se při teplotách 1 500 až 1 600 °C)

Pro lití nasyrovo se užívá syntetická směs s bentonitem

Pro výrobu sušených forem lze použít přirozený hlinitý písek (popř. s přísadou sušené žárovzdorné hlíny)

Pro velké odlitky se užívá směsi zrnitého lupku nebo zrnitého páleného šamotu s přísadou žárovzdorné sušené hlíny a tuhy nebo i jiných žárových směsí

Formovací směsi na jádra se liší tím, že mají větší obsah pojiva (bentonitu)

Na malá jádra se užívá jádrových směsí





Formovací směsi pro neželezné kovy



Mohou mít nižší teploty tání -> Odlévá se při nižších teplotách

Písky mají být jemnější se stejnoměrnou velikostí zrna (asi 0,1 až 0,2 mm)





Zvláštní slévárenské písky



Lze je použít skoro na všechny kovy a slitiny



Hojně se užívá:

Cementový písek - nemusí se sušit (skládá se z přirozeného křemenného písku, portlandského cementu a vody)

Formovací směsi s vodním sklem

- Chemicky tvrzené (CT písky)

- Skládají se z přirozeného křemenného písku, žáruvzdorné hlíny a vodního skla

- Velmi prodyšné

- Po zaformování se vytvrdí protože krátkou dobou prochází oxid uhličitý

- Vodní sklo reaguje s oxidem uhličitým -> kapalný roztok křemičitanů přechází v pevnou/polopevnou směs -> reakce pevně spojuje jednotlivá zrna

3.7.2 MODELOVÉ ZAŘÍZENÍ

Každý odlitek lze odlít několika způsoby -> jen jeden způsob je technicky a ekonomicky nejvhodnější -> Při výrobě modelového zařízení technologické oddělení slévárny stanoví způsob výroby se všemi údaji a směrnicemi na výkrese odlitku (většinou se tyto údaje píšou i do výrobního výkresu)

Podle počtu odlitků a technického vybavení slévárny se rozhodne, zda bude modelové zařízení :
- Kovové
- Dřevěné
- Šablona

Na výkrese surového odlitku se MUSÍ vyznačit:

Jakostní třída modelu
- 5 tříd (0;1;2;3;4)
- Hlavní ukazatel jakosti modelu a jeho trvanlivosti
- Nejjakostnější třída: 0

Dělící plocha

Směr lití

Smrštění
- Při výrobě modelů se měří speciálními měřidly (metry na smrštění)

Přídavky na obrábění
Tloušťka vrstvy materiálu na odlitku, která se přidává na obráběnou plochu
Neobráběné plochy jsou bez přídavku

Úkosy
Vytváří se na plochách kolmých k dělící rovině , aby se model snadno vyjímal z formy a nemusel nadměrně rozklepávat -> velkým rozklepáním se poškozuje forma -> zvětšuje se dutina -> zmenšuje se přesnost odlitku -> zvětšuje se hmotnost odlitku
Ostré rohy a kouty jsou nebezpečnými místy při vyjímání modelů z formy a zejména při tuhnutí odlitků
Při konstrukci odlitků se musí zaoblením zabránit ostrým rohům -> bývají příčinou trhlin

Nálitky
Ve formě jsou jádra uložená známkami do známkových loží, vytvořených známkami na modelu
Při zakládání jader je nutno zajistit jejich polohu proti posunutí nebo pootočení

Model

Svým tvarem je shodný s odlitkem (bývá větší o míru smrštění)nebo se od něj jen nepatrně liší v rozměrech

Podle způsobu formování rozlišujeme modely:

A) Nedělené
Jednoduché
Některé nemají známky pro jádra, ani volné části

B) Dělené
Mají jednu nebo více dělících rovin
- Má být pokud možno jednoduchá a rovinná, zejména při ručním pěchování
- Svou polohou má zajišťovat:
- Snadné vyjímání modelu z formy
- Umožnit založení jader a jejich kontrolu
Správné spojení částí modelu je zajištěno spojovacími kolíky

Jaderník

V jeho dutině se se z formovacích směsí pěchují jádra
Vyrábí se stejným způsobem jako modely (podle jakostních tříd)
Jednoduchá jádra (většinou plochá), která se snadno vyjímají z jaderníku, se používají jednodílné jaderníky

Ve slévárnách se používají nejčastěji dvoudílné jaderníky
- Obě poloviny musí navzájem lícovat -> spojují se čepy
- Při pěchování musí být obě poloviny vhodným způsobem spojeny

Pro hromadnou výrobu jader se používají jaderníky kovové

Šablona

Použití: Pro malý počet odlitků
Šablonováním se zhotovují formy i jádra, jejichž geometrický tvar lze vytvořit otáčením nebo posouváním určitého obrazce

Rozeznáváme:
Rotační šablony
Šablony rovinné

3.7.2.1 MATERIÁLY PRO VÝROBU MODELŮ A JADERNÍKŮ

Vlastnosti materiálů na modely

1. Dřevo

Nejpoužívanější materiál:
- Nízká cena
- Snadné zpracování
- Dostatečná trvanlivost
- Mala hustota

Před zpracováním se musí vysušit

Dřevěné části se spojují:
- Klížením
- Vruty
- Hřebíky

Menší vady zaoblení hran na povrchu se opravují modelářským tmelem
- Na opravy se používá epoxidových pryskyřic smíchané s pilinami

Nakonec se model nalakuje
- Pro zabránění vnikání vlhkosti z formovací směsi -> zabránění deformaci dřeva
- Lze dosáhnout hladšího povrchu -> Lepší vyjímání z formy

