Co to jest model odlewniczy?

Dlaczego wymiary modelu różnią się od wymiarów odlewu?

Model nigdy nie ma dokładnie takich wymiarów jak gotowy odlew, bo metal podczas krzepnięcia i stygnięcia zmniejsza swoją objętość. Dlatego każdy wymiar modelu powiększa się o tak zwany naddatek na skurcz odlewniczy, dobierany osobno dla żeliwa i dla staliwa, bo oba materiały kurczą się w innym stopniu. Jeśli odlew ma być później frezowany, toczony lub szlifowany, dokłada się jeszcze naddatek na obróbkę mechaniczną, żeby po zdjęciu warstwy metalu detal zachował właściwy kształt.

Do tego dochodzą pochylenia odlewnicze na pionowych ściankach modelu, czyli niewielkie skosy ułatwiające wyjęcie modelu z masy formierskiej bez obrywania jej krawędzi. Przy formowaniu ręcznym pochylenia dobiera się inaczej niż przy formowaniu maszynowym, bo maszyna wyciąga model z formy z większą precyzją i mniejszym ryzykiem uszkodzenia. W naszej pracowni to modelarz, a nie automat, decyduje, które ścianki wymagają większego skosu, bo zależy to od wysokości modelu i sposobu jego formowania.

Czym różni się model bezrdzeniowy od modelu ze znakami rdzeniowymi?

Model bezrdzeniowy, nazywany też modelem naturalnym, wystarcza wtedy, gdy odlew ma prosty kształt bez wewnętrznych otworów czy kanałów. Odtwarza w formie tylko zewnętrzny obrys detalu i po zagęszczeniu masy formierskiej jest wyjmowany w całości albo w dwóch połówkach wzdłuż linii podziału. Wybór linii podziału decyduje o tym, jak łatwo złoży się formę i jak dokładne będą wymiary gotowego odlewu.

Jeśli odlew ma mieć otwór, kanał albo wewnętrzną komorę, sam model to za mało. Potrzebny jest jeszcze rdzeń wykonany osobno w rdzennicy, a model zyskuje dodatkowe znaki rdzeniowe, czyli wypustki wyznaczające dokładne miejsce osadzenia rdzenia w formie. Przy takich detalach jak tuleja kołnierzowa czy pierścień łożyskowy, które wielokrotnie wykonywaliśmy w naszej pracowni, to właśnie precyzja znaków rdzeniowych decyduje, czy rdzeń usiądzie w formie dokładnie tam, gdzie powinien, a nie o milimetr obok.

Który materiał modelu sprawdza się przy małej, a przy dużej serii?

Model drewniany najlepiej sprawdza się przy elementach wzornictwa przemysłowego i przy produkcji jednostkowej lub małoseryjnej, bo jest szybszy i tańszy w wykonaniu niż model metalowy. Model metalowy, wykonywany zwykle ze stopów aluminium lub miedzi, wytrzymuje znacznie więcej zaformowań i dlatego stosuje się go przy seryjnym odlewaniu stopów aluminiowych, żeliwnych i staliwnych w budowie maszyn. W naszej firmie dobór materiału modelu do wielkości serii to jedna z pierwszych rozmów z klientem, bo zła decyzja na tym etapie potrafi później podnieść koszt całego zlecenia.

Trzecią grupą są modele styropianowe, dzielone na wytapiane, przeznaczone do jednorazowego uformowania wyłącznie jednego odlewu, oraz modele ze styrodura, spienionego polistyrenu o podwyższonej gęstości, które wytrzymują kilka zaformowań i sprawdzają się przy produkcji jednostkowej. Dobór między wszystkimi trzema grupami materiałów zależy niemal wyłącznie od tego, ile razy model będzie użyty w formierni. Poniższa tabela porównuje je pod kątem trwałości i typowego zastosowania.

Jak wygląda droga od rysunku klienta do gotowego modelu?

Punktem wyjścia jest zwykle rysunek techniczny odlewu dostarczony przez klienta, na podstawie którego modelarz ustala linię podziału, naddatki i pochylenia. Jeśli klient nie ma gotowej dokumentacji, nasi modelarze przygotowują własny projekt, opierając się na próbce, szkicu albo opisie funkcji detalu. Coraz częściej etap projektowy wspieramy trójwymiarową wizualizacją komputerową, która pozwala sprawdzić kształt modelu, zanim jeszcze powstanie pierwszy fizyczny element.

