Forma chłodząca jest formą wielokrotnego użytku do nalewania metalu. Może być zdejmowany (składa się z dwóch części) lub nie (wstrząsnąć formą). Odlewanie ciśnieniowe ma wiele zalet w porównaniu z odlewaniem skorupowym, ale są też pewne wady, na przykład odlewanie żeliwa wymaga dodatkowej obróbki cieplnej.
Korzyści
Podczas formowania odlewu następuje intensywne przenoszenie ciepła od stopionego metalu do formy. Skutkuje to wyższą gęstością, lepszymi właściwościami mechanicznymi metalu, wyższą precyzją, lepszą strukturą i mniejszą chropowatością w porównaniu do odlewów piaskowych.
Proces odlewania formy różni się również tym, że forma metalowa (forma chłodząca) może być ponownie wykorzystana. Wykonany jest z materiału o dużej wytrzymałości, dzięki czemu powierzchnia robocza formy jest wykonywana dokładniej. Poprawia to jakość powierzchni odlewów, a dzięki wysokiej przewodności cieplnej formy odlewy szybko krzepną.
Kolejną zaletą odlewania ciśnieniowego nad formami piaskowymi jest to, że powstałe odlewy są mniej obrabiane mechanicznie, co zmniejsza zużycie materiałów do formowania.
Zdrowie i ekologia
Formowanie na zimno zwiększa wydajność pracy 2-3 razy, ponieważ wynika to z procesuczasochłonne operacje, takie jak przygotowanie mieszanki, czyszczenie i formowanie produktów są wykluczone. Ponieważ powierzchnia produkcyjna również się zmniejsza, koszty napraw i budowy nowych warsztatów stają się znacznie niższe.
Wiele niezdrowych operacji roboczych, takich jak wybijanie form, czyszczenie odlewów i odpryskiwanie, zostaje wyeliminowanych z procesu. Przyczynia się to nie tylko do poprawy warunków pracy, ale także do zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska.
Wady
Produkcja formy chłodzącej jest dość kosztowna ze względu na złożoność samego procesu. Jeśli w odlewach występują podcięcia, koszt formy wzrasta ze względu na konieczność komplikowania konstrukcji: stosuje się wkładki, piasek jednorazowy i pręty metalowe łamane.
Żywotność formy zależy od liczby dobrej jakości odlewów, które można w niej uzyskać. Stabilność kształtu decyduje o ekonomicznej opłacalności procesu, zwłaszcza w procesie odlewania stali i żeliwa. Wydłużenie żywotności form to jedno z głównych wyzwań technologicznych w tym obszarze produkcji.
Ze względu na szybkie chłodzenie i gęstnienie stopu trudno jest uzyskać długie, cienkościenne produkty podczas odlewania do formy. Powoduje to również, że żeliwo nabiera twardej, wybielonej warstwy. Kształt jest plastyczny, co może prowadzić do naprężeń i pęknięć w odlewach. Przy stosowaniu jednorazowych rdzeni piaskowych zmniejsza się dokładność odlewów, zwiększa się chropowatość powierzchni w miejscu kontaktu z rdzeniem.
Wysokiej jakości odlewy
Odlew i forma współdziałają z wysoką wydajnością. Odlew twardnieje i schładza się w formie piaskowej znacznie dłużej niż w formie, jednak podatność formy piaskowej jest zwykle lepsza, co sprawia, że proces produkcyjny przez odlewanie odlewów niepłynnych jest bardziej pracochłonny, a także nakłada ograniczenia na takie parametry takie jak wielkość odlewu i minimalna grubość ścianek. Odlewanie ciśnieniowe aluminium (a także miedzi i innych metali nieżelaznych) jest najpopularniejszym w Rosji.
Jednak w wyniku szybkiego chłodzenia można uzyskać nieporowatą, drobnoziarnistą strukturę, która zwiększa nie tylko wytrzymałość, ale także ciągliwość powstałego odlewu. Przy wytwarzaniu wyrobów żeliwnych metodą odlewania na zimno pojawia się szereg problemów: ze względu na szczególną krystalizację w odlewach możliwe jest tworzenie się węglików, eutektyki ferrytowo-grafitowej. Zmniejsza to wytrzymałość i odporność na zużycie żeliwa. Bielona warstwa wierzchnia w takich odlewach jest bardzo twarda, dzięki czemu produkty nadają się do cięcia dopiero po obróbce cieplnej (wyżarzaniu), co eliminuje chłód.
Struktura kształtu
Forma chłodząca to z reguły dwie półformy, które mocowane są za pomocą zacisków (szpilek), a bezpośrednio przed rozpoczęciem wlewania stopionego metalu półformy są mocowane za pomocą zamków. Zyski zasilają odlewanie przez tzw. odpowietrzniki i korki wentylacyjne. Formy metalowe bez funkcji złącza nazywane są formami wstrząsanymi.
