PROCAST/QUIKCAST 11 12/2011 NUMERICKÁ SIMULACE SLÉVÁRENSKÝCH PROCESŮ

Transkript

1 Slévárenství č / /2011 PROCAST/QUIKCAST Vady odlitků NUMERICKÁ SIMULACE SLÉVÁRENSKÝCH PROCESŮ MECAS ESI s.r.o., Brojova 2113/16, Plzeň, Česká republika tel.: , info@mecasesi.cz,

2 Časopis Slévárenství získal osvědčení o zápisu ochranné známky. Dne byl Radou pro V a V zařazen na pozitivní list recenzovaných časopisů ( Časopis a všechny v něm obsažené příspěvky a obrázky jsou chráněny autorským právem. S výjimkou případů, které zákon připouští, je využití bez svolení vydavatele trestné. Korektury českého jazyka se řídí platnými pravidly českého pravopisu. Výjimku tvoří názvy společností, které jsou na žádost jejich zástupců upravovány v souladu se zněním zápisu u příslušného registračního orgánu. Vydavatel není dle zákona č. 46/2000 Sb. 5 zodpovědný za obsah reklam. Firemní materiály nejsou lektorovány. Texty reklam nejsou bez vyžádání zadavatele korigovány. SDO. ISSN Číslo povolení Ministerstva kultury ČR registrační značka MK ČR E 4361 Redakce / editorial office: CZ Brno, Technická 2896/2 tel.: , fax: redakce@svazslevaren.cz slevarenstvi@svazslevaren.cz č a s o p i s p r o s l é v á r e n s k ý p r ů m y s l f o u n d r y i n d u s t r y j o u r n a l r o č n í k L I X č í s l o t e m a t i c k é z a m ě ř e n í / v a d y o d l i t k ů s p e c i a l t o p i c / c a s t i n g d e f e c t s o d b o r n ý g a r a n t / p r o f. I n g. T o m á š E l b e l, C S c. Vydává Svaz sléváren České republiky IČ obsah ÚVODNÍ SLOVO 343 H l a v i n k a, J. 344 E l b e l, T. Rozšiřuje Svaz sléváren ČR. Informace o předplatném podá a objednávky přijímá redakce. Objednávky do zahraničí vyřizuje redakce. Předplatitelé ze Slovenska si mohou časopis objednat na adrese: SUWECO, spol. s r. o., Klečákova 347, Praha, tel.: , , suweco@suweco.cz. Vychází 6krát ročně. 6 issues a year Číslo vyšlo Cena čísla Kč 60,. Roční předplatné Kč 360, (fyzické osoby) + DPH + poštovné + balné. Cena čísla Kč 100,. Roční předplatné Kč 600, (podniky) + DPH + poštovné + balné. Subscription fee in Europe: 70 EUR (incl. postage). Subscription fee in other countries: 120 USD or 85 EUR (incl. postage) Sazba a tisk: Reprocentrum, a. s., Bezručova 29, CZ Blansko, tel.: rybkova@reprocentrum.cz Do sazby , do tisku Náklad 700 ks. Inzerci vyřizuje redakce. Nevyžádané rukopisy se nevracejí. vedoucí redaktorka / editor-in-chief Mgr. Helena Šebestová redaktorka / editor Mgr. Milada Haasová redakční rada / advisory board prof. Ing. Lubomír Bechný, CSc. Ing. Ján Cibuľa prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc. Ing. Štefan Eperješi, CSc. Ing. Jiří Fošum Ing. Josef Hlavinka prof. Ing. Milan Horáček, CSc. Ing. Jaroslav Chrást, CSc. prof. Ing. Petr Jelínek, CSc., dr. h. c. Richard Jírek Ing. Radovan Koplík, CSc. Ing. Václav Krňávek doc. Ing. Antonín Mores, CSc. prof. Ing. Iva Nová, CSc. Ing. Ivan Pavlík, CSc. doc. Ing. Jaromír Roučka, CSc. prof. Ing. Karel Rusín, DrSc. prof. Ing. Augustin Sládek, Ph.D. Ing. Vladimír Stavěníček prof. Ing. Karel Stránský, DrSc. Ing. František Střítecký doc. Ing. Jaroslav Šenberger, CSc. Ing. Jiří Ševčík Ing. Jan Šlajs Ing. Josef Valenta, Ph.D. Ing. Ivo Žižka, předseda VADY ODLITKŮ 345 R o u č k a, J. Vměstky ve slitinách hliníku a hodnocení čistoty kovu Inclusions in aluminium alloys and evaluation of metal purity 351 E l b e l, T. H a m p l, J. Studium vzniku bodlin v litinových odlitcích 1. část Study of pinholes genesis in iron castings 1 st part 356 B a b i c, J. Vplyv technologických parametrov na vznik zadrobenín v liatinových odliatkoch Influence of technological parameters on sand inclusion occurrence in lamellar graphite and spheroidal graphite iron castings 360 O d e h n a l, J. Tvorba a eliminace sekundární strusky u litin s kuličkovým grafitem Formation and elimination of dross in spheroidal graphite cast irons 364 N e u d e r t, A. Penetrace připečeniny u odlitků ze slitin železa Penetration the burn-on in iron alloys castings 369 K r á l o v á, Y. E l b e l, T. Znalostní expertní systém vad odlitků ESVOD Knowledge-based expert system of casting defects ODBORNÉ ČLÁNKY 374 G a i l l a r d, Y. D a i r o n, J. F l e u r i o t, M. Porézní materiály: inovace s mnoha možnostmi využití Cellular materials: an innovation with many applications Dendrity ve staženině ocelového odlitku