Wykorzystanie drukarek 3D na etapie prototypowania wyraźnie przyspiesza cały proces modelowania, zwłaszcza przy skomplikowanych kształtach, które trudno wykonać ręcznie z drewna. Gotowy model trafia następnie do formierni, gdzie formowanie odbywa się ręcznie przy niewielkich seriach albo maszynowo przy większych partiach. Wybór metody formowania wpływa zresztą z powrotem na sam model, bo formowanie maszynowe wymaga innych pochyleń i innej wytrzymałości powierzchni niż formowanie ręczne.

Ile trwa wykonanie modelu odlewniczego i od czego zależy?

W większości przypadków wykonanie modelu odlewniczego w naszej pracowni zajmuje od 3 do 5 dni roboczych, licząc od momentu ustalenia ostatecznego kształtu detalu. Przy bardziej złożonych projektach, na przykład modelach dzielonych z wieloma znakami rdzeniowymi albo o nietypowej geometrii, czas ten może się nieznacznie wydłużyć. O każdym takim opóźnieniu informujemy klienta z odpowiednim wyprzedzeniem, żeby mógł zaplanować dalsze etapy zamówienia.

Na długość realizacji wpływa też wybrany materiał modelu. Model drewniany zwykle powstaje szybciej niż model metalowy, bo obróbka drewna wymaga mniej czasu maszynowego niż frezowanie aluminium czy mosiądzu. Jeśli projekt dopuszcza wykorzystanie drukarki 3D do przygotowania elementów pomocniczych, część etapów da się skrócić już na starcie.

Jakie niedociągnięcia modelu psują jakość odlewu?

Najczęstszym źródłem problemów jest zbyt duża chropowatość powierzchni modelu. Gdy ściany modelu nie są wystarczająco gładkie, masa formierska wypełnia drobne pory i nierówności, a przy wyjmowaniu modelu z formy dochodzi do obrywania jej krawędzi albo przyklejania się masy do powierzchni. Drugim typowym błędem jest zbyt małe pochylenie odlewnicze, przez które model trudno wyjąć bez uszkodzenia formy, co przy formowaniu maszynowym potrafi zatrzymać całą linię produkcyjną.

• Sprawdź gładkość powierzchni modelu przed przekazaniem go do formierni, bo drobne nierówności widać dopiero po pierwszym zaformowaniu.
• Dobierz pochylenia odlewnicze do sposobu formowania, inne przy formowaniu ręcznym, inne przy maszynowym.
• Uwzględnij naddatek na skurcz osobno dla żeliwa i osobno dla staliwa, bo różnica w kurczliwości obu materiałów jest wyraźna.
• Zweryfikuj położenie znaków rdzeniowych, jeśli odlew wymaga rdzenia, zanim model trafi do produkcji seryjnej.

Co warto ustalić przed zleceniem modelu odlewniczego?

Zanim zlecimy albo przyjmiemy zlecenie na model odlewniczy, ustalamy z klientem trzy sprawy. Pierwsza to planowana wielkość serii, bo od niej zależy, czy bardziej opłaca się model drewniany, czy metalowy. Druga to materiał samego odlewu, żeliwo szare, żeliwo sferoidalne czy staliwo, bo każdy z nich wymaga innego naddatku na skurcz. Trzecia to dostępność dokumentacji technicznej, ponieważ brak rysunku wydłuża etap projektowy i wymaga zaangażowania modelarza w przygotowanie własnej koncepcji.

Dobrze jest też z góry ustalić, czy odlew będzie poddawany obróbce mechanicznej, bo to zmienia naddatki na modelu jeszcze przed rozpoczęciem prac. Warto również zapytać modelarza o możliwość wykorzystania wcześniej przygotowanej dokumentacji z podobnego zlecenia, jeśli firma wykonywała już zbliżony detal. U nas taka rozmowa na starcie zlecenia oszczędza potem poprawek, których naniesienie na gotowym modelu bywa znacznie droższe niż uwzględnienie ich od razu w projekcie.

Podsumowanie

• Model odlewniczy odwzorowuje kształt odlewu powiększony o naddatek na skurcz metalu i naddatek na obróbkę.
• Wybór materiału modelu, drewna, metalu albo styropianu, zależy przede wszystkim od wielkości planowanej serii.
• Dokładność znaków rdzeniowych i pochyleń odlewniczych decyduje o jakości gotowego odlewu, dlatego warto je konsultować z modelarzem już na etapie projektu.