Przed wylaniem powierzchnia robocza formypotraktowany warstwą substancji, która chroni formę przed szokiem termicznym przed gwałtownym wzrostem temperatury. Środek ten zapobiega również zacieraniu się odlewu wraz z formą.
Stal i żeliwo
Odlewanie ciśnieniowe stali i żeliwa odbywa się przy użyciu sproszkowanego kwarcu, grafitu, szkła wodnego i gliny ogniotrwałej jako powłoki ogniotrwałej. Formę przed wylaniem należy nagrzać do określonej temperatury, która zależy od grubości ścianki odlewu i użytego stopu.
Głównym wymogiem, jaki musi spełnić materiał formy, jest odporność na wstrząsy cieplne, nieuniknione podczas wlewania stopionego metalu. Do produkcji form wykorzystuje się żeliwo szare, żeliwo sferoidalne, stal konstrukcyjną, węglową i stopową oraz stopy miedzi i aluminium.
Wyściełana forma chłodząca
Jest to rodzaj technologii, która łączy zalety odlewania skorupowego i odlewania ciśnieniowego, podczas gdy wady obu metod są wygładzone. Technologia ta charakteryzuje się nie tylko odpornością na pękanie, ale również ciągliwością, co pozwala na wykonanie odlewów o dużej precyzji, a w porównaniu z odlewem skorupowym, kosztowny materiał formierski jest zużywany w minimalnym stopniu.
Wykładzina metalowa forma jest wykonywana poprzez wypełnienie przestrzeni pomiędzy metalowym modelem odlewu a wewnętrzną powierzchnią formy. Najczęściej stosowane metody piaskowania i żelowania. Do wypełnienia pobierana jest mieszanina piasku z żywicą, w której spoiwem jest żywica fenolowo-formaldehydowa (2-2,6%) iurotropiny (około 10% wag.), a także samoutwardzalnych (spoiwo - płynne szkło) i ceramicznych (spoiwo - krzemian etylu). Forma chłodząca i model odlewniczy o temperaturze 200 stopni przenoszą ciepło mieszaniny, która twardnieje i tworzy warstwę wykładziny o grubości 3-5 mm. Pręty zwykłe lub muszlowe służą do wykonywania ubytków w odlewach.
Proces przesyłania
Zimna forma pokryta warstwą materiału ogniotrwałego nagrzewa się. Temperatura robocza musi wynosić co najmniej dwieście stopni, ale zależy nie tylko od stopu użytego do odlewania, ale także od wymiarów odlewu, jego grubości ścianki i wymaganych od niego właściwości. Po wygrzaniu pręty, ceramiczne lub piaskowe, można zamontować w formie, jeśli oczywiście jest to wymagane zgodnie z planem odlewania, a następnie połówki formy łączy się i szczelnie blokuje specjalnymi zaciskami. Jeżeli odlewanie odbywa się w maszynie formierskiej, wówczas stosuje się własny mechanizm blokujący formę. Po tych czynnościach przygotowawczych, stopiony metal można wlać do formy chłodzącej.
Gdy odlew nabierze już pewnej wytrzymałości, można z niego częściowo usunąć metalowe pręty. Ułatwia to następnie ostateczne usunięcie rdzeni z odlewów dzięki zmniejszeniu nacisku na nie ze krzepnącego metalu.
Po schłodzeniu odlewu do żądanej temperatury, formę można otworzyć. Na tym etapie metalowe pręty są usuwane, a odlewy wyjmowane z formy. Rdzenie piasku są wybijane, zyski, piony i wlewkisą odcinane i przeprowadzana jest kontrola jakości produktu, po której cały proces można powtórzyć.
Przed wykonaniem nowego odlewu, płaszczyzna podziału i powierzchnia formy są dokładnie sprawdzane. Kompozycję ogniotrwałą nakłada się raz lub dwa razy na zmianę, jednak w przypadku rozwarstwienia z powierzchni roboczej konieczne jest odtworzenie warstwy. Jeśli produkt jest cienkościenny, forma jest silnie chłodzona; jeśli wykonywany odlew był wystarczająco masywny, wówczas forma mogłaby nagrzać się powyżej temperatury roboczej, a wtedy stosuje się specjalnie przygotowane układy chłodzenia, dzięki którym forma i tak zostanie schłodzona przed kolejnym odlewaniem.
Odlewanie na zimno nie wiąże się z żadnymi skomplikowanymi i czasochłonnymi czynnościami, z wyjątkiem procesu schłodzenia odlewu do żądanej temperatury. Większość operacji może być wykonywana automatycznie przez maszyny, co jest jedną z ważnych zalet metody, ale najważniejsze jest to, że forma nie jest formą jednorazową.
