Jak zaprojektować kokilę – podział formy, pochylenia i układ wlewowy

Kokila – definicja, zakres stosowania i próg opłacalności serii

Kokila to trwała forma metalowa wielokrotnego użytku, zalewana grawitacyjnie lub niskociśnieniowo, charakteryzująca się szybkim odprowadzaniem ciepła, powtarzalną geometrią gniazda i żywotnością liczoną w dziesiątkach tysięcy cykli dla stopów aluminium. Projektowanie kokili zaczyna się nie od rysunku formy, lecz od decyzji, czy seria uzasadnia narzędzie — zgodnie z klasyfikacją form trwałych stosowaną przez American Foundry Society (AFS, 2024).

Czym różni się kokila od formy piaskowej i formy ciśnieniowej?

Kokila różni się od formy piaskowej trwałością gniazda, a od formy ciśnieniowej HPDC sposobem wypełniania — metal wchodzi grawitacyjnie, a nie pod ciśnieniem rzędu kilkudziesięciu MPa. Konsekwencja jest praktyczna: odlew kokilowy zawiera znacznie mniej gazu zamkniętego, więc daje się przesycać i starzeć do stanu T6 bez pęcherzy na powierzchni (oznaczenia stanów i stopów wg PN-EN 1706:2021).

W odlewni, z którą pracowałem nad korpusem pompy z AlSi7Mg0,3, decyzja o kokili zapadła dokładnie z tego powodu — klient wymagał T6 i szczelności ciśnieniowej 6 bar. Forma piaskowa dawała zbyt gruboziarnistą strukturę, HPDC odpadało przez obróbkę cieplną.

• Kokila (permanent mold) – forma metalowa, zalewanie grawitacyjne, typowe wyroby: głowice i tłoki silników, korpusy pomp, armatura z brązu CuSn10, felgi w wariancie LPDC.
• Forma półtrwała (semi-permanent mold) – kokila metalowa z rdzeniami piaskowymi zużywanymi w każdym cyklu, stosowana przy płaszczach wodnych i skomplikowanych kanałach.
• Forma piaskowa – jednorazowa, opłacalna przy pojedynczych sztukach i krótkich seriach, wolniejsze krzepnięcie, grubsza struktura.
• HPDC – forma ciśnieniowa ze stali 1.2343/1.2344, cykl kilkanaście sekund, ale gaz zamknięty ogranicza obróbkę cieplną.
• Wlewnica hutnicza – nie mylić z kokilą odlewniczą; służy do odlewania wlewków do przeróbki plastycznej, nie części użytkowych.

Próg opłacalności to zwykle setki do tysięcy sztuk rocznie. Poniżej tej granicy koszt narzędzia nie zwraca się i wygrywa forma piaskowa. Powyżej kilkudziesięciu tysięcy sztuk pytanie brzmi już raczej: kokila czy HPDC. Szczegóły cyklu opisałem osobno w tekście odlewanie kokilowe – przebieg procesu.

Jakie dane wejściowe zebrać przed projektowaniem kokili?

Przed pierwszą linią modelu 3D ustal pięć rzeczy: stop i stan obróbki cieplnej, skurcz liniowy, klasę tolerancji i naddatki wg ISO 8062-3:2007, sposób obsługi formy (ręczna, karuzela, kokilarka) oraz plan bazowania do obróbki mechanicznej. Brak choćby jednego z tych punktów oznacza korekty narzędzia po pierwszej serii — a te kosztują więcej niż tydzień analiz.

Jaki skurcz przyjąć dla aluminium i brązu?

Dla stopów Al odlewanych kokilowo przyjmuje się zwykle 1,0–1,3% skurczu liniowego, dla brązów cynowych typu CuSn10 rzędu 1,3–1,6% (dane orientacyjne wg materiałów technologicznych AFS, 2024). Wartość nie jest jednorodna w całym odlewie: wymiary hamowane przez rdzenie metalowe kurczą się mniej, wymiary swobodne — bardziej.

Dlatego skurcz zapisuję zawsze per wymiar krytyczny, nie jako jeden globalny współczynnik skalowania. Pierwsza seria pomiarowa i tak zweryfikuje założenia.

