The odlievanie liatiny proces transformuje roztavené železo na hotový komponent prostredníctvom šiestich základných fáz: výroba vzorov, príprava foriem, tavenie, liatie, tuhnutie a chladenie a dokončovacie operácie . Železo sa typicky taví v kupolovej peci alebo indukčnej peci pri teplotách medzi 1 350 °C a 1 450 °C , potom sa naleje do pieskovej alebo trvalej dutiny formy vytvarovanej podľa vzoru. Potom, čo kov stuhne a ochladí - proces, ktorý môže trvať odkiaľkoľvek 20 minút až niekoľko hodín v závislosti od hrúbky dielu – odliatok sa vyberie, vyčistí a opracuje podľa konečných špecifikácií. Nasledujúce časti podrobne prechádzajú každou fázou spolu s kontrolnými bodmi kvality, ktoré oddeľujú spoľahlivý odliatok od chybného.
Každý odliatok začína vzorom - replikou konečnej časti, ale mierne predimenzovaný, aby sa zohľadnilo zmršťovanie kovu počas chladenia. Liatina sa medzi nimi zvyčajne zmršťuje 0,8 % a 1,2 % keďže tuhne a ochladzuje sa na izbovú teplotu, tvorcovia vzorov zabudujú túto prídavok priamo do rozmerov vzoru.
Vzory sa bežne vyrábajú z dreva, hliníka alebo plastu, v závislosti od objemu výroby. Drevené vzory sú nákladovo efektívne pre prototypy alebo nízkoobjemové prevádzky, ale po hrubom opotrebovaní 50-100 cyklov formy . Hliníkové alebo oceľové vzory, hoci sú vopred drahšie, vydržia desiatky tisíc cyklov a sú štandardom pre veľkosériovú výrobu.
Ak súčiastka vyžaduje vnútorné dutiny alebo duté profily, na výrobu pieskových jadier sa vybudujú samostatné jadrové boxy. Tieto jadrá sa vkladajú do dutiny formy pred liatím a sú zvyčajne vyrobené z piesku spojeného živicou, aby odolali teplu a tlaku roztaveného kovu bez toho, aby sa zrútili.
Keď je vzor pripravený, použije sa na vytvorenie dutiny formy, ktorá bude tvarovať roztavené železo. Spôsob prípravy formy výrazne ovplyvňuje povrchovú úpravu, rozmerovú presnosť a výrobné náklady.
Najpoužívanejšia metóda pre liatinu, pieskové odlievanie, nabaľuje okolo vzoru zmes piesku, hliny a vody (alebo piesku viazaného živicou), aby sa vytvorila dvojdielna forma, známa ako vrchná časť a ťah. Táto metóda je ekonomická a flexibilná pre malé série aj veľké diely, hoci zvyčajne vytvára hrubšiu povrchovú úpravu 125-250 mikropalcov Ra .
Lisovanie škrupín využíva piesok potiahnutý živicou zahriaty proti kovovému vzoru na vytvorenie tenkej, pevnej škrupiny. To vytvára výrazne lepšiu povrchovú úpravu a užšie rozmerové tolerancie ako tradičné liatie do piesku, vďaka čomu je vhodný pre menšie, presné komponenty.
Pre veľkoobjemovú výrobu jednoduchších geometrií môžu opätovne použiteľné kovové formy úplne nahradiť pieskové formy. Trvalé formy môžu produkovať tisíce dielov pred výmenou a poskytujú vynikajúcu povrchovú úpravu, aj keď vyššie náklady na nástroje robia túto metódu menej ekonomickou pre diely s malým objemom alebo zložité tvary.
Kým sa forma pripravuje, suroviny – surové železo, oceľový šrot a prísady bohaté na uhlík – sa tavia v peci, aby sa vyrobilo roztavené železo s požadovaným chemickým zložením.
Kupolové pece, ktoré spaľujú koks popri kovovej vsádzke, zostávajú bežné v tradičných zlievarňach vďaka ich schopnosti kontinuálneho tavenia a nižším prevádzkovým nákladom. Indukčné pece, naopak, ponúkajú presnejšiu reguláciu teploty a chémie a produkujú nižšie emisie, vďaka čomu sú v moderných zlievarniach stále populárnejšie napriek vyšším nákladom na elektrickú energiu.
Vlastnosti liatiny do značnej miery závisia od obsahu uhlíka a kremíka. Sivá železo zvyčajne obsahuje 3,0-3,6% uhlíka a 1,8-2,8% kremíka , zatiaľ čo tvárna liatina vyžaduje dodatočnú úpravu horčíkom – zvyčajne 0,03-0,06% zvyškového horčíka — na vytvorenie guľôčkovej grafitovej štruktúry, ktorá mu dáva lepšiu ťažnosť v porovnaní so sivou liatinou.
Keď žehlička dosiahne správnu teplotu a chémiu, prenesie sa do naberačky a naleje do pripravenej formy cez vtokový systém navrhnutý tak, aby kontroloval prietok a minimalizoval turbulencie.
Vtokový systém – pozostávajúci z nalievacej nádrže, vtokového kanála, žľabov a vrát – smeruje roztavený kov do dutiny a zároveň minimalizuje zachytenie vzduchu a turbulencie, ktoré môžu spôsobiť defekty pórovitosti hotového odliatku. Sú tiež začlenené stúpačky na privádzanie ďalšieho roztaveného kovu do dutiny, keď sa odliatok zmršťuje počas tuhnutia, čím sa bráni vzniku zmršťovacích dutín.