2. Kovové modely

Výhodné pro výrobu většího počtu drobných a středních odlitků

Výhody:
Trvanlivost
Záruka přesného tvaru odlitků

Při výrobě kovových modelů se zhotovuje dřevěný mateřský model na dvojí smrštění

Nejvíc se užívá:
- Šedá litina
- Ocel
- Bronz
- Mosaz
- Hliníkové slitiny

3. Modely z vosku, rtuti, plastů

Použití: Pro velmi přesné odlévání odlitků metodou "vytavitelného modelu"
Voskové modely: Jsou ze směsi různých vosků
Rtuťové modely: Rtuť se pro modely slévá do kovových forem a zmrazuje se na teplotu -60°

Barevné značení modelů

3.7.3 VÝROBA FOREM A JADER

3.7.3.1 ZPŮSOBY PĚCHOVÁNÍ SMĚSÍ

Nutnost, aby formy odolávali silám, vznikajícím při lití a vztlaku kovu
Forma musí být prodyšná
Pěchuje se ručně a strojně

Pěchování ručními nebo pneumatickými pěchovačkami
Průběh zpevnění je nerovnoměrný (nahoře více, u modelu méně)-> u vysokých forem se pěchuje vícekrát -> stejnoměrné zpevnění

Lisování
Strojní zpevnění formovací směsi
Podobné jako pěchování
Nevýhoda: Forma je nejvíc upěchována pod lisovací hlavou a méně u modelu

Střásání
Děje se na strojích, kde se stůl zvedá současně s rámem do výšky 30 až 80 mm
Při pádu a následném nárazu se působením setrvačných sil písek upěchuje
Směs se pěchuje dolů, směrem k modelu

Metání
Formovací směs se prudce vrhá lopatkami metacího kola do formovacího rámu
Posouváním metací hlavy nad celým povrchem se naplňuje formovací rám pískem, který se současně pěchuje

3.7.3.2 ODVZDUŠNĚNÍ FOREM

• Při odlévání jsou vzduchem naplněny nejen dutiny forem/jader, ale i vlastní směs
  
• Nená-li vzduch obvod, tlačí na stěny formy a jeho tlak stoupá se vzrůstající teplotou
  Tlak se zvyšuje i vznikající vodní parou, hlavně u syrových forem
  Objem vzniklé páry je veliký (z jednoho litru vody může vzniknout až 1 730 l páry)
  
• Některé formovací směsi obsahují ještě hořlavé látky, které se při odlévání zplyňují -> musí se odvést z forem/jader
  
• Plyny se mohou vylučovat i z tekutého kovu
  
• Pro zdravé odlitky je rozhodující dobrá prodyšnost slévárenských směsí
  
• Prodyšnost směsi nestačí -> ve formě se vytvářejí speciální kanálky pro odvádění plynů - výfuky - vždy v nejvyšším místě odlitku
  
• U odlitků z oceli jsou plyny odváděny otevřenými nálitky
  
• Forma má ještě další "odplyňovací otvory" - průduchy -> vytváří se probodáním formy ocelovým bodcem
  Zasahují do hloubky 5 - 20 mm k modelu -> aby se nepoškodil povrch modelu a průduch se nezaplnil litým kovem
  
• Plyny vznikající při lití se zapalují -> hořením vzniká podtlak -> odsávání plynů

3.7.3.3 SLÉVAČSKÉ NÁŘADÍ

V mechanizovaných slévárnách má slévač násypky se závěry ->nasypává si potřebné množství písku do rámu

Ruční síto na prosévání písku
Jemné pletivo z mosazi
Hrubé pletivo z oceli

Vodováhu - pro rovné uložení modelu

Pěchovačku
Dřevěné, kovové
Na jednom konci klín pro zpevnění formy u modelu
Na druhém konci knoflík pro pěchování vrstev dále od modelu
Pro větší formy se používá pneumatická pěchovačka

Po vyjmutí modelu se líc formy upravuje hladítky

3.7.3.4 FORMOVACÍ RÁMY

• Formovací rám tvoří pevný plášť ve kterém se formovací materiál pěchováním zhutňuje a zpevňuje
  
• Musí chránit formu:
  Při rozebírání
  Při vyjímání modelu
  Při opravách dutiny formy
  Při obracení
  Při přenášení nebo převážení formy
  
• Při plnění formy musí zachytit vznikající tlaky -> umožnění správného zhotovení odlitku
  
• Základní rozměry jsou dány příslušnými normami ČSN
  
• Na odlitky, které mají zvláštní tvary se někdy užívá tvarované formovací rámy
  
• Materiál formovacích rámů:
  Nejčastěji šedá litina
  Ocel
  Hliníkové a hořčíkové slitiny
  
• Okraje bývají vyztuženy pískovými lištami -> přidržují formovací písek -> zabraňují jeho vypadávání při manipulaci s rámem
  
• Pro přesuny jsou formovací rámy vybaveny:
  Malé rámy: Držadly
  Velké rámy: Čepy
  
• Vrchní rám se skládá a lícuje na spodní obvykle pomocí skládacích kolíků -> zasouvají se do otvorů umístěných v uchách rámů.