Naddatki obróbkowe, tolerancje i uzysk metalu

• Klasa tolerancji – dla odlewów kokilowych z Al typowo DCTG 8–10 wg ISO 8062-3:2007, zależnie od wymiaru nominalnego.
• Naddatki obróbkowe (RMA) – planuj je względem baz technologicznych, nie względem osi rysunkowej detalu; baza musi istnieć na odlewie surowym.
• Masa układu wlewowego – uzysk metalu w kokili grawitacyjnej mieści się często w przedziale 50–70%, więc masa zalewana bywa dwukrotnie większa od masy detalu.
• Stop – AlSi7Mg0,3 (obrabialny cieplnie, dobra lejność), AlSi10Mg, CuSn10 dla armatury; oznaczenia wg PN-EN 1706:2021.
• Sposób obsługi – kokilarka wymusza inne zamykanie i inny układ wypychaczy niż forma otwierana ręcznie na zawiasie.
• Norma odbiorowa – ustal wcześnie, czy obowiązuje kontrola RTG, próba szczelności, czy tylko wymiary.

Obserwuję regularnie, że pominięcie planu bazowania na etapie projektu formy generuje najwięcej poprawek. Odlew jest dobry, a nie da się go ustawić na obrabiarce.

Jaki podział kokili wybrać?

W większości przypadków wybiera się podział pionowy, tak zwany książkowy — dwie połówki otwierane na zawiasie lub prowadnicach liniowych. Podział poziomy stosuje się przy odlewach płaskich i przy zasilaniu od góry dużym nadlewem. Kokile wielodzielne, z segmentami wysuwanymi, pojawiają się dopiero wtedy, gdy geometria ma podcięcia nie do ominięcia.

Podział pionowy, poziomy czy wielodzielny?

• Pionowy (książkowy) – najprostsze zamykanie, dobry dostęp do gniazda przy natrysku powłoki, wlewy i nadlewy naturalnie leżą w płaszczyźnie podziału.
• Poziomy – dla odlewów płaskich i tarczowych, zasilanie centralnym nadlewem od góry, gorszy dostęp do dolnej połówki.
• Wielodzielny z segmentami – konieczny przy podcięciach i kołnierzach bocznych; każdy segment to dodatkowa szczelina, czyli dodatkowe ryzyko zalewki.
• Z rdzeniami wysuwanymi – rozwiązanie pośrednie, gdy podcięcie jest lokalne i da się je odwzorować pojedynczym suwakiem.

Jak uniknąć zalewek na linii podziału?

Zalewkę eliminuje się sztywnością formy i bazowaniem połówek, nie siłą docisku. Z mojej praktyki: szczelina podziału powyżej około 0,1 mm przy aluminium daje już wyraźną zalewkę, którą trzeba szlifować ręcznie — a to koszt na każdej sztuce serii.

• Bazuj połówki na kołkach stożkowych, nie na cylindrycznych — stożek kasuje luz po zużyciu.
• Prowadź podział tak, by przechodził przez krawędzie detalu, gdzie ślad po zalewce jest łatwy do usunięcia.
• Trzymaj wlewy i nadlewy w płaszczyźnie podziału — kanały frezuje się wtedy w obu połówkach, a ich czyszczenie zajmuje sekundy.
• Przewiduj sztywne oparcia korpusu; cienki korpus żeliwny odkształca się cieplnie i rozchyla podział po kilkudziesięciu cyklach.
• Niewspółosiowość połówek daje przesunięcie odlewu i odrzut wymiarowy — sprawdzaj ją przy każdym remoncie formy.

Ile stopni pochylenia stosuje się w kokili?

W kokili stosuje się pochylenia rzędu 1–3° na powierzchniach zewnętrznych i 2–5° na rdzeniach metalowych. To wyraźnie więcej niż w odlewaniu ciśnieniowym, ponieważ odlew krzepnie wolniej i silniej zaciska się na formie, a wyjęcie następuje przy wyższej temperaturze detalu (wartości orientacyjne wg praktyki permanent mold casting, AFS 2024).

Dlaczego kokila wymaga większych pochyleń niż HPDC?

