KSP_TSL_PR_02_CZE_Nova_Machuta_Formovaci_smesi_charakteristika_pojiva_a_ostriva.pdf

TEORIE SLÉVÁNÍ 

Přednáška č. 2: 

Formovací směsi, charakteristika pojiva a ostřiva. 

Směsi I., II. a III. generace a jejich využívání. 

Autoři přednášky: prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. 

Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. 

Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie

Struktura výroby odlitků 

Výroba forem a jader Příprava taveniny 

Objemové změny odlitku 

Tuhnutí taveniny 

Chladnutí odlitku 

Změna lineárních rozměrů odlitku 

Odlévání taveniny do formy 

Děje v dutině slévárenské formy 

Změna rozměrů formy 

v důsledku překrystalizace 

ostřiva na bázi křemene 

Užitné vlastnosti odlitku 

(struktura, mechanické vlastnosti) 

TSL 

Přednáška č. 02 

Působení taveniny 

na materiál formy 

Uvolňování plynů

Název 

Metody 

I. generace 

Metody 

II. generace 

Metody 

III. generace 

Metody výroby netrvalých forem 

Základní složení 

formovacích směsí 

zrnité ostřivo (nejčastěji 

křemenný písek, lupek, 

magnezit) 

jílové pojivo s obsahem vody 

(bentonit, illitický jíl, 

kaolin) 


křemenný písek, magnezit, 

zirkonový písek, mletý 

korund) 

pojivo na bází chemické látky 

na základě chemických 

reakci 


křemenný písek, magnezit, 

zirkonový písek, mletý 

korund, kovové prášky) 

v suchém stavu 

IV. generace zrnité ostřivo 

pojivo nahrazené živými 

organismy (např. bakteriemi) 

Charakteristika technologického postupu 

Formy nebo jádra získávají pevnost upěchováním 

formovací směsí (ručním pěchováním, 

střásáním, lisováním, metáním), u větších forem 

či jader musí následovat povrchové přisoušení 

nebo úplné vysoušení formy nebo jádra. 

Mluvíme o chemizaci výroby forem a jader. 

Formy a jádra musí být ve většině případu 

upěchovány, avšak jejích pevnosti (manipulační 

i technologické) se dosáhne až chemickou 

reakcí způsobující ztvrdnutí pojiva. Forma se 

rozpadá účinkem tepla odlitku. 

Mluvíme o fyzikálních metodách výroby forem 

a jader. 

Pěchování je zpravidla nahrazeno vibrací ostřiva. 

Zrna ostřiva jsou pojena účinkem fyzikálních vazeb 

(magnetické pole, vakuum, účinek teploty pod 

bodem mrazu a pod.). 

Forma se rozpadá po zrušení účinku silových polí. 

Mluvíme o biologizaci výroby forem a jader. 

Metody jsou ve stadiu základního výzkumu 

a zkoušení. 


Přednáška č. 02

Pojiva formovacích a jádrových směsí 

Dlouhodobý vývoj 

pojivových systémů 






Pojiva má roli „lepidla“, pojivo spojuje částice ostřiva v kompaktní celek. 

Dnes se pojiva dělí podle generací pojivových systémů způsob pojení. 

I. generace – jílová pojiva - mechanický způsob pojení 

II. generace – pojiva na chemické bázi - chemický způsob pojení 

III. generace - fyzikální způsob pojení (magnetické pole, zmrazování, vakuum) 

IV. generace biologický způsob 

II. generace pojiv se začala objevovat ve 40. letech minulého století, 

patenty Croninga (1944 - skořepinové formy) a Petržely (1947 - pojivo 

ve formě vodního skla vytvrzeného CO 2)


Pojivo – je vedle ostřiva důležitou složkou formovací 

směsi; 

• spojením pojiva s ostřivem vzniká pevnost formovací 

směsi - vaznost za syrova, pevnost po vysušení a 

vytvrzení, pevnost za vysokých teplot i zbytková pevnost 

směsi (rozpadavost po odlití). 

