Wesołych Świąt Bożego Narodzenia

Transkrypt

1 ODLEWNICTWO WSPÓŁCZESNE POLSKA I ŚWIAT 3-4/2015 MODERN FOUNDRY POLAND AND THE WORLD ISSN Kierunki rozwoju materiałów pomocniczych stosowanych w odlewnictwie ciśnieniowym Dobór parametrów technologicznych ciekłych mas ceramicznych przeznaczonych do odlewania stopów tytanu Informacja naukowo-techniczna Wesołych Świąt Bożego Narodzenia Instytut Odlewnictwa Foundry Research Institute

2 Kwartalnik naukowo-techniczny Rocznik 8, nr 3-4/2015 Badania i studia Kierunki rozwoju materiałów pomocniczych stosowanych w odlewnictwie ciśnieniowym...6 Dobór parametrów technologicznych ciekłych mas ceramicznych przeznaczonych do odlewania stopów tytanu...14 INFORMACJA NAUKOWO-TECHNICZ- NA...20 Ekspresowa informacja naukowo-techniczna z wybranych czasopism...46 Wydarzenia...52 Publikacje...55 studies and research Trends in development of auxiliary materials used in pressure die casting...6 Selection of technological parameters of liquid ceramic slurries for casting of titanium alloys...14 SCIENTIFIC AND TECHNICAL INFOR- MATION...20 Express scientific and technical information from selected journals...46 EVENTS...52 publikacje...55

3 Wydawca/Publisher: INSTYTUT ODLEWNICTWA w Krakowie REDAKTOR NACZELNY/ EDITOR IN CHIEF: Andrzej BALIŃSKI ZESPÓŁ REDAKCYJNY/TEAM: Jerzy J. SOBCZAK, Jerzy TYBULCZUK, Andrzej GAZDA, Piotr DUDEK, Joanna MADEJ, Marta KONIECZNA, Anna SAMEK-BUGNO, Katarzyna POTĘPA PROJEKT OKŁADKI/COVER DESIGN: Katarzyna POTĘPA RADA PROGRAMOWA/PROGRAM BOARD: Zbigniew RONDUDA (Przewodniczący), Mariusz HOLTZER (Z-ca Przewodniczącego), Tadeusz BOGACZ, Józef DAŃKO, Adam TABOR, Andrzej JOPKIEWICZ, Janusz MIKLASZEWSKI, Mariusz URBANOWICZ ADRES REDAKCJI/EDITORIAL OFFICE: Odlewnictwo Współczesne Polska i Świat Kraków, ul. Zakopiańska 73 tel. (012) , fax (012) joanna.madej@iod.krakow.pl WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE ALL RIGHTS RESERVED Żadna część czasopisma nie może być powielana czy rozpowszechniana bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. No part of the magazine may be reproduced or distributed without the written permission of the copyright holder. Printed in Poland ISSN

4 Wesołych Świąt Bożego Narodzenia Naszym Przyjaciołom, Partnerom ze świata nauki i przemysłu życzymy, ciepłych pełnych radości i spokojnych Świat Bożego Narodzenia a w nadchodzącym Nowym Roku 2016 wspaniałych przeżyć, odkrywczych pomysłów, pionierskich przedsięwzięć oraz wielu osobistych sukcesów Redakcja czasopisma Odlewnictwo Współczesne - Polska i Świat Drodzy Czytelnicy czasopisma Odlewnictwo Współczesne Polska i Świat"

5 Badania i studia Kierunki rozwoju materiałów pomocniczych stosowanych w odlewnictwie ciśnieniowym Trends in development of auxiliary materials used in pressure die casting Aleksander Fajkiel, Piotr Dudek, Edward Czekaj Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków STRESZCZENIE W publikacji przedstawiono krótki rys historyczny dotyczący rozwoju materiałów pomocniczych powłok oddzielająco- -smarujących do form i smarów tłokowych stosowanych w technologii odlewania ciśnieniowego. Zaprezentowano postęp w doborze surowców podstawowych i pomocniczych oraz schematyczną budowę ich struktury. Zwrócono uwagę na ich rolę i zadania przy coraz większych wymaganiach dotyczących jakości odlewów, ochrony środowiska naturalnego i ich wpływu na ekonomiczność procesu odlewania. Wstęp Proces odlewania pod ciśnieniem wymaga stosowania dwóch rodzajów materiałów pomocniczych, a mianowicie: -- powłok oddzielająco-smarujących, -- smarów tłokowych. Badania naukowe i doświadczenia przemysłowe wskazują, że jakość odlewów ciśnieniowych, poza prawidłową konstrukcją formy i doborem parametrów technologicznych, w niemałym stopniu zależy od składu i jakości powłok do form oraz smarów tłokowych. Jednocześnie jakość tych materiałów pomocniczych ma wpływ na wydajność procesu odlewania, trwałość form i warunki sanitarno-higieniczne w odlewni. Nie bez znaczenia jest także wpływ tego rodzaju materiałów na gospodarkę wodno-ściekową związaną z koniecznością ich utylizacji, jako odpadów produkcyjnych. Kompleksowe rozwiązanie problemów związanych ze skutecznością działania materiałów pomocniczych wymaga poznania fizykochemicznych mechanizmów wzajemnego oddziaływania materiałów oddzielająco-smarujących z powierzchnią zewnętrzną odlewu oraz formą, a także zagadnień tribologicznych towarzyszących procesowi prasowania i wypełniania wnęki formy ciekłym metalem, jego krzepnięcia, chłodzenia, a także wypychania odlewu z formy. Określenia wymaga również wpływ materiałów pomocniczych na właściwości odlewów, takie jak: porowatość, szczelność, wytrzymałość i jakość powierzchni. Rola i zadania powłok do form i smarów tłokowych Forma ciśnieniowa jest narzędziem pracującym w bardzo trudnych warunkach termofizycznych, na które składa się wysoka temperatura i energia kinetyczna strugi ciekłego metalu o dużej prędkości (do 100 m/s), ciśnienie prasowania (często powyżej 100 MPa), duża aktywność chemiczna, głównie ciekłych stopów aluminium wobec stali i zjawisko tarcia związane z oporami wypełniania wnęki formy. Z tych to powodów proces odlewania pod ciśnieniem wymaga stosowania powłok ochronnych o działaniu oddzielająco-smarującym. Ich zadaniem jest utworzenie bariery unie-

