Jakie znamy podstawowe rodzaje modeli odlewniczych stosowanych obecnie w przemyśle?

Jak dzielimy modele odlewnicze ze względu na liczbę użyć?

Podstawowy podział modeli odlewniczych przebiega według tego, ile razy dany model posłuży do wykonania formy. Modele wielokrotnego użytku, wykonywane z drewna lub metalu, wytrzymują dziesiątki, a przy metalu nawet tysiące zaformowań, dlatego stosuje się je tam, gdzie z jednego modelu trzeba wykonać więcej niż jeden odlew. Modele jednokrotnego użytku, wykonywane najczęściej ze styropianu, ulegają zniszczeniu już przy pierwszym zaformowaniu albo zalaniu metalem, więc każdy kolejny odlew wymaga przygotowania nowego modelu.

W naszej pracowni ten podział jest pierwszym pytaniem, jakie zadajemy klientowi przy nowym zleceniu, bo od niego zależy zarówno koszt wykonania modelu, jak i czas realizacji całego zamówienia. Model jednokrotnego użytku bywa tańszy i szybszy w wykonaniu dla pojedynczej sztuki, ale przy serii kilkunastu identycznych odlewów model wielokrotnego użytku szybko się zwraca. Dlatego zanim wybierzemy materiał modelu, zawsze pytamy o planowaną wielkość zamówienia.

Czym charakteryzuje się model drewniany w przemyśle?

Model drewniany to najstarszy i wciąż najczęściej wybierany rodzaj modelu przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej, głównie ze względu na niską cenę wykonania, łatwą obrabialność drewna oraz prostotę łączenia poszczególnych elementów modelu. Podstawę większych modeli drewnianych wykonuje się zwykle z kilku sklejonych ze sobą kawałków drewna, a nie z jednego bloku, bo taka konstrukcja ogranicza pęcznienie, paczenie się i pękanie pod wpływem wilgoci. U nas modele drewniane najlepiej sprawdzają się przy elementach wzornictwa przemysłowego oraz przy zleceniach, w których klient chce najpierw zweryfikować kształt detalu, zanim zdecyduje się na droższy model metalowy.

Wadą modelu drewnianego jest jego ograniczona trwałość w porównaniu z modelem metalowym, bo wielokrotne zagęszczanie masy formierskiej stopniowo ściera i uszkadza powierzchnię drewna. Z tego powodu model drewniany rzadko wybiera się do produkcji naprawdę masowej, gdzie liczba zaformowań idzie w tysiące. Sprawdza się za to znakomicie tam, gdzie liczy się szybkość przygotowania i możliwość łatwej korekty kształtu jeszcze na etapie prototypu.

Kiedy w przemyśle stosuje się modele metalowe?

Model metalowy, wykonywany najczęściej ze stopów aluminium lub miedzi, stosuje się tam, gdzie liczba planowanych zaformowań jest na tyle duża, że wyższy koszt jego wykonania zwraca się w trakcie produkcji. Metalowe modele odlewnicze najlepiej sprawdzają się przy seryjnym odlewaniu stopów aluminiowych, żeliwnych i staliwnych wykorzystywanych w budowie maszyn, gdzie wymagana jest powtarzalność wymiarów odlewu na poziomie niedostępnym dla modelu drewnianego. Modele metalowe wykonuje się często jako puste w środku, co znacząco zmniejsza ich masę bez utraty wytrzymałości potrzebnej przy wielokrotnym formowaniu.

Ciekawostką produkcyjną jest to, że model metalowy bywa wykonywany przez odlanie, a nie tylko przez obróbkę skrawaniem, i wtedy najpierw powstaje drewniany model wstępny, tak zwany model matka, który uwzględnia podwójny skurcz, skurcz materiału samego modelu oraz skurcz przyszłego tworzywa odlewniczego. Taki dwuetapowy proces podnosi koszt wykonania modelu metalowego, ale jest uzasadniony przy naprawdę dużych seriach. W naszej firmie decyzja o modelu metalowym pada zwykle wtedy, gdy klient planuje serię odlewów żeliwnych lub staliwnych wykorzystywanych w budowie maszyn, gdzie jednorazowy wyższy koszt modelu szybko się zwraca przy kolejnych partiach produkcyjnych.

Czym różnią się modele wytapiane od modeli ze styroduru?

Modele styropianowe jednokrotnego użytku dzielimy w naszej pracy na dwie grupy o zupełnie innym zastosowaniu. Model wytapiany nadaje się wyłącznie do jednorazowego uformowania jednego odlewu, bo sam ulega zniszczeniu w procesie zalewania metalem i nie da się go użyć powtórnie. Model ze styrodura, czyli spienionego polistyrenu o podwyższonej gęstości, wytrzymuje kilka zaformowań, więc sprawdza się przy produkcji jednostkowej obejmującej kilka sztuk tego samego detalu, a nie tylko przy pojedynczym odlewie.