• dlouholetý vývoj pojiv 

Pojivo 

Ostřiv 

o 

Formova 

cí směs 



Voda 

Přísad 

ové 

prvky

Pojiva směsí I. generace 



• jsou to jílová pojiva, kde pojení je výsledkem sil 

kapilárního tlaku a sil Van der Waalsových; 

• mezi částicí ostřiva a pojivem působí síly 

adhezní (přilnavé), mezi částicemi pojiva pak síly 

kohezní; 

• jílová pojiva jsou nejčastěji součástí přírodních 

směsí; 

• Pro slévárenské účely u jílů hodnotíme: 

bobtnavost a žáruvzdornost




Kaolinitický jíl - Al 2O 3.2SiO 2.2H 2O (kaolinit); 

• toto pojivo se šamotovým lupkem tvoří formovací směs určenou pro výrobu 

forem a jader pro odlévání ocelových odlitků. 

• je to formovací směs na sušení, která se suší při teplotě 650 °C. Má ze 

všech jílů vynikající žáruvzdornost, ale nejmenší bobtnavost. 

Illitický jíl - doprovází přírodní písky. Nejdůležitějším minerálem této 

skupiny je glaukonit (zelené barvy). Jíl se používá pro odlévání těžkých 

litinových odlitků, neboť má dobrou žáruvzdornost i dobrou bobtnavost. 

Montmorillonitický jíl - Al 2O 3.4SiO 3.2H 2O.nH 2O. (více jak 75 až 80 % 

montmorillonitu – Bentonity). 

• bentonity se řadí k nejrozšířenějším jílovým pojivům a slouží k výrobě 

bentonitových směsí. Mají výbornou pojivovou schopnost (2,5krát vyšší než 

u kaolinitů) a umožňují přípravu směsi s minimálním obsahem pojiva (6 až 8 

%) a tím i s nejmenším potřebným obsahem vody (pod 5 % - cca 3,5 %). 

Bentonitové směsi se používají jako směsi na syrovo (nesuší se); 

• mají velké uplatnění při strojním formování na automatických formovacích 

linkách pro výrobu forem pro litinové odlitky.


Jílová pojiva jsou zdravotně nezávadná 

Naleziště kaolinitických jílů – Kaznějov u Plzně 

Naleziště illitických jílů – okolí Brna 

Naleziště montmorillonitických jílů 

• Most 

• Kadaň 

• Kostelec n. Černými Lesy 

• Nehvizdy 

Obrázek je z proagačních materiálů, fy. Keramost Most, 2012 

Kaznějov 



Pojiva směsí II. generace 

Pojiva II. generace – pojiva na chemické bázi 

- pojiv se začala objevovat ve 40. letech minulého století, 

- začala se používat jak pro výrobu forem, tak pro výrobu jader 



patenty Croninga (1944 - skořepinové formy) a Petržely (1947 - 

pojivo ve formě vodního skla vytvrzeného CO 2)


Pojiva II. generace – je založena na chemickém procesu pojení 

• pojení probíhá - zásahem zvenčí: za tepla, za studena. 

- samotvrdnoucí 

• základní dělení je na organická a anorganická pojiva. 

Formovací směsi ztužované zásahem zvenčí: 

• CT směsi 

• C skořepiny 

• metody výroby jader HB, WB, CB 

Samotvrdnoucí formovací směsi: 

• sádrové formy 

• keramické formy 

Organická - nejvíce využívaná pro výrobu jader 

Anorganická - jsou příznivější z ekologického hlediska 




Organická pojiva - mezi organická pojiva se řadí 

• oleje 

• sacharidy, 

• stále více používané umělé pryskyřice: 

