Zdjęcie w tleZdjęcie w tle

Nasza technologia

CPP Poland - odlewnia Precyzyjna – posiada wieloletnie doświadczenie w odlewaniu krytycznych elementów części gorącej silnika lotniczego, specjalizując się w turbinie niskiego i wysokiego ciśnienia.

 

Technologia precyzyjnego odlewania elementów części gorących silników lotniczych metodą wytapianych modeli stosowana obecnie w CPP składa się z następujących procesów:

 

  • wykonanie modelu woskowego odlewu i układu wlewowego metodą wtryskiwania do form metalowych,

  • budowa woskowego zestawu modelowego i wielowarstwowej formy ceramicznej, suszenie formy, usuwanie wosku, wypalanie pozostałości wosku po procesie wytapiania,

  • wyżarzanie formy przed zalaniem ciekłym metalem,

  • montaż ceramicznych filtrów piankowych w układzie wlewowym,

  • topienie stopu w piecu próżniowym w tyglu ceramicznym i zalanie formy ceramicznej,

  • obróbka poodlewnicza,

  • obróbka cieplna w piecu próżniowym,

  • kontrola jakości.

alt

Zarys historyczny

Odlewnictwo precyzyjne jest jedną z najstarszych metod wytwarzania. W starożytności, w Azji Środkowej (3000 p.n.e.) oraz Grecji (500 p.n.e.) wykonywano tą metodą przedmioty codziennego użytku. Początkowo, materiałem stosowanym w produkcji form odlewniczych była glina, która następnie została zastąpiona przez materiały ceramiczne.

 

W okresie średniowiecza odlewanie jest już powszechnie stosowane do produkcji wyrobów artystycznych i jubilerskich niemal we wszystkich częściach świata (Europa, Ameryka płd., Afryka, Azja).

Woski

Woski

Mieszankę modelową na bazie wosku wtryskuje się w określonej temperaturze i przy określonym ciśnieniu do matrycy. Substancja modelowa może być wtryskiwana w postaci ciekłej, półstałej lub stałej (pasty). Ciekłe woski są wtryskiwane w wyższych temperaturach i przy niższych ciśnieniach, natomiast pasty przy wyższych ciśnieniach i w niższej temperaturze. Modele...
Mieszankę modelową na bazie wosku wtryskuje się w określonej temperaturze i przy określonym ciśnieniu do matrycy. Substancja modelowa może być wtryskiwana w postaci ciekłej, półstałej lub stałej (pasty). Ciekłe woski są wtryskiwane w wyższych temperaturach i przy niższych ciśnieniach, natomiast pasty przy wyższych ciśnieniach i w niższej temperaturze. Modele woskowe mają decydujący wpływ na jakość wyrobu w postaci odlewu – wpływają m.in. na jakość powierzchni odlewów oraz ich dokładność wymiarową.

W produkcji dużych odlewów modele są wykonywane, a później przetwarzane pojedynczo, natomiast dla małych i średnich odlewów np. łopatek turbin silnika odrzutowego, modele łączone są w zestawy modelowe składające się z układu wlewowego i modeli, które są montowane na tzw. belkach. W skład jednego zestawu modelowego może wchodzić od kilku do kilkudziesięciu części.

W produkcji modeli odlewniczych wykorzystywane są również rdzenie ceramiczne. Służą do kształtowania wewnętrznych kanałów chłodzących łopatek turbiny oraz segmentów aparatów kierujących. Celem zastosowania pustych przestrzeni wewnątrz jest zapewnienie należytego chłodzenia podczas pracy silnika turbinowego, co pozwala na wzrost temperatury gazów roboczych, a także redukcję masy rdzeniowanych elementów.
Formy ceramiczne & Wytapianie wosku & Wypalanie form

Formy ceramiczne & Wytapianie wosku & Wypalanie form

W odlewnictwie precyzyjnym wielowarstwowe ceramiczne formy odlewnicze wytwarza się poprzez zanurzanie zestawu modelowego w mieszance ceramicznej, która jest przygotowywana przez dodanie do spoiwa sproszkowanych materiałów ogniotrwałych oraz przeciwspieniacza i środków zwilżających, które są mieszane w specjalnych mieszalnikach. Następnie manipuluje się zesta...
W odlewnictwie precyzyjnym wielowarstwowe ceramiczne formy odlewnicze wytwarza się poprzez zanurzanie zestawu modelowego w mieszance ceramicznej, która jest przygotowywana przez dodanie do spoiwa sproszkowanych materiałów ogniotrwałych oraz przeciwspieniacza i środków zwilżających, które są mieszane w specjalnych mieszalnikach. Następnie manipuluje się zestawem modelowym (np. obracając go) w sposób umożliwiający pełne pokrycie powierzchni modeli, po czym zanurza się zestaw modelowy w zbiorniku fluidyzacyjnym z obsypką lub obsypuje się go z góry.

