W ten sposób osiąga się jego równomierne chłodzenie. W' celu uzyskania swobodnego skurczu pierścienia wykonuje się wgłębienia 4. Stos form do odlewania pierścieni tłokowych składa się z 12 skrzynek, w których for­muje się 72 pierścienie. Na rys. 42 przedstawiono odlew 36 pierścieni otrzymanych przez odle­wanie w stosie przy użyciu skrzynek przystosowanych do formowania po 4 pierścienie. 3. Odlewanie w formach rdzeniowych. Formowanie w rdzeniach jest lepszą metodą wykonania form niż zwykłe formowanie w masie formierskiej. Przy tej metodzie forma powstaje w wyniku złożenia rdzeni zewnętrznych i wewnętrznych, przy czym pierwsze wyznaczają zewnętrzny kształt odlewu, a drugie — wewnętrzny. Formowanie w rdzeniach stosuje się zwykle do części silników o wy­jątkowo zawiłych kształtach, przy których nie można ustalić powierzchni podziału formy, odpowiadającej normalnym wymaganiom techniki for­mierskiej, a wyjęcie z formy wymagałoby wielu części luźnych lub rdzeni zewnętrznych. Ponadto sposób ten stosuje się, gdy model musiałby być dużych wymiarów i manipulowanie skrzynką formierską byłoby utrudnio­ne lub nawet niemożliwe. Formowanie w rdzeniach ma wiele zalet: a) umożliwia otrzymanie dużej dokładności odlewów, a szczególnie ułatwia formowanie odlewów o skomplikowanych kształ­tach; 1)wymaga mało wykwali­fikowanych robotników do wykonania rdzeni; 2)jest bardzo wydajne, gdyż zamiast pracochłonnych operacji wykonania formy przeprowadzanych przez wy­kwalifikowanych formierzy wykonuje się operacje mniej pracochłonne, polegające na ustawianiu rdzeni w for­mie; 3)ułatwia suszenie, gdyż rdzenie łatwiej jest suszyć niż formy; 4)ułatwia wybijanie odle­wów z formy; 5)zmniejsza ilość braków odlewniczych. Spośród części silnikowych odlewanych według tej me­tody, można wymienić: kad­łuby, głowice silników chło­dzonych powietrzem lub wo­dą, cylindry chłodzone po­wietrzem, korpusy pomp wodnych, gaźników i spręża­rek silników lotniczych, tu­leje na pierścienie tłokowe itp. Należy zaznaczyć przy tym, że niektóre części silni­ka mogą być odlewane tylko w formach rdzeniowych. Do takich części zalicza się na przykład niektóre konstruk­cje głowic silników chłodzo­nych powietrzem, ponieważ żebra rozmieszczone blisko siebie mogą być odlane czysto i dobrze tylko przy zastosowaniu tej metody. Składanie form rdzeniowych może być wykonywane według jednego z trzech następujących sposobów: a) rdzenie zewnętrzne łączymy tylko śrubami lub ściskami (stosuje się jedynie do stosunkowo małych odlewów); 6)rdzenie składamy w specjalnej ramie metalowej (kesonie, pancerzu): 7)rdzenie składamy w formie piaskowej wykonanej z prostego modelu lub wzornikiem w skrzyni albo w gruncie. Jako przykład pierwszego sposobu może służyć składanie formy cylindra silnika chłodzonego powietrzem (rys. 43). Zewnętrzna część formy składa się z dwóch głównych rdzeni. Wzajemne położenie tych rdzeni ustala się za pomocą występu oraz ukształtowanych w nich czopów i odpowiadających im zagłębień w drugim rdzeniu. Przy składaniu formy w dolny rdzeń zew­nętrzny wstawia się rdzenie wewnętrzne, następnie przykrywa się drugim rdzeniem zewnętrznym i umacnia. Przykładem drugiego sposobu składania, tj. w specjalnej ramie metalo­wej, może być formowanie wspólnej głowicy dla sześciu cylindrów silnika chłodzonego wodą (rys, 44). Konstrukcję tej głowicy pokazano na rys. 45. Rama metalowa, w której odbywa się formowanie, składa się z dwóch części — dolnej, stanowiącej podstawę, i górnej, która umożliwia prawi­dłowe ustawienie bocznych rdzeni w stosunku do rdzenia dolnego ustalo­nego w podstawie. 