Ilu ry znane były już w starożytności i używane do zakładania wo
dociągów i odprowadzania wód ściekowych. W wodociągach rzymskich używane były ru ry ołowiane, zaś dla celów kanalizacyjnych na Krecie stosowano ru ry gliniane, wypalane. Jednakże właściwa, masowa fabry
kacja ru r do rozmaitych celów rozpoczęła się z rozwojem sztuki odlew
niczej. Pomimo tego, że odlewnictwo należy do rzemiosł najstarszych, to jednak w dawnych czasach stosowane było głównie do celów arty
stycznych i dopiero druga połowa X V III wieku (1672 r.) notuje fakt odlania pierwszych r u r żeliwnych dla wodociągu Wersalskiego. Zaś póź
niej wynalezienie silników' wodnych oraz sposobów' otrzymywania koksu zapoczątkowały stały rozwrój sztuki odlewniczej, rozpoczynający się od wynalezienia przez Wilkinsona, pieca do przetapiania żeliwa, tzw. że
liwiaka.
W spaniały rozwój metalurgii w X IX wieku (Bessemer, Thomas, M ar
tin ), zapoczątkował technikę odlewania stali (tzw. staliwTa), którą oczy
wiście zastosowano i do odlewania r u r ze stali. Schyłek ubiegłego stule
cia wprowadza do produkcji ru r walcownictwo i zgrzewnictwo.
My zajmiemy się tylko krótkim opisem sposobów odlewania r u r że
liwnych oraz głównie odlewaniem ieh w formach wirujących (wynalazek ostatnich lat).
Odlewnictwo, jest to sztuka wytwarzania przedmiotów metalowych różnego kształtu przez wlewanie roztopionego metalu do odpowiednio przygotowanej formy. W technice odlewnictwa mamy dwa zasadnicze rodzaje rob ót: formowanie i właściwe odlewanie. Formowanie przed
miotów odbywa się z modeli drewnianych lub metalowych (przy maso
wych wyrobach),- w piasku lub w specjalnej masie formierskiej. Nie
jednokrotnie formy są wykonywane przy pomocy tzw. wzorników (sza
blonów'). Gotow'a forma, szczególnie przy odlewaniu dużych przedmio
tów', musi być starannie wysuszona, niemal wypalona jak cegła, gdyż winna posiadać dostateczną wytrzymałość, aby się nie rozkruszyła i nie załamała pod ciśnieniem większych mas metalu. Przy wlewaniu wiel
kich ilości metalu wydobywają się gazy i pary z formy, które muszą być umiejętnie usuwane i odprowadzane, aby nie wywoływały w cen
nym odlewie pęcherzy i pustych miejsc. W lany metal stygnąc, znacznie się kurczy i odlew z reguły jest o kilka procent mniejszy od formy. Z te
go powodu modele konstruuje się zawsze nieco większe tak, aby po od
laniu przedmiot posiadał żądane wymiary.
Aby zobrazować wygląd formy do odlewania ru ry podaję na ryc. 1 przykład gotowej formy ru ry kielichowej (ru ry żeliwne pod względem kształtu i sposobu łączenia bywają kielichowe i kołnierzowe).
Forma jest dzielona wzdłuż osi, w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Je j częściami charakterystycznymi są. 1. — tzw.
skrzynka formierska (z żeliwa), w której odciśnięto, w nasypanej do niej masie formierskiej (2) zawnętrzne zarysy
rury, przy pomocy modelu drewnianego; 3 i 4 rdzeń złożony z dwóch części: 3, osadzonej na stożku 5 i górnej 4 zaopatrzonej w kołnierz (6), który utrzym uje rdzeń w położeniu współ- środkowym z całą formą. Rdzeń wykonany jest też z specjalnej masy formierskiej w skrzynce lub wzornikami. Po napełnieniu formy żeli
wem (przez otwór zaznaczony strzałką na ry sunku) i zakrzepnięciu masy, wyjmuje się dźwigiem naprzód rdzeń (4), potem rdzeń (3), wybijając uprzednio klin (7), zamykający denko fo rm y ; następnie zawiesza się rurę na dźwigu i otwiera skrzynkę.