3.7.3.5 VTOKOVÉ SOUSTAVY

• Je to soustava kanálů, jimiž se vede tavenina při plnění formy
  
• Vtoková soustava musí:
  Usměrnit proud taveniny z licí pánve do vtokových kanálů
  Zadržet cizí tělesa před vniknutím do formy (písek, struska a jiné nečistoty)
  Vést kov svislými kanály do vhodné výšky ve formě
  Zabránit nadměrnému víření a stříkání proudu a oxidací kovu
  Vyplnit formu optimální rychlostí
  
• Vtokové zářezy ústí obvykle do spodku formy nebo do středu
  
• Průřez:
  Trojúhelníkový (nejčastěji)
  Obdélníkový/plochý (u tenkostěnných odlitků)
  
• Odstruskovač
  Zachycuje strusku
  Lichoběžníkový průřez
  
• Vtokový kanál
  Svislý
  kruhový průřez
  Směrem dolů se sužuje -> aby do formy nevnikal vzduch
  
• Vtoková jamka
  Zachycuje první náraz při odlévání z pánve
  Je to "nádržka" určená k tomu, aby celá soustava byla po dobu lití zaplněná
  
• Uspořádání celé vtokové soustavy záleží na velikosti a tvaru odlitku

3.7.3.6 RUČNÍ FORMOVÁNÍ

• Formování - souhrn operací jimiž se zhotovují formy
  
• Podle použitých pomůcek rozeznáváme formování na:
  model
  šablonu
  model i šablonu
  
• Výroba modelů a zejména složité je nákladné -> snížení výrobních nákladů při výrobě jednotlivých odlitků, které mají rotační nebo souměrné plochy použitím šablon
  
• Podle způsobu zhotovení formy rozeznáváme formování:
  do země
  do dvou nebo několika rámů
  do země a do jednoho nebo více rámů
  s nepravými jádry
  etážové
  

Jádra jsou tělesa sloužící k vytvoření dutiny v odlitku

• Pravá jádra - Jsou-li obklopeny kovem ze všech stran (kromě známek)
  
• Nepravá jádra - Slouží k vytvoření celého zevnějšku nebo části vlastní formy
  Vytváří se jimi určité části formy, které odpovídají jisté části modelu a při skládání se vsunují do hlavní formy
  Nejsou podrobená takovému působení kovu jako jádra pravá
  
• Musí být zajištěná proti zvednutí, natočení, posunutí a
  
• Při obvyklé prodyšnosti musí být pevnější formy
  
• Vyrábí se z formovacích jádrových směsí
  
• Ke zvýšení pevnosti jsou vyztužena:
  Výztuhami z drátů
  Výztuhami svařenými nebo odlitými
  
• Prodyšnost se zajišťuje:
  Odplyňovacími kanálky
  Knoty z bitumenu a přírodní vazelíny (voskové šňůry, svíčky)
  Provazci, které se vytáhnou
  
• U jader z hlíny se pro lepší odplynění zhotovují mezivrstvy:
  Ze slámy
  Dřevité vlny
  Koks nebo jiný prodyšný materiál
  
• Nejvíce se používají jádra sušená
  Způsob sušení závisí na druhu písku Cementové písky: Nesuší se, jen se musí nech>at několik dní na vzduchu vytvrdnout
  CT písky: vytvrzují se oxidem uhličitým a není je potřeba sušit
  
• Vyrábí se v jadernících nebo šablonováním
  
• Při výrobě v jaderníku:
  Jádrová směs se napěchuje do jaderníku
  Musí se dbát na snadné vyjímání hotového jádra (někdy jsou jádra složená ze dvou částí, které se po vysušení vzájemně spojí hlínou, jílem, dextrinem)
  Zakládání do forem vyžaduje velkou pečlivost a svědomitost
  
• Jádra vedle svého uložení často potřebují zvláštní podpěrky
  Chrání před prohýbání vlastní tíhou
  Musí mít kovově čisté plochy - nečistoty (např koroze) by mohla způsobit v odlitku bublinatá místa -> podpěrky jsou mořeny a pocínovány
  

Formování do dvou rámů

• Na očištěnou formovací (modelovou) desku se položí spodní polovina modelu a spodní formovací rám
  
• Povrch modelu se popráší slévačským práškem (aby se formovací materiál nepřilepil na model)
  
• Do rámu se přenese (sítem) modelový písek a dobře se upěchuje směrem k modelu
  
• Zbývající prostor se vyplní výplňovým pískem a dobře upěchuje
  Pro dobrou prodyšnost formy:
  - Formuje se směrem k obvodu méně intenzivně
  - Podle potřeby se forma odvzdušní napícháním průduchů, téměř až k modelu
  Je-li to nutné zpevní se písek na povrchu formy drátěnými háčky
  Přebytečný písek se odstraní pravítkem
  
• Rám se překlopí o 180° a očistí se dělící rovina
  
• Nasadí se druhá polovina modelu (se spojujícími čepy)
  
• Ustaví se vtoková soustava a výfuk
  
• Na dolní rám se nasadí horní rám a oba se zajistí zaváděcími (skládacími kolíky) proti sobě
  
• Dělící rovina se posype dělícím práškem a model slévačským práškem
  
• Formování horního rámu je shodné se jako u spodního
  
• Z formy se vytáhnou kolíky pro vtok a výfuk a upraví se licí jamka a výfuk
  
• Vrchní díl formy se nadzvedne a překlopí o 180°
  Pro zvýšení pevnosti písku se navlhčí okraje modelu
  Poklepe se na model a citlivě se vyjme
  Líc formy se upraví a poškozené části vyspraví
  Je-li nutno zpevní se ještě líc formy napícháním drátěných hřebíků (pískováčků)
  
• Líc formy se nabarví nebo jen zapráší grafitem
  
• Forma na sušení se vysuší
  
• Má-li odlitek dutinu založí se jádra
  Jsou-li jádra dlouhá a těžká podloží se jederními opěrkami
  