� fenolické 

� furanové 

� močovinoformaldehydové 

� kombinované 



Přírodní 

oleje 

Kombinovaná 


Organická 

Umělé 

pryskyřice 

Fenolické 

Furanové 

Močovinoformaldehydové 

Kombinované 

Sacharidy 

Monosacharidy 

Polysacharidy 



Přírodní oleje 

• dobrá tekutost 


• směsi samotvrdnoucí 

• vytvrzují se oxidací 

• pevnost jader nedosahuje pevnosti umělých pryskyřic 

• problémem je odvod plynů 




Sacharidy - jejich dělení: 

Monosacharidy 

Glukoprén 

Melasa 

Dextronér 

Polysacharidy 

Škrob 




Pryskyřice - ve slévárenství byly aplikovány do 

dnešní doby tyto pryskyřice 

• fenolické (pryskyřice novolakového typu a 

resolového typu) 

• furanové 

• močovinové 

• alkydové 

• polyuretanové 

• epoxidové 

• akrylátové 






Fenolické pryskyřice - výroba jader v kyselém a zásaditém 

prostředí


Pojivový systém ostřivo - pryskyřice 



Ostřivo s pojivem Pojivové můstky mezi ostřivem


(metoda podle Croninga) 

Metoda dle Croninga – slouží pro výrobu forem a jader 

• základem byla termoplastická fenolformaldehydová pryskyřice 

• dnes fenolická pryskyřice 

• skořepina vzniká postupným natavováním směsi pryskyřice a ostřiva teplem 

vyhřáté modelové desky nebo jaderníku na teplotu 

240 až 280 °C 

• dnes se používá pryskyřice fenolická tzv. novolakového typu 

• pryskyřice je teplem tavitelná i teplem 

vytvrditelná s použitím katalyzátoru 

• vedle forem se vyrábí též jádra, 

která jsou dutá. 

Typy směsí pro C metodu 

• obalená – novolaková prášková pryskyřice s křemenný ostřivem + 

katalyzátor 

• suchá – novolaková prášková pryskyřice a ostřivo + katalyzátor 




(metoda podle Hot Box) 



Metoda Hot Box – výroba jader v kovovém horkém jaderníku, 

• jádrová směs se do jaderníku vstřeluje a vytvrzuje teplem 

• vytvrzování jader začíná od horkého jaderníku o teplotě 

180 až 300 °C 

• metodou HB se vyrábí plná jádra 

• používáme dva typy pojiv: pryskyřice nebo sacharidy (kombinace) 

Používají se pryskyřice 

• močovino-formaldehydové 

• melaminoformaldehydová 

• furanová 

• fenol-formaldehydové (resoly) 

• výjimku tvoří modifikované Na-silikáty a roztoky (anorganická pojiva)


(metoda podle Cold Box) 

Metoda Cold Box – výroba jader ve studeném jaderníku 

• teplota vytvrzování je cca 20 °C + vytvrzovací účinek 

• používají se dva druhy směsí 

• samotvrdnoucí směsi - s přídavkem katalyzátoru (tvrdidla) 

• směsi ztužované z vnějšku – působení CO 2 SO 2 , TEA, vzduch 

Samotvrdnoucí směsi - se dělí na kyselé a zásadité 

• směsi na bázi furanové pryskyřice – jsou vytvrzovány kyselinami 

• směsi na bázi fenolické (rezolové) pryskyřice – jsou vytvrzovány 

kyselinami 

• směsi na bázi alkalických Na silikátů – jsou vytvrzovány estery 

• směsi na bázi alkalizovaných fenolických pryskyřic - jsou 

vytvrzovány estery 

Poznámka: estery - jsou organické sloučeniny, které obsahuji 

vodík ve skupině OH 




Anorganická pojiva - mezi anorganická pojiva se řadí 

• vodní sklo; 

• sádra; 

• cement; 

• látky pro výrobu forem na vytavitelný model 

(alkosoly, hydrosoly) 



Anorganická pojiva - jsou z ekologického hlediska 

výhodnější, mají nižší plynotvornost


Cement Sádra 

Anorganická 

Vytavitelný 

model 

Alkosoly 

Hydrosoly 

Vodní 

sklo 



Nové pojivové systémy 

na bázi silikátů


Anorganická pojiva dnes zahrnují: 

• pojivové systémy na bázi alkalických silikátů; 

• pojivové soustavy s vodním sklem; 

• samotvrdnoucí směsi-estery tvrdidla; 

• geopolymerní pojiva. 