6 możliwiającej bezpośredni kontakt pomiędzy materiałem formy a odlewem. W działaniu powłok do form ciśnieniowych można wyróżnić dwa rodzaje: działania główne i uboczne. Do pierwszej grupy zaliczyć należy: działanie oddzielające powierzchnię formy od krzepnącego odlewu, ochrona formy przed strugą ciekłego metalu, działanie smarujące ułatwiające wypchnięcie odlewu i prawidłowe funkcjonowanie mechanizmów formy, a także działanie chłodzące wnękę formy i zmniejszające jej zużycie. Oprócz tego powłoka wywiera szereg działań ubocznych niekorzystnych dla procesu odlewania, takich jak: wydzielanie gazów, brudzenie powierzchni odlewów, korodowanie formy itp. Przy ocenie jakości powłok muszą być one również uwzględnione. Prawidłowo dobrana powłoka decyduje o właściwej pracy formy i jej trwałości, a także poprawia jakość odlewów. Proces odlewania pod ciśnieniem polega na bardzo szybkim wtłaczaniu ciekłego metalu do wnęki formy za pomocą tłoka poruszającego się w tzw. komorze prasowania. Tłok pracuje zatem w ekstremalnie ciężkich warunkach, na które wpływają: tarcie pod dużymi obciążeniami w obecności ciekłego metalu, wysoka temperatura i agresywne oddziaływanie ciekłego metalu, szczególnie silne w przypadku odlewania stopów aluminium. Aby przeciwstawić się tym szkodliwym oddziaływaniom, stosuje się w maszynach ciśnieniowych zimnokomorowych odpowiednie środki zaradcze, takie jak: chłodzenie tłoka od wewnątrz i jego smarowanie po zewnętrznej powierzchni pracującej, a także dobór odpowiednich materiałów na tłok i komorę [1]. Szczególnie ważną rolę w pracy tłoka odgrywa smar, którego głównym zadaniem jest zmniejszenie wartości współczynnika tarcia między tłokiem i komorą, a także stworzenie bariery uniemożliwiającej adhezyjne łączenie i dyfuzyjne oddziaływanie odlewanego stopu z materiałem tłoka i komory. Tarcie powoduje nie tylko nadmierną stratę energii w ruchu posuwisto-zwrotnym tłoczyska maszyny, ale przede wszystkim skraca trwałość tłoka i komory wskutek ich zużycia w procesie tribologicznym. Zużycie to objawia się głównie zwiększaniem luzu tej pary kinematycznej. W warunkach krytycznych następuje wytrysk metalu poza komorę, a gdy przestrzeń powstała w wyniku wystąpienia luzu zostanie wypełniona całkowicie ciekłym metalem dochodzi do zatarcia obu elementów. Zbyt szybkie zużywanie się tych elementów pociąga za sobą duże koszty związane z ich częstą wymianą, postojami maszyn i utraconą w tym czasie produkcją, co z ekonomicznego punktu widzenia ma bardzo istotne znaczenie. Poza tribologicznym zużyciem powierzchni trących, procesowi prasowania ciekłego metalu towarzyszą zjawiska korozji chemicznej (reakcje z tlenem z powietrza) i erozji spowodowanej rozpuszczaniem w ciekłym metalu materiału tłoka i komory prasowania, szczególnie intensywne w przypadku odlewania stopów aluminium. W wyniku tego oddziaływania na powierzchni stali powstają bardzo twarde i kruche związki międzymetaliczne typu Fe x Al y, które nie tylko powodują przywieranie stopu do powierzchni, ale także w przypadku ich wykruszania się stanowią rodzaj ścierniwa gwałtownie przyspieszającego proces zużycia tłoka i komory prasowania.[2]. Z tego powodu szczególnie ważną rolę odgrywa właśnie smarowanie układu trącego, a jeszcze ważniejszą dobór odpornego na ciężkie warunki pracy smaru, a więc smaru charakteryzującego się wysoką wytrzymałością błonki smarnej i dużą odpornością na podwyższone temperatury. Rys historyczny W początkowym okresie rozwoju maszyn i technologii odlewania ciśnieniowego, jako materiałów pomocniczych zarówno do smarowania form, jak i tłoków używano tłuszczów pochodzenia zwierzęcego bądź roślinnego. Powszechnym środkiem smarnym był łój poubojowy jako surowiec najtańszy i ogólnie dostępny, który stosowano aż do połowy lat 60. ubiegłego wieku [3]. 7

7 Rozwój przemysłu petrochemicznego w latach 70. XX wieku i metod przetwórstwa ropy naftowej stworzył możliwość pozyskiwania nowych surowców bazowych do wytwarzania środków smarnych zarówno o konsystencji ciekłej, jak i stałej. Rozpoczęto wówczas stosowanie w odlewnictwie ciśnieniowym emulsji wodno-olejowych jako pokryć oddzielająco-smarujących. Bazę do ich wykonywania stanowiły oleje mineralne i syntetyczne (silikony) oraz środki powierzchniowo czynne (emulgatory). Emulsje wodno- -olejowe przyczyniły się w tym okresie do stopniowej eliminacji powłok ciekłych z rozcieńczalnikami węglowodorowymi (nafta, benzyna). Począwszy od lat 80. ubiegłego wieku aż do chwili obecnej pokrycia oddzielające stanowią wieloskładnikowe układy (systemy), składające się głównie: z bazowej substancji podstawowej (wysokojakościowe oleje mineralne i syntetyczne oraz woski syntetyczne), środków powierzchniowo czynnych, stabilizatorów emulsji, środków zwilżających i bakteriobójczych (biostaty i biocydy). W ostatnim okresie do praktyki przemysłowej wprowadzono emulsje wodne zawierające zawiesinowe substancje proszkowe. Ponadto, w coraz szerszym zakresie stosuje się suche, proszkowe preparaty oddzielająco-smarujące. Wykres ewolucji składów chemicznych powłok oddalająco-smarujących i ich zużycie w latach przedstawiono na rysunku 1 [3]. Rys. 1. Ewolucja składów chemicznych powłok oddzielająco-smarujących i ich zużycie: a) od 1970 r. do 1980 r., b) od 1980 r. do 1990 r., c) od 1990 r. do 2000 r., d) od 2000 r. do 2012 r. [3] 8

8 Z danych zaprezentowanych na rysunku 1 wynika, że w okresie od 1970 r. do 1980 r. główną część spośród powłok oddzielająco-smarujących zajmowały te o konsystencji stałej oraz ciekłej na bazie węglowodorów wielkocząsteczkowych. Gwałtowny wzrost stosowania powłok w postaci emulsji wodnych w odlewniach ciśnieniowych nastąpił w latach 80., a w latach 90. powłoki te stanowiły prawie 3/4 wszystkich materiałów stosowanych w odlewnictwie ciśnieniowym (rys. 1c), sukcesywnie wypierając powłoki węglowodorowe stałe i ciekłe. Oprócz tego pojawiły się też nowe proszkowe preparaty oddzielająco-smarujące w postaci tzw. ciekłych proszków. Jednakże te preparaty nie znalazły szerszego zastosowania z przyczyn konieczności stosowania względnie drogich i skomplikowanych urządzeń do nanoszenia ich na robocze powierzchnie oprzyrządowania odlewniczego (formy, komory i tłoki). Poczynając od roku 2000 do chwili obecnej, w największym stopniu wykorzystywane są wodne emulsje jako powłoki oddzielająco-smarujące (rys. 1d). Odnotować w tym miejscu należy, iż pierwsze miejsce (38%) zajmują wodne emulsje powłoki na osnowie związków krzemowo-organicznych (silikony). Taki stan rzeczy wyjaśnić można stosunkowo wysokimi właściwościami technologicznymi i ich bezpieczeństwem ekologicznym. Przejściową pozycję zajmują pokrycia: a. wodne emulsje, na bazie produktów naftowych (19%), b. suche, z proszkowym wypełniaczem (14%) oraz c. olejowe roślinne (także 14%). W ostatnim okresie, w najmniejszym stopniu wykorzystywane są pokrycia oddzielające na osnowie tłuszczów zwierzęcych (1%) i pokryć węglowodorowych stałych i ciekłych (5%). Pierwsze na skutek złożoności otrzymania jednorodnej emulsji z wysoką stabilnością sedymentacyjną, drugie w wyniku zwiększonej ilości braków, związanych z jakością powierzchni wytwarzanych odlewów. Nowoczesne materiały pomocnicze dla odlewnictwa ciśnieniowego Powłoki oddzielająco-smarujące W praktyce przemysłowej zastosowanie znajdują powłoki do form oraz smary tłokowe o konsystencji mazistej, ciekłej i proszkowej. Konsystencja tych materiałów pomocniczych narzuca sposób ich nanoszenia na formę i tłok. Preparaty maziste nanosi się tylko pędzlem, ciekłe i proszkowe metodą natryskową. Ze względu na możliwość mechanizacji, a nawet automatyzacji zabiegu nanoszenia preparatów przez natryskiwanie przyszłość, należy do powłok i smarów o konsystencji ciekłej. Ciekłą konsystencję powłok i smarów można uzyskać przez stosowanie dwóch rodzajów rozcieńczalników: węglowodorowych i wodnych. Rozcieńczalniki węglowodorowe są prostsze w użyciu, gdyż rozcieńczenie dokonuje się bez większych trudności przez proste mieszanie z nimi podstawowych surowców preparatu, który stanowią przeważnie oleje mineralne i tłuszcze. Rozcieńczenia tego rodzaju produktów wodą, z oczywistych względów, nie da się przeprowadzić bezpośrednio. Dokonać tego można dopiero po zastosowaniu odpowiednich substancji powierzchniowo czynnych, które wraz z substancją podstawową i wodą tworzą emulsje. Tego rodzaju powłoka wodno-olejowa wykazuje jednak szereg cech odmiennych od tych z rozcieńczalnikiem węglowodorowym. Przede wszystkim zawiera ona znaczną ilość wody, wskutek czego powoduje silne chłodzenie formy, bowiem do odparowania woda wymaga kilkunastokrotnie większej ilości energii cieplnej niż rozcieńczalnik węglowodorowy. Podczas natryskiwania powłoki wodorozcieńczalnej powstaje więc znaczny efekt chłodzący. Wymusza on z kolei wysokie tempo pracy przy odlewaniu pod ciśnieniem, natomiast intensywne chłodzenie formy przedłuża jej trwałość. Ponadto stosowanie wody jako rozcieńczalnika eliminuje zagrożenie pożarowe, nie daje oparów i gazów o charakterze toksycznym, a tak- 9