4. Odlewanie w formach metalowych (kok iłach). Odlewaniem kokilowym nazywamy proces, przy którym ciekły metal wle­wany do formy metalowej znajduje się wyłącznie pod działaniem siły cięż­kości i ciśnienia atmosferycznego. Odlewanie kokilowe stosuje się przywytwarzaniu odlewów aluminiowych, żeliwnych oraz staliwnych. Przy odlewaniu przedmiotów żeliwnych i staliwnych forma metalowa wyznacza tylko zewnętrzny kształt odlewu, natomiast jego wnętrze formuje się za pomocą rdzeni piaskowych. Przy odlewaniu przedmiotów ze stopów alu­minium i magnezu stosuje się zwykłe rdzenie metalowe (jeżeli istnieje możliwość ich wyjęcia po odlaniu), wykonywane zwykle ze stali. Zależnie od kształtu wewnętrznego odlewu mogą one być pojedyncze lub składane, np. z trzech i więcej części. Zastosowanie form metalowych umożliwia zmniejszenie zużycia mate­riałów formierskich, zwiększenie 3- do 4-krotne wydajności odlewni (przy wprowadzeniu częściowej mechanizacji), zwiększenie dokładności wymia­rów oraz czystości i gładkości powierzchni, zatrud­nienie pracowników mających mniejsze kwalifi­kacje zawodowe przy jednoczesnym polepszeniu jakości i struktury odlewów. Stosowanie odlewa­nia kokilowego umożliwia otrzymanie części o za­wiłych kształtach oraz części, w które zalewane są elementy z innego metalu, jak np. komory wiro­we z żeliwa w aluminiowych głowicach w silni­kach z zapłonem samoczynnym chłodzonych po­wietrzem, brązowe gniazda zaworowe w głowicach aluminiowych itp. W tabl. 16 podano tolerancje odlewów kokilo­wych ze stopów lekkich wg radzieckiej normy lot­niczej AN-712 Odlewanie kokilowe stosuje się w produkcji wielkoseryjnej i masowej ze względu na znaczny koszt wykonania formy metalowej oraz dużą ich trwałość. Na przykład dla metali nieżelaznych trwałość kokili wynosi 20 000±100 000 (i więcej) napełnień. Przy wytwarzaniu silników spalinowych odlewanie w kokilach stoso­wane jest w bardzo szerokim zakresie. Odlewanie kokilowe stosuje się przy wyrobie tłoków, głowic silników chłodzonych powietrzem lub wodą, skrzyń korbowych i innych części kadłuba, korpusów gaźników, korpusów sprężarek doładowujących oraz szeregu innych części. Na rys. 46 pokazano schemat kokili do odlewania tłoków samochodo­wych ze stopu aluminium. Metalowy rdzeń wyznaczający wewnętrzny kształt tłoka składa się z trzech części w celu umożliwienia wyjęcia go z odlewu. Najpierw wyjmuje się część środkową 1 w kształcie klina, a na­stępnie części boczne 2, które uprzednio muszą być odsunięte do środka i dopiero wtedy można je wyjąć do góry. Rdzenie 3 wyciąga się w kierunku poziomym. Właściwa kokila tworząca zewnętrzny obrys tłoka składa się z dwóch rozchylanych części 4 i 5. Konstrukcję kokili tego typu przedsta­wiono na rys. 47a, natomiast na rys. 47b odlew z układem wlewowym. Na rys. 48 pokazano odlew tłoka ze stopu lekkiego dużego