Powód jest czysto mechaniczny. W HPDC cienkościenny odlew krzepnie w ułamku sekundy i jest wypychany zanim skurcz zdąży zacisnąć go na rdzeniu. W kokili grubsza ścianka stygnie sekundy, skurcz działa dłużej, a siła obejmowania rdzenia rośnie. Zbyt małe pochylenie kończy się zerwaniem odlewu przy wyjmowaniu albo zatarciem rdzenia na gorąco.

Gdzie pochylenie zmienia geometrię detalu?

• Powierzchnie zewnętrzne – 1–3°; przy wysokości ścianki 100 mm to 1,7–5,2 mm przyrostu na stronę, więc uzgodnij z konstruktorem, gdzie ścianka może „urosnąć”.
• Rdzenie metalowe – 2–5°, przy głębokich otworach nawet więcej albo rdzeń dzielony.
• Żebra i kieszenie – zawsze po stronie większego pochylenia, bo tam skurcz zaciska najmocniej.
• Powierzchnie pokryte grubą powłoką izolacyjną – powłoka realnie zmienia wymiar gniazda o kilkadziesiąt mikrometrów, przy ciasnych tolerancjach trzeba to skompensować.
• Powierzchnie obrabiane na gotowo – pochylenie schowaj w naddatku obróbkowym, wtedy nie wpływa na rysunek detalu.

Rdzenie metalowe i piaskowe w kokili – jak je łączyć?

Rdzenie metalowe wyciąga się mechanicznie i wymagają pochylenia, chłodzenia oraz powłoki — bez tego zacierają się już po kilkudziesięciu cyklach. Rdzenie piaskowe zamieniają kokilę w formę półtrwałą (semi-permanent mold) i pozwalają odwzorować geometrię, której żaden suwak nie wyciągnie, na przykład płaszcz wodny głowicy silnika.

Kiedy stosować rdzeń piaskowy zamiast metalowego?

Rdzeń piaskowy stosuj wtedy, gdy kanał wewnętrzny ma podcięcia, zmienny przekrój albo przebieg uniemożliwiający wyjęcie rdzenia w jednym kierunku. Cena: dodatkowy koszt rdzenia w każdym cyklu i zmiana lokalnej szybkości krzepnięcia.

• Rdzeń metalowy dzielony – dla otworów z lokalnym rowkiem; dwie części wyciągane sekwencyjnie.
• Znaki rdzeniowe – muszą pozycjonować rdzeń jednoznacznie (jeden znak walcowy plus jeden płaski przeciw obrotowi) i odprowadzać gazy ze spoiwa.
• Chłodzenie rdzenia metalowego – kanał wodny lub olejowy w rdzeniach o średnicy powyżej ok. 25 mm; bez niego rdzeń przegrzewa się i przywiera.
• Powłoka na rdzeniu – cieńsza niż w gnieździe, częściej odnawiana, bo ściera się przy każdym wyciąganiu.
• Bilans cieplny – rdzeń piaskowy izoluje, więc materiał wokół niego krzepnie ostatni; ten obszar musi mieć zasilanie.

Z praktyki: to gazy ze spoiwa rdzenia, a nie powietrze z gniazda, odpowiadają za większość porowatości podpowierzchniowej przy rdzeniach piaskowych. Odpowietrzenie znaku rdzeniowego jest tu ważniejsze niż jakiekolwiek kanaliki w płaszczyźnie podziału.

Jak zaprojektować układ wlewowy grawitacyjny w kokili?

W kokili stosuje się układ niezalewany o rosnących przekrojach w proporcji około 1:2:2 (słup : kanał rozprowadzający : wlewy doprowadzające), z zaokrąglonym zbiornikiem wlewowym i opcjonalnym filtrem ceramicznym. Prędkość metalu w bramce dla stopów aluminium należy utrzymać poniżej 0,5 m/s, aby nie zawijać błon tlenkowych.

„Powierzchnia ciekłego aluminium jest pokryta stałą błoną tlenkową; gdy strumień przekroczy prędkość krytyczną, powierzchnia się zawija i błona zostaje wciągnięta do wnętrza odlewu jako bifilm — defekt, którego nie usunie żadna obróbka.” — John Campbell, Complete Casting Handbook, Butterworth-Heinemann, wyd. 2, 2015

Co oznacza stosunek przekrojów 1:2:2?

