W jaki sposób odlewa się aluminium i inne metale?

Stop metali to tworzywo posiadające właściwości metaliczne, składające się w przeważającej większości z metalu, jednakże w strukturze tworzywa musi znajdować się co najmniej jeden dodatkowy składnik, czyli tzw, dodatek stopowy, wprowadzany głównie w celu poprawy wytrzymałości materiału.
Stopy metali powstają poprzez łączenie określonych składników w stanie ciekłym i odlewanie. Często konieczna okazuje się dodatkowa obróbka cieplna, w której wyniku powstaje struktura o określonych właściwościach.
Stopy metali mogą być również wytwarzane poprzez spiekanie, elektrolizę lub nasycanie dyfuzyjne w stanie stałym.

 

Odlewanie – najprostszy sposób powstawania stopów metaliczne

 

Najprostszą i jednocześnie najpopularniejszą formą tworzenia stopów metali jest odlewanie. Technika ta polega przede wszystkim na kształtowaniu metalowych odlewów, które poddawane są dalszej obróbce. Technika ta, najprościej mówiąc, powstaje poprzez wypełnianie przygotowanych uprzednio form ciekłym metalem lub jego stopem. Odlewy wykonywane są ze staliwa, żeliwa, stopów aluminium, magnezu oraz miedzi.
Metoda ta pozwala produkować elementy o skomplikowanych kształtach, m.in. tłoki, silniki, obudowy i narzędzia.
Każdy proces odlewania składa się z następujących po sobie działań:
przygotowania modelu odlewu;
– wykonania elementów formy odlewniczej;
– przygotowania rdzeni odwzorowujących kształty wewnętrzne przedmiotu;
– wypełnienie formy ciekłym metalem;
– wyjęcie odlewu z formy, oczyszczenie i obróbka końcowa.

Z technicznego punktu widzenia odlew to każdy przedmiot wykonany za pomocą odlewu w konkretnej formie. W rzeczywistości określenie to zostało jednak zawężone wyłącznie do przedmiotów, które nie wymagają dalszej obróbki mechanicznej.
Należy również pamiętać, że odlew może różnić się od wzorca ze względu na – często niewielkie – zmiany w zakresie budowy wzorca. Ogólnie rzecz ujmując, im bardziej skomplikowany kształt przedmiotu, tym większy stopień trudności w zakresie wykonania odlewu. Najczęściej występującym problemem są tzw. podcięcia, czyli wgłębienia lub występu utrudniające oddziele nie formy od odlewu po jego zastygnięciu.
Formy służące do wykonania odlewu powinny być nieco większe niż produkt finalny. Kwestia ta jest bardzo ważna przede wszystkim ze względu na to, że odlewy podczas stygnięcia ulegają kurczeniu.

Metody wykonywania odlewów

Odlewy można wykonywać w formach jednorazowego lub wielokrotnego użytku. Poszczególne formy różnią się przede wszystkim materiałem, z którego zostały wykonane

A. Formy piaskowe

Odlewy wykonywane za pomocą form piaskowych to bardzo popularne i proste rozwiązania. Do wykonania odlewu za pomocą formy piaskowej niezbędny jest model przedmiotu z uwzględnieniem skurczu odlewniczego i pochylenia ścian pionowych, skrzynki formierskie służące do formowania poszczególnych części modelu, masa formierska, układ wlewowy i przelewowy odwzorowujące wewnętrzne kanały formy, którymi płynie metal oraz narzędzia niezbędne do zagęszczania, ubijania i kształtowania formy.
W pierwszej kolejności należy wykonać wzorzec docelowego przedmiotu, może on być przygotowany z drewna lub metalu. Następnie wspomniany wzorzec zostaje umieszczony w skrzynce i obsypany piaskiem – piasek należy dokładnie ubić, ręcznie lub maszynowo.
Po wyjęciu wzorca w ubitym piasku powstaje wnęka, która umożliwia wykonanie określonego odlewu. Nadmiar metalu, który pojawia się podczas wykonywania odlewu, należy usunąć mechanicznie.
Odlewanie z wykorzystaniem form piaskowych nie jest niestety metodą precyzyjną, powierzchnia odlewu jest chropowata, a proces wykonania odlewu bardzo czasochłonny.

B. Formy wirujące

W formach wirujących można wykonać odlewanie odśrodkowe, półodśrodkowe oraz odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym.

C.Kokila

Kokila to dwuczęściowa forma metalowa, wykonana z żeliwa sferoidalnego. Kokila jest mocowana w maszynie odlewniczej i za jej pomocą można wykonać nawet kilka tysięcy odlewów. Odlewy powstałe za pomocą tej metody wymagają obróbki skrawaniem.

D.Odlewanie pod ciśnieniem

Odlewanie pod ciśnieniem zawsze jest wykonywane w maszynie odlewniczej, w której znajdują się zamocowane części formy odlewniczej. Jakość odlewów uzyskiwanych za pomocą tej technologii jest bardzo wysoka i zazwyczaj nie wymaga obróbki skrawaniem. Technologia ta najczęściej znajduje zastosowanie w przypadku wyrobów z aluminium.
Istnieje odlewanie pod ciśnieniem z zimną i gorącą komorą tłokową.

E. Odlewanie skorupowe

Odlewy tego typu powstają w temperaturze ok. 300 st. Celsjusza, z wykorzystaniem mieszaniny piasku kwarcowego oraz żywicy fenolowo-formadechydowej. Utwardzanie odlewu następuje w temperaturze 600 st. Celsjusza.
W formie można wykonać wyłącznie jeden odlew, należy jednak podkreślić, że jakość odlewów jest bardzo wysoka.

F. Metoda traconego wosku

Nowoczesne rozwiązanie, za którego pomocą można wykonać precyzyjne odlewy o masie do kilku kilogramów. Metoda ta polega na wykonaniu odpowiedniej ilości modeli z woski oraz połączeniu ich z układem wlewnym, również wykonanym z wosku. Na przygotowany model nakładane są naprzemiennie warstwy masy ceramicznej i piasku kwarcowego, które tworzą skorupę. Po wytopieniu wosku ze skorupy powstaje forma odlewnicza.