silnika z za­płonem samoczynnym. Ze względu na obrzeża usztywniające 1 oraz zgru­bienia 2 na pierścień zgarniający, rdzeń kształtujący wnętrze tłoka musi składać się co najmniej z pięciu części. Przykład budowy kokili do odlewania tłoków żeliwnych pokazano na rys. 49. Kokila ta dzielona jest w płaszczyźnie pionowej na dwie połowy 1 i 2, które wzajemnie ustala się sworzniami 3. Grubość kokili wynosi 20-30 mm. Na jej powierzchni zewnętrznej istnieją okrągłe nadlewy 4, których zadanie polega na zwiększaniu intensywności chłodzenia kokili przy częstym zalewaniu jej metalem przez wlew 5. , 5. Odlewanie odśrodkowe. Odlewanie odśrodkowe umożli­wia otrzymanie odlewów w kształcie brył obrotowych bez stosowania rdze­ni wewnętrznych. Do odlewów części silnikowych otrzymywanych przy zastosowaniu tej metody na maszynach o osi poziomej zaliczyć należy przede wszystkim surówki na tuleje cylindrowe oraz tuleje na pierścienie tłokowe. W stosunku do metody statycznej (odlewanie w nieruchomych dzielonych formach wykonywanych maszynowo z modeli metalowych — po 2-T-4 tuleje w skrzynce formierskiej), stosowanej również przy wyko­naniu tych odlewów, metoda odśrodkowa wykazuje następujące zalety: 8)większa dokładność powierzchni zewnętrznych (co jest ważne w przypadku tulei cylindrowych) oraz dokładniejsza współśrodkowość po­wierzchni zewnętrznych i wewnętrznych, umożliwiająca zmniejszenie nad­datków na obróbkę; 9)lepsze własności mechaniczne dzięki większej gęstości metalu i jed­norodność na całej długości odlewu; ilość pęcherzy jest znacznie mniejsza wskutek tego, że otwór otrzymuje się bez rdzenia (lepsze odprowadzenia gazów); 10)mniejsze zużycie metalu dzięki niestosowaniu układu wlewowego i zmniejszeniu naddatków obróbkowych na zewnętrznej powierzchni od­lewu. Dopuszczalne odchyłki wymiarowe odlewów tulei cylindrowych, wy­konywanych metodą odśrodkową, wynoszą zwykle dla średnicy wewnętrz- nej ± 1 mm, a dla średnicy zewnętrznej: górna + 1 mm i dolna — 0,5 mm. Odlewanie odśrodkowe stosowane jest w produkcji seryjnej i masowej. Na rys. 50a przedstawiono schemat maszyny do odlewania odśrodkowego tulei na pierścienie tłokowe. Kokila 1 zamocowana jest na wrzecionie 2, wirującym z pręd­kością 700-900 obr/min. Wrzeciono jest osadzone w łożyskach 3 i napędzane od transmisji lub silnika elektrycznego paskami klinowymi 4. Kokila (rys. 50b) jest zamknięta pokrywą 5 z otworem, którego średnica wyznacza grubość odlewanej tulei. Przez ten otwór odbywa się zalewanie kokili za pomocą leja 6. Cała kokila jest zamknięta blaszaną osłoną 7, chroniącą obsługę przed poparzeniem odpryskami. W osłonie znajduje się urządzenie 8 do studzenia kokili z zewnątrz (rura dziurko­wana, przez którą dopływa woda i sprężone powietrze). Na rys. 51 przedstawiono tuleję odlaną na opisanej maszynie i prze­znaczoną do wyrobu pierścieni o średnicy wewnętrznej 94 mm i zewnętrz­nej 100 mm. Wydajność maszyny w ciągu 8 godzin wynosi 50-60 tulei. Przy odlewaniu tulei bezpośrednio w kokili proces chłodzenia odlewu przebiega szybko, co sprzyja często otrzymaniu odbielonego żeliwa. Od- bielone powierzchnie odlewu wymagają dodatkowego wyżarzania. W celu uniknięcia występowania powierzchni odbielonych