Литьё заготовок ящиков

Когда говорят про литьё заготовок ящиков, многие сразу представляют себе простую коробку. А вот и нет — тут кроется масса нюансов, от которых зависит и геометрия, и прочность, и конечная стоимость. Часто заказчики недооценивают сложность, думая, что раз форма прямоугольная, то и проблем не будет. На практике же именно такие, казалось бы, простые отливки преподносят сюрпризы — коробление, усадочные раковины в углах, сложности с равномерной толщиной стенки. Сам термин ?заготовка ящика? в литейном цеху может означать что угодно: от основы для инструментального шкафа до несущего каркаса спецоборудования. И подход каждый раз нужен разный.

Почему вакуумное литьё в гипсовые формы? Неочевидные преимущества

Для тонкостенных алюминиевых деталей, какими часто являются корпусные элементы, вакуумное литьё в гипс — это часто оптимальный выбор. Особенно когда речь идёт о литьё заготовок ящиков со сложной внутренней геометрией, рёбрами жёсткости или требованиями к качеству поверхности. Метод даёт меньшую турбулентность металла при заливке по сравнению с гравитационным литьём, значит, меньше оксидных плёнок и газовых раковин. Гипсовая форма позволяет получить достаточно чёткую деталь, хорошую воспроизводимость мелких элементов, при этом она дешевле и быстрее в изготовлении, чем металлическая оснастка для литья под давлением.

Но есть и подводные камни. Гипс гигроскопичен. Если не просушить форму как следует, пар при контакте с расплавом вызовет брак. Мы как-то на старте партию почти угробили из-за этого — торопились, пропустили полный цикл сушки. Получили поверхность, будто её изрыло пузырями. Пришлось переделывать. Сейчас на это смотрим в оба.

Ещё момент — проектирование литниково-питающей системы. Для ящиков, особенно протяжённых, важно обеспечить направленное затвердевание от дальних точек к прибылям. Иначе в углах, где встречаются массивные стенки, гарантированно получится усадочная пористость. Тут не обойтись без симуляции процесса, хотя бы в простых программах. Опыт — великая вещь, но современные инструменты помогают избежать дорогостоящих пробных отливок.

Материал: не всякий алюминий подойдёт

Для литья заготовок ящиков часто идёт сплав типа АК7ч (A356) или его аналоги. Хорошая жидкотекучесть, приемлемые прочностные характеристики после термообработки. Но если ящик будет нести нагрузку или работать в условиях вибрации, иногда смотрим в сторону АК9ч (A380) — у него лучше литейные свойства и меньше склонность к горячим трещинам. Хотя механические свойства чуть ниже.

Ключевое — чистота шихты. Посторонние включения в сплаве для тонкостенной отливки — это почти стопроцентный брак. Особенно опасно железо выше нормы — приводит к хрупкости и появлению грубых интерметаллидов, которые могут стать очагами разрушения. У нас на производстве, например, контроль химического состава каждой плавки — обязательный этап. Не доверяем поставщикам на слово, перепроверяем своим спектрометром.

Термообработка — отдельная песня. Для снятия литейных напряжений в таких изделиях отжиг почти всегда необходим. Иначе после механической обработки коробус может ?повести?. Режимы подбираем под конкретную конфигурацию. Толстостенный ящик и тонкостенный греем и охлаждаем по-разному.

Конструктивные ловушки: что не видно на чертеже

Конструктор, разрабатывая ящик, думает о функциях. Литейщик — о том, как эту форму заполнить металлом и не получить брак. Частые проблемы: резкие перепады толщин, внутренние углы без галтелей, отсутствие технологических уклонов. Всё это приводит к концентрации напряжений, трещинам при усадке, сложностям с извлелением из формы.

Был у нас проект — ящик для электрооборудования от одного завода. На чертеже — идеальные прямые углы внутри. Объяснили заказчику, что без галтелей минимум R3-5 мм будет трещина. Упирались, говорили, что так конструктивно нужно. Сделали пробную отливку как есть — треснула в трёх местах. Только после этого согласились на доработку модели. Теперь это один из наших учебных случаев для инженеров.