Nová anorganická pojiva nají označení: 

• Inotec, 

• AWB, 

• Cordis, atd. 




Vodní sklo je koloidní roztok silikátů (křemičitanů) 

• směsi vytvrzované např. profukováním CO 2 patent Petrželův, tj. CT směsi 

• směsi ovládané ztužováním – ST směsi 

Chemická rovnice při vytvrzování vodního skla + CO 2 (CT směsi) 

Na2O � mSiO2 

� nH2O 

� CO2 

� mSi OH 4 � Na2CO 

(vodní sklo + oxid uhličitý � gel kyseliny křemičité +soda) 

Vodní sklo je rosolovitá průhledná 

Hmota – která profouknutím CO 2 

se vysušuje až přejde do 

tuhého stavu. 

� � 3 




Sádra – je polohydrát nebo anhydrit síranu vápenatého. 

• smícháním sádry s vodou, popř. s dalšími přísadami se získá sádrová 

břečka, která po určité době ztuhne v kompaktní celek. 

• sádra je hydratační pojivo (mí být přítomna voda) 

• z chemického hlediska ztuhlá břečka představuje dihydrát síranu 

vápenatého. 

Pojivový systém sádry a vody je: �1 

2H 

O � 3 2H 

O � CaSO � 2H 

O 

• sádrová forma se musí sušit 200 °C; 

• sádrová forma se musí žíhat 400 °C 



CaSO4 2 

2 

4 2

Odlitky vyráběné v sádrových formách 

model ze silikonové 

hmoty 

odlitek 

napěněná sádrová 

forma 



Regenerace ostřiva 

Ostřivo v procesu výroby degeneruje – vzniká oolitizace, tj. 

zdegenerovaná obálka na povrchu ostřiva; 

Formovací směs se po několikanásobném použití se buď: 

• regeneruje – pokud je ve slévárně regenerovací zařízení; 

• nebo se vyváží na zavážku. 

Regenerace je „znovu oživování“ ostřiva a jeho opětné použití 

Typy regenerace směsi: 

• suchá - mechanická, pneumatická; 

• mokrá 

• tepelná; 

• chemická, popř. kombinace některých způsobů. 

• k tomu je potřeba určité regenerační zařízení. 



Pojivové systémy III. generace 



Pojivové systémy III. generace - jsou založeny na fyzikálním účinku 

pojení s ostřivem. 

• fyzikální účinek může být pomocí magnetického pole, zmrazování, 

vakua. 

• magnetický způsob pojení vyžaduje jiný typ ostřiva než je ve 

slévárenství běžně používán. Jsou to jemné broky z magnetického 

materiálu, nejčastěji ocele. Obě ostatní metody využívají klasické, 

např. křemenné ostřivo.




Magnetická metoda pojení - resp. magnetická forma, se vyrábí 

zasypáním spalitelného modelu včetně spalitelné vtokové soustavy. Ty jsou 

opatřeny žáruvzdorným nátěrem magnetickým ostřivem v magnetickém poli. 

Tím dostáváme pevnou formu, pokud zabezpečíme homogenitu 

magnetického pole v celém objemu formy. Při odlévání je však důležité, aby 

nedošlo k překročení kritické teploty, kdy ostřivo ztrácí magnetické vlastnosti. 

U magnetické oceli je tato teplota cca 727 °C. Po odlití taveniny, která vypálí 

model - vytvoří dutinu formy i vtokové kanály, a po ztuhnutí odlitku zrušíme 

magnetické pole, odstraníme ocelové broky a vyjmeme odlitek z rámu.


Výroba forem s použitím vakua (vakuové formování, 

resp. V proces) vznikla v roce 1971 v Japonsku. 