3 1 2 / v š e o b e c n ě z a m ě ř e n é č í s l o / g e n e r a l t o p i c n u m b e r PF Z PRAXE 379 P r o c h á z k a, P. V e s e l ý, P. Praktické poznatky z využití filtračních sestav firmy Keramtech při filtraci středně těžkých odlitků (KERAMTECH, s. r. o., Žacléř) inzerce OBÁLKA MECAS ESI s. r. o., Plzeň Ediční plán Slévárenství 2012 FIREMNÍ PREZENTACE 381 Náš servis tavicích agregátů přesvědčuje o kvalitě (JUNKER Industrial Equipment, s. r. o., Boskovice) 382 K o v á č, M. K r u t i š, V. Numerická simulace pomocník při odstraňování slévárenských vad (MECAS ESI, s. r. o., Plzeň) RUBRIKY 384 Roční přehledy 389 Zprávy Svazu sléváren České republiky 391 Zprávy České slévárenské společnosti 394 Vysoké školy informují 395 Slévárenské konference 396 Recenze 397 Umělecká litina 397 Slévárenství a poezie 398 Blahopřejeme 400 Z historie ALFIN-EDIMET SPA KERAMTECH s. r. o., Žacléř inzerce 355 ČD Logistics, a. s., Praha 381 JUNKER Industrial Equipment s. r. o., Boskovice 350 Spolupráce Veletrhy Brno a. s., CELOROČNÍ OBSAH SLÉVÁRENSTVÍ 2011 Brno

4 J. Hlavinka Vážení čtenáři, dostává se vám do rukou poslední číslo časopisu Slévárenství vydané v tomto roce. Je proto namístě zrekapitulovat rok uplynulý a nastínit ten následující. Jako zástupci cechu slevačů máme povinnost stále zviditelňovat povědomí o existenci našeho oboru jako nedílné součásti průmyslového spektra jak v České republice, tak i v zahraničí. Filozofie naší práce spočívala a bude nadále spočívat mimo jiné i v aktivitách směřujících ke slévárenské veřejnosti, jejíž informovanost o oboru je velmi důležitá pro další rozvoj slévárenství, a to nejen ve smyslu zacelení nedostatku slévárenských pracovníků. Při plnění tohoto záměru nám pomáhá časopis Slévárenství či workshopy a odborné semináře (NepSi, Slévárenská statistika atd.). Samozřejmě nemůžeme vynechat oblast vzdělávání, kde jsme si vybudovali významnou pozici, což potvrzuje řada projektů, na kterých se podílejí nejen členové našeho svazu (Projekt PROFESE). Z pohledu slévárenského světa je naše práce jasně definována, a to konkrétními úkoly v jednotlivých oblastech naší činnosti, jako je legislativa, boj o kvalifikovanou pracovní sílu, statistika atd. Asi složitější a ne s okamžitě kvantifikovatelným efektem je naše práce vůči vnějšímu okolí. Zde musíme nadále usilovat o zviditelňování oboru na patřičných místech. Musíme se snažit vycházet z tradic a zároveň umět přesvědčit o perspektivách oboru v budoucnosti. Jak dobře dokážeme tuto práci zvládnout, se ukáže na opačné misce vah co pozitivního nám živé povědomí o oboru přinese. Máme-li získat jakoukoliv výjimku či jakoukoliv podporu oboru, musíme být vidět a musí se o nás vědět na patřičných místech. Nezřídka se nám podařilo zajistit nějakou potřebu, která je ve finále využívána jako výhoda jak členy, tak i nečleny svazu, v některých případech i subjekty nesouvisejícími. Po tom, kdo byl iniciátorem a realizátorem zapracování, už nikdo nepátrá. Jako příklad můžeme uvést kladný výsledek působení svazu při zajišťování podpory veletrhů, jako byly Hannover, GIFA a Midest prostřednictvím Hospodářské komory ČR. Z dalších aktivit můžeme jmenovat získávání dílčí kvalifikace na základě odpracované praxe pro slevače a taviče založené na zkoušce před autorizovanou osobou. Autorizovaných osob také přibývá jako hub po dešti. A o tom, že osnovy a pokyny zpracovával náš Ing. Josef Hlavinka v ý k o n n ý ř e d i t e l S v a z u s l é v á r e n Č R svaz prostřednictvím Sektorových rad už ví asi málokdo. Zvykli jsme si, že pozitivní úspěšnost oborových zájmů zakomponovaných do obecných předpisů je bohužel vytěsňována individuální publicitou iniciátora. A možná je to i dobře. V příštím roce nás čeká celá řada významných slévárenských událostí. Z veletrhů jmenujme alespoň Hannover, St. Petersburg, nebo FOND-EX Na jaře proběhne v Praze Council meeting CAEF, jehož předsednictví má v roce 2012 Česká republika. Prezidentem CAEF je pro toto období Ing. Ivo Žižka, prezident SSČR. Na podzim ( ) připravujeme v Praze společně s CAEF a CEMAFON Mezinárodní slévárenské fórum IFF (International