Co to jest odlewnia aluminium?

Kto korzysta z usług odlewni? Jak przebiega proces odlewania?

Na wszystkie te pytania postaramy się odpowiedzieć w tym artykule. Na początek może dowiedzmy się co to jest odlewnia aluminium i kto potrzebuje odlewów z aluminium?

Odlewanie to proces którego celem jest uzyskanie elementów o danym kształcie z aluminium (lub innego metalu). Dopiero po odlaniu zaczyna się proces obróbki po którym powstaje piękny, precyzyjny element. Odlewanie to znana od wieków i popularna technologia. W odlewnictwie używa się różnych materiałów, my skupmy się na odlewaniu z stopów aluminium.

Odlewnictwo to szeroka gałąź przemysłu (i sztuki), która bardzo istotnie wpływa na niski koszt wytworzenia ostatecznego produktu.

Odlewnie aluminium wytwarzają zarówno elementy proste jak i o bardzo zaawansowanych kształtach. Proces obróbki odlewu gwarantuje wysoką dokładność, więc efekty są naprawdę zadowalające.

 

Kto korzysta z usług odlewni aluminium?

Tak naprawdę każdy z nas… Wszyscy mamy w swoim otoczeniu produkty z odlewami aluminiowymi. Od samochodu począwszy, przez smartfony, urządzenia AGD, stolarkę aluminiową, sztukę (odlewy artystyczne) aż do produktów o których istnieniu często nie wiemy. Np. elementy w energetyce, medycynie, lotnictwie, kolejnictwie i wielu, wielu innych branżach! Dosłownie wszędzie są odlewy z aluminium.

Głównym odbiorcą produkcji odlewni jest jednak przemysł.

 

Jak przebiega proces odlewania?

Pierwsze jest wykonanie projektu, co dziś odbywa się cyfrowo. Nowoczesne odlewnie dysponują bardzo zaawansowanym technologicznie sprzętem i oprogramowaniem.

Po wykonaniu projektu cyfrowego powstaje model odlewniczy (np. z użyciem drukarek 3D), Następnie powstają elementy formy odlewniczej, następnie rdzenie odlewu, które kształtują wewnętrzne powierzchnie odlewanego przedmiotu. Powyższe działania wymagają od ludzi niezwykłej staranności i wiedzy, pośpiech na tym etapie „nie wchodzi w grę”.

Kolejny etap to złożenie formy i zalanie jej stopem ciekłego aluminium. Po wyjęciu odlewu z formy, czyścimy go. Następnie podlega on całemu cyklowi czynności związanych z obróbką. Ale to już kolejny bardzo zróżnicowany etap.

Co powinna zapewnić klientom profesjonalna odlewnia aluminium?

 

Jakie wyróżniamy typy odlewni aluminium (i innych metali)

Odlewnia piaskowa

Odlewanie piaskowe aluminium to najpopularniejsza metoda ze względu na uniwersalność i niskie koszty wytwarzania.

Odlewnia piaskowa (chyba najpopularniejsza) ma zastosowanie przy produkcji nisko i średnio-nakładowej. Proces polega na wykonywaniu pojedynczych form z dobranego do typu wyrobu mieszaniny piasku kwarcowego i spoiwa i zalaniu ich ciekłym i odpowiednio przygotowanym fizyko-chemicznie aluminium. Generalnie nieodłącznym elementem formy piaskowej jest rdzeń odlewniczy o którym już wspominaliśmy. Rdzeń tworzy wewnętrzny kształt odlewanego produktu.

Odlewy z odlewni piaskowej poddawane są dalszej obróbce mechanicznej dla uzyskania finalnego kształtu.

 

Odlewnia kokilowa

Odlewanie kokilowe stosuje się do produkcji wysokonakładowej – dłuższe serie.

Odlewanie kokilowe gwarantuje wysoką jakość odlewu i powtarzalność wymiarową.

W zależności od rodzaju i przeznaczenia danej odlewni aluminium wykonuje się odlewy kokilowe aluminiowe w różnych wielkościach które determinuje wielkość formy trwałej - kokili.

