Liatinové odlievanie je výrobný proces, pri ktorom sa roztavená zliatina železa – obsahujúca 2 – 4 % uhlíka a 1 – 3 % kremíka – naleje do dutiny formy, zvyčajne vyrobenej z piesku, a nechá sa stuhnúť do takmer konečného tvaru komponentu. Najbežnejšou metódou používanou na celom svete je liatie do piesku, ktoré predstavuje väčšinu celosvetovo vyrábaných liatinových dielov vďaka nízkym nákladom na nástroje a flexibilite pre malosériovú aj hromadnú výrobu. Tento proces sa uprednostňuje pri výrobe komponentov s komplexnou geometriou, dobrou opracovateľnosťou, vysokou pevnosťou v tlaku a vynikajúcim tlmením vibrácií – vlastnosti, vďaka ktorým je liatina materiálom voľby pre bloky motorov, potrubné armatúry, základne strojov a kryty čerpadiel.
Stručne povedané: odlievanie liatiny spája lacný, ľahko tvarovateľný materiál s všestranným procesom tvarovania, čo z neho robí jednu z najhospodárnejších ciest výroby odolných kovových komponentov vo veľkom meradle.
Odlievanie do piesku zostáva dominantnou technikou pri výrobe liatiny, pretože sa môže prispôsobiť jednoduchým aj veľmi zložitým geometriám dielov pri relatívne nízkych nákladoch. Proces sa riadi konzistentným sledom fáz.
Vzor - zvyčajne vyrobený z dreva, kovu alebo živice - sa vyrába v presnom tvare konečnej časti, ale mierne predimenzovaný, aby sa zohľadnilo zmršťovanie počas chladenia. Sivá liatina sa počas tuhnutia zvyčajne zmršťuje o 1,0–1,2 %. a táto tolerancia musí byť zabudovaná do rozmerov vzoru.
Piesok zmiešaný so spojivom (zvyčajne bentonitovou hlinkou alebo živicou) je naplnený okolo vzoru, aby sa vytvorila dutina formy. Pre diely s vnútornými dutinami, ako sú potrubné armatúry alebo bloky motora, sa pred uzavretím vyrobia samostatné pieskové jadrá, ktoré sa umiestnia do formy.
Železo sa taví v kupolovej peci alebo indukčnej peci pri teplotách medzi 1 350 °C a 1 450 °C , potom sa naleje do formy cez vtokový systém navrhnutý tak, aby reguloval prietok a minimalizoval turbulencie, čo pomáha znižovať zachytenie plynu a inklúzie.
Odliatok sa nechá stuhnúť a vychladnúť vo vnútri formy – čas chladenia závisí od hrúbky steny, pohybuje sa od menej ako hodiny pri tenkých výrezoch po niekoľko hodín pri ťažkých odliatkoch. Po ochladení sa piesková forma odlomí v procese nazývanom vytriasanie.
Brány, stúpačky a záblesky sú odstránené a povrch je vyčistený otryskaním. Obrábanie sa potom aplikuje na kritické rozmery a spojovacie povrchy, aby sa splnili konečné tolerancie.
Výber správnej triedy je jedným z najdôležitejších rozhodnutí pri projekte odlievania, pretože mechanické vlastnosti sa medzi typmi liatiny výrazne líšia.
Najpoužívanejší druh, vyznačujúci sa štruktúrou vločkového grafitu. Sivá liatina ponúka pevnosť v ťahu od 150 do 400 MPa v závislosti od triedy spolu s vynikajúcou opracovateľnosťou a tlmením vibrácií, vďaka čomu je ideálny pre základne a kryty strojov.
Obsahuje guľovité grafitové uzlíky namiesto vločiek, čo mu dáva výrazne vyššiu pevnosť v ťahu a predĺženie. Tvárna liatina triedy 65-45-12 poskytuje minimálnu pevnosť v ťahu 65 000 psi (450 MPa) s 12% predĺžením , vďaka čomu je vhodný pre tlakové potrubia, kľukové hriadele a ozubené kolesá.
Vyrába sa rýchlym chladením, ktoré potláča tvorbu grafitu, výsledkom čoho je tvrdá, krehká karbidová štruktúra. Jeho extrémna tvrdosť (zvyčajne 450 – 650 HB) ho robí vhodným pre aplikácie odolné voči opotrebovaniu, ako sú brúsne gule a vložky kalových čerpadiel, hoci je ťažké ho opracovať.
| stupňa | Pevnosť v ťahu | Typická aplikácia |
|---|---|---|
| Trieda šedej liatiny 30 | 210 MPa | Základy strojov, konzoly |
| Tvárna liatina 65-45-12 | 450 MPa | Potrubné armatúry, kľukové hriadele |
| Biele železo | 200 – 400 MPa | Opotrebenie vložiek, brúsnych médií |
Konzistentná kvalita pri odlievaní liatiny závisí od riadenia procesu tavenia a hotového výrobku. Renomované zlievarne používajú kombináciu nasledujúcich kontrol.
Spektrometre sa používajú na overenie obsahu uhlíka, kremíka, mangánu a stopových prvkov pred naliatím. Odchýlka iba 0,2 % uhlíkového ekvivalentu môže posunúť mechanické vlastnosti natoľko, že nespĺňajú špecifikácie , takže analýza taveniny v reálnom čase je štandardnou praxou v zlievarniach zameraných na kvalitu.
Bežné metódy zahŕňajú:
Vzorové kupóny odliate spolu s výrobnými dielmi sa testujú na pevnosť v ťahu, tvrdosť (zvyčajne testovaním podľa Brinella) a v prípade kritických komponentov na rázovú húževnatosť, čím sa zabezpečí, že každá dávka spĺňa špecifikované požiadavky na kvalitu.
Súradnicové meracie stroje (CMM) alebo 3D skenovanie overujú, že kritické rozmery spadajú do tolerancie, zvyčajne v rámci ±0,5 mm až ±1,5 mm v závislosti od veľkosti dielu a spôsobu odlievania podľa noriem, ako je ISO 8062.
Pochopenie typických chýb pomáha kupujúcim a inžinierom včas identifikovať problémy s kvalitou a spolupracovať so zlievarňami na náprave základných príčin.
Pri hodnotení zlievarne na odlievanie liatiny by sa kupujúci mali pozerať nad rámec ceny a posúdiť spôsobilosť procesu a certifikáciu.
Zlievárne s dokumentovanou kontrolou procesu zvyčajne uvádzajú mieru šrotu pod 5 % v porovnaní s 10–15 % alebo viac v zariadeniach bez prísnych systémov kvality – rozdiel, ktorý priamo ovplyvňuje náklady aj spoľahlivosť dodávok.
Odlievanie liatiny, najmä liatím do piesku, zostáva jednou z nákladovo najefektívnejších a najuniverzálnejších metód výroby odolných kovových komponentov v rôznych odvetviach. Úspech závisí od výberu vhodnej triedy pre danú aplikáciu, po kontrolovanom procese odlievania do piesku a aplikovaní prísnej kontroly kvality v každej fáze – od chémie taveniny až po finálnu rozmerovú kontrolu. Kupujúci, ktorí rozumejú týmto základom, sú lepšie vybavení na správnu špecifikáciu dielov a výber zlievárenských partnerov schopných dodávať konzistentné odliatky bez chýb.