stosuje się wstępne podgrzewanie kokili przez odlanie w niej kilku pierwszych sztuk, które należy uważać za nieudane. Oprócz tego stosuje się pokrywanie wnętrza kokili roztworem gliny w szkle wod- nym lub inne środki przeciwdziałają. ce odbielaniu powierzchni. Tuleje cylindrowe o gładkiej powierzchni zewnętrznej, np. tuleje suche (rys. 52a), odlewane są według metody odśrodkowej w taki sam sposób jak odlewy na pierścienie tłokowe. Jest to sposób najbardziej wydajny i do­kładny, jednak nie może być stosowany przy odlewaniu tulei cylindro­wych mających zgrubienie na dolnym odcinku powierzchni zewnętrznej w miejscu jej uszczelnienia w kadłubie (rys. 525). Odlewanie odśrodkowe takich tulei przeprowadza się w formach wilgotnych, które wykonuje się w następujący sposób. Do wirującej kokili (rys. 53a) wsypuje się masę formierską i rozprowadza równomiernie przy użyciu szablonu. Na­stępnie rozwalcowując masę formierską wałkiem kształtowym zagęsz­cza się ją oraz formuje według zewnętrznej powierzchni odlewu. Zale­wanie formy odbywa się podczas jej wirowania. Stosowane są również inne metody odlewania odśrodkowego takich tulei cylindrowych, jak np. w for­mach ukształtowanych za pomocą suchych rdzeni (rys. 53b). 6. Odlewanie pod ciśnie n i.e m. Odlewanie pod ciśnieniem polega na tym, że metal w stanie ciekłym wtłaczamy do stalowej formy ze stalowymi rdzeniami pod wysokim ciśnieniem (20-f-lOOO kG/cm2). Według tego sposobu wykonuje się cienkościenne odlewy z metali nieżelaznych, jak stopy aluminium, cynku magnezu itp. Do najważniejszych zalet odlewania pod ciśnieniem należy zaliczyć: wysoką wydajność produkcji, bardzo dużą dokładność wymiarów i wy­pełnienia form (np. precyzyjne odtwarzanie napisów), ograniczenie do mi­nimum obróbki skrawaniem, dobre własności mechaniczne odlanych sto­pów (drobnoziarnista struktura), czystość i gładkość powierzchni, wysoka trwałość form oraz mała ilość braków. Ciężar takich odlewów waha się w granicach do 5-MO kG. Odlewy ciśnieniowe przedmiotów o niewielkich rozmiarach można wykonać z do­kładnością do 0,02 mm. Obróbka mechaniczna takich odlewów sprowadza się często do pojedynczych operacji, a nawet można jej w wielu przypad­kach uniknąć całkowicie. Metoda odlewania pod ciśnieniem wymaga stosowania specjalnych ma­szyn oraz kosztownych form, które wykonują odpowiednio wyszkoleni ślusarze narzędziowi w narzędziowni wyposażonej w precyzyjne obra­biarki. Toteż stosowanie tej metody jest ekonomicznie uzasadnione tylko przy dużej produkcji, a więc wielkoseryjnej, a przede wszystkim maso­wej. Na ogół serie wielkości 5000-M0000 sztuk są już opłacalne. Spośród części silnikowych odlewanych pod ciśnieniem wymienić moż­na między innymi kadłuby silników motocyklowych, korpusy i inne ele­menty gaźników. 