Jakie są najważniejsze etapy procesu odlewania aluminium?
Odlewanie aluminium polega na wlaniu ciekłego stopu aluminium do formy, w której metal krzepnie i przyjmuje kształt gotowej części. Proces składa się z kilku etapów: przygotowania i topienia stopu, wykonania formy, zalewania, wyjęcia i czyszczenia odlewu, obróbki oraz kontroli jakości. Poniżej opisujemy każdy z nich, a przy wybranych etapach – to, jak pracujemy w naszej odlewni.
1. Przygotowanie materiału
Wybór i przygotowanie stopu
Pierwszym krokiem jest wybór stopu aluminium, który spełni wymagania techniczne i mechaniczne części. Odlewnicze stopy aluminium zawierają dodatki stopowe – przede wszystkim krzem, a także magnez i miedź – które poprawiają lejność i wytrzymałość. Skład stopów na odlewy określa norma PN-EN 1706; odlewamy m.in. stopy EN AC-42000, 46200, 46500, 47100 i 51300. Wsadem są gąski (wlewki) gotowego stopu odlewniczego. Więcej o doborze materiału piszemy na stronie stopy odlewnicze aluminium.
Topienie aluminium i oczyszczanie stopu
Czyste aluminium topi się w temperaturze 660 °C, a odlewnicze stopy aluminium – niżej, bo krzem obniża temperaturę topnienia (stop eutektyczny AlSi12 krzepnie w ok. 577 °C). Do zalewania form metal przegrzewa się zwykle do ok. 680–760 °C, a w odlewaniu ciśnieniowym – nieco mniej. W naszej odlewni wsad topimy w elektrycznych piecach odlewniczych z cyfrową kontrolą wytopu, a ciekły metal rafinujemy – usuwamy z niego wodór i tlenki – oraz modyfikujemy, co poprawia strukturę i właściwości odlewu.
2. Tworzenie formy odlewniczej
Projektowanie formy
Formę projektuje się na podstawie rysunku lub modelu 3D części: wyznacza się płaszczyznę podziału, układ wlewowy i nadlewy, a do wymiarów dodaje naddatki na obróbkę i skurcz odlewniczy. Formy ciśnieniowe projektujemy w systemach CAD/CAM i sprawdzamy symulacją przepływu stopu.
Wykonanie formy
Materiał formy zależy od metody odlewania. Formę piaskową wykonuje się z masy formierskiej – piasku ze spoiwem – na podstawie modelu; po odlaniu formę rozbija się, aby wyjąć odlew. Model jest znacznie tańszy niż kokila, dlatego metoda sprawdza się przy prototypach, krótkich seriach i dużych odlewach. Kokila to trwała forma metalowa do wielokrotnego użytku, przeznaczona do powtarzalnych serii, a forma ciśnieniowa – forma ze stali narzędziowej do odlewania pod wysokim ciśnieniem. Modele, rdzennice i kokile wykonujemy we własnej modelarni (przy części projektów – z zaufanymi partnerami), a formy ciśnieniowe – we własnym dziale narzędziowym. Modele, rdzennice i kokile opisujemy na stronie modelowanie i prototypowanie.
3. Proces odlewania
Wlewanie metalu do formy
Ciekły metal wlewa się do formy przez układ wlewowy – spokojnie, bez przerw i w odpowiedniej temperaturze. Zbyt burzliwe zalewanie wprowadza do odlewu tlenki, a zbyt zimny metal nie wypełni cienkich ścianek. Do form piaskowych i kokil metal wlewa się grawitacyjnie, zwykle łyżką odlewniczą, a w odlewaniu ciśnieniowym maszyna wtłacza go do formy pod wysokim ciśnieniem.
Chłodzenie i krystalizacja
Po zalaniu metal krzepnie i stygnie. W metalowej kokili i formie ciśnieniowej ciepło jest odbierane szybciej niż w piasku, dlatego odlewy mają drobniejszą strukturę, a gładka powierzchnia formy daje gładszą powierzchnię odlewu. Krzepnięcie prowadzi się kierunkowo, tak aby nadlewy zasilały odlew ciekłym metalem w miarę jego skurczu – inaczej powstają jamy i porowatość skurczowa.
4. Wyjęcie odlewu z formy
Wybicie z formy lub otwarcie kokili
Formę piaskową rozbija się (wybija), gdy odlew dostatecznie ostygnie, a kokilę lub formę ciśnieniową otwiera się zaraz po zakrzepnięciu odlewu i wykorzystuje ponownie.
Czyszczenie odlewu
Od odlewu oddziela się układ wlewowy i nadlewy, usuwa resztki masy formierskiej i zalewki. Zależnie od wymagań powierzchnię odlewu piaskuje się, szlifuje lub poleruje.
5. Obróbka wykańczająca
Obróbka mechaniczna
Powierzchnie funkcyjne – otwory, gwinty, płaszczyzny przylgowe – zwykle obrabia się już po odlaniu: frezowaniem, toczeniem, wierceniem i gwintowaniem. Odlewy obrabiamy na maszynach CNC w tym samym zakładzie, a na życzenie malujemy proszkowo.
Obróbka cieplna
Część odlewów poddaje się obróbce cieplnej – np. wyżarzaniu, które usuwa naprężenia i stabilizuje wymiary, albo przesycaniu i starzeniu, które podnoszą wytrzymałość i twardość. Obróbkę cieplną wykonujemy na życzenie klienta; jej rodzaje opisujemy w tekście obróbka cieplna odlewów.
6. Kontrola jakości
Kontrola wizualna i wymiarowa
Odlewy ogląda się pod kątem wad powierzchniowych, takich jak pęknięcia, niedolewy czy porowatość, i mierzy, aby potwierdzić, że wymiary mieszczą się w tolerancjach z rysunku – często określonych według normy PN-EN ISO 8062-3.
Badania nieniszczące
W razie potrzeby wady wewnętrzne, takie jak pory gazowe czy jamy skurczowe, wykrywa się badaniami radiograficznymi, a nieciągłości wychodzące na powierzchnię – badaniami penetracyjnymi. Rodzaj i zakres badań oraz kryteria akceptacji ustala się z odbiorcą w warunkach technicznych odbioru odlewów.
Badania wytrzymałościowe
Na życzenie klienta wykonujemy badania wytrzymałościowe i analizę struktury materiału. Potwierdzają one, że odlew ma wymagane właściwości mechaniczne.
Podsumowanie
Odlewanie aluminium obejmuje przygotowanie i topienie stopu, wykonanie formy, zalewanie i krzepnięcie, wyjęcie i czyszczenie odlewu, obróbkę oraz kontrolę jakości – każdy z tych etapów wpływa na jakość gotowej części. W naszej odlewni odlewamy stopy aluminium w kokilach (od 0,1 do 50 kg), w formach piaskowych (od 1 do 100 kg) i ciśnieniowo (w seriach do 100 000 szt. rocznie), a odlewy obrabiamy i malujemy w tym samym zakładzie.
Zobacz też: najczęstsze błędy w odlewaniu piaskowym aluminium, stopy odlewnicze aluminium i ile kosztuje odlew aluminiowy.
Potrzebujesz odlewów z aluminium? Wyślij rysunek lub model 3D na odlewnia@adjatech.pl albo zadzwoń: +48 61 662 43 37 (pn–pt 8:30–16:30).
Zakres usług: oferta produkcyjna odlewni.