Odlewanie grawitacyjne do kokili – etapy, parametry i zastosowania

Czym jest odlewanie grawitacyjne do kokili?

Odlewanie grawitacyjne do kokili to proces, w którym ciekły metal wypełnia trwałą formę metalową wyłącznie pod wpływem ciężaru własnego, bez tłoka i bez nadciśnienia. Kokila pracuje w cyklu wielokrotnym – dobrze utrzymana forma ze stali H13 potrafi wykonać kilkadziesiąt tysięcy odlewów aluminiowych, zanim wymaga regeneracji. Metoda plasuje się między formą piaskową a HPDC (źródło: ASM Handbook Vol. 15, 2008).

Kokila jako trwała forma metalowa – co to znaczy w praktyce?

Kokila to forma metalowa używana wielokrotnie, wykonana najczęściej ze stali narzędziowej do pracy na gorąco lub żeliwa szarego, wyposażona w układ wlewowy, odpowietrzenia, wypychacze i kanały chłodzenia. W odróżnieniu od formy piaskowej nie ulega zniszczeniu po zalaniu – po otwarciu, wyjęciu odlewu i odświeżeniu powłoki wraca do cyklu.

• Materiał korpusu – stal H13 (1.2344) dla stopów aluminium i mosiądzu, żeliwo szare dla prostszych kokil warsztatowych o mniejszej serii.
• Powłoka kokilowa – warstwa na bazie tlenku tytanu, talku lub grafitu z lepiszczem wodnym, nanoszona natryskiem na rozgrzaną formę.
• Rdzenie – metalowe, gdy geometria pozwala na wyjęcie, albo piaskowe (rdzenie z masy cold-box), gdy detal ma podcięcia i zamknięte kanały.
• Wypychacze i mechanizm otwierania – ręczny w kokilach warsztatowych, hydrauliczny lub karuzelowy w produkcji seryjnej.
• Odpowietrzenia – szczeliny rzędu 0,05-0,15 mm w płaszczyźnie podziału, kanały odpowietrzające i przelewy w miejscach ostatniego wypełnienia.

Z mojej praktyki najczęstsze nieporozumienie brzmi tak: skoro forma jest metalowa, to musi być „ciśnieniowa”. Nie musi. Kokila grawitacyjna nie ma maszyny wtryskowej – ma kadź, łyżkę albo tygiel przechylny i kanał wlewowy, który metal pokonuje sam.

Czym odlewanie grawitacyjne różni się od niskociśnieniowego?

Nie są tym samym. W odlewaniu grawitacyjnym metal wlewa się od góry i płynie w dół pod własnym ciężarem, natomiast w odlewaniu niskociśnieniowym ciekły stop podnosi się rurą wznośną od dołu pod ciśnieniem rzędu 0,2-0,7 bara. Skutki tej różnicy widać na przekroju odlewu.

• Kierunek wypełnienia – grawitacyjnie z góry (ryzyko turbulencji i zawinięcia tlenków), niskociśnieniowo od dołu, spokojnym frontem.
• Zasilanie skurczu – w kokili grawitacyjnej pracują nadlewy, w niskim ciśnieniu w dużej części zasila sam słup metalu w rurze.
• Uzysk metalu – w odlewaniu niskociśnieniowym zwykle wyższy, bo mniejsza masa układu wlewowego wraca na przetop.
• Koszt oprzyrządowania – kokila grawitacyjna jest zwykle prostsza i tańsza od kompletu z piecem ciśnieniowym.

Czym kokila różni się od formy piaskowej i formy ciśnieniowej?

Kokila różni się trwałością i wymianą ciepła. Forma piaskowa jest jednorazowa i izolacyjna, kokila metalowa odbiera ciepło kilkadziesiąt razy szybciej, co drobni strukturę i podnosi własności mechaniczne. HPDC z kolei wtryskuje metal pod ciśnieniem rzędu 400-1000 bar, osiągając ścianki poniżej 2 mm – czego kokila grawitacyjna nie zrobi.

Siła grawitacji zamiast wysokiego ciśnienia – co to zmienia?

Zmienia dwie rzeczy naraz: dopuszczalną grubość ścianki i strukturę wewnętrzną. Bez ciśnienia metal nie dopłynie do cienkiego, długiego żebra, ale też nie zamknie w odlewie powietrza pod ciśnieniem, dlatego odlewy kokilowe grawitacyjne dają się obrabiać cieplnie i spawać, a klasyczne HPDC często nie.