W wyniku zastosowania odpowiednich materiałów spoiwa i osnowy ceramicznej oraz poddaniu formy kontrolowanemu procesowi suszenia i obróbki cieplnej (wytopienie, wypalenie i wyżarzenie) można otrzymać formy o wymaganej wytrzymałości mechanicznej, odporności na działanie wysokiej temperatury, dużej gazo-przepuszczalności oraz niskiej chropowatości warstwy przymodelowej. Powyższe właściwości formy ceramicznej pozwalają na odlewanie w niej skomplikowanych detali, takich jak np. łopatki turbin silników lotniczych.

Wielowarstwowe formy ceramiczne stosowane w procesie odlewania precyzyjnego nadstopów niklu są najczęściej wykonywane z tlenków metali.

Wytapianie, ze względu na rozszerzalność cieplną wosku i związaną z tym zjawiskiem zmianą jego objętości, jest bardzo trudnym i skomplikowanym procesem technologicznym. Zwiększający swoją objętość pod wpływem temperatury wosk może spowodować pęknięcie i zniszczenie formy lub zmianę jej wymiarów. Stosuje się więc strefowe, bardzo szybkie nagrzewanie formy od zewnątrz do wewnątrz, co powoduje szybkie topienie zewnętrznych części modeli woskowych oraz odpływ wosku przez specjalne kanały. Pojawia się pusta przestrzeń umożliwiająca dalszy wzrost objętości wosku bez obawy o uszkodzenie formy.
Formy są wypalane w celu całkowitego usunięcia z nich wilgoci i pozostałości wosku, a także wygrzania formy przed zalewaniem jej ciekłym metalem, w celu uniknięcia szoku cieplnego.
Topienie i odlewanie

Topienie i odlewanie

Do topienia w firmie CPP wykorzystuje się próżniowe piece indukcyjne. Technologie próżniowe nie dość, że zapewniają doskonałą jakość odlewu, to umożliwiają odlewanie stopów zawierających pierwiastki reaktywne (superstopy kobaltu, niklu oraz stopy tytanu i metali wysokotopliwych). Proces rozpoczyna się od włożenia wsadu do komory topienia, zamknięcia śluzy i...
Do topienia w firmie CPP wykorzystuje się próżniowe piece indukcyjne. Technologie próżniowe nie dość, że zapewniają doskonałą jakość odlewu, to umożliwiają odlewanie stopów zawierających pierwiastki reaktywne (superstopy kobaltu, niklu oraz stopy tytanu i metali wysokotopliwych). Proces rozpoczyna się od włożenia wsadu do komory topienia, zamknięcia śluzy i wytworzenia próżni. Następnie realizowany jest proces topienia. Po stopieniu metalu, tygiel jest przechylany przez dedykowany mechanizm i następuje zalewanie formy, które trwa od 2 do kilku sekund.

Tygle stosowane w procesach odlewania wykonuje się najczęściej z cyrkonu lub tlenku aluminium, wytwarzane w procesach odlewania tiksotropowego, formowania z mas sypkich oraz prasowania izostatycznego.

Wraz z rozwojem nadstopów niklu, prowadzono także prace nad technologią odlewów mono i kierunkowo krystalizowanych. Krystalizacja kierunkowa odlewów jest szeroko zastosowana w wytwarzaniu elementów części gorącej silników lotniczych i przemysłowych turbin gazowych, szczególnie łopatek turbiny wysokiego ciśnienia.