Foundry Forum). Dále bude nutné v roce 2012 provést registraci českých sléváren do systému NepSi. V oblasti vzdělávání budeme nadále pokračovat nejen v rozběhnutém projektu PROFESE, ale i v jiných započatých projektech. Z pohledu organizace svazu bude příští rok významný volbou nového představenstva, ze kterého vzejde i prezident pro další čtyřleté období. Dovolte mi závěrem poděkovat všem, kteří nám napomáhají v naší práci, všem těm, kteří přispívají k bezproblémovému fungování a plnění dílčích úkolů v oblastech vydavatelství, vzdělávání, publicity i ke zdánlivě neviditelné organizaci a činnosti sekretariátu. A rovněž bych chtěl touto cestou popřát vám všem šťastné a veselé prožití svátků vánočních a v novém roce 2012 mnoho zdaru, štěstí a tvůrčích nápadů ve vaší činnosti. ú v o d n í s l o v o Slévárenst ví. L I X. listopad prosinec

5 T. Elbel ú v o d n í s l o v o Úvodní slovo prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc. o d b o r n ý g a r a n t V současné době prožíváme období, kdy se pozornost lidské společnosti zaměřuje na jakost všech výrobků a služeb. Je to dáno nejen zájmem o lepší kvalitu života, ale vynucuje si to konkurence na globálních trzích téměř ve všech oblastech lidské činnosti. Platí to i pro slévárenský průmysl, ve kterém je výroba odlitků provázena různými vadami a cesta k jejich prevenci a odstranění je úzce spojená s náklady. Snižování počtu neshodných výrobků zmetků je přímou cestou ke snižování nákladů, k výrobě náročnějších odlitků s vyšší přidanou hodnotou a v konečném důsledku k upevnění pozic slévárny na trhu. Vznik vad je často dán fyzikální podstatou pochodů, které probíhají v oblasti vysokých teplot při přechodu z tekutého stavu do pevné fáze. Vyrábět odlitky úplně bez vad zatím nedokážeme ani přesto, že se ve slévárenství zavádějí moderní technologie a implementují se různé postupy a metody plánování jakosti k výrobě bez vad. Jsou slévárny, které si vytýčily programy známé z jiných odvětví průmyslu, např. pod názvy Quality Journal, Six Sigma, Zero Defect aj. Úspěch těchto postupů však naráží na to, že ne vždy známe mechanizmus vzniku vad a vzájemné působení různých parametrů důležitých pro předcházení vadám. Příspěvky v tomto čísle časopisu Slévárenství jsou sestaveny z článků, které se zabývají identifikací vad, jejich příčinami a mechanizmem vzniku. Kromě toho zde byly zařazeny příspěvky s příklady ze sléváren s praktickým řešením vad a rovněž přehledový článek o vměstcích. Je dobré, že se redakční rada našeho časopisu opět rozhodla věnovat jakosti odlitků samostatné číslo. Podle ohlasu ze sléváren vím, že takové příspěvky jsou pozorně studovány a je o ně zájem. PF 2012 Na konci roku Přejeme samé úspěchy Bez vad odlitků. prof. Ing. T. Elbel, CSc. Haiku, s. 397 Zvonařská dílna Tomášková-Dytrychová, s. r. o. 344 Slévárenství. LIX. listopad prosinec

6 Karl - Heinz Schütt r o č n í p ř e h l e d y roční přehledy Mechanizace výroby forem a jader K a r l - H e i n z S c h ü t t Výroba forem a jader obecně V odkazu [1] se srovnávají nejdůležitější bentonitové a chemicky pojené formovací směsi a postupy formování z hlediska produktivity, jakosti povrchu a tloušťky stěny odlitku, kterou lze vyrobit, rozsahu hmotnosti odlitků a nezbytných úkosů pro vyjímání modelu. Švédský institut SweCast, Jönköping, představuje svůj výzkumný projekt zaměřený na optimalizaci spotřeby energie a technologie slévárenských procesů [2] simulací, který zahrnuje i úpravu formovací směsi, výrobu forem a odprašování, osvětlení a vytápění u těchto procesů. Ve čtyřech švédských slévárnách byla optimalizována spotřeba energie postupem simulace samostatných jevů. J. Wagner a M. Schneider [3] předkládají matematický model pro složitá písková jádra, numerickou simulaci procesu vstřelování, vytvrzování v jaderníku a rozkladu pojiva během odlévání. Numerická simulace umožňuje analýzu posloupnosti procesu výroby jader na fundovaném vědeckém základě (obr. 1). Analyzují a interpretují se složité fyzikální pochody, takže lze kauzálně vyhodnotit tendence k chybám a účinně zasáhnout a optimalizovat konstrukci jaderníků. Moderní automatizovaná výrobní zařízení produkují velká množství dat, k jejichž strukturovanému sběru a záznamu