The litinový odlitek proces přeměňuje roztavené železo na hotovou součást prostřednictvím šesti základních fází: výroba vzorů, příprava forem, tavení, lití, tuhnutí a chlazení a dokončovací operace . Železo se typicky taví v kuplovně nebo indukční peci při teplotách mezi 1 350 °C a 1 450 °C , pak nalit do pískové nebo trvalé formy dutiny tvarované vzorem. Poté, co kov ztuhne a ochladí - proces, který může trvat odkudkoli 20 minut až několik hodin v závislosti na tloušťce součásti – odlitek je vyjmut, vyčištěn a opracován podle konečných specifikací. Níže uvedené sekce podrobně prozkoumají každou fázi spolu s kontrolními body kvality, které oddělují spolehlivý odlitek od vadného.
Každý odlitek začíná vzorem – replikou konečného dílu, ale mírně předimenzovaný, aby se zohlednilo smršťování kovu během chlazení. Litina se mezi nimi obvykle smršťuje 0,8 % a 1,2 % protože tuhne a ochlazuje se na pokojovou teplotu, tvůrci vzorů zabudují tuto přídavek přímo do rozměrů vzoru.
Vzory jsou běžně vyráběny ze dřeva, hliníku nebo plastu, v závislosti na objemu výroby. Dřevomodely jsou nákladově efektivní pro prototypy nebo maloobjemové běhy, ale zhruba se opotřebují 50-100 cyklů formy . Hliníkové nebo ocelové vzory, i když jsou předem dražší, vydrží desítky tisíc cyklů a jsou standardem pro velkosériovou výrobu.
Pokud součást vyžaduje vnitřní dutiny nebo duté profily, jsou vyrobeny samostatné jádrové boxy pro výrobu pískových jader. Tato jádra se vkládají do dutiny formy před litím a jsou obvykle vyrobena z písku spojeného pryskyřicí, aby vydržela teplo a tlak roztaveného kovu, aniž by se zhroutila.
Jakmile je vzor připraven, použije se k vytvoření dutiny formy, která bude tvarovat roztavené železo. Způsob přípravy formy významně ovlivňuje povrchovou úpravu, rozměrovou přesnost a výrobní náklady.
Nejrozšířenější metoda pro litinu, lití do písku, nabalí směs písku, jílu a vody (nebo písku pojeného pryskyřicí) kolem vzoru, aby vytvořila dvoudílnou formu, známou jako horní a dolní část. Tato metoda je ekonomická a flexibilní jak pro malé série, tak pro velké díly, i když obvykle vytváří hrubší povrchovou úpravu 125-250 mikropalců Ra .
Lisování skořepin používá písek potažený pryskyřicí zahřátý proti kovovému vzoru k vytvoření tenké, tuhé skořepiny. To poskytuje výrazně lepší povrchovou úpravu a užší rozměrové tolerance než tradiční lití do písku, takže je vhodné pro menší, přesné součásti.
Pro velkoobjemovou výrobu jednodušších geometrií mohou znovu použitelné kovové formy zcela nahradit pískové formy. Trvalé formy mohou vyrábět tisíce dílů před výměnou a poskytují vynikající kvalitu povrchu, ačkoli vyšší náklady na nástroje činí tuto metodu méně ekonomickou pro maloobjemové nebo složité tvarované díly.
Zatímco se forma připravuje, suroviny – surové železo, ocelový šrot a přísady bohaté na uhlík – se taví v peci, aby se vyrobilo roztavené železo s požadovaným chemickým složením.
Kuplovny, které spalují koks vedle kovové vsázky, zůstávají běžné v tradičních slévárnách díky své schopnosti kontinuálního tavení a nižším provozním nákladům. Indukční pece naproti tomu nabízejí přesnější kontrolu teploty a chemie a produkují nižší emise, díky čemuž jsou v moderních slévárnách stále oblíbenější i přes vyšší náklady na elektřinu.
Vlastnosti litiny silně závisí na obsahu uhlíku a křemíku. Šedá železo obvykle obsahuje 3,0-3,6 % uhlíku a 1,8-2,8 % křemíku , zatímco tvárná litina vyžaduje dodatečné ošetření hořčíkem — obvykle 0,03-0,06 % zbytkového hořčíku —vytvořit strukturu kulovitého grafitu, která mu dává lepší tažnost než šedá litina.
Jakmile žehlička dosáhne správné teploty a chemického složení, je přenesena do pánve a nalita do připravené formy přes vtokový systém navržený tak, aby řídil průtok a minimalizoval turbulence.