Stosunek 1:2:2 oznacza, że pole przekroju kanału rozprowadzającego i suma pól wlewów doprowadzających są dwukrotnie większe od przekroju słupa wlewowego. Skutek: strumień zwalnia po opuszczeniu słupa, a układ pozostaje niezalewany — kanały nie są całkowicie wypełnione metalem, co dodatkowo wychwytuje wtrącenia.

• Zbiornik wlewowy – z zaokrąglonym przejściem w słup; ostra krawędź zasysa powietrze wirem.
• Słup wlewowy – lekko zbieżny ku dołowi, żeby strumień przylegał do ścianek zamiast odrywać się i napowietrzać.
• Kanał rozprowadzający – prowadzony w płaszczyźnie podziału, z przedłużeniem-pułapką za ostatnim wlewem na pierwszą, najbrudniejszą porcję metalu.
• Wlewy doprowadzające – wprowadzaj metal do najniższego punktu gniazda lub bocznie przez wlew szczelinowy przy odlewach wysokich i ciśnieniowo szczelnych.
• Filtr ceramiczny – piankowy lub o strukturze komórkowej; wygładza przepływ i zatrzymuje wtrącenia, ale nie zastępuje poprawnego projektu kanału.

Obserwuję, że sam filtr wstawiony w źle zaprojektowany układ rzadko rozwiązuje problem wtrąceń — łagodzi skutki, nie usuwa przyczyny. Jeśli po filtrze nadal masz błony na przełomie, wróć do geometrii zbiornika i słupa. Porównanie z rozwiązaniami wysokociśnieniowymi znajdziesz w materiale o projektowanie formy ciśnieniowej.

Nadlewy i krzepnięcie kierunkowe – jak zasilić węzły cieplne?

Nadlew działa tylko wtedy, gdy krzepnie później niż zasilany węzeł cieplny — wynika to z reguły Chvorinova wiążącej czas krzepnięcia z kwadratem modułu odlewu (nomenklatura i ujęcie wg dydaktyki AGH Wydziału Odlewnictwa, 2024). Przy rozległych ściankach lepiej sprawdza się kilka mniejszych nadlewów niż jeden duży, bo zasięg zasilania jest ograniczony.

Jak dobrać wielkość nadlewu?

Zacznij od modułu węzła (objętość podzielona przez powierzchnię chłodzącą), a następnie zaprojektuj nadlew o module większym o co najmniej 20%. W kokili nadlewy bywają mniejsze niż w formie piaskowej, bo metalowa forma sama wymusza kierunkowość krzepnięcia — ciepło ucieka przez ścianki, a nie przez górę odlewu.

• Moduł nadlewu – minimum 1,2 razy moduł zasilanego węzła; przy krytycznych odlewach ciśnieniowo szczelnych stosuje się większy zapas.
• Szyjka nadlewu – musi krzepnąć później niż węzeł, ale wcześniej niż nadlew; zbyt cienka szyjka odcina zasilanie przedwcześnie.
• Otulina egzotermiczna lub izolacyjna – pozwala zmniejszyć nadlew i poprawić uzysk metalu.
• Ochładzalniki (chills) – lokalne wstawki miedziane lub stalowe sterują frontem krzepnięcia tam, gdzie nadlew nie sięga.
• Zasilanie przez wlew (hot gate) – integracja nadlewu z układem wlewowym podnosi uzysk metalu, wymaga jednak kontroli temperatury bramki.

Z mojej praktyki: jama skurczowa dokładnie pod nadlewem prawie zawsze oznacza za mały moduł nadlewu albo zbyt cienką szyjkę — nie zaś złą temperaturę zalewania. Rozwinięcie tematu w tekście nadlewy i moduł krzepnięcia Chvorinova.

Odpowietrzenie, powłoki ochronne i reżim cieplny kokili

Powłoka kokilowa spełnia trzy zadania: chroni formę przed erozją i przywieraniem metalu, działa jako rozdzielacz oraz reguluje odprowadzanie ciepła. Powłoki izolacyjne spowalniają krzepnięcie, grafitowe je przyspieszają. Temperatura pracy kokili dla stopów aluminium mieści się zwykle w zakresie 250–400°C (dane orientacyjne, AFS 2024).