• Forma se složí a zabezpečí proti vztlaku kovu vhodným zatížením (úkladky)
  
• Forma je připravená k lití
  
• Použití: V malosériové výrobě

3.7.3.7 STROJNÍ FORMOVÁNÍ

Účelem je nahradit lidskou práci strojem (hlavně pěchování a uvolnění formy od modelu)->

Výhody:
Zvýšení produktivity
Dosažení větší přesnosti odlitků


Základ strojního formování:

a) Modelová deska

Nejčastěji litinová
Je k ní připevněn větší počet modelů menších rozměrů a zároveň se k jednotlivým modelům se na desku připevní modely vtokových zářezů a odstruskovače, jimiž se vede kov ke každému odlitku
Vyjímá se ze zapěchovaného formovacího rámu celá
Zaručují svými kolíky vždy přesné umístění formovacího rámu a jisté stejnoměrné zvedání

Druhy podle upnutí modelů:
Jednoduché - Stejné formování vršku a spodku formy
Dvojité - Oddělené zvlášť pro spodek a vršek
Oboustranné - Na jedné straně mají modely vršku a na druhé stran modely spodku
Reversní - Na téže straně mají připevněny horní i spodní části modelu

Druhy podle výroby:
Lité
- Tvoří jeden celek s modelem
- Bývají ze sádry, kameniny, kovu (šedá litiny, hliníku, kompozice, modelového kovu)
Montované
- Model je na desku připevněn
- Kovové nebo dřevěné modely jsou připevněny na kovové nebo dřevěné desce


b) Formovací stroj

Slouží k výrobě forem, jader nebo ke vkládání jader

Rozdělení dle zhutňování forem:
Pěchování (ruční)
Střásání (pneumatické, mechanické, elektrohydraulické)
Lisování (pneumatické, pneumaticko-pákové, hydraulické, elektromagnetické, membránové)
Metání (pískomety)

Rozdělení dle rozebírání formy:

Zdvihání formy (zdvižnými kolíky nebo zdvižným ramenem)
Poměrně jednoduché
Po zapěchování se forma uvolní od modelové desky zvedáním kolíků mechanicky nebo hydraulicky popř. pneumaticky
Možné je i spustit desku s kolíky i směrem dolů

Zdvihání modelu (otočné a překlopné stroje)
Otočných strojů: Po otočení o 180°se spouští forma i se stolem
Překlopné stroje: Současně s otáčením (180°)překlopných (90°) ramen se otočí modelová deska s formou a uvolní se od modelové desky spuštěním na válečky odkládacího stolu

Spouštění formy (otočné a překlopné stroje)

Spouštění modelu (protahovací stroje)
Vyjímání složitých modelů umožňuje stírací hřeben, jedná se o vložku z ocelového plechu mezi modelem a formou, do něž je vyříznut tvar modelu v dělící rovině
Při oddělování modelu od formy se může pohybovat:
- Stírací hřeben s formou vzhůru
- Model s modelovou desku směrem dolů

Současné zdvihání a spouštění formy (některé stroje pro bezrámové formování)


Ruční formovací stroje

Nejjednodušší
Formy se zhutňují: Ruční pěchovačkou, pneumatickou pěchovačkou, atd.
Formu lze rozebrat zdvižnými kolíky, otočnou modelovou deskou nebo protahovací deskou
Málo produktivní -> nahrazovány mechanizovanými stroji


Střásací formovací stroje

Podstatou je ztužování formovací směsi střásáním (rychlým zvedáním a spouštěním formovacího stolu s modelovou deskou a formovacím rámem, naplněným formovací směsí do výšky 40 až 60mm)
Vhodný způsob rovnoměrného zhutňování, kdy na povrchu modelu je zhutnění největší a směrem k povrchu formy ho ubývá
Krátký formovací čas
Pro výrobu vysokých forem se používá střásání s dopěchováním nebo dolisováním
Střásací stroje jsou obvykle pneumatické
Počet nárazů: 120 až 150 za minutu
Nejčastěji se vyrábí stroje s dolisováním, aby se zpevnil povrch formy a při převrácení nevypadal písek


a) Střásací stroj s překlopným stolem

Stejný účel jako varianta s otočnou deskou
K otáčení formy je použito dvou nestejně dlouhých výstředně umístěných ramen
Odkládací stůl má válečky pro snadné přemístění formy na dopravník
Vlivem současného otáčení při překlápění je výroba formy rychlejší


b) Střásací stroje pro bezrámové formy

Velmi často se používají, protože nepotřebují formovací rámy

Výhody:
Dovolují rychlou a snadnou výměnu modelových desek,
usnadňují vyjímání modelů z formy
Umožňují použít nepravidelné dělící roviny

Výrobní operace pro bezrámové formy
Na stůl se postaví obrácený vrchní rám a na něj se položí oboustranná modelová deska a na ní spodní rám
Spodní rám se naplní formovací směsí a uzavře podrámovou deskou
Uvede se do pohybu mechanismus střásacího stroje
Oba rámy se současně s modelovou deskou a podrámovou deskou obrátí
Vrchní rám se naplní a směs se napěchuje pomocí lisovacího mechanismu
Po sejmutí desky se prorazí trubkou otvor pro vtok
Forma se rozebere zvednutím rámu, vyndá se modelová deska, potřebná jádra se uloží do dolní části formy a přiloží se horní část formy
Ze složené formy se současně sejmou oba rámy a forma se přenese na podrámové desce na místo odlévání
Na formu se nasadí plechový rám
Forma se zatíží litinovým deskovým úkladkem a může následovat lití


