Литьё заготовок корпусов

Когда говорят про литьё заготовок корпусов, многие сразу представляют себе просто залитый металлом кокиль — и всё. Но на практике, особенно с тонкостенными алюминиевыми сплавами, это часто путь к браку. Самый частый косяк — пытаться удешевить процесс, экономя на подготовке модели и вакуумировании. В итоге получаем недоливы, раковины и войну с механообработчиками, которые потом ругаются на твёрдые включения в стенках. У нас в цеху тоже через это прошли.

Почему вакуум и гипс — не просто модные слова

Раньше делали по старинке, гравитационным способом в песчаные формы. Для массивных деталей ещё куда ни шло, но для корпусов современных датчиков или блоков управления, где толщина стенки порой 2.5-3 мм, и требуется чистота поверхности — это провал. Метод вакуумного литья в гипсовые формы тут не прихоть, а необходимость. Вакуум вытягивает воздух из формы до заливки, а гипс, с его низкой теплопроводностью, позволяет металлу заполнять тончайшие полости плавно, без резкого остывания. Это снижает внутренние напряжения.

Запомнил один случай с корпусом коммутационного блока. Конструктор нарисовал красивую ребристую структуру для теплоотвода, но литниковая система была спроектирована без учёта вакуумного подпора. Залили — на рёбрах пошли холодные спаи. Переделывали модель, переносили стояк. Месяц ушёл на доводку. Вот тут и понимаешь, что литьё заготовок корпусов — это на 70% работа до того, как печь откроют.

Кстати, гипс тоже разный бывает. Не тот строительный, конечно. Специальные композиции, часто с добавками, например, для повышения газопроницаемости после выпаривания. Их подбор — отдельная тема. Если взять слишком плотный, при выбивке форма может не разрушиться как надо, и отливку повредишь.

Алюминиевый сплав: не просто АК7ч

Все знают про силумины, но для ответственных корпусов, особенно в электронике, где важна герметичность и стабильность размеров, идёт тщательный подбор. Часто используют модифицированные сплавы типа АЛ9В, АЛ4В. Важен не только химический состав, но и подготовка шихты, и температура перегрева. Перегрел — повышенное газопоглощение, недогрел — плохая жидкотекучесть.

Был у нас заказ на серию корпусов для уличного оборудования. Технические условия требовали устойчивости к термоциклированию. Стали лить из стандартного АК12, но после термообработки в нескольких корпусах появились микротрещины в углах под крепёжными фланцами. Пришлось консультироваться с металловедами, перешли на АЛ5 с контролируемым содержанием меди. Проблема ушла, но себестоимость, естественно, подросла. Клиент, к счастью, понял.

Здесь, к слову, опыт ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия (сайт компании: https://www.cdyhkj.ru) вполне показателен. Компания, работающая с 2005 года, не зря сделала ставку именно на вакуумное литьё алюминиевых сплавов в гипсовые формы. Это как раз та узкая специализация, которая позволяет добиться качества в сегменте тонкостенных деталей, где конкурировать с крупными литейными заводами, льющими в землю, бессмысленно.

Модельная оснастка: где кроется успех или провал

Основа всего — модель. Чаще всего из модельного пластика или легких металлов. Её геометрия должна учитывать не только конфигурацию детали, но и усадку сплава (для алюминия это около 1-1.2%), и места для последующей механической обработки. Однажды чуть не поставили цех на уши из-за, казалось бы, мелочи: не учли угол съёма модели с моделированной плиты. Формовщики мучились, гипсовая форма при расформовке крошилась по краям. Пришлось фрезеровать новую модель с правильными уклонами.

Литниковая система — это отдельная наука. Для тонкостенных корпусов часто применяют сифонную (нижнюю) подводку металла, чтобы поток был спокойным, без турбулентности и захвата воздуха. Но и тут есть нюанс: если стояки слишком тонкие или их мало, металл остывает раньше, чем заполнит всю форму. Рассчитывать это чисто по справочнику — рискованно. Лучше сделать пробную заливку на простой аналогичной по массе и конфигурации форме.

Сейчас многие переходят на 3D-печать выжигаемых моделей из воска или ПММА. Это революция для прототипирования и мелких серий. Можно сделать модель с любой сложной внутренней полостью, которую фрезером не выточишь. Но материал модели тоже влияет на качество поверхности отливки и количество газов при выжигании. Требуется точная настройка температурного режима печи.

Процесс и ?подводные камни?

Сама заливка — это кульминация, но длится она минуты. Всё решает подготовка. Гипсовую форму сушат и прокаливают при строго заданной температуре, чтобы удалить всю влагу химически связанную. Осталась влага — пар разорвёт отливку или создаст раковину. Потом форму собирают, помещают в вакуумную камеру установки. Здесь критичен момент: вакуумирование до определённого остаточного давления и сама заливка под вакуумом. Часто заливку ведут с небольшим избыточным давлением после заполнения — для компенсации усадки.

Одна из самых неприятных проблем — неметаллические включения. Могут пойти от некачественного гипса, от плохо очищенного металла в печи, от продуктов выгорания модели. Был инцидент с партией корпусов, где на внутренней поверхности обнаружились тёмные пятна-плёнки. Разбирались долго. Оказалось, в партии модельного воска была неизвестная присадка, которая при выжигании давала тугоплавкий остаток. Теперь на все материалы — входящий контроль.

Выбивка и очистка. Кажется, что тут сложного? Но если переусердствовать с вибрацией для хрупкой тонкостенной отливки, можно получить трещину. Особенно в местах перехода толщин. Чистят обычно пескоструйкой, но с осторожностью, чтобы не деформировать и не ?забить? поверхность.

Контроль и итоги: что в сухом остатке

После очистки — не финиш. Обязателен визуальный контроль, проверка геометрии шаблонами или на КИМ, особенно ответственные монтажные плоскости. Часто делают рентген или ультразвуковой контроль на предмет скрытых раковин для герметичных корпусов. Иногда — пробная обработка одного изделия из партии, чтобы убедиться в обрабатываемости и отсутствии твёрдых включений.

Возвращаясь к литью заготовок корпусов. Это технология, которая требует системного подхода. Нельзя сэкономить на одном этапе и надеяться, что это компенсируется на другом. Опыт таких производителей, как упомянутое ООО Чэнду Йехуа, как раз подтверждает, что успех — в глубокой специализации и отлаженном цикле: от проектирования литниковой системы и выбора сплава до финишного контроля. Это не массовое литьё в песок, это скорее штучная, инженерная работа. И когда видишь готовый, качественный корпус, который без проблем проходит механическую сборку, понимаешь, что все эти тонкости и правки в процессе были не зря. Главное — не останавливаться на шаблонных решениях и каждый сложный проект воспринимать как новый вызов, где предыдущий опыт — лишь основа для анализа, а не готовая инструкция.