9 że nie wydziela nieprzyjemnych zapachów. Budowę wodno-olejowej powłoki oddzielająco-smarującej przedstawiono na rysunku 2. Preparaty te produkowane są w postaci koncentratów przez różne firmy i pod różnymi nazwami handlowymi, sporządzane są przeważnie na bazie oleju mineralnego lub syntetycznego. W zależności od rodzaju stopu, stopnia skomplikowania odlewu stosowane są przy rozcieńczeniu wodą nawet w stosunku 1 : 100 (150). W przypadku nanoszenia powłok z rozcieńczalnikiem wodnym, na gorącej powierzchni formy zachodzi zjawisko Leidenfrosta, tj. opóźnione parowanie cieczy na powierzchni ciała stałego o temperaturze wyższej od temperatury wrzenia cieczy. Stąd w powłokach znajdują się dodatki eliminujące izolację cieczy od powierzchni formy w podwyższonych temperaturach. Parametry natrysku powłok wodorozcieńczalnych, takie jak: czas, ciśnienie, ilość medium nie pozwalają na dokładne ustalenie grubości warstwy powstającego filmu oddzielającego. Przyczyną tego jest zróżnicowana geometria wnęki formy oraz zmienne gradienty temperatury w poszczególnych jej fragmentach. Grubość uzyskiwanego filmu jest ograniczona, ponieważ wskutek stale malejącej temperatury formy podczas procesu natryskiwania zmienia się także prędkość procesu odparowywania, w wyniku czego po pewnym czasie zostaje osiągnięty taki punkt krytyczny, po którym natryskiwana powłoka ochronna spływa już bezużytecznie z warstwy wytworzonego wcześniej filmu oddzielającego, co przedstawiono na rysunku 3. Rys. 2. Budowa wodno-olejowej powłoki oddzielająco-smarującej [4] 10

10 Rys. 3. Grubość filmu smarnego na powierzchni formy ciśnieniowej w zależności od czasu natrysku [5] Z rysunku 3 wynika, że po otwarciu formy następuje wstępne jej powolne chłodzenie w powietrzu do temperatury około 300 C, po czym rozpoczyna się proces natryskiwania, który obniża temperaturę do korzystnej dla procesu zwilżania formy, tj. około C. Podczas zwilżania następuje szybki spadek temperatury warstw wierzchnich formy. W zależności od intensywności i czasu natrysku spadek temperatury dla form do odlewania stopów aluminium wynosi C i zachodzi z szybkością ok. 30 C/s. Po zakończeniu natryskiwania, w wyniku przepływu ciepła z wewnętrznych warstw formy, następuje wzrost temperatury w warstwach wierzchnich, do początkowej temperatury roboczej, tj C. Jednocześnie z rysunku 3 wynika, że po osiągnięciu przez formę temperatury około 260 C w efekcie jej zwilżania rozpoczyna się proces powstawania filmu oddzielającego, który trwa około 2 3 sekund. Po tym czasie powłoka oddzielająca spływa bezużytecznie z powierzchni formy, a grubość uzyskanego filmu oddzielającego wynosi około 0,15 μm. Natomiast klasyczne powłoki na rozcieńczalnikach węglowodorowych stosunkowo dobrze dają nakładać się na powierzchni formy. W wyniku wysokiej temperatury następuje bowiem wyraźne zmniejszenie wartości lepkości i napięcia powierzchniowego powłok. Z uwagi na możliwość zagazowywania odlewów produktami termicznego rozkładu powłok, w ostatnim okresie podjęto badania nad proszkowymi preparatami oddzielająco-smarującymi. Mimo licznych prób przemysłowych każda z firm bardzo ostrożnie podchodzi do wyników tych badań. Główne trudności związane z nanoszeniem proszków dotyczą metody i urządzeń do realizacji procesu pokrywania form i komór. Nanoszenie proszków może się odbywać dwoma metodami. W pierwszej metodzie następuje tylko próżniowe zasysanie proszku do wnęki formy przez komorę wlewową, w drugiej próżniowe zasysanie proszku wspomagane jest jego elektrostatyczną polaryzacją. W obu me- 11

11 todach dużym problem jest także zatykanie filtrów i zapylanie elektrozaworów sterujących pracą zespołu próżniowego. Jakkolwiek produkcja ciekłych proszków została opanowana przez większość firm produkujących preparaty klasyczne, jednak wdrożenie tej technologii do praktyki przemysłowej będzie związane z nowymi i dużymi nakładami inwestycyjnymi. Smary tłokowe W technice smarowania tłoków, poza preparatami plastycznymi (mazistymi) i ciekłymi, aktualnie dominują preparaty w postaci granulatów na bazie wosków, węglowodorów i polimerów o konsystencji stałej (z grafitem lub bez tej substancji uzupełniającej), a także preparaty smarne w postaci proszków (rys. 4). Według opinii producentów te środki smarne zapewniają odlewom większą czystość, są bezpieczne w użyciu oraz bardziej efektywne w działaniu (mniejsze zużycie komór i tłoków) w stosunku do preparatów ciekłych i pastowatych. Rys. 4. Budowa smarów ciekłych i stałych (granulatów) 12