7. Odlewanie precyzyjne. Odlewanie precyzyjne polega w zasadzie na tym, że model przedmiotu, wykonany z wosku i pokryty odpowiednią powłoką krzemionkową, po zaformowaniu w piasku wytapia się, a powstałą w ten sposób wnękę zalewa metalem. W ostatnich czasach coraz częściej modele woskowe zastępuje się modelami z mas plastycznych ze względu na znacznie mniejszy koszt. Nową i coraz powszechniej uży­waną odmianą odlewania precyzyjnego jest zastąpienie modeli woskowych modelami z zamrożonej rtęci. Zastosowanie modeli rtęciowych pozwala na łączenie części modelu o bardzo skomplikowanym kształcie w jedną ca­łość, czego nie dało się osiągnąć przy zastosowaniu innych materiałów. Odlewanie precyzyjne pozwala na uzyskanie odlewów z różnych sto­pów o bardzo dokładnych kształtach i wymiarach, tak że dalsza obróbka skrawaniem jest niepotrzebna lub znacznie ograniczona; wystarczy wyko­nywać tylko szlifowanie lub polerowanie. Sposób ten stosuje się przede wszystkim do odlewania części z twardych stali wysokostopowych trud­nych do obrobienia i stopów specjalnych. Dokładność wykonania odlewów precyzyjnych przy produkcji maso­wej wynosi dla małych odlewów o wymiarze nominalnym do 30 mm ± 0,05-^0,1 mm, a dla większych ± 0,2-^0,5 mm. Przy wytwarzaniu silników spalinowych odlewanie precyzyjne stoso­wane jest przede wszystkim do wyrobu łopatek turbin gazowych zespołów doładowujących (turbosprężarek) oraz silników odrzutowych. Łopatki tur­binowe odlewane są zwykle grupowo, co zmniejsza zużycie metalu i ilość zalewanych form oraz umożliwia lepsze wykorzystanie pieców. Na rys. 54 przedstawiono model grupy łopatek zaopatrzony w układ wlewowy z dolnym (syfonowym) doprowadzaniem metalu. Model i układ wlewowy wykonuje się z wosku w odpowiedniej matrycy, a następnie po­krywa cienką powłoką krzemionkowej masy ogniotrwałej. Formowanie odbywa się przy użyciu suchej lub półpłynnej masy formierskiej. Podsu­szoną uprzednio formę podgrzewa się do temperatury, w której wosk wytapia się, po czym formę wypala w wyższej temperaturze. Z kolei for­mę podgrzaną do temperatury odpowiedniej dla danego stopu odlewni­czego zalewa się metalem. Najczęściej stosowanym sposobem wypełniania formy jest odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym na maszynie o piono­wej lub poziomej osi obrotu. Na rys. 55 przedstawiono schemat takiej maszyny o pionowej osi obrotu. Po nalaniu i ostudzeniu formy odlew wy­bija się i czyści. Innym sposobem odlewania precyzyjnego, będącym jednym z ostatnich osiągnięć odlewnictwa, jest odlewanie skorupowe. Przebieg wykonania ta­kich odlewów jest następujący. Na metalową płytę modelową podgrzaną do temperatury ok. 200°C nakłada się warstwę piasku kwarcowego, zmie­szanego z żywicą syntetyczną odpowiedniego rodzaju. Pod wpływem ciepła przejmowanego od modelu żywica w sąsiedztwie powierzchni modelu topi się i zalepiając ziarna piasku tworzy skorupę masy. Po kilku sekundach nadmiar piasku usuwa się przez obrócenie płyty o 180°. Płytę wraz z przy­legającą warstwą masy umieszcza się w piecu na kilka minut. Wskutek polimeryzacji lepiszcza masa twardnieje i tworzy powłokę formy w postaci skorupy. Połówki formy zdejmuje się z modelu przy pomocy wypychaczy, składa i otrzymaną formę zalewa metalem. Zalety formowania skorupowego są następujące: a) duża dokładność odlewów; przy odlewach średniej wielkości tole- / rancje wymiarowe wynoszą ± 0,2 mm; 11)powierzchnia odlewu jest gładka; zjawisko przywiązania „przypa­lonej" masy do odlewu jest prawie nieznane, co powoduje ograni­czenie operacji czyszczenia do minimum; 12)mały opór stawiany odlewowi podczas jego kurczenia się, co za­bezpiecza przed naprężeniem