se používají informační správní systémy. M. Garmisch [4] referuje o systému na zpracování provozních dat FIF (Fill Information Framework) firmy Fill GmbH, Gurten, Rakousko, který umožňuje zjednodušení, protože odebírá většinu informací přímo z řízení (hlášení o poruchách, údaje o stavu stroje, taktu) a umožňuje jejich redukci v rozsahu funkce na minimum nezbytné pro činnost obsluhy. Zcela standardní začlenění sběru dat do výrobních zařízení a jejich chronologické poskytování dovolují vypracovávat analýzy ABC (programové strukturální analýzy) pro hledání příčin a cílená nápravná opatření. Postupy formování z bentonitov ých směsí W. Tilch a H. Polzin [5] podávají přehled o prudkém vývoji výroby forem z bentonitových směsí. Díky velké schopnosti inovace zůstala výroba forem z bentonitových směsí stále ještě dominantní, i přes četnost nových formovacích postupů s chemicky nebo fyzikálně pojenými formovacími směsmi. Ve srovnání s jinými formovacími postupy mluví pro formování ze syrových směsí relativně nízké náklady, vysoký stupeň recyklovatelnosti vratných směsí ze systému oběhových směsí a z toho vyplývající nízká specifická spotřeba materiálu, použití jílu a bentonitu jako pojiv neutrálních k životnímu prostředí, vysoká produktivita a dosahování vysoké a rovnoměrné jakosti odlitků založené na stále dokonalejší technice výroby a také bezproblémové využití zbytkových látek. Autoři očekávají, že použití bentonitových směsí ve slévárnách vyrábějících pískové Obr. 1. Obr. 2. formy bude dominantní i v budoucnosti, a to na základě dynamického technického rozvoje a množství jejich předností. V. Domscheit [6] popisuje nové zařízení na úpravu formovací směsi od firmy Olsberg Hermann Everken GmbH, Olsberg (obr. 2), jehož klíčovou jednotkou je nový vířivý mísič Eirich s výkonem 120 t formovací směsi/h. Vedle uvedeného výrazného zvýšení produktivity celého formovacího úseku patří k jeho přednostem zlepšená jakost povrchu forem a odlitků a také značné snížení objemu zbytkových látek (odpadu). G. Feuerstein [7] referuje o novém zařízení na úpravu formovacích látek firmy Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co. KG, Hardheim, které bylo vyrobeno pro jednu slévárnu u města Izmir v Turecku. Zařízení Evactherm se vyznačuje sníženou spotřebou bentonitu a spolehlivým chlazením formovací směsi. Tři rámové formovací linky zásobují dva mísiče Evactherm (RV-32VAC) každý s objemem formovací směsi 7 m 3 /dávku, Sériové jádro (a) a experimentální jádro se zabarveným pískem (b) ve srovnání s výsledkem simulace s virtuálně zabarveným pískem (c). Vada vyskytující se v praxi se přitom našla stejným způsobem při simulaci [4] Grafické vyobrazení nového oběhu směsi uzavírá se u mísiče, kde se přidávají přesně dávkované přísady bentonit a uhelná moučka a také voda a formovacím zařízením je znovu k dispozici upravená směs [7] 384 Slévárenství. LIX. listopad prosinec

7 Karl - Heinz Schütt které jsou vybaveny společnou vakuovou jednotkou. K. H. Schütt a G. van de Keerkhoff [8] uvádějí informaci o zařízení na nízkotlaké lití holandské firmy Eurotech Group, Venlo. Jedná se o formovací zařízení s vícemístným odléváním firmy Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH, na které se odlévají mimořádně tenkostěnné, vysoce těsné hliníkové odlitky do rámů o velikosti /350 mm. Z technického hlediska je zařízení se standardním formovacím zařízením hws doplněno vícemístným licím úsekem (polem) se dvěma tavicími pecemi. Formovací rámy přicházející z formovacího uzlu se řízeně odlévají spodem, uzavírají zátkou a znovu se vrací do chladicího úseku oběhu forem. Forma se také dá podle potřeby otočit o 90 nebo 180, čímž jsou dány četné možnosti ovlivňování tuhnutí. Kromě odlévání tenkostěnných součástí je možné docílit lepších mechanických vlastností, protože tento postup je perspektivní i pro hospodárnou výrobu polotovarů pro budoucí tlakové odlitky. M. Aycardi aj. [9] referují o opatřeních na zajištění jakosti spočívajících v modernizaci formovny ve slévárně firmy Landers Foundry, Medellin, CO, USA, se 16 lisovacími formovacími stroji firmy Hunter Automated Machinery Corporation, Schaumburg, Ilinois, USA. Po uvedení nové formovny do provozu se zmetkovitost zvýšila o 