12 Jako substancję podstawową ciekłych smarów tłokowych najczęściej stanowią: oleje mineralne, oleje syntetyczne węglowodorowe, oleje poliglikolowe, syntetyczne estry, oleje silikonowe, estry kwasów tłuszczowych i inne. W skład smarów wchodzą ponadto różnego rodzaju dodatki uszlachetniające, jak: inhibitory korozji, dodatki smarnościowe (AW i EP), dodatki adhezyjne (zwiększające przyczepność smaru do metali) i inne. Natomiast w przypadku smarów tłokowych produkowanych w postaci granulatów substancję podstawową najczęściej stanowią: woski, stałe węglowodory [stearyna, parafina, cerezyna, petrolatum (wazelina), gacze parafinowe] i niektóre polimery. Składnikami niektórych smarów tłokowych mogą być ponadto substancje stałe o dużym stopniu rozdrobnienia, zwane również stałymi dodatkami smarnymi, takie jak: grafit, dwusiarczek molibdenu, proszki metali i inne. Jakkolwiek automatyczny system podawania smarów tłokowych o konsystencji ciekłej nie nastręcza większych trudności, to konsystencja preparatów smarnych w postaci granulatów wymaga innej metody ich nanoszenia na tłok i komorę prasującą. Metoda automatycznego podawania tych preparatów oparta jest na ciśnieniowym systemie pneumatycznym. Wielkość dozowanej porcji ustalana jest długością skoku tłoczka siłownika pneumatycznego. W tej metodzie nanoszenia, szczególnie preparatów w postaci granulatów, główne trudności występują z utrzymaniem drożności rurki dozującej, która znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie otworu zalewowego komory, a więc i silnego, cieplnego oddziaływania ciekłego metalu. Pomimo wielu zalet automatycznych urządzeń dozujących, sposób podawania porcji granulatu lub proszku nie zapewnia właściwej powtarzalności procesu smarowania, co przy cenie tych preparatów jest bardzo istotne. Posumowanie Z przedstawionego przeglądu materiałów pomocniczych stosowanych w procesie odlewania ciśnieniowego, wynika że: 1. na przestrzeni lat następował intensywny rozwój preparatów smarnych, związany nie tylko z coraz wyższymi wymaganiami jakościowymi odlewów, ale i z parametrami ekonomicznymi obejmującymi m.in. trwałość eksploatacyjną form i wydajność procesu odlewania; 2. skład chemiczny pod względem doboru surowców podstawowych ewaluował od komponentów naturalnych tłuszczów pochodzenia zwierzęcego oraz olejów roślinnych w kierunku surowców mineralnych pochodzących z destylacji ropy naftowej, surowców syntetycznych otrzymywanych na drodze syntezy chemicznej, np. oleje węglowodorowe, silikonowe czy poliestrowe; 3. wszystkie surowce podstawowe, jak i wszystkie substancje pomocnicze używane zarówno do produkcji smarów tłokowych, jak i powłok oddzielająco- -smarujących powinny charakteryzować się nie tylko wysoką wytrzymałością błonki smarnej w podwyższonych temperaturach, ale i małą skłonnością do wydzielania gazów i nieszkodliwością dla środowiska naturalnego; 4. w dalszym ciągu przy produkcji i stosowaniu materiałów pomocniczych dla odlewnictwa ciśnieniowego należy dążyć do uzyskiwania coraz wyższego poziomu ochrony przeciwzużyciowej form i kinematycznego węzła tarcia, jakim jest zespół komory i tłoka prasującego. Literatura 1. Fajkiel, A. i in. (2002). Wybrane zagadnienia z technologii odlewania ciśnieniowego. Kraków: Instytut Odlewnictwa, Fajkiel, A., Kajoch, W. (1992). Steel surface, pressure contactig with aluminim in view of x-ray microprobe analysis and augerel ectronspectroscopy. 13

13 Arch. Metall., 37(1), Pivovarchik, A.A., Chaykovskiy, Ya.S., Mikhal tsov, A.M. (2013). Razdelitelnye pokrytiya dla alyuminievykh splavov pod davleniem. Lit ye i Metallurgiya, 2(70), Ciecze do obróbki metali, produkty.totalpolska.pl/wiedza/ rozdzial%2012.pdf (dostęp z dnia ). 5. Fajkiel, A., Korzec, R. (1996). Nowoczesne materiały pomocnicze dla odlewnictwa ciśnieniowego. Konferencja Naukowo-Techniczna. Kraków: Instytut Odlewnictwa,

14 Dobór parametrów technologicznych ciekłych mas ceramicznych przeznaczonych do odlewania stopów tytanu Selection of technological parameters of liquid ceramic slurries for casting of titanium alloys Wojciech Leśniewski, Marek Wawrylak, Piotr Wieliczko Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków Słowa kluczowe: spoiwa koloidalne, warstwowe formy ceramiczne, odlewanie stopów tytanu STRESZCZENIE Przedstawiono prace związane z doborem parametrów technologicznych ciekłych mas ceramicznych przeznaczonych na pierwszą, jak i następne warstwy form do odlewania stopów tytanu. Przeprowadzono próby określające właściwości technologiczne suspensji ceramicznej przygotowanej na bazie tlenku glinu lub acetyloacetonianu tytanu. Sprawdzono wpływ środka powierzchniowo czynnego na sposób pokrywania powierzchni modelu woskowego. Badania prowadzono z wykorzystaniem dwóch rodzajów modeli przygotowanych z czerwonego wosku Castaldo. Wstęp Przedstawiono prace związane z doborem optymalnego składu masy ceramicznej przeznaczonej na pierwszą warstwę form do odlewania stopów tytanu [1,2]. Na podstawie danych termodynamicznych do badań wybrano tlenek glinu oraz tlenek tytanu. Tlenek glinu jest dostępny we wszystkich niezbędnych uziarnieniach, w tym jako mączka 325 mesh, piasek 0,1 0,4 mm oraz piasek 0,5 1 mm. Natomiast tlenek tytanu jest dostępny w postaci mączki 7 8 µm. Dostępne są również spoiwa wykonane na bazie tlenku glinu oraz acetyloacetonianu tytanu. Powyższe materiały, wykorzystane do opracowania technologii otrzymywania suspensji ceramicznych przeznaczonych do wykonywania pierwszej warstwy formy, charakteryzują się wysoką odpornością na działanie ciekłych stopów tytanu. Przetestowano oraz dokonano wyboru środka powierzchniowo czynnego ułatwiającego pokrywanie woskowych modeli odlewniczych. Drugą i następne warstwy form wykonano wykonany przy użyciu mączki Al 2 O 3 oraz krzemionkowego spoiwa koloidalnego, dzięki czemu uzyskano wytrzymałość mechaniczną, niezbędną przy zastosowaniu techniki odśrodkowego zalewania form. Przygotowanie materiałów do badań Przeprowadzone badania miały na celu dobranie zarówno składu suspensji ceramicznych przeznaczonych na pierwszą, jak i następne warstwy form ceramicznych przeznaczonych do odlewania stopów tytanu. W pierwszej warstwie formy nie powinny występować materiały wchodzące łatwo w reakcję z ciekłym stopem tytanu. Do wykonania próbek warstwowych form ceramicznych wykorzystano następujące materiały: mączka ceramiczna Al 2 O 3 o uziarnieniu 325 mesh, mączka ceramiczna TiO 2 o uziarnieniu 7 8 µm, piasek Al 2 O 3 o uziarnieniu 0,1 0,4 mm, piasek Al 2 O 3 o uziarnieniu 0,5 1 mm, spoiwo koloidalne wykonane na bazie Al 2 O 3 (Nyacol AL20), roztwór acetyloacetonianu tytanu w izopropanolu, spoiwo koloidalne na bazie krzemionki (Ludox PX30), 15