Vtokový systém – skládající se z licí nádrže, vtokového kanálu, žlabů a vtoků – směruje roztavený kov do dutiny a zároveň minimalizuje zachycování vzduchu a turbulence, které mohou způsobit defekty poréznosti v hotovém odlitku. Jsou také začleněny nálitky, které přivádějí další roztavený kov do dutiny, protože se odlitek smršťuje během tuhnutí, čímž se zabrání vzniku dutin.
Příliš pomalé lití riskuje předčasné ztuhnutí, než se forma zcela naplní, což má za následek neúplné odlitky známé jako „studené uzávěry“. Příliš rychlé nalévání zvyšuje turbulenci a zachycování plynu. Slévárny se obvykle zaměřují na teploty lití kolem 1300-1400 °C pro šedou litinu, upravená na základě tloušťky součásti a složitosti formy.
Po nalití začne roztavené železo tuhnout od stěn formy dovnitř. Rychlost ochlazování přímo ovlivňuje mikrostrukturu a mechanické vlastnosti odlitku, což činí tuto fázi kritickou pro kvalitu konečného dílu.
| Rychlost chlazení | Výsledná struktura | Typický efekt |
|---|---|---|
| Pomalé chlazení | Hrubé grafitové vločky | Nižší pevnost, lepší obrobitelnost |
| Mírné chlazení | Jemná, jednotná grafitová struktura | Vyvážená pevnost a obrobitelnost |
| Rychlé chlazení | Struktura bílého železa (bohatá na karbid). | Vysoká tvrdost, křehkost, špatná obrobitelnost |
Tloušťka stěny hraje hlavní roli v době chlazení. Casting s tloušťka stěny 25 mm může zcela ztuhnout během 30-45 minut, zatímco u silnějších částí přesahujících 100 mm může úplné vychladnutí trvat několik hodin. Nerovnoměrná tloušťka stěny na jedné části může způsobit rozdílné rychlosti ochlazování, což vede k vnitřnímu pnutí nebo deformaci, pokud není náležitě řízeno konstrukcí formy.
Po ztuhnutí a ochlazení na bezpečnou manipulační teplotu se odlitek vyjme z formy a podstoupí několik dokončovacích operací, než je připraven k použití.
Při lití do písku se forma rozbije – obvykle pomocí vibračního vytřásacího zařízení – aby se odlitek uvolnil od okolního písku. Regenerovaný písek se často prosévá a znovu používá, přičemž moderní slévárny se zotavují 90 % nebo více písku pro následné formy.
Vrata, vodicí lišty a nálitky – přebytečný kov z vtokového systému – se odřezávají pomocí pásových pil, abrazivních řezacích kotoučů nebo plazmového řezání v závislosti na tloušťce sekce a objemu výroby.
Tryskání nebo pískování odstraňuje zbytkový písek, okuje a povrchovou oxidaci a připravuje odlitek ke kontrole a opracování. Tento krok také zlepšuje rovnoměrnost povrchu před jakýmkoli procesem nanášení nebo lakování.
Většina odlitků vyžaduje sekundární obrábění k dosažení konečných rozměrových tolerancí na kritických površích, jako jsou lícující plochy nebo průměry otvorů. Tam, kde jsou zapotřebí vylepšené vlastnosti, tepelné zpracování jako žíhání, normalizace nebo temperování lze použít ke zmírnění vnitřního pnutí nebo k dosažení specifických cílů tvrdosti a pevnosti.
Kontrolní body kontroly kvality jsou integrovány do celého procesu odlévání a nejsou aplikovány pouze na konci, protože vady zavedené dříve často nelze později opravit.
Pochopení běžných vad pomáhá slévárnám i kupujícím rozpoznat, kde v procesu obvykle vznikají problémy s kvalitou.
| Defekt | Společná příčina | Metoda prevence |
|---|---|---|
| Pórovitost | Zachycený plyn během lití | Vylepšený design vtoku, odplynění |
| Smršťovací dutina | Nedostatečné napájení stoupačky | Správné dimenzování a umístění stoupaček |
| Studený uzávěr | Kov tuhne před plněním formy | Vyšší teplota nalévání, rychlejší plnění |
| Začlenění písku | Eroze plísní při lití | Vylepšená pevnost písku, ovládání vtoků |
Proces odlévání litiny je sledem vzájemně závislých fází, kde rozhodnutí učiněná během návrhu modelu a přípravy formy přímo ovlivňují výsledky při lití, tuhnutí a konečné úpravě. Dobře řízený proces – od přesných přídavků na smrštění po přesné chemické složení a řízení rychlosti chlazení – produkuje odlitky s konzistentními mechanickými vlastnostmi a minimálními defekty. Pro inženýry a nákupčí, kteří hodnotí partnera ve slévárně, pochopení těchto šesti fází poskytuje praktický rámec pro hodnocení způsobilosti procesu a identifikaci míst, kde se s největší pravděpodobností objeví rizika kvality.