22 %. Přizpůsobení formovací směsi požadavkům těchto strojů snížilo zmetkovitost na 9 %. Lze očekávat, že se další optimalizací docílí dalšího snížení zmetkovitosti. K. Terashima aj. [10] popisují nový postup formování bentonitové směsi vyvinutý v Japonsku, do kterého je integrováno odlévání. Při formování lisováním se odlévá přímo do předem vyrobeného spodku formy v rámu. Složením horní poloformy se dokončí tvarování odlitku. Parametry procesu odlévání a rychlost spouštění horního rámu se odladí simulací a řídí se počítačem. Přednosti tohoto postupu jsou v eliminaci vtokové soustavy, vyšším využití kovu, nižší licí teplotě podmíněné nižšími tepelnými ztrátami během procesu, v úsporách energie a menším množství plynových emisí při odlévání. Postupy formování z chemick y pojených směsí H. Wolf [11] ukazuje u příležitosti 100. výročí existence VDG na úspěšný vývoj chemicky pojených směsí ve výrobě forem a jader. Budoucí úkoly spočívají ve spolehlivé výrobě odlitků s ještě menší tloušťkou stěny s větší rozměrovou přesností, v dalším zvyšování produktivity automatizací, vytvoření uzavřených oběhů látek snížením zápachu, ve vyšší bezpečnosti a ve vývoji formovacích směsí a výrobních zařízení, která budou ještě příznivější pro životní prostředí. U. Riethmüller a M. Kuhne [12] popisují stroj na vstřelování jader, který vyvinula firma Disa Industrieanlagen GmbH, Lipsko, pro slévárnu lehkých neželezných kovů firmy Georg Fischer Automotive GmbH, Herzogenburg, Rakousko. Stroj byl zkonstruován podle potřeb slévárny (středně velké odlitky, malosériová výroba) s tím, že je jejich provoz rentabilní i u malých sérií. Používá karusel, na kterém jsou umístěny až tři různé jaderníky. Ty lze pohotově naplnit, podle sortimentu odlitků, třemi otáčejícími se vstřelovacími hlavami. Současně se může vstřelovat, vytvrzovat a odebírat jádra, což zkracuje výrobní takt. Pro výrobu větších jader, až do objemu vstřelení 25 l, byl vyvinut další stroj s automatickou výměnou jaderníků. F. Denke a U. Minkner [13] popisují nové zařízení firmy Metallwerke Franz Kleinken GmbH, Dorsten, s regenerací formovacích směsí, které se při snížené specifické spotřebě fenolické pryskyřice a tvrdidla vyznačuje zvýšeným výkonem 30 t/h se zvýšenou kapacitou vytloukání a jakostí regenerátu. I. Gross a W. Woldert [14] popisují rámovou linku na ST technologii Alpha Set firmy F.A.T. GmbH pro slévárnu oceli. Zařízení se skládá z centrální úpravny směsí se dvěma průběžnými mísiči. Dvě plnicí polohy, z nichž jedna obsluhuje linku na středně velké a druhá na velké odlitky. K zaformování dvoudílné formy pro středně velký odlitek je třeba asi 10 min. Používá se vibrace během procesu plnění s návazným vytvrzením na válečkové dráze. M. Faller [15] referuje o koncepci zařízení firmy Laempe & Mössner GmbH na výrobu jader z anorganicky pojených směsí. Anorganická pojiva budí zájem při dalším vývoji formovacích směsí hlavně z hlediska ochrany životního prostředí. Kromě vývoje vhodných pojiv to vyžaduje také strojové vybavení odpovídající konstrukce a optimálně přizpůsobené jaderníky. Firma Laempe & Mössner vyvinula odpovídající koncepci zařízení pro anorganický pojivový systém firmy Hüttenes Albertus Chemische Werke GmbH. H. H. Brandes [16] představuje koncepci zařízení na výrobu jader firmy Brandes GmbH, Gernsheim, konstruovaného pro specifické použití, na příkladě centra AHB na výrobu jader se vstřelovacím objemem 120 l pro švýcarskou slévárnu. Podrobně je popsán čtyřsloupový vstřelovací stroj s vytvrzovací jednotkou, mísičem AHB na úpravu jádrové směsi nad strojem, pračkou VSS a s dotykovým řízením IPC. Slévárna firmy BMW v Landshutu dokončí tento rok přechod veškeré výroby jader na anorganický pojivový systém Inotec firmy Ashland Südchemie Kernfest GmbH [17]. S. Essbauer [18] popisuje obšírně tuto první bezemisní výrobu odlitků na světě. Hliníkové hlavy válců se vyrábějí na automatizovaných zařízeních na odlévání do kovových forem, do kterých se zakládají jádra z CB směsí s anorganickým pojivem. Automatizován je celý výrobní proces až po odebírání odlitků. Vedle ekologických hledisek žádné emise a zápach má toto řešení výroby přednosti i z hlediska ekonomiky a technologie. Rychlejším a lepším ztuhnutím