Tu wszystko zależy od klasy odlewni. Przy odlewach wielkoseryjnych formy zalewane są automatycznie. Krótkie serie można zalewać ręcznie. Z powodu wielkiej precyzji odlewanie do kokil wymaga sprawdzenia temperatury formy oraz metalu za każdym razem. Prędkość z jaka odbywa się zalanie także jest istotnym elementem.

Tak, nie jest to łatwy proces…

Ludzie którzy zajmują się tym zawodowo, potrzebują doświadczenia i świadomego kontrolowania tego co robią. M.in.. dlatego wśród odlewników jest tak wielu pasjonatów. Ale kto był choć kilka dni „na odlewni” wie o czym mowa :D

 

Odlewnia niskociśnieniowa – wielkie serie odlewów

Czyli maszyny używane w produkcji wielkoseryjnej np. dla branży motoryzacyjnej. Stosuje się je też przy odlewach ze skomplikowanymi rdzeniami piaskowymi lub metalowymi. Ten typ odlewania to metoda wymagająca bardzo nowoczesnych i bardzo, bardzo wydajnych urządzeń. Najnowocześniejsze odlewnie na świecie posiadają odlewnie niskociśnieniowe o unikalnych na runku parametrach lania i wielkości form.

 

Zalewanie formy piaskowej

Formy odlewnicze bez nich nie ma odlewu…

Kluczowym procesem w każdej odlewni jest przygotowanie formy odlewniczej. W „dobrej” odlewni aluminium, forma przygotowywana jest od podstaw. Odpowiedni dział (czasem nazywany konstrukcyjnym lub projektowym), używając zaawansowanego software’u, projektuje formę. Następnie forma jest wykonywana (np. w technologii CNC), to jest zadanie działu obróbki mechanicznej.

Formy wykonywane są do każdej partii odlewów – z żeliwa lub stali konstrukcyjnej. Można stosować rdzenie metalowe zintegrowane z formą lub rdzenie utwardzane. Odlewanie w kokilach umożliwia uzyskanie wyżej jakości powierzchniowej odlewów i jest to wydajniejszy i szybszy proces niż odlewanie piaskowe.

 

Aluminium z którego powstaje odlew

Odlewnie aluminium przetapiają i wykorzystują aluminium certyfikowane, kupowane na światowych rynkach od hut aluminium w postaci tzw. gąsek. Mamy na świecie kilku „ogromnych graczy”. Rynek aluminium to „giełda” ceny aluminium spadają i rosną (w dużych odlewniach są działy zakupów które stale sprawdzają ceny rynkowe). Dobranie stopu aluminium aby wykonać zlecenie klienta jest oparte o pomiary i badania technologów. Wsad który trafia do form odlewniczych musi mieć skład zgodny z wymogami klienta. W tym celu dozowane są dodatki stopowe do wstępnie przygotowanego stopu aluminium dla uzyskania konkretnych oczekiwań zamawiającego. Jakość ciekłego materiału poprawia się także poprzez rafinację.

A co ze złomem aluminiowym?

No właśnie? Odlewnie przetapiają czasem złom aluminiowy, ale uwaga! Nie jest to stała praktyka. Najczęściej aby zachować jakość, stosuje się złom własny (aby wypełniać braki czy układy wlewowe). Złom musi być bardzo precyzyjnie wyselekcjonowany aby nie odbiegał składem od materiału pierwotnego potrzebnego do wykonania danego odlewu.

 

Topienie aluminium

 

Model odlewu i prototyp…

Projektowanie i wykonanie form do odlewania kokilowego

Odlewnie aluminium projektują i wykonują formy odlewnicze do odlewania kokilowego (małe odlewnie zlecają wykonanie form). Na podstawie zapytania ofertowego, szkicu, podobnego odlewu konstruktorzy, opracowują koncepcję i zarys formy, która po uzgodnieniach zostaje wykonana i można rozpocząć produkcję instalując formę w maszynie odlewniczej. Wykonanie formy odbywa się z użyciem maszyn CNC, tu precyzja jest podstawą…

 

Model i formy do odlewu aluminiowego w odlewniach piaskowych

Oczywiste dla każdego jest, że jakość modelu wpływa na dokładność odlewu. W odlewniach piaskowych wykonuje się modele odlewnicze z różnych materiałów. Może to być np. stal, drewno, żywica, to z czego jest wykonany model zależy głównie od długości serii do której ma być użyty. Dodatkowo przygotowuje się zestaw przyrządów umożliwiających nadanie masie formierskiej wymaganego kształtu wnęki formy, wykonanie rdzeni i prawidłowe złożenie poszczególnych elementów formy odlewniczej.