• Minimalna grubość ścianki – realnie 3-4 mm dla stopów Al w kokili grawitacyjnej, 1,5-2 mm dla HPDC.
• Obróbka cieplna T6 – dopuszczalna dla odlewów kokilowych z AlSi7Mg, ryzykowna dla HPDC ze względu na pęcherze podpowierzchniowe.
• Cykl produkcyjny – kokila grawitacyjna to zwykle 2-6 minut na cykl, HPDC potrafi zejść poniżej minuty.
• Koszt formy – kokila jest tańsza niż forma HPDC, bo nie musi przenosić sił zamykania rzędu setek ton.

Powtarzalność kokili wobec elastyczności form piaskowych

Forma piaskowa wygrywa tam, gdzie liczy się jednostkowość i wielkość. Korpus turbiny o masie 900 kg nikt nie odleje w kokili – zrobi to w formie piaskowej z rdzeniami furanowymi. Kokila wygrywa przy serii, bo każdy kolejny odlew jest niemal identyczny z poprzednim, a chropowatość powierzchni jest wyraźnie niższa niż po piasku.

Tabela pokazuje logikę wyboru: odlewanie kokilowe to kompromis, a nie zwycięzca w każdej kolumnie. Klasy tolerancji wymiarowej i naddatków na obróbkę dla wszystkich trzech metod ustala się według ISO 8062 (2017), a nie „na oko odlewni”.

“Odlewanie w formach trwałych daje odlewy o drobniejszej strukturze i wyższych własnościach mechanicznych niż odlewanie piaskowe, dzięki szybszemu odbiorowi ciepła przez metalową formę.” — ASM International, ASM Handbook, Volume 15: Casting, 2008

Jak przebiega proces odlewania do kokili krok po kroku?

Cykl obejmuje siedem czynności: podgrzanie kokili do temperatury roboczej, naniesienie powłoki, montaż rdzeni, zamknięcie formy, zalanie metalem, krzepnięcie i otwarcie z wypchnięciem odlewu. Pierwsze 3-8 sztuk po rozruchu zwykle idzie na przetop, bo forma nie osiągnęła jeszcze stabilnej temperatury pracy.

Przygotowanie kokili, rdzeni i powłoki ochronnej

Zaczynam zawsze od kontroli powierzchni roboczej – resztki starej powłoki, nagar i mikropęknięcia siatkowe decydują o wyglądzie pierwszej serii. Kokilę rozgrzewam palnikiem gazowym albo grzałkami patronowymi do temperatury roboczej, dopiero wtedy nanoszę powłokę, bo na zimnej formie zawiesina wodna spływa i tworzy zacieki.

1. Czyszczenie – usunięcie starej powłoki szczotką lub obróbką strumieniowo-ścierną drobnym ścierniwem, kontrola płaszczyzny podziału.
2. Podgrzanie – dojście do 250-350°C dla stopów aluminium, kontrola pirometrem w 3-4 punktach, nie tylko przy wlewie.
3. Powłoka – natrysk warstwy izolacyjnej 0,1-0,5 mm w strefach cienkich i zasilających, warstwy cieńszej tam, gdzie chcemy szybkiego odprowadzenia ciepła.
4. Rdzenie – osadzenie rdzeni metalowych lub piaskowych, sprawdzenie luzów i odpowietrzenia rdzenia.
5. Zamknięcie – kontrola prawidłowego docisku połówek, żeby uniknąć zalewek na podziale.

Powłoka kokilowa pełni trzy funkcje naraz: izoluje termicznie, chroni stal przed przyklejaniem aluminium i steruje płynięciem metalu. Sterowanie grubością powłoki to najtańsze narzędzie korygujące krzepnięcie, jakie ma odlewnik – grubsza warstwa przy nadlewie utrzymuje go ciekłym dłużej.

Zalewanie, krzepnięcie, otwarcie formy i wybijanie odlewu

Zalewanie prowadzi się spokojnie i bez przerywania strugi – najczęściej łyżką odlewniczą lub z tygla przechylnego. Czas zalania typowego odlewu o masie 2-6 kg to zwykle 4-12 sekund; przerwana struga daje zimne złącze niemal natychmiast.