Jak odpowietrzyć kokilę?

Powietrze musi wyjść trzema drogami: szczelinami podziału o rozwarciu 0,05–0,15 mm, kanalikami odpowietrzającymi frezowanymi na powierzchni podziału oraz wypływkami kontrolnymi w miejscach, do których metal dociera na końcu. Przy rdzeniach piaskowych dochodzi odpowietrzenie znaku rdzeniowego dla gazów ze spoiwa.

• Szczelina podziału – 0,05–0,15 mm przepuszcza powietrze, ale zatrzymuje aluminium; powyżej 0,1 mm rośnie ryzyko zalewki, więc to kompromis dobierany doświadczalnie.
• Kanaliki odpowietrzające – głębokość rzędu 0,1 mm, szerokość kilku milimetrów, wyprowadzone poza obrys formy.
• Wstawki porowate – spiekane wstawki w ślepych kieszeniach, gdzie nie da się doprowadzić kanalika.
• Wypływki kontrolne – niewielkie zbiorniczki poza gniazdem; pełna wypływka to sygnał, że forma napełniła się do końca.
• Odpowietrzenie znaków rdzeniowych – najczęściej pomijane, a przy rdzeniach piaskowych decydujące dla porowatości podpowierzchniowej.

Jaka jest temperatura pracy kokili i jak ją utrzymać?

Dla stopów aluminium typowo 250–400°C. Zbyt zimna forma daje niedolewy i zimne złącza, zbyt gorąca — przywieranie, dłuższy cykl i szybsze zużycie gniazda. Kokilę podgrzewa się przed startem serii palnikami gazowymi lub grzałkami patronowymi; pierwsze odlewy z zimnej formy z zasady idą na złom.

• Powłoki izolacyjne – na bazie tlenku tytanu lub wermikulitu, grubość 0,1–0,5 mm, stosowane w rejonie nadlewu i cienkich ścianek.
• Powłoki grafitowe – przewodzące, przyspieszają krzepnięcie, używane tam, gdzie chcesz szybkiego zestalenia.
• Natrysk powłoki – wykonywany na formie o temperaturze ok. 200°C, żeby nośnik odparował równomiernie bez zacieków.
• Chłodzenie – kanały wodne lub natrysk powietrza w rejonach przegrzewających się (bramka, gruby węzeł).
• Pomiar – termopara wpuszczona w korpus formy blisko gniazda jest wiarygodniejsza niż pirometr mierzący powłokę.

Obserwuję, że stabilny rytm pracy operatora wpływa na jakość mocniej niż drobne korekty grubości powłoki. Kilka minut przerwy między odlewami wychładza formę o kilkadziesiąt stopni i wszystkie założenia cieplne przestają obowiązywać. Więcej o doborze materiałów w opracowaniu o powłoki ochronne kokil.

Materiał kokili, żywotność i wady wynikające z błędów projektu

Korpusy kokil wykonuje się najczęściej z żeliwa szarego, cenionego za przewodnictwo cieplne i łatwość obróbki, natomiast rdzenie i elementy narażone na erozję — ze stali do pracy na gorąco 1.2343 lub 1.2344 (H13). Żywotność kokili do aluminium liczy się w dziesiątkach tysięcy cykli, a granicę wyznacza siatka pęknięć cieplnych i wypłukanie rejonu wlewu.

Z czego wykonać kokilę i które elementy robić jako wymienne?

Element	Materiał	Dlaczego	Uwagi eksploatacyjne
Korpus / połówki formy	Żeliwo szare EN-GJL-250	Dobre przewodnictwo, tanie w obróbce, stabilne wymiarowo	Wymaga sztywnych żeber przeciw odkształceniom cieplnym
Rdzenie metalowe	Stal 1.2343 / 1.2344 (H13)	Odporność na zmęczenie cieplne i zatarcia	Konieczna powłoka i pochylenie 2–5°
Wkładka rejonu wlewu	Stal 1.2343 hartowana	Największa erozja i najwyższa temperatura	Wykonywana jako wymienna – tani remont
Ochładzalniki	Miedź, brąz, stal	Lokalne przyspieszenie krzepnięcia	Miedź działa najmocniej, zużywa się najszybciej
Forma HPDC (dla porównania)	Stal 1.2343/1.2344	Ciśnienie i szybkość cyklu wykluczają żeliwo	Wyższy koszt narzędzia, krótszy cykl

Jakie wady odlewów wynikają wprost z błędów projektu formy?