 

Obróbka Mechaniczna odlewów z aluminium

Dobra odlewnia aluminium ma swój dział mechaniczny w którym obrabiane są wyprodukowane odlewy. Obróbka mechaniczna to np. wiercenie otworów, frezowanie i szlifowanie płaszczyzn, toczenie, przeciąganie czy cięcie. Większość procesów odbywa się na maszynach CNC. Największe i najnowocześniejsze odlewnie oferują dodatkową usługę, montują dla klientów elementy odlane w gotowy podzespół. Wiele dużych firm np. z branży kolejowej, energetycznej czy motoryzacyjnej bardzo chętnie korzysta z tego typu usługi. To bardzo przyspiesza ich proces produkcyjny i obniża koszty. Ale podkreślmy to, niewiele jest tak kompleksowo działających odlewni na świecie…

 

Dział badań i obróbki cieplnej w odlewniach aluminium

Wyobraźmy sobie lecący samolot pasażerski, 200 osób na pokładzie i w konstrukcji samolotu dziesiątki lub setki odlewów z aluminium. Nie pęknie? Nie wygnie się? Nie zrobi bum? W pociągu czy aucie jadącym 100km/h czy 200 tez lepiej aby wszystko było ok!

Aby być pewnym odlewnie robią bardzo szczegółowe badania na wielu etapach produkcji. Są to różne badania, np. skład chemiczny, twardość, szczelności i wytrzymałości mechaniczna czy też badanie na ciągłość materiału w strukturze zewnętrznej i wewnętrznej. Kontrola odlewów jest bardzo drobiazgowa wykonywana przez wykfalifikowany personel, normy które spełniają odlewy np. dla lotnictwa, kolei czy energetyki to zazwyczaj normy światowe, bardzo wysokie!

Obróbka powierzchniowa odlewu

Po odlaniu pierwszym procesem jest odcinanie układów wlewowych (miejsc przez które do formy wlewane jest ciekłe aluminium) i nadlewów powstających w trakcie wypełniania formy. Mimo, że to tzw. proces zgrubny, osoba która go dokonuje musi uważać, łatwo tu o uszkodzenie.

Następnym etapem jest zazwyczaj szlifowanie, ręczne lub automatyczne. Ręczne wymaga dużego doświadczenia pracowników, muszą oni wiedzieć jakich narzędzi użyć aby uzyskać jakość i wydajność. Warto tu podkreślić, że nic na dziś nie wskazuje, żeby w odlewnictwie zrezygnować z pracy ludzkich rąk. Automatyczne szlifowanie często odbywa się wraz z polerowaniem i wykonują je zaawansowane maszyny, często roboty. Tak… roboty pracują w działach obróbki mechanicznej w nowoczesnych odlewniach.

W procesie obróbki odlewu wykonuje się bardzo różne czynności, wiele z nich jest dodatkową usługą na którą klient ma lub nie ma zapotrzebowania. Może to być np. miedziowanie odlewu albo spawanie…

Ponieważ odlewnia aluminium (i każda inna) jest tak naprawdę firmą usługową (jak np. fryzjer czy warsztat samochodowy) na życzenie klienta może wykonywać bardzo różne działania w związku z produkcją i wykończeniem odlewu. Są to bardzo często działania poufne, lub nawet ściśle tajne, przecież duże odlewnie produkują dla wojska, czy np. produkty objęte patentami.

I na koniec o obróbce cieplnej w odlewnictwie

Obróbka cieplna to nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie do ustalonych temperatur, z określoną szybkością, jak przy pieczeniu ciast :D . Dzięki obróbce cieplnej możliwa jest poprawa właściwości mechanicznych stopu aluminium w stanie stałym.

Obróbka cieplna wpływa na zmianę właściwości plastycznych i mechanicznych odlewu przez wytworzenie innej struktury metalu. Znamy kilka rodzajów obróbki cieplnej, tradycyjną, chemiczną, mechaniczną.

 

Autor: Thoni Alutec