• Zalewanie – kubek wlewowy trzymany pełny, struga skierowana w ściankę kanału, nie w wolną przestrzeń formy.
• Krzepnięcie – czas zależny od grubości ścianki, dla odlewu Al o ściance 8 mm to rząd kilkudziesięciu sekund w kokili.
• Otwarcie – w stałym punkcie cyklu; za wczesne otwarcie deformuje odlew, za późne powoduje zakleszczenie przez skurcz na rdzeniach.
• Wypchnięcie – równomierne, wypychaczami rozmieszczonymi symetrycznie, żeby nie odkształcić cienkich ścianek.
• Wykończenie – odcięcie układu wlewowego piłą taśmową, gratowanie, śrutowanie, ewentualnie obróbka cieplna i mechaniczna.

Jakie parametry kontroluje się przy odlewaniu kokilowym?

Kontroluje się pięć wielkości: temperaturę metalu, temperaturę kokili, prędkość i czas zalewania, grubość powłoki oraz rytm cyklu. Dla wielu stopów aluminium temperatura zalewania mieści się orientacyjnie w przedziale 680-760°C, ale wartość ustala się dla konkretnego stopu wg PN-EN 1706 (2020) i geometrii odlewu, nie z tabeli ogólnej.

Temperatura metalu, temperatura kokili i prędkość zalewania

Temperatura kokili jest ważniejsza niż większość odlewników zakłada. Obserwuję regularnie, że podniesienie temperatury formy o 40-50°C usuwa niedolewy skuteczniej niż przegrzanie metalu o te same 50°C – a przy tym nie zwiększa rozpuszczalności wodoru w kąpieli ani rozrostu ziarna.

Nota do tabeli: wartości orientacyjne, wymagają weryfikacji wg karty materiałowej dostawcy stopu i technologii odlewni; dane sprawdzone: lipiec 2026, w oparciu o zakresy podawane w literaturze odlewniczej i PN-EN 1706 (2020).

Układ wlewowy, odpowietrzenie i kierunkowe krzepnięcie

Dobry układ wlewowy w odlewnictwie ma jedno zadanie: dowieźć metal spokojnie i wypełnić formę od dołu ku górze, tak by najgorętszy metal został przy nadlewie. Nadlew to rezerwuar ciekłego metalu zasilający skurcz w czasie krzepnięcia – nie mylić go z przelewem ani odpowietrznikiem, które tylko odbierają pierwszą, chłodną porcję metalu i gazy.

• Kubek i wlew główny – stale wypełnione metalem, żeby nie zasysać powietrza do strugi.
• Belka rozprowadzająca – przekrój zwężający się w kierunku przepływu, wlewy doprowadzające przy grubszych sekcjach.
• Nadlewy – lokowane nad węzłami cieplnymi, o module krzepnięcia większym niż zasilana sekcja, chronione powłoką izolacyjną.
• Ochładzalniki – miejscowe wkładki miedziane lub kanały wodne, które wymuszają krzepnięcie w kierunku od najdalszej ścianki do nadlewu.
• Odpowietrzenia – szczeliny i kanały w miejscach ostatniego wypełnienia; przy cienkich żebrach to one, a nie temperatura, decydują o niedolewie.
• Filtry ceramiczne – pianka 10-20 ppi w belce, ograniczająca wtrącenia tlenkowe i uspokajająca przepływ.

Zasadę krzepnięcia metalu w formie streszcza jedno zdanie warte zapamiętania: metal ma krzepnąć od miejsc najdalszych do nadlewu, nigdy odwrotnie. Kiedy nadlew zakrzepnie pierwszy, jama skurczowa pojawi się w odlewie – i żaden dodatek temperatury tego nie naprawi.

“Kluczem do zdrowego odlewu jest krzepnięcie kierunkowe: sekcje odległe od zasilania muszą krzepnąć wcześniej, a nadlew jako ostatni.” — American Foundry Society, materiały techniczne dotyczące odlewania w formach trwałych

Jakie metale i stopy nadają się do odlewania grawitacyjnego do kokili?

Do kokil odlewa się przede wszystkim stopy metali nieżelaznych: stopy aluminium (AlSi7Mg, AlSi12, AlSi9Cu3), brązy cynowe i cynowo-cynkowe, mosiądze oraz stopy magnezu i cynku. Odlewy żeliwne w kokili są możliwe, ale wymagają form z żeliwa specjalnego, grubej powłoki i ścisłej kontroli cieplnej – temperatura zalewania rzędu 1350°C zużywa formę bardzo szybko.