taveniny v kovové formě se na jedné straně dosáhne lepších pevnostních vlastností a na druhé straně se šetří na energeticky náročném procesu čištění povrchu kovové formy tryskáním suchým ledem, protože v ní zůstává výrazně méně zbytků spalování. H. Schwikal aj. [19] referují o výzkumu na TU Mnichov zaměřeném na proveditelnost regenerace takových anorganicky pojených vratných CB směsí, kterých je velké množství. Regenerovatelnost všech zkoušených oběhových regenerátů a jejich použití na sériovou výrobu jader pro odlitky hlav válců a klikových skříní bylo prokázáno na pilotním zařízení pro mechanickou a tepelnou regeneraci. T. Pabel aj. [20] popisují zkoušky jader ze směsí s pojivem Inotec Rakouského slévárenského institutu (ÖGI), Leoben. Jádra s tímto pojivem se dají stručně charakterizovat svými přednostmi, jako je malé množství emisí a nízká pórovitost a zlepšené mechanické vlastnosti (o 10 % vyšší mez únavy při kmitavém napětí) při menším množství usazenin v jaderníku. P. Stiegl a G. Schiller [21] uvádějí stav použití jader ze solné směsi. Metoda lisování a spékání doposud umožňovala jen výrobu jader jednoduchého geometrického tvaru. Firma CeramTec AG, Lauf, vyvinula postup vstřelování s vhodným pojivem pro jádra, která mají složitější tvar. U solných jader je výhodou jejich dobrá ekologická únosnost, protože při odlévání a odjádrování nevzniká kouř nebo plyn. Nevýhodné jsou naproti tomu vyšší náklady na suroviny, než je tomu r o č n í p ř e h l e d y Slévárenst ví. L I X. listopad prosinec

8 Karl - Heinz Schütt r o č n í p ř e h l e d y u tradičních pískových jader. Zatímco u lití do kovových forem je použití solných jader už zavedeno, u tlakového lití se na ně kladou mnohem větší nároky podmíněné mnohem větším tepelným a mechanickým namáháním. Požadavky se musí vyřešit vývojem pojivového systému. J. M. Biezanek [22] se zabývá vývojem a použitím lití do skořepinových forem, které v r vynalezl Němec Johannes Croning. Pro svou vysokou pevnost a jakost povrchu našel postup využití především u tenkostěnných jader pro vodní pláště a jiná vysoce namáhaná jádra s přesným povrchem. Autor uvádí příklady použití postupu odlévání do skořepinových forem, např. k výrobě složitých odlitků ve skořepinových formách s vysokou rozměrovou přesností, s tloušťkou stěny 5 až 15 mm a při výrobě dutých velkých jader, která snižuje spotřebu formovací a jádrové směsi. Dosažitelná vysoká jakost povrchu a rozměrová přesnost, dlouhá skladovatelnost jader a částí forem, lepší využití kovu umožňují v mnoha případech dosáhnout dobrou hospodárnost ve srovnání s jinými výrobními postupy. V odkazu [23] je popsán nový kombinovaný formovací stroj na výrobu forem a jader DMC (Dual Mold/Core) výrobce Harrison Machine, Erie, PA, USA. Je založen na formovacím zařízení na výrobu jader postupem cold box se dvěma stanicemi, které může vyrábět části formy a jádra zároveň ze stejné chemicky pojené formovací směsi. Pro takto získanou flexibilitu výroby pouze s jedním obsluhujícím pracovníkem je stroj vhodný pro malé slévárny, které mají menší technické vybavení, a také pro slévárny s výraznými změnami sortimentu a rovněž pro výrobu paketu jader. H. Finkenberg [24] popisuje možnosti čištění jaderníků složitého tvaru, které se používají pro jádra z chemicky pojených směsí. V zásadě přicházejí v úvahu tři možnosti: ultrazvuk, suchý led a vysokotlaký vodní paprsek. Obšírně je popsáno automatické čištění jaderníků paprskem vody vedeným robotem. Jaderník se čistí tryskou vedenou robotem, ve které lze tlak vody regulovat až do 200 barů. I. Ederer [25] referuje, jak se používá postup rapid prototyping Voxeljet firmy Voxeljet Technology GmbH, Augsburg, ve švýcarské slévárně Wolfensberger, Bauma, k výrobě prototypů a malých sérií oběžných kol Francisových turbín odlévaných do forem z furanové směsi o rozměrech mm. Vrstvy formovací látky Kerphalitu se vytvrzují počítačovým řízením z CAD dat turbíny. Výroba forem trvá několik dní. Kerphalit odolává licím teplotám nerezové oceli C. H. P. Rehle [26] popisuje strojové vybavení firmy Prometall RTC GmbH, Augsburg, pro rychlou výrobu pískových forem a jader tiskací technikou. Rychlá výroba bez nástrojů dnes umožňuje výrazné úspory času a