15 środki powierzchniowo czynne: Rokafenol oraz Capstone FS-3100, dwa rodzaje woskowych modeli umożliwiające wykonanie kształtek masy ceramicznej o wymiarach 20 mm x 60 mm x 7 mm oraz małych form ceramicznych pozwalających ocenić dokładnie jakość uzyskanej pierwszej warstwy ceramiki. Acetyloacetonian tytanu + mączka ceramiczna Al 2 O 3 nie wymaga dodatku środka powierzchniowo czynnego z uwagi na jego niepolarny charakter. Rozpuszczalnikiem dla tego związku jest izopropanol zwilżający bardzo dobrze powierzchnię mas modelowych. Określenie wpływu środków powierzchniowo czynnych na zwilżanie powierzchni masy modelowej przez suspensję ceramiczną Dodatek środków powierzchniowo czynnych w wodnych roztworach suspensji ceramicznych w sposób wyraźny poprawia zwilżanie powierzchni mas modelowych [3]. Celem badań było sprawdzenie działania środków powierzchniowo czynnych dodawanych na krótko przed pokrywaniem masy modelowej, aby nie dopuścić do spienienia suspensji. Badania przeprowadzono dla wymienionych suspensji ceramicznych: spoiwo koloidalne Nyacol AL20 + mączka ceramiczna Al 2 O 3, spoiwo koloidalne Ludox PX30 + mączka ceramiczna Al 2 O 3. Każdą z suspensji ceramicznych mieszano przez około 6 godzin. Po tym czasie za pomocą automatycznej pipety miarowej pobierano 0,02 cm 3 suspensji, którą nanoszono na kształtkę masy modelowej. Do suspensji ceramicznej wykonanej na bazie spoiwa Nyacol AL20 wkraplano dodatek środka powierzchniowo czynnego, po czym po około 5 minutach mieszania, krople suspensji nanoszono na następną kształtkę masy modelowej. Na rysunku 1 przedstawiono rezultat przeprowadzonych badań. Wyjściowe suspensje ceramiczne oparte na wodnych spoiwach koloidalnych charakteryzują się niewielką zwilżalnością względem masy modelowej, o czym świadczy kąt zwilżania większy niż 90. Zarówno Rokafenol, jak i Capstone FS-3100 w sposób wyraźny poprawiają zwilżalność masy modelowej. Zdecydowanie najlepszą zwilżalność uzyskano przez dodatek 0,05% obj. Capstone FS-3100 w suspensji ceramicznej, uzyskując kąty zwilżania poniżej 20. Rys. 1. Wpływ dodatku środka powierzchniowo czynnego na zwilżanie masy modelowej: A wyjściowa masa ceramiczna; B masa ceramiczna z dodatkiem Rokafenolu; C masa ceramiczna z dodatkiem środka Capstone Wykonanie doświadczalnych kształtek i form ceramicznych Próbki masy ceramicznej przygotowano wykorzystując formy z masy modelowej, które przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Formy wykonane z masy modelowej umożliwiające wykonanie: A prostopadłościennych próbek form ceramicznych; B małej formy ceramicznej z fragmentem rozwiniętej powierzchni Do wykonania doświadczalnych kształtek i form ceramicznych użyto suspensji ceramicznych przygotowanych na czterostanowiskowej mieszarce laboratoryjnej, którą przedstawiono na rysunku 3. 16

16 z fragmentem rozwiniętej powierzchni zanurzano w zlewce z suspensją ceramiczną i po usunięciu nadmiaru masy, podobnie jak poprzednio, posypywano piaskiem Al 2 O 3. Rys. 3. Czterostanowiskowa mieszarka laboratoryjna W zlewkach o pojemności 50 ml przygotowano po około 30 ml ciekłych suspensji ceramicznych o stopniowo malejącej gęstopłynności. Przeprowadzono próby z doborem składu suspensji przeznaczonej na pierwszą warstwę formy ceramicznej. Wykonano trzy rodzaje form ceramicznych o składzie pierwszej warstwy, przedstawionym w tabeli 1. Tabela 1. Skład suspensji ceramicznych przeznaczonych na pierwszą warstwę form Lp. Spoiwo M ą c z k a ceramiczna 1 Nyacol AL20 + fluorowany środek powierzchniowo czynny 2 Terakis(acetyloacetonianio) tytan(iv) (TIACA95) Al 2 O % mas. TiO 2 3 Bis(acetyloacetonianu) Na około 5 minut przed wykonaniem pierwszej warstwy ceramiki przygotowanej z wykorzystaniem spoiwa Nyacol AL20 dodawano do suspensji środek powierzchniowo czynny Capstone FS Przed procesem nakładania pierwszej warstwy foremy wykonane z masy modelowej płukano w roztworze izopropanolu i 5% acetonu. Do wnęki foremki z masy modelowej wlewano taką ilość suspensji ceramicznej, która zapewniała dokładne pokrycie całej jej powierzchni. Następnie usuwano nadmiar suspensji. Przygotowaną cienką warstwę ciekłej ceramiki posypywano piaskiem Al 2 O 3 o uziarnieniu 0,1 0,4 mm. Kolejne etapy wykonania pierwszej warstwy formy przedstawiono na rysunku 4. Drugi rodzaj form z masy modelowej Rys. 4. Kolejne etapy wykonania pierwszej warstwy formy ceramicznej Pierwszą warstwę ceramiki suszono przez 20 godzin. Po wysuszeniu form usuwano delikatnie niezwiązany piasek. Wygląd foremki po tym etapie pracy przedstawiono na rysunku 5. 17

17 próbek form ceramicznych prowadzono do chwili całkowitego wypełnienia kształtki masy modelowej. Oznaczało to również zakończenie pokrywania małych doświadczalnych form ceramicznych. Wygląd woskowych modeli doświadczalnych form po naniesieniu wszystkich warstw ceramiki przedstawiono na rysunku 7. Rys. 5. Doświadczalne formy z masy modelowej po naniesieniu pierwszej warstwy ceramiki Na pierwszą warstwę ceramiki nakładano następne, wykorzystując w tym celu suspensję ceramiczną przygotowaną na bazie spoiwa Ludox PX30, mączki Al 2 O 3 oraz dodatku środka powierzchniowo czynnego Capstone FS Po kilkunastu minutach mieszania następowało lekkie spienienie powierzchni mieszanej suspensji ceramicznej, które w przypadku nakładania dalszych warstw ceramiki nie miało istotnego znaczenia. Proces nakładania drugiej warstwy suspensji i piasku o uziarnieniu 0,5 1 mm przedstawiono na rysunku 6. Rys. 7. Woskowe modele doświadczalnych form po naniesieniu wszystkich warstw ceramiki Po zakończeniu nakładania ceramiki otrzymane próbki suszono przez 24 godziny, a następnie przygotowano je do usunięcia masy modelowej w parowym autoklawie ciśnieniowym. Sposób przygotowania pozwalał odzyskać masę modelową. Proces usuwania wytapiania masy modelowej prowadzono w temperaturze 130 C, wykorzystując parę wodną o ciśnieniu około 300 kpa. Zastosowanie takich parametrów wytapiania zapewnia usunięcie masy modelowej bez uszkodzenia formy ceramicznej. Masa modelowa charakteryzuje się dużą rozszerzalnością cieplną i w przypadku nieprawidłowo prowadzonego procesu dochodzi do pękania form ceramicznych. Formy przygotowane do wytopienia w autoklawie parowym przedstawiono na rysunku 8. Rys. 6. Etapy procesu wykonywania drugiej warstwy ceramiki Po naniesieniu na formę warstwy piasku jego nadmiar usuwano, aby ułatwić proces suszenia wilgotnej formy. Po około 4 h suszenia usuwano słabo związany piasek, a następnie nakładano kolejną warstwę ceramiki. Proces wykonywania Rys. 8. Formy ceramiczne przygotowane do wytopienia masy modelowej w ciśnieniowym autoklawie parowym 18