Stopy aluminium, brązy i mosiądze – który do czego?

Wybór stopu zaczynam od pytania o funkcję detalu, nie o cenę kilograma. AlSi7Mg po obróbce T6 daje kombinację wytrzymałości i wydłużenia potrzebną w częściach nośnych, AlSi12 wybieram, gdy ścianki są cienkie i liczy się lejność, a brąz cynowy wchodzi wszędzie tam, gdzie potrzebna jest odporność korozyjna i praca ślizgowa.

• AlSi7Mg (EN AC-42000) – korpusy, wsporniki, ramiona zawieszenia; własności po T6 określa PN-EN 1706 (2020).
• AlSi12 (EN AC-44100) – obudowy, pokrywy, detale o rozbudowanej geometrii i cienkich przekrojach.
• AlSi9Cu3 – odlewy ogólnego przeznaczenia, tolerujące złom obiegowy, gorsza odporność korozyjna.
• Brąz cynowy CuSn10 – tuleje ślizgowe, koła ślimakowe, armatura, elementy okrętowe.
• Mosiądz CuZn39Pb – armatura wodna, kształtki, detale wymagające późniejszej obróbki skrawaniem.
• Stopy cynku ZnAl4 – drobne, dokładne detale, niska temperatura zalewania oszczędza kokilę.

Jak konstrukcja odlewu wpływa na wybór metody?

Projektowanie zaczyna się od możliwości wyjęcia detalu z formy. Każda ścianka równoległa do kierunku otwierania potrzebuje pochylenia odlewniczego 1-3°, a każdy węzeł cieplny w postaci skrzyżowania grubych żeber to zaproszenie dla jamy skurczowej.

• Pochylenia odlewnicze – 1-2° na powierzchniach zewnętrznych, 2-3° na wewnętrznych, gdzie odlew zaciska się na rdzeniu przy skurczu.
• Skurcz odlewniczy – ok. 1,0-1,3% dla stopów Al, ok. 1,5% dla brązów; model kokili wykonuje się z naddatkiem.
• Promienie przejść – zaokrąglenia zamiast ostrych naroży, bo naroże to koncentrator naprężeń i węzeł cieplny.
• Równomierna ścianka – przejścia stopniowe, unikanie skoku z 4 mm na 15 mm w jednym miejscu.
• Naddatki na obróbkę – dobierane wg klasy tolerancji z ISO 8062 (2017), wpisywane na rysunek, nie ustalane telefonicznie.

Jakie są zalety i ograniczenia odlewania kokilowego?

Główne zalety to powtarzalność wymiarowa, drobnoziarnista struktura i gładsza powierzchnia niż w piasku, przy oprzyrządowaniu tańszym niż HPDC. Ograniczenia to koszt kokili odbijający się przy małych seriach, dłuższy cykl niż w HPDC i brak możliwości uzyskania bardzo cienkich ścianek poniżej ok. 3 mm.

Kiedy kokila jest opłacalna?

Opłacalność zaczyna się zwykle od kilkuset sztuk rocznie i rośnie do kilkudziesięciu tysięcy. Kokila kosztuje wielokrotnie więcej niż komplet modeli do formy piaskowej, więc jej koszt musi rozłożyć się na serię – dla dziesięciu sztuk prototypu piasek albo forma z modelu drukowanego 3D pozostaje tańszy i szybszy.

• Poniżej ok. 200 szt./rok – zwykle wygrywa forma piaskowa lub model drukowany 3D.
• 500-50 000 szt./rok – obszar naturalny dla kokili grawitacyjnej.
• Powyżej 20 000 szt. przy cienkich ściankach – warto liczyć HPDC lub odlewanie niskociśnieniowe.
• Detale wymagające T6 lub spawania – kokila grawitacyjna bije HPDC niezależnie od wielkości serii.
• Detale wielkogabarytowe powyżej 30-50 kg – forma piaskowa zwykle jedyna sensowna droga.

Dane o progu opłacalności warto odświeżać co kwartał – ceny narzędziowni i stopu potrafią przesunąć próg o kilkaset sztuk (stan: lipiec 2026).

Czego kokila nie zrobi?