R u ry odlewa się obecnie w pozycji stoją
cej, gdyż w ten sposób otrzymujemy odlew czysty, bo wszystkie zanieczyszczenia jako lżejsze spływają do góry i zbierają się w nad- lewie. Rdzeń zajmuje pozycję współśrodkową bez podpórek, formę łatwiej i prędzej można wypełnić żeliwem, form a stojąca zabiera znacz
nie mniej miejsca niż leżąca.
Samo ubijanie ziemi w formie odbywa się , „ ,. .
, , , R yc. 1. F o rm a ru ry
kielicho-albo ręcznie, kielicho-albo tez mechanicznie. Np. w A- wej.
meryce według sposobu Wooda ziemię nasypuje
się luźno w skrzynkę, a przez nią przepycha się od dołu do góry model w kształcie szrapnela, który swym przednim stożkiem rozpycha zie
mię, ugniata ją i wytwarza w niej otwór o danej średnicy.
AV Europie coraz większe zastosowanie ma tzw. maszyna Ardelta, służąca specjalnie do ubijania ziemi w skrzynkach formierskich w ru- rowni. Jej ubijaki posiadają od 120—IGO uderzeń na minutę.
Powierzchnie form suszonych pokrywa się czernidłem (pył węglo
wy lub koks z dodatkiem gliny, jako lepiszcza — rozpuszczony w wo
dzie) w celu wygładzenia i zamazania drobnych szczelin powstałych przy suszeniu, oraz dla ułatwienia odstawania formy od odlewu. Susze
nie form odbywa się albo za pomocą palenisk koksowych, umieszczanych na wózkach podstawianych pod formę, albo za pomocą palników gazo
wych. Te ostatnie są lepsze, gdyż zajm ują mniej miejsca i nie zanie
czyszczają się popiołem.
Po zapełnieniu wysuszonej formy żeliwem, należy wyczekać do chwili, gdy odlew zakrzepnie i niezwłocznie wyciągnąć szkielet rdzenia.
Można to wykonać, o ile będzie on wyciągnięty w chwili, w której za
krzepły metal nie zaczął się jeszcze kurczyć. Przez otwór rdzenia prze
chodzi wtedy powietrze i studzi rurę równomiernie, co zapobiega powsta
waniu w rurach naprężeń. Gotowe ru ry idą do oczyszczalni, gdzie usu
wa się z nich zalewy i nadlewki i obcina się na specjalnych tokarniach na żądane długości. Przy produkcji masowej jest rzeczą ważną, by skró
cić drogę przenoszenia materiałów i rdzeni. W tym celu nowoczesne od
lewnie tak się projektuje, aby pomieszczenia dla czyszczenia i obrabia
nia były możliwie blisko od odlewni.
Po oczyszczeniu rur, obcięciu nadlewków, obtoczeniu kołnierzy rurę poddaje się próbie na ciśnienie hydrauliczne. Próbowaną rurę zaciska się w prasie hydraulicznej, uszczelniając przedtem oba jej końce przez podłożenie pierścieni konopnych. Rurę pod ciśnieniem (ok. 30 atm.), zatrzymuje się nie dłużej jak jedną minutę. W Ameryce małe ru ry kształtowe zanurza się przed próbą w wodzie mydlanej a próbuje się powietrzem sprężonym. W miejscach nieszczelnych tworzą się bańki mydlane.
Wypróbowane i przyjęte rury zabezpiecza się od rdzewienia, pokry
wając je powłoką ze smoły gazowej. Z lekka podgrzaną rurę zanurza się w rozgrzanej smole gazowej, do której dla szybszego tężenia do
daje się trochę wapna. Rura dobrze osmołowana musi mieć powłokę gładką, połyskującą, bez zacieków i bez miejsc niepokrytyeh. W ykoń
czone i osmołowane rury, gotowe do drogi przedstawia ryc. 3.
R yc. 2. P ra s a h y d ra u lic z n a . K ażd a ru ra p o d d a w an a je st p ró b n e m u c iśn ien iu n a 30 a tm o sfe r. Na p ra sie z n ajd u je się r u r a ś re d n ic y 100.