W firmie CPP do produkcji odlewów DS./SX wykorzystywana jest metoda Bridgmana – HRS (High Rate Solidification). W procesie krystalizacji kierunkowej formę ceramiczną wypełnioną ciekłym metalem wyciąga się z określoną prędkością ze strefy grzewczej do strefy chłodzącej urządzenia. Uzyskuje się dodatnią wartość gradientu temperatury oraz przemieszczanie się ciągłego frontu krystalizacji wzdłuż wysokości odlewu. Dodatni gradient temperatury w odlewie można wytworzyć różnymi metodami, opartymi na kontroli przepływu ciepła w odlewie. Kierunkowy przepływ ciepła jest spowodowany zastosowaniem intensywnego chłodzenia formy poniżej grzewczej strefy pieca.
Obróbka poodlewnicza

Obróbka poodlewnicza

Pierwszym etapem obróbki poodlewniczej jest operacja tzw. wybijania, polega ona na rozbiciu formy i oddzieleniu ceramiki od odlewu, bez jego uszkodzenia. Pozostałości form przyklejone do odlewu usuwa się w strumieniu wody pod wysokim ciśnieniem. Usunięcie rdzeni następuje poprzez trawienie w roztworach ługu NaOH lub KOH.

Kolejnym etapem obróbki poodlewni...
Pierwszym etapem obróbki poodlewniczej jest operacja tzw. wybijania, polega ona na rozbiciu formy i oddzieleniu ceramiki od odlewu, bez jego uszkodzenia. Pozostałości form przyklejone do odlewu usuwa się w strumieniu wody pod wysokim ciśnieniem. Usunięcie rdzeni następuje poprzez trawienie w roztworach ługu NaOH lub KOH.

Kolejnym etapem obróbki poodlewniczej jest odpowiednie przygotowanie powierzchni poprzez cięcie, szlifowanie, zaczyszczanie, polerowanie odlewów i inne operacje ślusarskie.
Kontrola jakości

Kontrola jakości

Pierwszą operacją kontrolną w przemysłowym cyklu produkcyjnym odlewów lotniczych jest kontrola wizualna. Kontrola ta ma na celu zapobieganie przypadkom, w których brakowy element poddawany jest drogiej obróbce poodlewniczej lub innym czynnościom kontrolnym. Następnie badany jest skład chemiczny oraz wielkości ziarna na powierzchni odlewów.

W kolejnych et...
Pierwszą operacją kontrolną w przemysłowym cyklu produkcyjnym odlewów lotniczych jest kontrola wizualna. Kontrola ta ma na celu zapobieganie przypadkom, w których brakowy element poddawany jest drogiej obróbce poodlewniczej lub innym czynnościom kontrolnym. Następnie badany jest skład chemiczny oraz wielkości ziarna na powierzchni odlewów.

W kolejnych etapach kontroli sprawdza się jakość powierzchni odlewów z wykorzystaniem penetracyjnej metody fluorescencyjnej. Płyn fluoroscencyjny (penetrant) pod wpływem światła ultrafioletowego pomaga wykryć wady znajdujące się na powierzchni odlewu. Do wykrycia defektów wewnętrznych wykorzystywane są metody rentgenowskie – w tym rentgenowska tomografia komputerowa. Badania rentgenograficzne wykorzystywane są do wykrycia różnic w gęstości materiału oraz do ujawnienia takich wad wewnętrznych jak zażużlenia, wtrącenia, porowatości czy rzadzizny. Metody te służą również do określenia stopnia wytrawienia rdzeni ceramicznych oraz „czystości” kanałów chłodzących.

Do pomiarów kształtu i wymiarów zewnętrznych wykorzystuje się różnego typu techniki m.in. współrzędnościowe maszyny pomiarowe czy skanery 3D. Pomiar grubości ścianki łopatek rdzeniowanych, realizowany jest z wykorzystaniem technik ultradźwiękowych lub tomografii komputerowej.

Kontrola jakości

Kontrola jakości odlewów realizowana jest w laboratorium metalograficznym oraz na wydziałach produkcyjnych przy zastosowaniu metod niszczących i nieniszczących.
Kontrola wizualna
Kontrola wizualna
Laboratorium metalograficzne
Laboratorium metalograficzne
Kontrola wielkości ziarna
Kontrola wielkości ziarna
Kontrola wymiarowa
Kontrola wymiarowa
Kontrola fluorescencyjna
Kontrola fluorescencyjna
Kontrola rentgenowska
Kontrola rentgenowska
Kontrola  ostateczna
Kontrola ostateczna