Lisovací formovací stroje

Při zhutňování písku lisováním je deska stroje vtlačována do formovacího rámu:
Ručně:
Pákami
Šroubovým soukolím
Mechanizovaně:
Stlačeným vzduchem
Hydraulicky
Elektromagneticky

Velmi rozšířené jsou pneumatické formovací lisy
Pracovní válec je buď v horní poloze nebo ve stojanu stroje
Vhodného zhutňování se dosáhne lisováním zdola -
- Vtlačením modelu upevněného na lisovací desce do formovacího rámu
- Užívá se zřídka

Oboustranné lisování
Použití: Formování jednoduchých odlitků při etážovém lití
Část formy tvoří spodek (tvrdší) a druhá část tvoří vršek (měkčí a prodyšnější)
Jednotlivé formy jsou spojeny šrouby
Vtok je společný pro všechny formy


Mechanické formovací stroje - pískomety

K vrhání písku se používá metací hlavy, kde se rychle otáčející lopatkou (800 až 1 800 otáček za minutu) zhutňuje písek vrháním proti modelu

Tvrdost formy se reguluje:
Otáčkami metacího kola
Vzdáleností metací hlavy od formy
Úhlem dopadu

Osvědčují se při výrobě velkých forem

Výhody:
Rychlé -> Zlepšuje produktivitu práce
Zajišťuje rovnoměrné pěchování směsi


Formovací stroje na jádra

Při sériové výrobě válcových jader se používá jednoduchých vytlačovacích strojů se šroubem nebo pístových strojů

Vytlačená syrová jádra se:
- nařežou na potřebné délky
- ukládají se na podložky
- dávají se sušit

Pro strojní výrobu jader můžeme používat stejných formovacích strojů jako jsou stroje na formy, tedy lisů, střásacích nebo metacích
Místo modelové desky pokládáme na pracovní stůl jaderník

Jádra se často vyrábí:

a) Foukáním
Rozdělení foukacích strojů
1. Vodorovné
2. Svislé
- Na stůl se postaví kovový jaderník
- Otevře se pracovní ventil a nádoba s pískem se posune nad jaderník
- Stlačený vzduch prochází nádobou, vyfukuje písek foukací hlavou do jaderníku
- Po foukání se nádoba odsune do původní polohy pod zásobník s pískem

b)Vstřelováním
Uplatňují se v poslední době
Dokonalejší než foukání
Ze zásobníku je formovací směs plynule dodávána do vstřelovací hlavy z níž je vstřelována do jaderníku
Jaderník se upíná do pneumatických pohyblivých čelistí a je přitlačován ke vstřelovací hlavě zdvižným stolem
Po vystřelení jádra se stůl pohybuje dolů a po uvolnění čelistí se jádro vyjme z jaderníku

3.7.3.8 TRVALÉ FORMY – KOKILY

Použití: Pro výrobu odlitků z neželezných kovů

Mohou být buď:
- Celokovové
- Kombinované s pískovými jádry

Pro výrobu větších sérií odlitků ->
Úspora:
- Modelů
- Formovacích hmot a rámů
- Pracovní prostor ve slévárně
Zrychlení výroby

Zřídka bývají jednodílné

Konstrukce musí umožňovat
- Rychlé otevření -> rychlé vyjmutí odlitku
- Snadné vyjímání jader -> pro zabránění smršťování, trhlinám a rychlé plnění formy kovem

Polotrvalé formy
Z keramických hmot s větší žárovzdorností
Použití: menší série odlitků

3.7.3.9 SUŠENÍ FOREM A JADER

Důvod sušení:
Zvětšení pevnosti prodyšnosti
Zmenšení vlhkosti

Teploty sušení forem pro odlitky z:
Šedá litina
Menší formy: 250 °C
Větší formy: 250 - 350 °C
Ocel: 350 - 550

Teploty sušení jader: 180 až 220 °C

Formy se suší:
V místě formování
Sušící komory
Přímé sušení ve formovně (např. plynovými hořáky) je nutné u forem vyrobených v zemi

Sušící komory
Tvoří uzavřené prostory
Menší: celokovové
Větší:
- Kostra z válcovaných profilů
- Vyzděné
Vytápění:
- Roštové
- Poloplynové
- Plynové
- Olejové
- Elektrické
Jsou buď:
- S pevnou podlahou
- S vozem
- Průběžné
- Speciální


Další způsoby sušení:

infračervené záření
Výhoda: Během 10 - 15 minut je forma dostatečně vysušená

Dielektrické sušení jader s olejovým nebo pryskyřičným pojivem
Teplo se vyvíjí vysokofrekvenčním elektrickým polem mezi dvěma elektrodami
O 20 až 30 % levnější než ostatní způsoby
Kratší doba sušení (několik minut)
Jednoduchá manipulace

3.7.5 ZPŮSOBY PLNĚNÍ FOREM ROZTAVENÝM KOVEM

3.7.4 TAVENÍ A LITÍ SLÉVÁRENSKÝCH SLITIN

Kuplovny

Jsou to šachtové pece, kde se tavený kov stýká jak s palivem (koksem) tak se zplodinami z hoření
Mají válcový tvar stejného průřezu v celé výšce


a) Kuplovna bez předpecí

Pec je na čtyřech litinových sloupech
V základové desce je kruhový otvor, uzavřený ocelovými dvířky, která jsou na vnitřní straně vypěchována vrstvou formovacího písku a tvoří dno, čili půdu pece
Dno je pěchováno šikmo k výpusti litiny
Nad výpustí pro litinu je výpust pro strusku
Proti výpusti pro litinu je pracovní otvor, který je při provozu uzavřen dvířky
Z větrovodu proudí vzduch, který je potřeba pro spalování do šachty otvory, které nazýváme dmýšnými trubicemi
Průběh tavby lze pozorovat okénky
V úrovni pracovní plošiny je sázecí otvor -> tato část se nazývá kychta
Žlábkem se vypouští litina do pánve