Príliš pomalé nalievanie riskuje predčasné stuhnutie skôr, ako sa forma úplne naplní, čo má za následok neúplné odliatky známe ako „studené uzávery“. Príliš rýchle nalievanie zvyšuje turbulenciu a zachytávanie plynov. Zlievárne sa zvyčajne zameriavajú na teploty odlievania okolo 1 300 až 1 400 °C pre šedú liatinu, upravená na základe hrúbky dielu a zložitosti formy.
Po naliatí začne roztavené železo tuhnúť od stien formy smerom dovnútra. Rýchlosť ochladzovania priamo ovplyvňuje mikroštruktúru odliatku a mechanické vlastnosti, vďaka čomu je táto fáza rozhodujúca pre kvalitu finálneho dielu.
| Rýchlosť chladenia | Výsledná štruktúra | Typický efekt |
|---|---|---|
| Pomalé chladenie | Hrubé grafitové vločky | Nižšia pevnosť, lepšia opracovateľnosť |
| Mierne chladenie | Jemná, jednotná grafitová štruktúra | Vyvážená pevnosť a opracovateľnosť |
| Rýchle chladenie | Štruktúra bieleho železa (bohatá na karbid). | Vysoká tvrdosť, krehkosť, zlá opracovateľnosť |
Hrúbka steny hrá hlavnú úlohu v čase chladenia. Casting s Hrúbka steny 25 mm môže úplne stuhnúť v priebehu 30-45 minút, zatiaľ čo pri hrubších častiach presahujúcich 100 mm môže úplné vychladnutie trvať niekoľko hodín. Nerovnomerná hrúbka steny naprieč jednotlivou časťou môže spôsobiť rozdielne rýchlosti chladenia, čo vedie k vnútornému namáhaniu alebo deformácii, ak nie je správne riadené dizajnom formy.
Po stuhnutí a ochladení na bezpečnú manipulačnú teplotu sa odliatok vyberie z formy a pred tým, než je pripravený na použitie, prechádza niekoľkými dokončovacími operáciami.
Pri odlievaní do piesku sa forma rozbije - zvyčajne pomocou vibračného vytriasacieho zariadenia - aby sa odliatok uvoľnil od okolitého piesku. Regenerovaný piesok sa často preosieva a znovu používa, pričom moderné zlievarne sa zotavujú 90 % alebo viac piesku pre následné formy.
Brány, vodiace lišty a stúpačky – prebytočný kov z vtokového systému – sa odrežú pomocou pásových píl, abrazívnych rezacích kotúčov alebo plazmového rezania v závislosti od hrúbky sekcie a objemu výroby.
Otryskávanie alebo pieskovanie odstraňuje zvyškový piesok, vodný kameň a povrchovú oxidáciu a pripravuje odliatok na kontrolu a opracovanie. Tento krok tiež zlepšuje rovnomernosť povrchu pred akýmkoľvek procesom nanášania alebo lakovania.
Väčšina odliatkov vyžaduje sekundárne opracovanie, aby sa dosiahli konečné rozmerové tolerancie na kritických povrchoch, ako sú lícujúce plochy alebo priemery otvorov. Tam, kde sú potrebné zlepšené vlastnosti, tepelné spracovanie ako žíhaním, normalizáciou alebo austemperovaním možno použiť na zmiernenie vnútorného napätia alebo na dosiahnutie špecifických cieľov tvrdosti a pevnosti.
Kontrolné body kontroly kvality sú integrované do celého procesu odlievania a nie sú aplikované až na konci, pretože chyby zavedené skôr nie je možné neskôr opraviť.
Pochopenie bežných chýb pomáha zlievarňam a kupujúcim rozpoznať, kde v procese zvyčajne vznikajú problémy s kvalitou.
| Defekt | Bežná príčina | Metóda prevencie |
|---|---|---|
| Pórovitosť | Zachytený plyn počas nalievania | Vylepšený dizajn vtoku, odplynenie |
| Zmršťovacia dutina | Nedostatočné kŕmenie stúpačky | Správne dimenzovanie a umiestnenie stúpačky |
| Studený uzáver | Tuhnutie kovu pred naplnením formy | Vyššia teplota nalievania, rýchlejšie plnenie |
| Zahrnutie piesku | Erózia plesní počas liatia | Vylepšená pevnosť piesku, kontrola vtokov |
Proces odlievania liatiny je sekvencia vzájomne závislých etáp, kde rozhodnutia prijaté počas návrhu modelu a prípravy formy priamo ovplyvňujú výsledky pri liatí, tuhnutí a konečnej úprave. Dobre kontrolovaný proces – od presných prídavkov na zmršťovanie až po presné chemické zloženie a riadenie rýchlosti chladenia – produkuje odliatky s konzistentnými mechanickými vlastnosťami a minimálnymi chybami. Pre inžinierov a nákupcov, ktorí hodnotia partnera v zlievarni, pochopenie týchto šiestich etáp poskytuje praktický rámec na hodnotenie spôsobilosti procesu a identifikáciu, kde sa s najväčšou pravdepodobnosťou objavia riziká kvality.