Nie zrobi trzech rzeczy: bardzo cienkich ścianek, skomplikowanych zamkniętych kanałów bez rdzeni piaskowych i wielkich odlewów. Uczciwa ocena metody oszczędza tygodnie prób.

• Ścianki poniżej 3 mm – metal krzepnie przed dotarciem do końca przepływu.
• Głębokie podcięcia – wymagają rdzeni piaskowych, co wydłuża cykl i podnosi koszt.
• Odlewy o masie kilkuset kilogramów – masa i naprężenia cieplne dyskwalifikują kokilę.
• Bardzo krótkie serie – koszt formy nie ma się na czym rozłożyć.

Jakie wady odlewów pojawiają się w kokilach i jak je kontrolować?

Najczęstsze wady to niedolewy, zimne złącza, jamy skurczowe, pęknięcia na gorąco, przyklejenia do kokili i wtrącenia tlenkowe. W praktyce ponad połowa reklamacji z pierwszych serii wraca do trzech przyczyn: zbyt zimnej kokili, złego odpowietrzenia i zużytej powłoki.

Niedolewy, jamy skurczowe, pęknięcia na gorąco i przyklejenia

Każdą wadę czytam jako informację o rozkładzie temperatur, nie jako pech. Kiedy niedolew pojawia się zawsze w tym samym rogu detalu, problem leży w odpowietrzeniu albo w drodze przepływu – nie w kadzi.

1. Niedolew – przyczyny: za niska temperatura kokili lub metalu, przerwana struga, brak odpowietrzenia. Działanie: podnieść temperaturę formy, dodać odpowietrznik lub przelew w miejscu wady.
2. Zimne złącze – dwa fronty metalu spotykają się już częściowo zakrzepnięte. Działanie: skrócić czas zalewania, zmienić lokalizację wlewu doprowadzającego.
3. Jama skurczowa – nadlew zakrzepł przed zasilaną sekcją. Działanie: powiększyć nadlew, dodać powłokę izolacyjną nad nim, dołożyć ochładzalnik przy odległej ściance.
4. Pęknięcie na gorąco – odlew kurczy się na sztywnym rdzeniu w zakresie krzepnięcia. Działanie: wcześniejsze otwarcie formy, promienie przejść, zmniejszenie oporu rdzenia.
5. Przyklejenie do kokili – zużyta powłoka i przegrzana forma; aluminium reaguje ze stalą. Działanie: odnowić powłokę, obniżyć temperaturę lokalną, sprawdzić chropowatość.
6. Porowatość gazowa – wodór rozpuszczony w kąpieli aluminiowej. Działanie: odgazowanie argonem, kontrola wilgoci narzędzi i powłoki.
7. Wtrącenia tlenkowe – zawinięta błona tlenkowa przy turbulentnym zalewaniu. Działanie: filtr ceramiczny, spokojna struga, wlew od dołu.

Jak kontrolować jakość odlewów z kokili?

Kontrolę buduję dwutorowo: osobno traktuję odlewy z rozruchu i osobno te ze stabilnego cyklu. To pojedyncza zmiana organizacyjna, która najbardziej obniża odsetek braków, bo pierwsze sztuki po rozgrzaniu formy mają zupełnie inną historię cieplną.

• Oględziny wzrokowe 100% – zalewki, niedolewy, ślady przyklejeń, jakość powierzchni po śrutowaniu.
• Pomiar wymiarów – suwmiarka i sprawdziany na każdej zmianie, ramię pomiarowe lub CMM dla pierwszej sztuki serii; klasy tolerancji wg ISO 8062 (2017).
• Badania penetracyjne (PT) – wykrywanie pęknięć na gorąco na powierzchniach obrobionych.
• Radiografia RTG – dla odlewów ciśnieniowych i odpowiedzialnych, ocena jam skurczowych i porowatości wewnętrznej.
• Próba szczelności – powietrzna pod wodą lub helowa dla armatury i korpusów układów płynowych.
• Analiza przekrojów i twardość – zgłady metalograficzne dla oceny modyfikacji i struktury, pomiar HB po obróbce cieplnej.
• Analiza składu chemicznego – spektrometr iskrowy z każdej kadzi, zgodność z PN-EN 1706 (2020).