nákladů. Je to dáno významným pokrokem v konstrukci tiskací hlavy, zlepšenou dynamikou pohybu, konstrukcí forem a jader na bázi dat CAD a možností optimalizovat a maximalizovat prostorové rozložení rámu využitím speciálního softwaru (Rapix3D). Příznivě se přitom projevuje to, že se při jednom prostorovém rozložení rámu dají vyrobit jak části formy, tak jádra ve větších sériích. Pro evidenci a sledování pískových jader kvůli zajištění jakosti v jadernách se písková jádra musí opatřit trvalým označením. Doposud se k tomu používalo gravírování laserem, které se však obtížně automatizuje a je relativně drahé. G. Knoth [27] předkládá jako cenově výhodnější alternativu mechanické gravírovací zařízení se speciálními rydly vyvinuté firmou Joachim Richter e. K., Konken. Náklady jsou asi o 50 % nižší oproti laserové variantě. Alternativní postupy formování D. Schmidt, F. J. Wöstmann a J. Weise [28] popisují výzkumný projekt Institutu Frauenhofer IFAM, Brémy, týkající se úpravy postupu lost foam pro výrobu velmi malých odlitků na příkladě ozubených koleček o průměru 1 mm. Středem pozornosti byly především výhodné vlastnosti tohoto postupu: vysoká rozměrová přesnost a dobrá jakost povrchu. V odkazu [29] je představena slévárna oceli Lienen GmbH, Lienen, která je jedinou slévárnou v Evropě vyrábějící ocelové odlitky s téměř konečnými rozměry postupem lost foam. Za přednosti této výroby odlitků se považuje možnost současného předlití vrtání, zářezů a úkosů, odlévání lehkých konstrukcí díky malým tloušťkám stěny, složitých geometrických tvarů a jakost povrchu (bez otřepů) použitím jednodílné formy a dále vysoká rozměrová přesnost. B. Phipps referuje o úspěšném řešení automatizace a řízení výroby voskových modelů v několika amerických slévárnách přesných odlitků [30]. V jednotlivých případech se jedná o řízení procesu výroby voskových modelů s automatickým měřením, záznamem a vyhodnocováním teploty vosku ve vstřikovací trysce, robotizovanou kompletní automatickou montáž voskových modelů pro výrobu skořepinových forem a odlévání přesných odlitků pro golfové hole, automatický systém vstřikování vosku a automatickou montáž modelů. To vše vedlo k výraznému zvýšení výroby. J. Markee a R. Bauer [31] popisují dispergační zařízení na přípravu emulzí pro výrobu forem pro přesné lití a vypracování optimálních parametrů výroby emulze z koloidního SiO 2 a vody. R. Hirst [32] se zabývá různými přístupy k recyklaci vosků ve slévárnách přesných odlitků. Zatímco se dříve tyto regenerované vosky používaly jen pro vtokovou soustavu, ukazují nové výzkumy, že regenerované vosky lze po vyčištění filtrací použít na výrobu voskových modelů, aniž by utrpěla jakost. E. Prünte [33] popisuje současné největší zařízení na přesné lití titanových odlitků, které uvedla firma Tial GmbH, Bestwig, do provozu v roce Na tomto zařízení se dají odlévat přesné titanové odlitky o délce až mm a hmotnosti 300 kg. K této investici vedla poptávka leteckého průmyslu po velkých odlitcích, která se za posledních deset let zvýšila. S. B. Shendye a D. J. Gilles [34] představují postup přesného lití s protitlakem (postup Hitchiner), který vyvinula firma Hitchiner Manufacturing, Milford, NH, USA, a také ho řadu let používá. Na příkladě ocelové superslitiny byly varianty tohoto procesu podrobeny rozsáhlé studii, tj. tavení atmosférické s inertním plynem a ve vakuu. Forma se plní spodem keramickou trubkou. Tavení v ochranné atmosféře s inertním plynem a ve vakuu nijak významně nezlepšilo vlastnosti této slitiny. Lití s protitlakem vedlo k požadované absenci pórovitosti a lepším mechanickým vlastnostem. Známou nevýhodu, znečištění taveninou proudící zpět, nebylo možné prokázat. Zkoušky potvrdily vhodnost tří zkoušených variant pro zpracování vysoce reaktivních legovaných ocelí a superslitin. M. Mussel [35] informuje o postupu lití do sádrové formy (obr. 3) ve spojení s výrobou modelů metodou rapid prototyping podle modelu CAD (což se při výrobě odlitků sacího potrubí ukázalo jako hospodárnější než odlévání do pískové formy, CNC frézování, odlévání postupem solicast a přesné lití). Důvodem volby lití do sádrové formy byly vysoké požadavky na jakost povrchu, vhodnost k odlévání tenkostěnných odlitků s úkosy formy a poloměry jako u tlakového lití, nízké náklady na nástroje a dostatečná kapacita prostoru zařízení pro dané rozměry odlitku. 386 Slévárenství. LIX. listopad prosinec