18 Po procesie usuwania masy modelowej uzyskuje się prostopadłościenne kształtki ceramiki o wymiarach 20 mm x 60 mm x 7 mm, pozwalające ocenić poprawność wykonania pierwszej warstwy ceramiki oraz sposób jej związania z warstwą następną. Wykruszenie krawędzi prostopadłościennych próbek ceramiki świadczy o ich nieprawidłowym wykonaniu. Próbki ceramiki przygotowane do procesu wygrzewania przedstawiono na rysunku 9. Ostateczna weryfikacja przydatności wybranej technologii przygotowania próbek form ceramicznych następowała po rozcięciu małych form ceramicznych i ocenie jakości odwzorowania powierzchni formy. Na rysunkach 11 i 12 przestawiono małe doświadczalne formy ceramiczne po procesie wygrzewania oraz po rozcięciu jednej z nich w celu odsłonięcia wewnętrznej powierzchni formy. Rys. 9. Próbki ceramiki przygotowane do procesu wygrzewania Rys. 11. Małe formy ceramiczne po procesie wygrzewania Proces wygrzewania prowadzono w oporowych piecach komorowych wyposażonych w dopalacz spalin. Grzanie pieca następowało z szybkością 10 K/ min do momentu uzyskania temperatury 1200 C. W tej temperaturze próbki ceramiki przetrzymywano przez 30 min, a następnie studzono, najpierw z szybkością 10 K/min, a następnie ze stopniowo malejącą szybkością wynikającą z pojemności cieplnej pieca. Prostopadłościenne próbki ceramiki po procesie wygrzewania przedstawiono na rysunku 10. Rys. 10. Prostopadłościenne próbki ceramiki po procesie wygrzewania Rys. 12. Powiększenie rozciętej małej formy ceramicznej umożliwiającej ocenę jakości powierzchni Podsumowanie Według przedstawionej metodyki badań przeprowadzono próby wykonywania form ceramicznych zmieniając stężenie spoiwa oraz stopień rozcieńczenia suspensji ceramicznych. Zastosowanie środka powierzchniowo czynnego pozwalało na pokrywanie modeli woskowych suspensjami ceramicznymi różniącymi się w sposób znaczący gęstością w stanie ciekłym. Najlepszą jakość ceramiki uzyskano stosując rozcieńczone spoiwa oraz zawartość objętościową mączki ceramicznej na 19

19 poziomie 40%. Powyższe uwagi odnoszą się również do następnych warstw ceramiki. Zaobserwowano, że na wytrzymałość pierwszej warstwy formy korzystny wpływ ma odmienny odczyn spoiw koloidalnych, wykorzystanych do wykonania pierwszej i drugiej warstwy ceramiki. Spoiwo AL20 charakteryzuje się słabo kwasowym odczynem (ph = 4). Spoiwo Ludox PX30 wykazuje odczyn zasadowy (ph = 10), dzięki czemu przy nakładaniu drugiej warstwy ceramiki następuje znaczące utwardzenie spoiwa pierwszej warstwy formy. Podziękowania Badania przeprowadzono w ramach projektu POIG /09 Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania współfinansowanego przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Literatura 1. Karwiński A., Leśniewski W., Wieliczko P., (2007). Charakterystyka termofizyczna ciekłych mas ceramicznych stosowanych do odlewania precyzyjnego stopów tytanu. Archiwum Odlewnictwa 6 (22), Myszka D., Karwiński A., Leśniewski W., Wieliczko P. (2007). Influence of the type of ceramic moulding materials on the top layer of titanium precision castings. Archives of Foundry Engineering 7 (1), Karwiński A., Sobczak N., Lesniewski W., Wieliczko P. (2007). The Technology of Ceramic Mould Manufacture for Investment Casting of Titanium Alloys. Proceedings of the 69th World Foundry Congress

20 Informacja naukowo-techniczna WYBÓR INFORMACJI Z CZASOPISM NAUKOWO-TECHNICZNYCH 01. ZAGADNIENIA OGÓLNE Ulepszona konstrukcja odlewu pomaga klientom odlewni. Eine bessere Gussteilkonstruktion hilft dem Kunden der Giesserei. Giesserei 2013, Jg. 100, H. 10, s Autor: Heisser Ch. Opisano działalność odlewni Bremen Casting Inc (BCI) w Bremie (stan Indiana USA) wykonującej odlewy z żeliwa sferoidalnego i szarego. W odlewni tej w procesie wykonywania (konstruowania) odlewów wykorzystuje się symulację i to nie tylko do samego procesu odlewania oraz konstruowania, ale i do wyszukiwania przyczyn wad w odlewach. Często realizowana jest produkcja odlewów takich, których opracowania konstrukcji i wykonania nie podjęły się inne odlewnie. Na ogół główne problemy z wykonaniem zlecenia leżą po stronie opracowania konstrukcji. W artykule zwrócono uwagę na wady odlewów, których usunięcie wymaga dużego nakładu pracy i dużych kosztów, dlatego szereg odlewni odstępowało od realizacji zleceń. Powszechnie występującą wadą są pęknięcia. Modelarze i formierze to zawód poszukiwany wszędzie. Der Modell- und Formenbauer ist ein Allroundberuf. Giesserei 2013 Jg.100 H.12s Autor: Piterek R. Artykuł dotyczy działalności firmy Wiese+Busch GmbH w Olsberg (Niemcy) - producenta oprzyrządowania modelowego i formierskiego, a także płyt podmodelowych oraz oprzyrządowania do odlewania ciśnieniowego oraz wtryskarek dla przemysłu tworzyw sztucznych. Firma ta przywiązuje też dużą wagę do kształcenia młodej kadry technicznej z zakresu konstruowania ww. oprzyrządowania. Największy udział w produkcji firmy mają formy i oprzyrządowanie modelowe. Największymi odbiorcami wyrobów firmy są: przemysł motoryzacyjny i firmy zajmujące się przeróbką stopów aluminium. W artykule opisano działalność i rozwój firmy. Opisano jej nowoczesne wyposażenie i stosowane oprogramowanie do projektowania. Konstrukcja odlewów i ich zastosowanie. (Część 5) Gusskonstruktion und Gussanwendung. (5.Folge) Giesserei 2013, Jg. 100, H. 11, s Autor: Schuett K-H. Artykuł jest zestawieniem literatury na temat konstrukcji odlewów i ich zastosowania. Analizowano w nim różne typy odlewów pod kątem stosowanych stopów z przeznaczeniem dla różnych branż przemysłu, głównie motoryzacji. Artykuł podzielono na grupy tematyczne. W pierwszej grupie tematycznej poruszono m.in. kwestię łączenia elementów odlewanych. Druga grupa w tym zestawieniu dotyczy opracowania konstrukcji odlewów, zamiany konstrukcji w wyniku zastosowania innych rodzajów stopów. Kolejna grupa tematyczna dotyczy symulacji procesów odlewania. Następnie scharakteryzowano niektóre stopy odlewnicze, takie jak: stopy magnezu, aluminium, cynku, miedzi,