• Jama skurczowa – za mały moduł nadlewu, zbyt cienka szyjka, brak ochładzalnika przy węźle cieplnym.
• Zimne złącza i niedolewy – zbyt niska temperatura formy (poniżej ok. 250°C dla Al), za wąskie wlewy, brak wypływek kontrolnych.
• Wtrącenia tlenkowe (bifilmy) – prędkość w bramce powyżej 0,5 m/s, ostre przejście zbiornik–słup, spadek swobodny metalu.
• Porowatość gazowa podpowierzchniowa – nieodpowietrzone znaki rdzeniowe przy rdzeniach piaskowych, nadmiar spoiwa.
• Zalewka – szczelina podziału powyżej ok. 0,1 mm, odkształcony korpus, zużyte kołki bazujące.
• Zerwanie odlewu przy wyjmowaniu – brak lub zbyt małe pochylenia, zatarty rdzeń, starta powłoka.

Ich rozpoznawanie na przełomie i zgładzie opisałem szerzej w tekście o wady odlewów aluminiowych.

Checklista projektowa kokili – co sprawdzić przed wykonaniem narzędzia

1. Skurcz przypisany per wymiar krytyczny, z uwzględnieniem wymiarów hamowanych przez rdzenie.
2. Podział przechodzący przez krawędzie detalu, z wlewami i nadlewami w płaszczyźnie podziału.
3. Pochylenia 1–3° zewnętrznie i 2–5° na rdzeniach, wpisane w naddatek tam, gdzie to możliwe.
4. Rdzenie z pochyleniem, chłodzeniem i jednoznacznymi znakami rdzeniowymi z odpowietrzeniem.
5. Układ wlewowy niezalewany 1:2:2, prędkość w bramce poniżej 0,5 m/s, pułapka za ostatnim wlewem.
6. Nadlewy o module co najmniej 1,2 razy większym od zasilanego węzła, ochładzalniki w miejscach niedosięgniętych.
7. Odpowietrzenia: szczeliny 0,05–0,15 mm, kanaliki, wypływki kontrolne.
8. Plan powłoki: gdzie izolacyjna, gdzie grafitowa, jaka grubość, jak często odnawiana.
9. Plan bazowania do obróbki mechanicznej naniesiony na odlew surowy.
10. Symulacja wypełniania i krzepnięcia wykonana przed uruchomieniem obróbki narzędzia.

Treść ma charakter poradnikowy. Projekt narzędzia, dobór stopu i parametry procesu potwierdź z technologiem odlewni oraz dostawcą stopu — konkretne wartości zależą od geometrii detalu, wyposażenia odlewni i wymagań odbiorowych.

Najczęściej zadawane pytania

Jaki skurcz przyjąć przy projektowaniu kokili do aluminium?

Dla stopów Al odlewanych kokilowo przyjmuje się zwykle ok. 1,0–1,3% skurczu liniowego, czyli wyraźnie więcej niż w HPDC. Wartość koryguje się dla wymiarów hamowanych przez rdzenie metalowe, które kurczą się mniej niż wymiary swobodne. Ostatecznie potwierdzają ją pomiary pierwszych odlewów z serii próbnej.

Ile stopni pochylenia stosuje się w kokili?

Orientacyjnie 1–3° na powierzchniach zewnętrznych i 2–5° na rdzeniach metalowych. Kokila wymaga większych pochyleń niż forma ciśnieniowa, bo odlew krzepnie wolniej i silniej zaciska się na formie przed wyjęciem. Przy głębokich otworach rozważ rdzeń dzielony zamiast dalszego zwiększania kąta.

Jak zaprojektować układ wlewowy w kokili?