R yc. 3. R u ry g o to w e do tra n s p o rtu .
Dążenie, przy masowej produkcji, do jej usprawnienia oraz do jak największego obniżenia kosztów produkcji było powodem, że nad roz
wiązaniem problemu wielokrotnego użycia form odlewniczych pracował i pracuje cały szereg odlewników. Przy odlewaniu w formach piasko
wych (wyżej opisanych), wykonanie formy zajm uje bardzo dużo czasu.
Poza tym trzeba stoso
wać specjalne środki dla usunięcia gazów z odlewu, w celu unik
nięcia formowania się pęcherzy w ściankach rur. Prócz zastosowania formy porowatej, trze
ba specjalnie przygoto
wywać rdzeń, wykonu
jąc go z plecionki sło
mianej wzmocnionej
prętam i Żelaznami i po- RyCł } P rzek ró j m a sz y n y do o d le w an ia ru r w fo rm ach w
iru-krytej odpowiednią ma- ' hcych.
są. Po napełnieniu for
my płynnym metalem słoma ulega spaleniu się i w ten sposób osiąga się małe kanały, przez które gaz może się ulatniać. Rdzeń taki podobnie jak forma może służyć tylko jeden raz. Piasek po kilkakrotnym użyciu staje się także niezdatny i powinien być usunięty i zastąpiony innym. Wszyst
ko to wpływa ogromnie na wysokość kosztów fabrykacji.
Wskutek tego, od wielu już lat robiono wysiłki, aby skonstruować stałą formę i usunąć nieekonomiczny rdzeń. Poprzez szereg wynalazków pośrednich, w .1914 r. brazylijski inżynier S e n s a u d c L a v a u d urzeczywistnił myśl odlewania ru r w formach wirujących tj. obracają
cych się około osi ze znaczną szybkością. W ykorzystuje się tu siłę od
środkową, która odgrywa rolę niewidzialnego rdzenia, zmuszając rozto
piony metal do oddalania się od osi formy. Rys. 4 objaśni nam pokrótce zasadę działania patentu de Łavaud.
R yc. 5. W y d zielan ie się g ra fitu w r u r a c h , la n y c h w form ie z p ia sk u (n a lew o) i p rz y odlew ie o d śro d k o w y m (n a p raw o ).
Maszyną złożona jest z zewnętrznej osłony a wykonanej z żeliwa, z we
wnętrznej wlewnicy b obracającej się na łożyskach kulkowych c. Wlew
nicę b wprowadza się w ruch obrotowy przy pomocy silnika elektrycz
nego e i przekładni d. Przestrzeń pomiędzy zewnętrzną osłoną i wlewni
cą jest wypełniona wodą o temp. około S0° C, przepływającą z odpo
wiednią szybkością i pozwalającą utrzymywać stałą tem peraturę wlew
nicy. Na początku odlewania kadłub maszyny ustawiamy tak, aby ko
niec rynny sięgał kielicha. Po wprowadzeniu formy w ruch wirowy, me
tal zostaje wylany z kadzi h do rynny i w chwili, gdy starszy odlewacz, ustawiony przy mechanizmie rozdzielczym instalacji zauważy, że kielich jest zalany, maszyna otrzymuje poza ruchem wirowym ruch drugi — postępowy, w kierunku wskazanym strzałką. Przez zastosowanie tych dwóch ruchów : obrotowego i posuwu poziomego, otrzymuje się „śrubo
wy1“ sposób odlewania. Siła odśrodkowa odrzuca n a ścianki formy płyn
ne żeliwo, które układa się na całej długości wlewnicy równomierną, spiralną wstęgą. Od szybkiego ruchu żeliwo z całą siłą uderza o ścianki formy, wydziela przez to zupełnie gazy, co wyklucza możność powstawa
nia pęcherzy. Otrzymuje się odlew nadzwyczaj jednorodny i czysty.
Stała tem peratura formy i stosunkowo szybkie krzepnięcie żeliwa, wsku
tek zetknięcia się ze ścianką formy o temperaturze niższej, dają rurze strukturę drobnoziarnistą, zapobiegają tworzeniu się większych gniazd grafitu.