i pęknięciem odlewów; 13)puste w środku rdzenie odznaczają się doskonałą przepuszczalnością gazów, a po zalaniu formy metalem żywica będąca spoiwem masy rdzeniowej spala się i rdzenie łatwo usuwa się z odlewów; 14)formy skorupowe są bardzo wytrzymałe, operowanie nimi jest znacznie łatwiejsze niż formami piaskowymi bez obawy uszkodze­nia; skorupy nie są higroskopijne i z tego powodu można je maga­zynować w dowolnie długim okresie czasu. Do wad tego procesu należy zaliczyć to, że odlewy skorupowe mają bardziej gruboziarnistą strukturę niż odlewy wykonane w formach wil­gotnych. W formach skorupowych można odlewać żeliwo, staliwo oraz stopy metali nieżelaznych. Ze względu na to, że proces formowania wymaga metalowych modeli i rdzennic oraz dokładnego przygotowania produkcji, formy skorupowe znajdują zastosowanie tylko przy odlewach wielkoseryj-nych lub masowych. Do najbardziej charakterystycznych odlewów wykonywanych według tej metody należy zaliczyć szereg części silnikowych, jak cylindry, zawory i wały korbowe. 8. Łączenie aluminium ze stalą lub żeliwem. Do niektórych rozwiązań konstrukcyjnych, a szczególnie w silnikach chłodzo­nych powietrzem (cylindry, głowice itp.), bardzo pożądane są tworzywa powstałe z połączenia żeliwa lub stali ze stopami aluminium. Tworzywo takie łączy w sobie dobre własności mechaniczne stali z odpowiednimi własnościami fizycznymi aluminium, takimi j ak dobra przewodność cieplna i mały ciężar właściwy. Przed kilku laty został wynaleziony i rozwinięty sposób trwałego me­talicznego połączenia żelaza z aluminium, opatentowanego następnie pod nazwą „Al-Fin". Polega on na tworzeniu pomiędzy obu metalami warstwy złożonej ze związku chemicznego Al Fe3 o grubości 0,2-f-0,3 mm. Związek Al Fe3 posiada ostatecznie dobre własności mechaniczne dla wyrównania naprężeń wewnętrznych powstających wskutek różnej rozszerzalności cieplnej obu łączonych metali. Mikrostrukturę połączenia aluminium ze stalą i żeliwem przedstawiono na rys. 56. Wykonanie opisanego połączenia polega na odpowiednim przygotowa­niu powierzchni części stalowej lub żeliwnej, a następnie zanurzeniu jej na kilka minut w kąpieli roztopionego aluminium w celu wytworzenia war­stwy związku Al Fe3. Przedmiot pokryty warstwą tego związku u-mieszcza się w kokili (rzadziej w formie piaskowej) i zalewa stopem aluminiowym. Opisana metoda stosowana jest przy wytwarzaniu wielu części sil­nika. Typowym przykładem może być cylinder silnika motocyklowego, chłodzonego powietrzem (rys. 57), którego część robocza jest wykonana z żeliwa, a część odprowadzająca cie­pło — z aluminium. Podobne cylindry stosowane są w silnikach lotniczych i samochodowych, chłodzonych powietrzem. Spośród innych części silniko­wych wykonywanych według tego sposobu należy wymienić: aluminiowe głowice silników z zapłonem samoczynnym chłodzone powietrzem z za­lanymi komorami wirowymi, aluminiowe głowice silników motocyklowych z zalanymi gniazdami zaworowymi i gniazdami na świece, aluminiowe tłoki silników z zapłonem samoczynnym z zalanymi wkładkami na górne pierścienie uszczelniające (rys. 58), koła zębate rozrządu wykonane ze sto­pu aluminium i zaopatrzone w stalową piastę oraz szereg innych elementów.