Stosuje się układ niezalewany o rosnących przekrojach w proporcji ok. 1:2:2 (słup : kanał : wlewy), zbiornik wlewowy z zaokrągleniem oraz opcjonalny filtr ceramiczny. Celem jest napełnienie bez turbulencji i bez porywania błon tlenkowych — kryterium prędkości poniżej 0,5 m/s dla stopów Al pochodzi od Johna Campbella (Complete Casting Handbook, 2015).

Po co stosuje się powłokę ochronną na kokili?

Powłoka pełni trzy funkcje: chroni formę przed erozją i przywieraniem metalu, działa jak rozdzielacz przy wyjmowaniu odlewu oraz reguluje szybkość odprowadzania ciepła. Powłoki izolacyjne na bazie tlenku tytanu spowalniają krzepnięcie, grafitowe je przyspieszają. Dobór powłoki jest więc narzędziem sterowania rozkładem temperatur w gnieździe.

Jaka jest temperatura pracy kokili?

Dla stopów aluminium typowo 250–400°C. Zbyt zimna forma daje niedolewy i zimne złącza, zbyt gorąca — przywieranie, dłuższy cykl i szybsze zużycie gniazda. Kokilę podgrzewa się przed rozpoczęciem serii, a pierwsze odlewy z zimnej formy traktuje jako złom technologiczny.

Czy w kokili można stosować rdzenie piaskowe?

Tak – to tak zwana forma półtrwała (semi-permanent mold). Rdzeń piaskowy pozwala odwzorować skomplikowane kanały wewnętrzne, na przykład płaszcz wodny głowicy, których nie wyciągnie żaden rdzeń metalowy. Zmienia jednak lokalną szybkość krzepnięcia i wprowadza gazy ze spoiwa, więc plan zasilania i odpowietrzenia trzeba dostosować.

Czy kokila zawsze wymaga rdzeni metalowych?

Nie. Rdzenie metalowe są korzystne tam, gdzie geometria pozwala je wyciągnąć prosto i gdzie zależy nam na szybkim odprowadzeniu ciepła. Przy podcięciach, zmiennych przekrojach i kanałach o złożonym przebiegu stosuje się rdzenie piaskowe, godząc się na koszt rdzenia w każdym cyklu.

Ile cykli wytrzymuje kokila?

Dla odlewów aluminiowych zwykle dziesiątki tysięcy cykli, przy czym liczba zależy od stopu, geometrii i reżimu cieplnego. Ograniczeniem jest siatka pęknięć cieplnych oraz erozja w rejonie wlewu. Wymienne wkładki w miejscach krytycznych znacząco obniżają koszt remontu i wydłużają życie korpusu.

Czym różni się odlew kokilowy od ciśnieniowego pod względem obróbki cieplnej?

Odlew kokilowy zawiera mniej gazu zamkniętego, więc daje się poddać przesycaniu i starzeniu do stanu T6 bez ryzyka pęcherzy powierzchniowych. W HPDC gaz uwięziony podczas szybkiego wtrysku rozpręża się w temperaturze przesycania i unosi powierzchnię. To jeden z głównych powodów wyboru kokili dla części odpowiedzialnych.

Źródła i literatura

1. John Campbell, Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Metallurgy, Techniques and Design, Butterworth-Heinemann, wyd. 2, 2015 – kryterium prędkości krytycznej 0,5 m/s, teoria bifilmów tlenkowych, zasady projektowania układów wlewowych.
2. ISO 8062-3:2007 – Geometrical Product Specifications (GPS) – Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts: klasy tolerancji odlewów i naddatki obróbkowe.
3. PN-EN 1706:2021 – Aluminium i stopy aluminium. Odlewy. Skład chemiczny i własności mechaniczne (PKN) – oznaczenia AlSi7Mg0,3, AlSi10Mg oraz stany obróbki cieplnej.
4. American Foundry Society – materiały techniczne dotyczące permanent mold i semi-permanent mold casting (dane sprawdzone: 2024; zakresy temperatur i skurczu traktuj jako orientacyjne).
5. AGH, Wydział Odlewnictwa – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych – polska nomenklatura elementów układu wlewowego oraz ujęcie reguły Chvorinova w doborze nadlewów (dane sprawdzone: 2024).