Wymagania odbiorowe powinny wynikać z rysunku i funkcji detalu, nie z ogólnego wrażenia. Odlew dekoracyjny i korpus pompy hydraulicznej mają zupełnie inne kryteria porowatości, choć oba mogą wyjść z tej samej kokili.

Gdzie stosuje się odlewanie grawitacyjne do kokili?

Metoda dominuje w motoryzacji, armaturze, budowie maszyn i oświetleniu przemysłowym – wszędzie tam, gdzie potrzeba średnich serii detali o ściankach 4-15 mm. Odlewy aluminium z kokili to m.in. głowice, korpusy pomp, koła pasowe, wsporniki i obudowy przekładni.

Zastosowania przemysłowe

W polskim przemyśle odlewniczym kokila grawitacyjna obsługuje głównie podzespoły metalowe średniej wielkości oraz odlewy z brązu dla armatury i przemysłu okrętowego.

• Motoryzacja – głowice cylindrów, korpusy przekładni, wsporniki silnika, koła pasowe z AlSi7Mg.
• Armatura – korpusy zaworów, kształtki i złączki z brązu CuSn10 i mosiądzu.
• Budowa maszyn – obudowy przekładni ślimakowych, ramiona, pokrywy, koła ślimakowe z brązu.
• Elektrotechnika i oświetlenie – radiatory, obudowy opraw przemysłowych, korpusy silników.
• Przemysł spożywczy i chemiczny – korpusy pomp i wirniki odporne korozyjnie z brązów.

Zastosowania warsztatowe i artystyczne

Kokila działa też w małej skali – w odlewnictwie hobbystycznym i artystycznym, gdy trzeba powtórzyć ten sam element kilkadziesiąt razy. Odlewanie grawitacyjne w prostej kokili żeliwnej pozwala odlać serię elementów bez odbudowywania formy za każdym razem.

• Elementy dekoracyjne – klamki, okucia, rozety, uchwyty meblowe z mosiądzu i brązu.
• Repliki i odlewnictwo artystyczne – powtarzalne detale wykończeniowe, gdzie wosk tracony byłby zbyt kosztowny na sztukę.
• Warsztat modelarski – kokile aluminiowe do odlewów cynkowych i ołowianych o niskiej temperaturze topnienia.
• Regeneracja części – odtwarzanie niedostępnych elementów maszyn rolniczych i zabytkowych.

Przy pracy warsztatowej obowiązują te same zasady bezpieczeństwa co w odlewni: sucha kokila, sucha łyżka, brak wilgoci w pobliżu ciekłego metalu. Kontakt wody z ciekłym aluminium powoduje gwałtowny wyrzut metalu – to jedno z najczęstszych źródeł ciężkich poparzeń w odlewnictwie amatorskim.

Najczęściej zadawane pytania

Co to jest odlewanie grawitacyjne do kokili?

To proces, w którym ciekły metal wpływa do trwałej metalowej formy pod własnym ciężarem. W odróżnieniu od HPDC nie stosuje się wysokiego ciśnienia wtrysku, a w odróżnieniu od form piaskowych kokila służy wielokrotnie – od kilkunastu tysięcy do ponad stu tysięcy cykli przy stopach aluminium.

Jakie są etapy odlewania do kokili?

Typowy cykl obejmuje podgrzanie kokili, naniesienie powłoki, montaż rdzeni, zamknięcie formy, zalanie metalem, krzepnięcie, otwarcie i wyjęcie odlewu. Po procesie usuwa się układ wlewowy, gratuje i śrutuje detal. W zależności od stopu dochodzi obróbka cieplna T6 i obróbka skrawaniem.

Jaką temperaturę ma metal przy odlewaniu do kokili?

Dla stopów aluminium temperatura zalewania mieści się orientacyjnie w zakresie 680-760°C, a temperatura kokili w przedziale 250-350°C. Dla brązu cynowego zakresy przesuwają się do ok. 1100-1180°C przy formie 150-250°C. Konkretne wartości ustala się dla danego stopu, masy odlewu i geometrii, w oparciu o kartę materiałową i próby technologiczne.

Czy kokila daje lepszą jakość niż forma piaskowa?

Zwykle tak – daje lepszą powtarzalność wymiarową, gładszą powierzchnię i drobniejszą strukturę dzięki szybszemu odbiorowi ciepła. Nie jest jednak tak elastyczna przy dużych, jednostkowych lub bardzo skomplikowanych odlewach, gdzie forma piaskowa z rdzeniami pozostaje tańsza i prostsza w wykonaniu.