Wybór między tymi dwiema odmianami zależy od tego, ile identycznych odlewów klient rzeczywiście potrzebuje, a nie tylko od kształtu detalu. Przy jednej niepowtarzalnej sztuce model wytapiany jest zwykle szybszym i tańszym rozwiązaniem niż przygotowanie modelu drewnianego czy metalowego. Przy kilku sztukach tego samego elementu model ze styrodura pozwala uniknąć powtarzania całego procesu modelowania od zera dla każdego odlewu.

Jakie modele stosuje się jeszcze w odlewnictwie precyzyjnym?

W odlewnictwie precyzyjnym, gdzie liczy się wysoka dokładność wymiarowa i gładka powierzchnia gotowego odlewu, oprócz modeli styropianowych stosuje się jeszcze dwa inne podejścia do usuwania modelu z formy. Model wytapiany z wosku, wykonywany z mieszaniny parafiny ze stearyną albo z gotowych kompozycji woskowych, usuwa się z formy przez wytopienie w podwyższonej temperaturze, co jest podstawą znanej metody traconego wosku. Model rozpuszczany, wykonywany z eutektycznych stopów soli, usuwa się z kolei z formy przez wypłukanie wodą, zamiast przez wytapianie czy wypalanie.

Wspólną cechą wszystkich modeli stosowanych w odlewnictwie precyzyjnym jest to, że nie są one wyjmowane z formy przed zalaniem metalem, tak jak w formowaniu tradycyjnym, tylko usuwane są z gotowej już formy jedną z tych metod, wytapianiem, wypalaniem lub wypłukiwaniem. Dzięki temu można uzyskać kształty, których nie dałoby się odformować żadnym modelem wyjmowanym mechanicznie, na przykład elementy z podcięciami czy bardzo cienkimi ściankami. Ta grupa metod wykracza poza typową ofertę modelarni zajmujących się modelami drewnianymi i metalowymi, bo wymaga zupełnie innego zaplecza technologicznego.

Czym różni się model bezrdzeniowy od modelu wymagającego rdzennicy?

Niezależnie od materiału, z jakiego wykonano model, drugi ważny podział dotyczy jego budowy względem kształtu odlewu. Model bezrdzeniowy, nazywany też modelem naturalnym, odtwarza bezpośrednio cały kształt odlewu i nie wymaga żadnych dodatkowych elementów, co upraszcza jego wykonanie i obniża koszt. Model wymagający rdzennicy odtwarza kształt odlewu jedynie pośrednio, bo wewnętrzne kształty, na przykład otwory czy kanały, formuje osobny rdzeń wykonany w rdzennicy i wstawiony do formy przed zalaniem.

W obu grupach spotyka się dodatkowo modele dzielone, składające się z dwóch lub więcej części łączonych wzdłuż linii podziału, oraz modele niedzielone, wyjmowane z formy w całości. Model dzielony ułatwia formowanie bardziej złożonych kształtów, ale wymaga precyzyjnego spasowania poszczególnych części, żeby na odlewie nie powstał widoczny uskok w miejscu podziału. U nas wybór między modelem dzielonym a niedzielonym zależy głównie od głębokości formy i tego, jak trudno byłoby wyjąć gotowy model bez jego uszkodzenia.

Jak dobrać rodzaj modelu do wielkości serii i branży?

Dobór rodzaju modelu do konkretnego zlecenia to zawsze kompromis między kosztem jego wykonania, wielkością planowanej serii i wymaganą dokładnością odlewu. Czynniki te warto rozważyć jeszcze przed pierwszym kontaktem z modelarnią, bo przyspiesza to całą wycenę zlecenia. Poniższa tabela zbiera podstawowe rodzaje modeli stosowanych obecnie w przemyśle wraz z ich typowym zastosowaniem, żeby ułatwić wstępny wybór przed rozmową z modelarzem.

W naszej praktyce zdecydowana większość zleceń trafia do jednej z trzech pierwszych kategorii, drewnianej, metalowej albo styropianowej, bo pokrywają one większość zastosowań w budowie maszyn, przemyśle motoryzacyjnym, kolejowym i energetycznym. Modele woskowe i rozpuszczalne stosowane w odlewnictwie precyzyjnym są potrzebne rzadziej i wymagają odrębnego zaplecza technologicznego. Zanim jednak wybierze się konkretny rodzaj modelu, warto skonsultować projekt z modelarzem, bo błędna decyzja na tym etapie potrafi podnieść koszt całej produkcji odlewów.

Podsumowanie

• Modele odlewnicze dzielimy przede wszystkim na wielokrotnego użytku, drewniane i metalowe, oraz jednokrotnego użytku, styropianowe, woskowe i rozpuszczalne.
• Model drewniany sprawdza się przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej, model metalowy przy produkcji seryjnej i masowej odlewów wykorzystywanych w budowie maszyn.
• Wybór między modelem bezrdzeniowym a wymagającym rdzennicy oraz między modelem dzielonym a niedzielonym zależy od kształtu odlewu i głębokości formy.