Pro chod kuplovny potřebujeme:
Palivo (koks)
Vzduch
Kovovou vsázku (surové železo, zlomková litina, vratný a ocelový odpad, feroslitiny)
Struskotvorné přísady

Podle chemického složení surovin a žádaného složení litiny se určuje (druhování) vsázky


b) Kuplovna s předpecí

Předpecí je šachtou spojeno kanálkem
Některá předpecí jsou sklopná a tvoří samostatnou část-> dají se přemísťovat po kolejích mezi jednotlivými kuplovnami
Výhoda: V předpecí se dá shromažďovat větší množství kovu stejné teploty a stejného složen pro odlití odlitku s většími rozměry


Elektrické pece

Druhy:
Obloukové
Odporové
Indukční

Ve slévárnách ocelových odlitků se nejvíc užívá obloukových pecí Héroultových
Při tavení menších množství ocelí a při výrobě ocelí slitinových se dává přednost středofrekvenčním elektrickým pecím
Šedou litinu můžeme tavit v indukčních pecí se střední nebo síťovou frekvencích -> v těchto pecích můžeme tavit i litinové třísky, což v kuplovnách obtížné


Kelímkové pece

Vytápějí se pevným, kapalným, plynným palivem nebo elektrickým proudem
Roztavený kov je chráněn v kelímku před účinky tepla

Podle konstrukce jsou kelímkové pece:
Stabilní nesklopné
Stabilní sklopné
Otočné přenosné
Otočné nepřenosné

Nejvýhodnější jsou elektrické pece odporové a indukční s malým propalem, lehce regulovatelnou teplotou a dobrým tepelným využitím


Lití slévarenských slitin

Tekutý kov se dopravuje v pánvích

Podle velikosti odlitků se používají pánve:
Velké odlitky - Hrncové
Střední odlitky - Bubnové
Malé odlitky - Ruční

Ruční pánve:
Mají tvar lžic, které pojmou 5 až 15 kg
- Jednoruční (menší): 5 až 15 kg
- Jednoruční (větší): 15 až 30 kg
- Dvouruční 50 až 150 kg

Pro ocel se užívá hrncových pánví se zátkou, které mají výpusť ve dně uzavřenou grafitovou zátkou

Litina se nechá před odlitím ustát
- Teplota poklesne na licí teplotu
- Nečistoty a plyny přejdou do strusky

Teplota odlévaného kovu určuje jakost i způsob krystalizace kovu po ztuhnutí -> teplota se kontroluje optickým nebo ponorným pyrometrem

3.7.5.1 GRAVITAČNÍ LITÍ

• Plnění formy vlivem tíhy roztaveného kovu
  


• Použití: Na plnění pískových nebo kovových forem (kokily)
  


• Při lití do kovových forem je velká ochlazovací rychlost

3.7.5.2 LITÍ DO KOKIL

• Patří mezi produktivní slévárenské metody a řadí se k přesnému lití
  
• Forma je kovová (trvalá)
  
• Pro vytvoření dutin se používá kovových nebo pískových jader
  
• Materiál forem: litina nebo ocel
  
• V poslední době se rozšířili kokily z hliníkových slitin (nejen pro odlitky z lehkých slitin, ale i oceli a šedé litiny)
  Pro zamezení přímému styku kokily a tekutým kovem a zvýšení životnosti se galvanicky pokovuje jejich líc
  
• Životnost: od 200 až 200 000 odlitků (dle druhu odlévaného kovu)
  Trvanlivost se prodlužuje žárovzdorným nátěrem, který slouží jako tepelná izolace
  Žárovzdorný nátěr se aplikuje 2x až 3x za směnu - po odlití 200 až 300 odlitků
  Tloušťka nátěru: 0,1 až 1 mm
  Líc formy se před každým litím pokrývá barvivem pro zlepšení vzhledu a struktury odlitku
  
• Forma se odvzdušňuje je kanálky v dělící rovině -> NESMÍ se zalít kovem, ale MUSÍ včas odvést vzduch
  
• Výhody:
  Tvarová a rozměrová přesnost odlitků
  Odlitek má jemnozrnnou strukturu (následek rychlého ochlazení)
  Zlepšení pracovního prostředí
  Možnost automatizace
  
• Nevýhody:
  Drahá forma
  Nutnost odlitky tepelně zpracovávat (pro zlepšení obrobitelnosti a snížení vnitřního pnutí)
  
• Použití: Odlévání
  Pístů
  Armatur
  Součástí elektrických strojů

3.7.5.3 LITÍ POD TLAKEM

• Použití: U lití neželezných kovů
  
• Kov je v tekutém stavu vtlačován do formy
  
• Tímto způsobem se vyrábí mnoho strojních součástí z hliníkových, zinkových, cínových, hořčíkových slitin, z bronzů a mosazí
  
