Точное литье

Когда говорят ?точное литье?, многие сразу представляют себе идеальные детали, выходящие из формы, готовые к сборке. На практике же — это постоянная борьба с усадкой, пористостью и геометрией. Сам термин обманчиво прост, а за ним стоит целый комплекс технологических компромиссов. Вот, например, вакуумное литье в гипсовые формы для алюминиевых сплавов — многие думают, что раз есть вакуум, значит, проблем с заполнением и раковинами нет. Ан нет, как раз тут начинается самое интересное.

Суть процесса: не просто залить металл

Основная идея точного литья в гипсовые формы под вакуумом — получить тонкостенные детали сложной конфигурации с минимальной механической обработкой. Ключевое слово — ?минимальной?. Полностью без обработки обходятся редко, всегда есть литники, прибыли, которые нужно удалить. Но качественная форма позволяет перенести на отливку даже мелкие текстуры.

Здесь вся соль в подготовке модели и самой гипсовой смеси. Гипс — материал капризный. Слишком быстрое высыхание — трещины, слишком медленное — потеря прочности. А еще нужно обеспечить достаточную газопроницаемость, иначе вакуум не сработает как надо, и металл не заполнит все тонкие полости. Часто сталкивался с ситуацией, когда, казалось бы, все рассчитано верно, а на ребре жесткости или в углу образуется недолив. Приходится экспериментировать с температурой заливки и скоростью откачки воздуха.

Опыт компании ООО Чэнду Йехуа наука и техника, чью информацию можно найти на https://www.cdyhkj.ru, здесь показателен. Они с 2005 года занимаются именно тонкостенными отливками, и, изучая их подход, понимаешь, что успех — в контроле над каждым этапом: от состава модельного воска или полимера до режима прокалки формы. Без этого ни о каком точном литье речи быть не может.

Материалы: алюминий и не только

Работаем в основном с алюминиевыми сплавами, типа АК7ч (A356) или АК9ч (A380). Выбор конкретного сплава — это уже половина успеха. Нужно балансировать между жидкотекучестью, прочностью и склонностью к усадке. Для тонких стенок, скажем, толщиной 2-3 мм, нужен сплав с отличной жидкотекучестью, но он часто бывает более хрупким.

Был у нас заказ на корпусную деталь с интегральными каналами охлаждения. Стенки местами должны были быть 1.5 мм. Перепробовали три разных состава, прежде чем нашли тот, который и заполнял форму, и после термички давал нужные механические свойства. Порой клиент требует характеристик, которые для данной технологии точного литья находятся на пределе возможного. Приходится честно говорить: ?Либо ослабляем требование к толщине, либо меняем конструкцию, либо готовьтесь к более высокому проценту брака?.

Гипсовые формы хороши для алюминия, магния, некоторых медных сплавов. Для чугуна или стали — нет, не выдержат температур. Это важно понимать, когда к тебе приходят с чертежом стальной детали и просят сделать ?по такой же точной технологии?. Объясняешь, что принцип другой, и нужна уже керамическая форма или литье по выплавляемым моделям в оболочковые формы. Это уже другая история и другая цена.

Проблемы и неудачи: без этого никуда

Самая частая головная боль — это усадочные раковины в массивных узлах. Даже в тонкостенной детали есть места утолщений — места креплений, фланцы. Вот там и сидит главная опасность. Ставишь прибыль, рассчитываешь на направленную кристаллизацию, но если неправильно рассчитал тепловой узел или скорость охлаждения, получаешь брак.

Один раз чуть не провалили целую партию крышек для специализированного прибора. В месте крепления ручки образовалась скрытая раковина, которая вскрылась только при фрезеровке. Пришлось срочно пересматривать конструкцию литниково-прибыльной системы, моделировать тепловые процессы (сейчас уже есть софт для этого, но тогда больше на интуиции и опыте работали). В итоге добавили внешний холодильник-массив, который оттягивал тепло от проблемного места. Сработало.

Еще один бич — это коробление тонких плоскостей при выбивке из формы или при термообработке. Гипсовая форма обладает определенной податливостью, но если деталь большая и плоская, ее может повести. Тут помогает правильная поддержка при прокалке и охлаждении, иногда даже специальные кондукторы. Но это все добавляет времени и стоимости. Идеального рецепта нет, каждый раз подбирается заново.

Контроль качества: чем и как проверяем

Визуальный осмотр и обмер — это только начало. Обязательна рентгенография для выявления внутренних дефектов. Особенно для ответственных деталей, которые идут в авиацию или медицину. У нас был проект с компанией ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия — они как раз делают упор на контроль. На их сайте видно, что они позиционируют себя как профессиональные производители, а это значит, что без серьезной лаборатории не обойтись.

Часто применяем жидкостный контроль (капиллярный) для проверки поверхностных трещин, особенно после термообработки. Бывает, что микротрещина, невидимая глазу, открывается после пескоструйки. И хорошо, если открывается у нас, а не у заказчика при эксплуатации.

Механические испытания — вырезаем образцы-свидетели из каждой плавки или, если позволяет конструкция, отливаем специальные образцы-сопроводители вместе с деталью. Проверяем на разрыв, твердость. Данные записываем — это история, которая помогает анализировать проблемы. Если вдруг в партии пошло отклонение, всегда можно посмотреть, что менялось: шихта, температура заливки, партия гипса.

Экономика процесса: когда оно того стоит

Точное литье в гипсовые формы — не самый дешевый метод. Оснастка (модельная оснастка, формы) обходится дорого, цикл изготовления одной формы дольше, чем, например, изготовление песчано-глинистой формы. Поэтому экономически выгодно оно при мелких и средних сериях сложных деталей, где дороговизна процесса компенсируется минимизацией последующей мехобработки.

Если деталь можно просто выточить из проката — точить и будет дешевле. Но если это сложная пространственная конструкция с внутренними полостями, ребрами, тонкими перегородками — то здесь точное литье вне конкуренции. Мы как-то сделали замену сварной конструкции из нескольких десятков элементов на одну цельнолитую. У заказчика сократились сроки сборки, исчезли проблемы с герметичностью сварных швов, а общая масса изделия снизилась.

В заключение скажу, что технология живая и развивающаяся. Появляются новые добавки для гипса, улучшающие его свойства, более точные методы моделирования литья. Но основа остается: понимание физики процесса, внимательность к деталям и готовность к тому, что идеального результата не бывает — есть приемлемый для конкретной задачи. И именно поиск этого баланса между желаемым, возможным и экономически оправданным и составляет суть работы в этой сфере.