Dr inż. Aleksander Fajkiel – kierownik zespołu, dr inż. Piotr Dudek, mgr inż. Krzysztof Saja, mgr inż. Tomasz Reguła, mgr Jacek Bochenek
Istota wynalazku
Technologia odlewania do form piaskowych intensywnie chłodzonych wodą podczas krzepnięcia odlewów i destrukcji formy po zakrzepnięciu odlewu nosi nazwę odlewania ablacyjnego. Jest to technologia stosunkowo nowa i obecnie w Polsce nie jest stosowana.
Proces odlewania ablacyjnego (ablation casting), dotyczy wykonywania odlewów głównie ze stopów aluminium w formach jednorazowych. W procesie wykorzystywane są formy piaskowe z wodorozpuszczalnymi spoiwami. Ciekły stop wlewany jest do formy odlewniczej i w czasie, gdy pozostaje on jeszcze w stanie ciekłym, forma z pewnej odległości jest obmywana strumieniami medium chłodzącego (np. wody). Forma odlewnicza sukcesywnie podlega destrukcji, umożliwiając bezpośredni kontakt wody z powierzchnią odlewu, eliminując tym samym szczelinę powietrzną – występującą praktycznie we wszystkich innych tradycyjnych sposobach odlewania – ograniczającą przepływ ciepła na zewnątrz. Duży gradient temperaturowy przechodzący przez przekrój odlewu sprzyja eliminacji porowatości skurczowej, szczególnie w dużych przekrojach. Krzepnięcie zachodzi w warunkach bezprecedensowo dużych temperaturowych gradientów i prędkości, w rezultacie czego powstaje mikrostruktura z ekstremalnie rozdrobnionymi fazami krzepnącymi w ostatniej kolejności.
Technologia odlewania ablacyjnego przeznaczona jest przede wszystkim do wykonywania odlewów w formach piaskowych o zróżnicowanej grubości ścianki i skomplikowanych kształtach. W formach piaskowych odlewy krzepną stosunkowo wolno, co skutkuje niekorzystnym rozrostem ziaren. W celu uzyskania drobnoziarnistej struktury w odlewie (porównywalnej do odlewów kokilowych) i tym samym zwiększenia właściwości mechanicznych, można zastosować szybkie, ablacyjne chłodzenie formy bezpośrednio po zalaniu ciekłym metalem wraz z jej destrukcją (rozpadem).
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do usuwania masy formierskiej z odlewu i jego chłodzenia, przeznaczone głównie do odlewów ze stopów aluminium.
Urządzenie zbudowane jest z otwartej od góry komory, wewnątrz której znajduje się ruchomy stół roboczy posadowiony na podnośniku wprawianym w ruch pionowy i obrotowy. W bocznych ścianach komory zainstalowane są dysze z otworami o różnych średnicach do podawania płynnego medium chłodzącego. Dysze można zamocować na przegubach, które pozwalają na regulowanie kąta podawania strumienia medium płynnego i zastosować deflektory, które umożliwiają regulowanie kształtu i wielkości strugi płynnego medium chłodzącego, co pozwala na regulację intensywności usuwania formy i kontrolowanie chłodzenia odlewu. Pod komorą zainstalowany jest zbiornik, na przepływające płynne medium chłodzące, wyposażony w kosz do zbierania masy formierskiej z rozbitej formy oraz w pompę z filtrem podłączoną przewodami wysokociśnieniowymi z dyszami.
Konstrukcja urządzenia według wynalazku pozwala na równoczesny ruch obrotowy i ruch
w płaszczyźnie pionowej formy, co zapewnia równoczesne usuwanie masy formierskiej z odlewu za pomocą strumienia płynnego medium chłodzącego podawanego z dysz oraz kontrolowanie kierunkowego chłodzenia odlewu. Ponadto ruch obrotowy stołu roboczego sprzyja dokładnemu wypłukaniu masy formierskiej ze wszystkich fragmentów zakrzepłego odlewu. Zastosowanie ruchu obrotowego i posuwistego jest innowacją w stosunku do dotychczas stosowanego rozwiązania, w którym forma przesuwa się tylko w pozycji poziomej na taśmociągu pod rzędem dysz spryskujących.
Potencjał komercjalizacji
Proces odlewania ablacyjnego jest stosunkową tanią metodą otrzymywania odlewów z form piaskowych z silnie rozdrobnioną strukturą. Zastosowanie szybkiego chłodzenia pozwala na ograniczenie lub nawet całkowite wyeliminowanie kosztownej obróbki cieplnej odlewów. Kierunkowe krzepnięcie sprzyja m.in. usuwaniu naprężeń powstających w krzepnącym odlewie. Metoda jest ponadto przyjazna dla środowiska (m.in. ze względu na możliwość regeneracji masy formierskiej, brak zapylenia przy usuwaniu formy z odlewu). Opanowanie tego procesu i wdrożenie w krajowych odlewniach znacząco podniesie ich konkurencyjność.