21 różne gatunki żeliwa czy staliwa. Grupa ta obejmuje też specjalne stopy odlewnicze i konstrukcje lekkie. W odrębnej grupie omówiono: właściwości odlewów i zastosowanie odlewów. Cytowane w zestawieniu pozycje literatury opatrzono krótkim komentarzem. Odlew ma przyszłość także w przypadku e-mobilności. Auch mit E-Mobilitaet hat Guss Zukunft. Giesserei 2014, Jg. 101, H. 1, s , 174. Autor: Segaund J.-M. Przemysł stoi przed znaczącymi zmianami. Pojawiające się cyfrowe modele wyrobów i modele (moduły) cyfrowe do realizacji produkcji, Crowdsourcing i drukowanie 3D stwarzają możliwości, aby w przyszłości wytwarzane produkty kształtować w sposób elastyczny, indywidualnie i korzystny cenowo. Te działania i tendencje należy obserwować pod kątem rozwoju i unowocześniania przemysłu odlewniczego, aby w ciągu najbliższych 50 lat technologie odlewnicze nie zostały zastąpione innymi technologiami. W przyszłości nie tylko e-mobilność zmieni odlewnictwo, ale wzrosną także wymagania w zakresie wydajności i ekologicznej produkcji. Odlewnictwo może przyczynić się istotnie do opracowania lekkich konstrukcji w procesie powstawania nowej generacji samochodów. Wyzwaniem jest tu nie tylko zamiana tworzyw, ale także bardziej efektywne rozwiązania cykli produkcji. Odlewnictwo w 21. wieku w centrum uwagi technologie odlewnicze. Giessen im 21. Jahrhundert die Technik im Fokus. Giesserei 2014, Jg. 101, H. 1, s Autor: Wilhelm Ch. Artykuł dotyczy perspektyw i rozwoju przemysłu odlewniczego w 21. wieku. W formie eseju autor ilustruje jakie możliwości stwarza odlewnictwo i swoboda nadawania kształtu różnym elementom metodą odlewania. W artykule przedstawiono jak sukcesywnie różne wyroby (np. blaszane) zastępowane są elementami odlewanymi, dzięki czemu można wyeliminować procesy łączenia, takie jak: nitowanie, spawanie. Elementy łączone często nie mają optymalnego kształtu są droższe i ponadwymiarowe. Autor podkreśla również, że nowoczesne skomplikowane odlewy mogą być elementami wielofunkcyjnymi. Odlewy z reguły są trwalsze od elementów łączonych. Metodą odlewania łatwiej można uzyskać lekką i bardziej wytrzymałą konstrukcję. Odlewy ze stopów metali lekkich różnego typu stosuje się już powszechnie w motoryzacji i na przykład w konstrukcjach przeznaczonych do elektrowni wiatrowych. Autor wspomina o metodach odlewania i stopach stosowanych w odlewnictwie, które w różny sposób ze sobą konkurują. Stosowanie konstrukcji lekkich z różnych stopów np. w motoryzacji przyczynia się do ochrony środowiska. W artykule wspomniano o zastosowaniu kompozytów, łączeniu metali z tworzywami sztucznymi, wzmacnianiu stopów włóknami, jak również wspomniano o rozwoju stopów. Odrębny podrozdział artykułu stanowi ogólne omówienie różnych technologii odlewania, ochrony środowiska i zasobów surowcowych. Nieorganiczne spoiwo innowacją przy produkcji nowego silnika wysokoprężnego typu M550xd do samochodu BMW: konstrukcja i technologia odlewania korpusu silnika ze stopu aluminium. Anorganische Innovation fuer die neuen Diesel-Spitzenmotorisierungen im BMW M550xd: Konstruktion und Giesstechnik des Alu-Kurbelgehaeuses. Inorganically Bonded Innovation for the New Top Diesel Engine of the BMW M550xd: Design end Casting Technology of the Aluminium Crankcase. Giesserei-Prax. 2013, nr 5, s Autor: Weissenbek E., Zabern B., Fent A. i in. 22

22 Najważniejszym celem opracowania nowej konstrukcji silnika do BMW było podniesienie poziomu mocy, momentu obrotowego i komfortu przynajmniej do poziomu silnika ośmiocylindrowego przy jednoczesnym utrzymaniu typowego dla sześciocylindrowego silnika małego zużycia paliwa i małego spadku mocy na jednostkę masy. Strategia firmy BMW opiera się na haśle Efektywność i dynamizm i dotyczy szczególnie obszaru silników wysokoprężnych. Realizowana jest ona poprzez rozwój technologii opracowanej przez firmę BMW o nazwie TwinPower- Turbo, której cechą jest podwójne turbodoładowanie. Nowa konstrukcja korpusu silnika bazuje na konstrukcji korpusu silnika sześciocylindrowego, która została zoptymalizowana poprzez wzmocnienie konstrukcji. Zastosowano ciśnienie wtrysku 200 bar oraz zamocowanie przez zastosowanie kotwic w celu wyeliminowania połączeń śrubowych w stopie aluminium. W odlewni metali lekkich firmy BMW stosuje się spoiwa nieorganiczne do produkcji rdzeni, a rosnące wymagania dotyczące konstrukcji łożyskowania, szczególnie podstawy cylindra, rozwiązywane są przez zastosowanie nowoczesnego zasilania centralnego. Koncepcja tego zasilania bazuje na zaletach wynikających ze stosowania nieorganicznych spoiw do produkcji rdzeni, co przynosi korzyści w postaci obniżki kosztów i poprawia funkcjonalność odlewów. Nowy silnik zastosowano w wielu modelach BMW a mianowicie w: M-Performance, X5/X6 oraz silnikach pięcio i siedmiocylindrowych. Odlewnia w Szwajcarii optymalizacja odlewu typu high-tech przy uwzględnieniu wymagań klientów. Schweizer Guss mit Hightech Kundenvorteile optimieren. Giesserei 2014, Jg. 101, H. 4, s Autor: Vollrath K. Artykuł dotyczy produkcji odlewów w odlewni Benninger Guss AG w Uzwil (Szwajcaria). Odlewnia produkuje 6000 ton odlewów rocznie o masie do 5500 kg, zarówno z typowych gatunków żeliwa, jak: żeliwo szare czy sferoidalne, ale także z żeliwa ADI (będącego alternatywą dla stali), a także żeliwa Benodur o dużej zawartości krzemu oraz żeliwa SiMo odpornego na wysokie wartości temperatury. Odlewy produkowane są w małych i średnich seriach. Odbiorcami odlewów są producenci maszyn i urządzeń przemysłowych czy producenci pojazdów specjalnych. W artykule poruszono problem sprostania konkurencji i spełniania wymagań klientów przy postępującej globalizacji. Jest to możliwe poprzez realizację usług kompleksowych i dostosowanych do indywidualnych wymagań odbiorców odlewów. Omówiono pełne wykorzystanie pakietu oprogramowania CAD/CAM w procesie projektowania i realizacji produkcji. Zwrócono uwagę na precyzyjne opanowanie technologii produkcji i wykorzystanie stosownego oprogramowania (do symulacji procesów). W artykule omówiono zastosowanie metody szybkiego wykonywania prototypów, omówiono też właściwości nowoczesnych stopów stosowanych na odlewy, przedstawiono współpracę z innymi przedsiębiorstwami zajmującymi się np. obróbką metali w celu poszerzenia wachlarza usług. Strategie sukcesu dla branży odlewniczej z punktu widzenia nabywcy odlewu. Erfolgsstrategien fuer Giessereibranche aus der Sicht des Gusseinkaeufers. Strategies for success of the foundry industry from the view of a casting buyer. Giesserei-Prax. 2013, nr 5, s Autor: Ershov S., Haack V. Skuteczne, ekologiczne zarządzanie odlewnią nie jest łatwe. Kadra zarządzająca musi brać pod uwagę trzy główne elementy mające wpływ na proces zarządzania. Często podejmowane są złe decyzje lub metody rozwiązywania problemów nie są korygowane, co w dłuższym lub krótszym czasie może prowadzić do upadłości. Autorzy, którzy na rynku działają od lat jako nabywcy odlewów że- 23