Ja k już wspomniałem odlewanie ru r w formach wirujących, umożli
wiło usunięcie kosztownych rdzeni. Wymaga ono jednak stosowania pia
skowych rdzeni w celu ukształtowania kielicha ( / ryc. 4). Rdzenie te wykonywane są na specjalnych maszynach formierezych. Z jednej wlew
nicy można odlać do kilkuset i więcej ru r (poprzednio z każdej formy tylko jedną).
R yc. 6. Na pierw szym p la n ie w idoczne s ą m a sz y n y odlew nicze. P ierw sza (od lew a) m a sz y n a je st w tra k c ie o d lew an ia ru ry . W idoczny je st ro b o tn ik p rz y k ad zi. Kadź u n o si su w n ica elek try czn a.
Z k ad zi te j n a le w a się do k u b ła (dla k ażd ej ru ry różne po jem n o ści, od p o w iad ające w ad ze d an ej ru ry ) m e ta l o tem p . ca 1300° C ; poczem k u b e ł z m e ta lem p ły n n y m p rzechyla s i ę — m e ta l sp ły w a ry n n ą p o c h y łą do ko k ili, z n ajd u jąc e j się (n a z d jęciu n iew id o czn e) w p ła sz c z u m a sz y n y odlew ni
czej. K okila w p raw io n a je s t w ru c h o b ro to w y (w irow y) i je d n o c ze śn ie w ru c h p o su w isty w k ie ru n k u , w id ocznego n a zd jęciu , s te r n ik a . —- Na praw o o d m aszy n odlew niczych w idoczny je st p iec do
w y ż arza n ia ru r.
Odwrotnie dzieje się przy odlewaniu ru r w formach z piasku. T rud
no tam uniknąć gruboziarnistości, czyli formowania się dużych gniazd grafitowych, które wpływają ujemnie na spoistość i wytrzymałość ma
teriału (ryc. 5). Oprócz tego bardzo często następuje zanieczyszczenie odlewu piaskiem, co jest wykluczone w odlewie, wykonanym w formie stalowej.
Wyjęcie rury z wlewnicy, odbywa się przez wprowadzenie do jej wnętrza specjalnego przyrządu, który następnie rozszerza się tak, iż za pomocą tarcia jest w stanie utrzymać rurę na miejscu, podczas gdy for
mę zmusza się do zjechania z odlanej rury.
Gotową rurę poddaje się wyżarzaniu w tem peraturze 90CM-950° C, gdyż wskutek szybkiego stygnięcia we wlewnicy, żeliwo otrzymuje bu
dowę kruchą i szklistą, o dużej twardości, z powodu tworzenia się cemen
tytu (FcjC ). Wyżarzanie, tak uszlachetnia żeliwo, iż może być ono po
równywane pod względem wytrzymałości ze stalą. 1 tak rip. techniczne warunki Związku Niemieckich Gazowników i Wodociągowców (Verein Deutscher Gas und W asserfachmännern) i Związku Niemieckich Inży
nierów (Verein Deutscher Ingenieure) wymagają od rur, odlewanych sposobem zwykłym w formach z piasku, aby wytrzymałość na
rozerwą-R yc. 7. M aszyna do o b c in a n ia ru r ró żn y ch śre d n ic n a ż ą d a n e d łu g o ści.
nie wynosiła: 12 kg/mm2, a na zginanie 26 kg/mm2. Odnośne cyfry dla ru r lanych według patentu De Lavaud wynoszą 18 i 40 kg/mm2. Jak widzimy przewyższają one podane warunki o około 50°/o.
Odlewanie ru r systemem wirowym posiada ogromne zalety, które niewspółmiernie przewyższają znaczny koszt maszyny i wlewnicy, która musi być wykonana ze specjalnej stali.
Na zakończenie wspomnę, że odlewni takich jest na razie na całym świecie zaledwie kilkanaście. W Polsce istnieje jedna odlewnia ru r sy
stemem de Lavaud w Zakładach Ostrowieckich w Ostrowcu, pracująca z dobrymi wynikami.
LEOPOLD M ISTAT, Gdynia.
OSTATNIE ZDOBYCZE TECHNICZNE W DZIEDZINIE