• Dají se předlít díry od průměru 2,5 mm a vnější závity od průměru 10 mm
  
• Přídavky na obrábění bývají od 0,3 do 2 mm
  
• Podle počtu a tvaru odlitků může forma sloužit jednoho nebo více odlitků
  
• Forma je zhotovena s příslušnou mírou na smrštění
  
• Pro její plnění se používají stroje, které mají hydraulický pohon
  
• Podle uspořádání vstřikovacího ústrojí rozeznáváme stroje:
  S teplou komorou - Pro odlévání nízkotavitelných slitin (slitiny olova, cínu, zinku)
  Studenou komorou - Pro odlévání slitin hliníku a mědi
  
• Důležitou podmínkou pro výrobu tvarových odlitků je správná vtoková soustava a odplynění formy
  
• Plnění formy MUSÍ být rychlé a klidné
  
• Kovové formy vydrží u:
  Nízkotavitelných slitin (zinku, olověných nebo cínových): 100 000 odlitků
  Slitin hliníku: 20 000 až 50 000
  Slitin mědi: 10 000 a více

3.7.5.4 ODSTŘEDIVÉ LITÍ

• Výroba odlitků při níž je kov přitlačován odstředivou silou ke stěnám kokily a stejnoměrně se rozděluje po celém vnitřním povrchu a tuhne v dutý válec
  
• Odlitek tuhne od vnějšího povrchu směrem dovnitř
  Vlivem odstředivé síly vznikne jemnozrnná struktura
  
• Dělíme:
  Horizontální
  Vertikální
  
• Užívá se strojů rozmanitých konstrukcí s vodorovnou nebo svislou osou rotace
  
• Stroj MUSÍ mít tuhou konstrukci
  
• Otáčky se mění v rozsahu 300 až 2 000 za minutu
  
• Výhody:
  Levnější výroba odlitků s rotačními plochami (např. ozubená kola)
  Zvětšení homogenity
  Zlepšení jakosti při odlévání dvou kovů o různých vlastnostech
  
• U odlitků není třeba užívat výfuků, protože plyny odchází volně do prostoru

3.7.5.5 PŘESNÉ LITÍ

Místo kovových nebo dřevěných modelů se užívají vytavitelné modely z voskových směsí nebo modely ze zmrzlé rtuti

Postup u voskových modelů:

• Voskové modely se vyrábí stříkáním nebo litím do formy
  
• Voskový model se 2x nebo 3x namočí do řídké kašovité obalovací směsi z ethylsilikátu a vrstva, která na něm ulpí se po každém namočení usuší
  
• Vytvořený obal se zasype křemenným pískem a zalije ve formovacím přípravku výplňovou směsí složenou z tuhé keramické složky a alkoholického koloidního roztoku oxidu křemičitého
  
• Formovací směs zhutní okolo modelu třásáním
  
• Po zhutnění směsi se formovací přípravek rozebere, keramická forma osuší, voskový model vytaví a forma zpevní vypálením
  
• Do takto připravené formy se odlévá
  

Postup u modelů ze zmrzlé rtuti:

• Přesnost odlitků je v toleranci 0,015 mm
  
• Hladký a čistý povrch
  
• Modelové formy jsou ocelové, popř. z kovových či nekovových hmot
  
• Modely lze sestavovat z jednotlivých dílů, které se spojují pouhým dotykem -> přimrznou k sobě
  
• Rtuťové modely zmrazujeme suchým ledem
  
• Ukládáme do skříně z nerezavějící oceli ponořené do chladící kapaliny o teplotě -60°
  
• Rtuťový model se opatřuje povlakem ze žárovzdorné látky -> Povlak má tloušťku 3 až 18 mm
  
• Model se odstraní z formy roztavením rtuti při zahřátí na pracovní teplotu
  
• Forma ze žárovzdorné látky se suší při teplotě 90°C a vypaluje při 1 030°C
  
• Po vypálení má forma hladký povrch jako porcelán
  
• Forma se vloží do rámu a zbylý prostor se vyplní suchým pískem

3.7.5.6 SKLOPNÉ LITÍ

• Na tavící pec (malého obsahu) se připevní rám s formou tak, aby dutina formy byla neprodyšně spojená s pracovním prostorem pece
  
• Forma se vyplní tekutým kovem z pece tím, že se zařízení otočí o 180°
  
• V peci se kov taví elektrickým obloukem (mezi dvěma elektrodami)
  Osa elektrod se shoduje s osou otáčení pece
  
• Po odlití odlitek tuhne ve formě
  Na odlitek se někdy přivádí stlačený vzduch->
  - Lepší vyplnění formy
  - Zlepšení jakosti odlitků
  Formy pro sklopné lití nástrojů vyrábíme formováním podle modelů do pískových forem

3.7.5.7 LITÍ DO SKOŘEPINOVÝCH FOREM

Výroba skořepiny:

• Kovová modelová deska s kovovým modelem se ohřeje na teplotu 150 až 290 °C
  
• Postříká emulzí proti přilepení směsi
  
• Překlopí se na nádobu se směsí 5 až 10 % tekuté nebo práškové formaldehydové pryskyřice a 90 až 95 % křemenného písku jemné zrnitosti
  
• Po spojení modelové desky a nádoby se směsí se celek o 180° otočí -> Pryskyřice na teplém modelu taje a váže písek -> vytváří se skořepina o tloušťce několika mm, lpící na modelu
  
• Celek se znova otočí, aby z modelu odpadla nespotřebovaná směs
  
• Modelová deska se skořepinou se vloží do sušárny -> nastává polymerace pryskyřice obsažené ve směsi
  
• Po vytvrzení se skořepina oddělí od modelové desky
  
• Dvě poloviny skořepiny, které tvoří formu se slepí, sešroubují nebo sepnou
  
• Forma se ve vhodném rámu obsype litinovým nebo křemenným pískem a je připravena k lití
  