23 liwnych i staliwnych (zarówno na rynku niemieckim, jak i światowym) w tej publikacji zamieścili swoje spostrzeżenia odnośnie strategii postępowania i zarządzania odlewnią, tak aby osiągnąć sukces jako sprzedawca odlewów. Należy uwzględniać szereg czynników decydujących o sukcesie ekonomicznym, zabiegać o szereg grup odbiorców. Należy też dbać o dobre rozeznanie sytuacji na rynku, oferować urozmaicony asortyment wyrobów. Ponadto należy znać koszty produkcji i optymalizować procesy w cyklu produkcyjnym. Należy mieć na uwadze fakt, że proces sprzedaży i wysyłki odlewów jest ważną składową ekonomicznego funkcjonowania przedsiębiorstwa. 02. ZASTOSOWANIE SYMULA- CJI KOMPUTEROWEJ W ODLEWNICTWIE Klucz do zoptymalizowanej produkcji. Identyfikować, automatyzować i optymalizować. Der Schluessel fuer eine optimierte Produktion. Identifizieren, Automatisieren und Optimieren. Giesserei 2013, Jg. 100, H. 12, s Autor: Zauner Ch. Artykuł dotyczy optymalizacji produkcji w zakładach metalurgicznych i przeróbki metali. Optymalizacji w całym cyklu produkcji: od dostarczenia surowca poczynając, a na gotowym wyrobie kończąc. Proponowany przez firmę fiwa- -group system sterowania produkcją jest właśnie takim systemem i w znacznym stopniu wyklucza pomyłkę w całym cyklu produkcji lub przeróbki metali. Ma on budowę modułową i składa się z czterech podsystemów, których praca się zazębia. Te podsystemy to: układ do określania namiaru surowców do pieców, tygli czy kadzi; układ do identyfikacji za pomocą transpondera RFID; układy rejestrujące: czytniki i zespoły piszące; system do zarządzania produkcją (oprogramowanie imess CC w pełni zintegrowany modułowy system pomiarowy). W artykule opisano kolejno pracę poszczególnych podzespołów systemu. Inteligentne sterowanie procesami w odlewniach. Intelligente Prozesssteuerung in Giessereien. Giesserei 2013, Jg. 100, H. 11, s , Autor: Saleem M. i in. W produkcji odlewów na ich jakość ma wpływ cały szereg parametrów. Przy tak znacznej liczbie czynników bardzo trudne jest jednoznaczne i szybkie określenie zależności przyczynowo-skutkowych powstawania wad odlewów i określenie optymalnych parametrów procesu w celu zapobieżenia im. Obok często występujących złożonych zależności wewnętrznych zachodzących pomiędzy realizowanymi procesami i związanymi z tym wskaźnikami wpływającymi na jakość odlewów, wynikają też problemy z rejestracją niezbędnych parametrów procesu i tym samym występuje problem z dostępnością do odpowiednich danych. Dane są nie w pełni aktualne, brakuje niezmierzonych parametrów albo wskaźników procesu, które sąsiadują ze sobą i są rozbieżne z punktu widzenia kryteriów jakościowych. W celu rozwiązania tego problemu w ramach projektu IPRO bazując na mechanicznej metodzie uczenia się, opracowano nowe oprogramowanie za pomocą, którego można przeprowadzić szeroką analizę i przetworzyć dane, które następnie przenoszone są jako dane wejściowe (input) do modułu prognozującego. Za pomocą takiego oprogramowania powinno być możliwe przewidzenie jakości odlewu w kolejnym etapie procesu, w który można jeszcze ingerować. W artykule opisano oprogramowanie do analizy EIDOminer, które dzięki inteligentnej ocenie parametrów procesu wspomaga dynamicznie dobór optymalnych parametrów procesu. Istotą tego oprogramowania jest Inteligentny Manager Analityczny (IMA) za pomocą, którego w przypadku posiadania odpowiedniej bazy danych możliwe jest 24

24 nie tylko rozpoznanie zależności przyczynowo skutkowych pomiędzy parametrami (czynnikami) powodującymi powstawanie wad, a także znalezienie optymalnego okna procesu. Zaleta IMA polega na tym, że zostaje wykorzystana nie tylko metoda analizy mechanicznego uczenia się w celu oceny przetworzonych w procesorze wstępnym danych pomiarowych, ale także opracowanie szeregu takich metod, które ujęte są w tzw. Pakiecie funkcyjnym (Functionbox). W ten sposób możliwe jest wykorzystanie możliwości (mocy) każdego narzędzia analitycznego, jak i też wykorzystanie jego wad (słabych stron), które rozpoznane zostały w analizowanym procesie produkcyjnym. Słabsze strony narzędzi oprogramowania, a więc te, które nie są w stanie wystarczająco poprawnie przewidzieć kryteriów jakościowych procesu są w związku z tym wyłączane. IMA komunikuje się z użytkownikiem za pomocą, opracowanej specjalnie dla odlewnictwa, relacyjnej bazy danych (EIDOfsdb -foundry standard database) i opartego na wiedzy systemu EIDOwiba. Zadaniem EIDOwiba jest przekazywanie na każdym etapie najbardziej efektywnych parametrów procesu. Za pomocą tych narzędzi możliwe jest uzyskanie nowej jakości sterowania procesem produkcji w odlewni. Zwiększona wydajność urządzeń poprzez poprawę planowania działań i utrzymania ich gotowości eksploatacyjnej. Ekonomiczne zastosowanie systemu planowania utrzymania w gotowości eksploatacyjnej urządzeń, zależy nie tylko od oprogramowania. Erhoehte Anlageneffektivitaet durch verbesserte Planung der Instandhaltung. Eine effektive Anwendung eines Instandhaltungsplanungssystems zur Planung haengt nicht nur von Software ab. Giesserei 2013, Jg. 100, H. 11, s , 77. Autor: Ortloff H., Pacyna V., Bembenek K. Autor: Neumueller U. Optymalne planowanie i sterowanie procesami utrzymania w gotowości eksploatacyjnej urządzeń oraz organizacja tych działań, w celu optymalizacji nakładów i ograniczenia przestojów produkcyjnych są dla przedsiębiorstw bardzo istotne. Przestoje i związane z tym koszty można ograniczyć poprzez usystematyzowanie prac przygotowawczych w obszarze produkcji. Można uzyskać w ten sposób większą wydajność. Na rynku jest dostępnych wiele oprogramowań do planowania działań utrzymania w gotowości eksploatacyjnej urządzeń. Istotny jest nie tylko dobór oprogramowania, ale i zdefiniowanie istotnych procesów i określenie jakości danych. W artykule scharakteryzowano oprogramowanie IPS, którego angielska nazwa brzmi Computerized Maitenance Management System (CMMS). Producentem oprogramowania jest niemiecka firma Industrial Consulting Neumueller z siedzibą w Schiltberg (Niemcy). Możliwości stosowania obliczeń termodynamicznych w odlewnictwie. Moeglichkeiten thermodynaminischer Berechnungen in der Giessereitechnik. Giesserei 2014, Jg. 101, H. 1, s ,251. Autor: Schmitz G. J. Symulacje termodynamiczne są coraz częściej stosowanie w praktyce odlewniczej i są często elementem symulacji procesów odlewniczych na skalę makro, jak i bardziej skomplikowanych symulacji powstawania struktury. Aktualne tendencje Integrated Computational Materials Engineering (ICME), czyli zintegrowanyego systemu modelowania materiałów i procesów inżynierskich są realizowane w kierunku większego sprzężenia szeregu programów symulacyjnych. W tym zakresie w przemyśle odlewniczym jesteśmy na pierwszym etapie cyklu produkcji. Zdobycie takich informacji jak na przykład profil segregacji, które są istotne dla przeprowadzenia symulacji następnych etapów cyklu technologicznego, takich jak: obróbka cieplna czy procesy łączenia, jest ważne i interesujące. Z tego wynikają nowe 25