9 Karl - Heinz Schütt Obr. 3. Operace při lití do sádrové formy [34] Výroba forem a jader jako systém Obr. 4. R. Seeber [36] popisuje koncepci firmy Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG, Hardheim, týkající se plynulé úpravy bentonitové formovací směsi s vysokými nároky na jakost. Koncepce se skládá z balíku jednotlivých opatření: řízení a regulace vlastností formovacích směsí využívající software Sandexpert a přístroje Qualimaster pro zkoušení formovací směsi online, záznamu a vyhodnocování dat nejdůležitějších parametrů formovací směsi programem Sandexpert pro rychlé rozeznání chyb a jejich odstranění a z průběžného ukládání údajů k dokumentaci nezbytných výrobních dat a dat jakosti celého procesu úpravy formovací směsi. D. Kahles aj. [37] představují stejnojmenné softwary firmy Arena-flow, Albuquerque, NM, USA, pro virtuální optimalizaci procesu vstřelování jader. S. Gibbs [38] poukazuje na to, že připravenost jader pro formovací linku představuje díky proměnám vyráběných odlitků a rostoucímu počtu jader, která se musí připravit, stále větší výzvu pro organizaci plánování výroby odlitků, která vyžaduje odpovídající časovou osnovu. Autorka radí, jak lze minimalizovat skladovanou zásobu, optimalizovat manipulaci s jádry a realizovat výrobu odpovídající spotřebě a připravenosti jader. J. Heinz [39] představuje jaderník pro automatickou výrobu jader hlav válců a klikových skříní (obr. 4). Inovační na tomto řešení je na jedné straně důsledné uplatnění modulového systému na bázi jednotné platformy a na druhé straně flexibilní formovací rám, který se dá vždy po 100 mm prodlužovat a rozšiřovat a po 20 mm zvyšovat, takže ho lze přizpůsobit zadané výrobě. Přestavení ve všech třech rovinách se docílí tak, že se stěny formovacího rámu na rohových spojích sešroubují podle potřebné velikosti. V odkazu [40] se referuje o automatizaci dopravy a skladování jader ve slévárně firmy Wingham Industries Inc., Wingham, AB, USA, kterou zde realizovala firma Robotec Engineering GmbH, Bad Säckingen. Slévárna vyrábí velkosériově výfukové potrubí pro osobní vozy a lehká užitková vozidla. Po nanesení nátěru projdou jádra sušicí pecí, pak je uchopí roboty a skládají je cíleně na skladovací palety, které se podle potřeby dopravují k formovacímu zařízení. Sortimenty s více jádry mohou navíc roboty skládat do paketů a ukládat je, stejně jako jednotlivá jádra, do spodku formy na formovacím zařízení. Jako přednost tohoto postupu se uvádí úspora šesti pracovníků, viditelný pokles poškození jader způsobovaného dřívější dopravou vysokozdvižným vozíkem a jinou manuální činností a také pro sériovou výrobu obecně platné plynulé vedení procesu. J. Amman [41] konstatuje, že se ofukovacím robotem nově instalovaným ve slévárně Georg Fischer GmbH, Garching, nejen zvýšila výroba formovacího zařízení, ale že bylo možné optimalizovat výrobní proces i z hlediska jakosti. Robot vyvinutý a vyrobený firmou Robotec Engineering GmbH, Bad Säckingen, je volně programovatelný. Má jeden laserový a jeden infračervený senzor, které jsou umístěny v oblasti ofukovacích trysek a identifikují místa s ulpělou směsí, která se mají ofukovat. Kromě toho ověřují, zda jsou založeny licí filtry. A. Mösner aj. [42] popisují robotizovanou montáž paketů jader Laempe und Mössner GmbH. Slévárna vyrábí sériově bloky válců ze slitin hliníku. Cílem montáže paketů jader je snížit dobu jejich montáže pod 45 s, což umožňuje robotizovaná automatizace. Předem vytříděná jádra celého paketu se na regálech, kde jsou uložena, kontrolují kamerami, roboty je odeberou a uloží na určená místa na palety montážního dopravníku. Do bočních jader se potom vytvoří na několika místech otvory pro odvádění plynů. Během dopravy na montážní stanoviště paketů se na plochy jader inkoustovou tiskárnou nanesou čárové kódy a laser s vysokým výkonem vypálí na komponenty jader sériové číslo. Na konci dopravníku odebere připravená Modulární výroba nástroje zajišťuje vysokou flexibilitu jeho použití r o č n í p ř e h l e d y Slévárenst ví. L I X. listopad prosinec