Ещё один момент — рёбра жёсткости. Их часто делают одинаковой высоты по всей длине. Но если ящик длинный, в середине прогиб при усадке больше. Иногда имеет смысл сделать центральные рёбра чуть массивнее или спроектировать их с переменным сечением. Это уже высший пилотаж, требует опыта и понимания поведения металла в форме.

Производственные нюансы: от 3D-модели до готовой детали

Всё начинается с модели. Мы, например, плотно работаем с инженерами заказчика на этапе подготовки 3D. Иногда предлагаем свои доработки для технологичности. Потом — изготовление мастер-модели (чаще на 3D-принтере из фотополимера) и на её основе — гипсовой литейной формы. Тут важно качество поверхности мастер-модели, иначе все неровности перейдут на каждую отливку.

Заливка. Температура сплава, температура формы — всё должно быть под контролем. Для алюминия типа А356 оптимальная температура заливки где-то 720-750°C. Ниже — не заполнит тонкие сечения, выше — усилится газопоглощение и окисление. Форму перед заливкой прогреваем. Холодная форма — верный путь к недоливам и холодным спаям.

После выбивки — обрубка, зачистка литников, зачистка облоя. Для заготовок ящиков часто критична плоскостность посадочных поверхностей. Поэтому первая операция механической обработки — это, как правило, фрезеровка базовой плоскости. А уже от неё идёт дальнейшая обработка. Иногда, если требования к геометрии очень жёсткие, мы сами делаем черновую механическую обработку на своём участке ЧПУ, чтобы снять основные литейные припуски и проверить отливку на скрытые дефекты.

Конкретный пример и работа с партнёрами

Недавно выполняли заказ на серию защитных кожухов-ящиков для контроллеров. Заказчик — ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия (сайт их, кстати, https://www.cdyhkj.ru). Компания, как известно, с 2005 года специализируется на тонкостенном литье из алюминиевых сплавов, так что требования были очень конкретные и высокие. Нужен был ящик с толщиной стенки 3 мм, но с внутренними каналами для крепления плат и герметичным фланцем по периметру.

Основная сложность была именно в сочетании тонкой стенки и массивного фланца. Риск — усадочная раковина в месте перехода. Решили проблему комбинацией: точечный подвод металла через несколько литников к фланцевой зоне и применение холодильников в критичных местах формы. Плюс доработали модель, добавив плавный переход (галтель) от стенки к фланцу большего радиуса. В итоге после пробной отливки и рентгеновского контроля дефектов не обнаружили.

Сотрудничество с такими профильными компаниями, как Чэнду Йехуа, всегда полезно. Они хорошо понимают процесс изнутри, поэтому ТЗ составляют грамотно, а при обсуждении проблем готовы к диалогу и поиску технологичных решений. Это не тот случай, когда нужно объяснять азы литейного дела. Скорее, совместная работа над оптимизацией.

Вместо заключения: мысли вслух

Так что литьё заготовок ящиков — это далеко не банальная тема. Каждый новый проект заставляет задуматься, пересмотреть какие-то привычные приёмы. Технология не стоит на месте — появляются новые связующие для форм, методы симуляции становятся доступнее, сплавы модифицируются.

Главное, что вынес за годы — нельзя работать по шаблону. Даже если вчера отлил сто одинаковых ящиков, сегодняшняя модель может потребовать другого подхода. Нужно постоянно смотреть на чертёж глазами расплава: куда ему течь легко, а где он застынет раньше времени, где может зажать усадку, а где форма окажется слишком жёсткой.

И ещё — никогда не жалеть времени на подготовку. Лучше потратить лишний день на проработку технологии и симуляцию, чем потом переплавлять бракованную партию. Особенно это касается таких, на первый взгляд, простых вещей, как ящик. Именно в них и кроются самые коварные проблемы.