Vhodná pro hromadnou výrobu odlitků
Po vytvrzení mají takovou pevnost, že se dají přenášet nebo je lze uskladnit na libovolnou dobu -> nejsou hygroskopické

Nevýhoda:
Velká spotřeba pojiva (33 kg na tunu odlitků)
Zápach zejména po močovinoformaldehydových pryskyřicích

Použití:
Všechny druhy slitin, kromě olověných bronzů
Zvláště se uplatňují při formování složitějších odlitků (např. žebrované válce)

3.7.6 KONTROLA A VADY ODLITKŮ

Kontrola odlitků

Pro kvalitní kontrolu je nutné mít k dispozici kvalitně vybavené následují laboratoře
Chemické (Chemický rozbor materiálu)
Metalografické (Struktura materiálu)
Mechanické (Mechanické vlastnosti materiálu)
Technologické (Technologické vlastnosti materiálu)
Defektoskopické (Vnitřní vady materiálu)

Rozsah zkoušek závisí na:
Rozsahu výroby
Druhu materiálu
Důležitosti odlitku (jaká strojní součást z odlitku bude)

Zjišťují se zejména vnitřní vady -> jsou velmi nebezpečené
Používají se k tomu defektoskopické zkoušky (prozařování RTG či gama paprsky)
Nákladné
Jediná průkazná metoda bez porušení materiálu -> použití jen pro důležité odlitky pro automobilový, letecký, energetický průmysl


Vady odlitků

Struskové vměstky - Při lití nebyli zadržena struska či oxidy kovů -> povrchové prohloubení, vnitřní vady
Sraženiny ve struktuře odlitku - Odlitý materiál netuhne stejnoměrně (tuhnutí probíhá z vnějšku do vnitř) -> na silnějších stěnách se vytvářejí dutiny -> nazýváme je sraženiny (ke sraženinám nedochází pokud jsou stěny odlitku stejně silné)
Bubliny ve struktuře odlitku - Mokrý formovací písek uvolňuje při licí teplotě vodík a kyslík, při nedostatečném odvodu těchto plynů vnikají tyto plyny do struktury
Trhliny v odlitku - Přechody průřezů byli konstrukčně navrženy příliš krátké (tuhnutí silnějších míst bylo pomalejší) -> do forem do míst většího průměru vkládáme chladící železa -> řízení procesu chlazení
Pnutí v odlitku - Pnutí vzniká při smršťování při ochlazování taveniny nebo špatná rozpadovost formovací směsi-> tvoření trhlin
Segredace - Vzniká při odměšování složek taveniny při tuhnutí a nestejnoměrným rozdělením legovacích prvků -> rozdílné vlastnosti materiálu u vnitř odlitku a na povrchu
Přesazený, zmetkový odlitek - Vzniká, když formy nedoléhají přesně na sebe
Okrajové nebo oválné zesílení - Není-li forma dostatečně upěchována -> ustupuje pod tlakem licího materiálu

3.7.7 ČIŠTĚNÍ A ÚPRAVA ODLITKŮ

Po vychladnutí se odlitek z formy "vytlouká":
a) Kladivy
b) Mechanicky pneumatickými kladivy
c) Vibrátory
- Použití: na středně velké formy
- Pneumatický vibrátor je upevněn na okraj rámu závěsného jeřábu nad podlahovou mříží (pod ní je dopravník, který písek odváží do úpravny)
d) Vytloukací rošty (stabilní, pojízdné)
Pro velké formy


Vibrující mříže
V mechanizovaných slévárnách


Čištění odlitků:

Odstranění zbytků písků, jader, švů, nálitku vtoků
Způsob je závislý na množství, velikosti a složitosti

a) Omílací čistící buben
Jednoduché, drobné obrobky
Má kruhový nebo mnohoúhelníkový průřez a otáčí se 10 až 15 otáček za minutu
V bubnu se odlitky převracejí, třou se o sebe -> navzájem se čistí
Pro větší účinek se do bubnu přidávají hvězdice z tvrzené litiny

b) Tryskače
Stolové tryskače
Mají otočný stůl na který se pokládají odlitky
Během otáčení se dostanou do "čistící části stroje", kde jsou na odlitek vrhány ocelové broky
Průběžné tryskače
Pro středně velké odlitky
Odlitky jsou zavěšeny na háku visuté dráhy a procházejí "tunelem" v němž se otryskají
Komorové vzduchové tryskače
Pro velké a složité odlitky
Tlakové nebo injektorové směšovací ústrojí
Odlitky se čistí v komoře v níž stojí dělník s ochrannými pomůckami a na odlitek tryská hadicí broky
Vodní tryskače
Čistí vodou o tlaku 5 až 10 MPa
Odlitky se dopraví jeřábem do komory a postaví se na točnu nebo mřížovou podlahu
Písek se odplavuje s vodou
Obsluhují se zvenku a průběh se pozoruje průzory, ale u některých typů může být i obsluha uvnitř komory

c) Chemické čištění
Pro nečistoty, které nelze odstranit mechanicky


Vtoky a nálitky se většinou odstraňují po vyčištění ručně:
Šedá litina - uráží se kladivem ihned po hrubém očištění ve slévárně
Ocel - Upalují nebo uřezávají
Nerovné plochy se brousí na stojanových nebo kyvadlových elektrických bruskách

Někdy se povrch odlitku na hrubo obrobí a natře základním nátěrem, aby příliš nekorodoval
Většinou se odlitky tepelně zpracovávají pro odstranění hrubé licí struktury