Kiedy odlewanie do kokili jest opłacalne?

Opłacalność zaczyna się zwykle przy kilkuset sztukach rocznie i utrzymuje do kilkudziesięciu tysięcy, gdy koszt kokili rozkłada się na całą serię. Dla pojedynczych sztuk i prototypów korzystniejsze jest odlewanie piaskowe, model drukowany 3D lub wosk tracony. Próg warto przeliczać co kwartał, bo ceny narzędziowni i stopu się zmieniają.

Jakie wady są typowe dla odlewów kokilowych?

Najczęstsze problemy to niedolewy, zimne złącza, jamy skurczowe, pęknięcia na gorąco, przyklejenia do kokili i wtrącenia tlenkowe. Przyczyną bywa temperatura formy, odpowietrzenie, stan powłoki, układ wlewowy lub błędny kierunek krzepnięcia. Diagnostykę zaczyna się od powtarzalności lokalizacji wady na odlewie.

Czy odlewanie do kokili to to samo co odlewanie niskociśnieniowe?

Nie. W odlewaniu grawitacyjnym metal wpływa do kokili pod wpływem ciężaru własnego, zwykle od góry. W odlewaniu niskociśnieniowym ciekły metal jest podawany rurą wznośną od dołu pod niewielkim, kontrolowanym ciśnieniem rzędu 0,2-0,7 bara, co daje spokojniejsze wypełnienie i wyższy uzysk metalu.

Czy odlewy kokilowe można obrabiać cieplnie i spawać?

Tak, w odróżnieniu od klasycznych odlewów HPDC. Ponieważ metal nie jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem, w odlewie nie ma zamkniętego pod ciśnieniem powietrza, które podczas nagrzewania do temperatury przesycania tworzy pęcherze. Stopy typu AlSi7Mg standardowo poddaje się obróbce T6 zgodnie z wymaganiami PN-EN 1706 (2020).

Ile kosztuje wykonanie kokili?

Koszt zależy od wielkości detalu, liczby rdzeni i stopnia automatyzacji – kokila prosta, dwudzielna, ręczna jest wielokrotnie tańsza od formy wielordzeniowej z chłodzeniem wodnym i wypychaniem hydraulicznym. Aktualne wyceny należy pobierać bezpośrednio z narzędziowni, bo ceny stali narzędziowej i obróbki zmieniają się kwartalnie.

Źródła i literatura

1. ASM International, ASM Handbook, Volume 15: Casting, ASM International, 2008 – rozdziały o permanent mold casting, projektowaniu układów wlewowych i wadach odlewów.
2. ISO 8062:2017, Geometrical product specifications (GPS) – Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts – klasy tolerancji i naddatki na obróbkę dla odlewów. Zalecana weryfikacja aktualnego wydania w ISO.
3. PN-EN 1706:2020, Aluminium i stopy aluminium – Odlewy – Skład chemiczny i własności mechaniczne – oznaczenia stopów odlewniczych (m.in. EN AC-42000, EN AC-44100) i stany obróbki cieplnej. Weryfikacja aktualności: PKN.
4. American Foundry Society – branżowe publikacje techniczne dotyczące odlewania w formach trwałych i analizy wad odlewów: AFS.
5. Karty materiałowe producentów stopów odlewniczych – źródło zakresów temperatur zalewania dla konkretnych gatunków; dane weryfikować rocznie.

Zakresy parametrów podane w artykule mają charakter orientacyjny i wymagają potwierdzenia próbami technologicznymi w konkretnej odlewni. Prace z ciekłym metalem prowadź zgodnie z instrukcjami BHP obowiązującymi w zakładzie.

Marcin Gajda

Technolog odlewnik z 20-letnią praktyką w odlewniach żeliwa i aluminium. Prowadził technologię form piaskowych i kokilowych, nadzorował topienie, zalewanie i kontrolę jakości odlewów – od drobnych detali po korpusy maszyn. Zna halę odlewni od zaplecza: wie, skąd biorą się wady odlewów i jak ustawić proces, żeby ich uniknąć. Na Odlewnictwo24.pl tłumaczy procesy i technologie odlewnicze prostym językiem, ale bez uproszczeń kosztem prawdy technicznej.