• je to metoda, která je zahrnována do III. generace výroby forem (tj. 

pojení na základě fyzikálních metod). 

• výroby forem a je založena na fyzikálním procesu pojení. V 

současné době se tato metoda používá v některých zahraničních 

slévárnách (např. VSŽ Košice). 

• pojivem při výrobě forem vakuováním je vakuum, které působí na 

křemenné ostřivo ve slévárenském rámu. 

• současně je důležité, aby pro tuto metodu byly k dispozici velmi 

dobře zabroušené slévárenské rámy, velmi plastické folie a zařízení 

na výrobu vakua - tzv. vývěvy. 

• modelová deska musí obsahovat řadu kanálků. 




(formování ve vakuu) 



Postup výroby forem vakuovým způsobem, viz následující obrázky. 

• jak je z obr. patrné, jde o vytvoření jakého si zcela neprodyšného 

uzavřeného prostoru, ohraničeného formovacím rámem a dvěma fóliemi, 

přičemž jedna sleduje povrch funkční dutiny formy (obrys modelu) a druhá 

uzavírá rám z vrchu. 

• takto vzniklý prostor je vyplněn slévárenským ostřivem. Když se z tohoto 

prostoru vyčerpá vzduch, působí na blány přetlak atmosférického vzduchu, 

který formu udržuje ve stálém tvaru až do okamžiku, kdy přestane vakuum 

působit (po odlití se blány spálí). 

a) modelová deska modelem odlitku a vtokové soustavy je pevně 

spojena s vakuovou komorou



b) na modelovou desku se položí ohřátá fólie z termoplastu 



c) vyčerpáním vzduchu ze základní vakuové komory přilne folie k 

modelové desce, resp. k modelu odlitku



d) nasazení rámu na modelovou desku s fólií 

e) nasypání ostřiva do rámu s modelovou deskou 

f) vyhloubení licí jamky vtokové soustavy, překrytí rámu fólií 

a vyčerpání vzduchu z rámu 





g) sejmutí rámu z modelového zařízení (vytvoření části dutiny 

formy) 



h) stejným způsobem se vyrobí druhá půlka formy a obě poloviny 

formy se sesadí (v horní i spodní části formy je neustále udržováno 

vakuum), provede se odlití



i) po odlití tekutého kovu do formy, které musí být rychlé fólie shoří, tím se zruší vakuum, 

ostřivo se z rámu vysype spolu s odlitkem 

• používá se kulaté ostřivo, hustota formy má být vyšší než 1600 kg.m -3 . 

• pro výrobu forem V-metodou se doporučuje používat ostřivo, které se používá 

pro výrobu skořepinových forem, popř. ještě jemnozrnnější 

• největší uplatnění má ostřivo křemenné, které je dostupné a laciné; 

• obecně se používá zrnitost ostřiva d 50 = 0,15 mm až s 30 % prachové frakce. 




Výroba borem zmrazováním – metoda EFF SET 

Postup výroby forem 

1 - smíchání ostřiva vody a malého množství pojiva, 

2 - upěchováním směsi na model, 

3 - vyjmutím modelu se vyrábí 

polovina formy, 

4 - zmrazování forem v zmrazovací 

komoře např. tekutým dusíkem, 

5 - složení zmrazených forem, 

6 - odlévání do zmrazených forem, 

pák následuje vytloukání odlitků z forem 



Literatura: 

Pojivové systémy forem a jader 

[1] NOVÁ, I.: Teorie slévání. [Skripta], FS-TU v Liberci 2006; 



[2] MICHNA, Š., NOVÁ, I.: Technologie zpracování kovových materiálů. 

1. vyd. Adin Prešov, 2008. 

[3] VETIŠKA, A.: Teoretické základy slévárenské technologie. 1. vyd. 

Praha 1974.

KSP_TSL_PR_02_CZE_Nova_Machuta_Formovaci_smesi_charakteristika_pojiva_a_ostriva.pdf

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?