Литьё: не просто форма и расплав 

Когда говорят про литьё, многие представляют себе просто заливку металла в форму — и всё. Но те, кто хоть раз сталкивался с производством ответственных тонкостенных деталей, особенно из алюминиевых сплавов, знают, что это целая философия. Разница между браком и годной деталью часто кроется в мелочах, которые в учебниках не всегда опишешь. Вот, например, вакуумное литьё в гипсовые формы — звучит как узкая технология, а на деле это порой единственный способ получить сложную геометрию с толщиной стенки в пару миллиметров без внутренней пористости. Но и тут свои ?грабли?.

Гипс — не только для слепков

Использование гипса для литейных форм многие до сих пор считают чем-то архаичным или кустарным. Мол, песчаные формы или металлические кокили — это серьёзно, а гипс — так, для сувениров. Это главное заблуждение. В контексте вакуумного литья алюминиевых сплавов гипсовая форма — это высокотехнологичная оснастка. Её ключевое преимущество — минимальная и, что важно, равномерная усадка при высыхании и прокалке. Это позволяет сохранить точность размеров сложной модели, которую потом почти не придётся механообрабатывать.

Но не всякий гипс подойдёт. Речь идёт о специальных композициях, часто с добавками, которые регулируют газопроницаемость и прочность. Потому что дилемма такая: форма должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать вакуумирование и давление металла, но при этом достаточно ?дышащей?, чтобы выпускать газы. Если переборщить с прочностью — газы останутся в отливке, получим раковину. Слишком слабая — форма треснет или размыется металлом. Подбор состава — это всегда компромисс, найденный опытным путём.

На том же сайте ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия прямо указана специализация на вакуумном литье в гипс. Это неспроста. Для серийного производства тонкостенных деталей, например, корпусов приборов или элементов теплообменников, эта технология часто оказывается оптимальной по соотношению ?качество поверхности/точность/стоимость оснастки?. Особенно когда речь идёт не о миллионных тиражах, а о средне- и мелкосерийном производстве.

Вакуум — не для галочки

Само по себе вакуумирование в этом процессе выполняет две критически важные функции, а не одну, как думают некоторые. Первая и очевидная — это удаление воздуха из полости формы перед заливкой. Меньше воздуха — меньше оксидных плёнок и газовых раковин в теле отливки. Но есть вторая, не менее важная: вакуум помогает металлу заполнить тончайшие каналы формы буквально ?всасыванием?. Это принципиально для тонких стенок. Без вакуума сила поверхностного натяжения расплава просто не позволит ему затечь в узкие места, особенно в верхние части формы. Будет недолив.

Однако и с вакуумом можно накосячить. Давление, скорость создания разрежения — всё это подбирается под конкретную конфигурацию отливки и тип сплава. Слишком резкий вакуум может привести к тому, что металл ?взорвёт? форму, устремившись в неё с высокой скоростью. Слишком слабый — не выполнит свою функцию. В своё время на одном эксперименте с крышкой блока управления мы долго не могли избавиться от мелкой пористости в рёбрах жёсткости. Оказалось, дело не в температуре металла, а в том, что вакуумный клапан был подобран не по пропускной способности, и газ из глубины формы просто не успевал эвакуироваться.

Кстати, про сплавы. Чаще всего для такого литья идут серии АЛ2, АЛ9, АЛ34 — хорошо знакомые силумины. Но их поведение в вакуумно-гипсовой форме отличается от поведения в кокиле. Меньшая скорость охлаждения гипса влияет на структуру зерна. Иногда это плюс (меньше внутренних напряжений), иногда минус (механические свойства могут быть чуть ниже, чем у кокильной отливки). Это нужно закладывать в конструкцию сразу.

Тонкая стена — главный вызов

?Тонкостенность? — это не просто красивое слово из технического задания. На практике это означает постоянную борьбу с деформациями при остывании и с обеспечением подачи металла. Литниковая система здесь проектируется с особой тщательностью. Она должна быть не просто магистралью для расплава, а ещё и питателем, компенсирующим усадку в самой массивной части отливки, пока тонкие стенки уже затвердели.

Был у нас случай с одной деталью — кронштейн с набором рёбер толщиной 1.8 мм. По чертежу всё гладко. Сделали форму, отлили. А после термообработки деталь повело ?пропеллером?. Причина — неравномерность толщин в местах перехода от ребра к основному телу. В гипсе, в отличие от металлической формы, тепло отводится слишком равномерно, и эти места стали очагами остаточных напряжений. Пришлось пересматривать технологию заливки и конструкцию формы, добавляя холодильники в определённые точки. Не из учебника, а методом проб.

Именно для таких задач опыт компании, которая работает с 2005 года, как ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия, бесценен. Потому что наработанные за годы паттерны поведения разных сплавов в гипсовых формах, библиотека удачных решений для литниковых систем под тонкие стенки — это и есть ноу-хау. На площади в 18 000 кв. метров, о которой говорится в описании, наверняка стоит не одно поколение вакуумных установок, и каждая новая сложная деталь добавляет в эту копилку знаний.

От модели до отливки: где кроются неочевидные потери

Всё начинается с модели. Чаще всего сегодня это 3D-печать из воска или полимеров. И здесь первый подводный камень: материал модели. Он должен выгорать из гипсовой формы без остатка, не давая золы, которая испортит поверхность алюминия. Бывало, экономили на модельном составе, а потом на готовой отливке были чёрные неметаллические включения — это как раз невыгоревшие остатки.

Далее — приготовление гипсовой суспензии и заливка её вокруг модели. Важно не просто залить, а обеспечить отсутствие пузырей. Вибрационный стол — обязательно. Но и вибрация должна быть правильной: низкоамплитудной, чтобы не разрушить хрупкую восковую модель. Потом сушка и прокалка. Температурный режим прокалки — священная корова. Поднять температуру слишком быстро — гипс потрескается из-за резкого выхода паров воды. Слишком медленно — невыгодно по времени цикла. Нужно найти тот самый баланс, когда форма становится прочной и полностью сухой.

После прокалки форма горячая. И многие спешат начать заливку. Но если заливать в слишком горячую форму, скорость кристаллизации меняется, что может привести к крупнозернистой структуре. Мы обычно даём остыть до определённой температуры, которую вычислили для каждого типа деталей. Это тоже из разряда неформализованных, но важных операций.

Контроль — это не только замер размеров

Приёмка тонкостенных отливок — отдельная история. Визуальный контроль на трещины и недоливы — это само собой. Но дальше — интереснее. Обязательна проверка на герметичность для деталей, работающих под давлением. Делается опрессовка воздухом под водой. Порой обнаруживаются микротрещины, невидимые глазу, которые идут как раз по линии перехода толщин.

Ещё один критичный момент — рентгеновский контроль или УЗК для выявления внутренних дефектов. Для гипсового литья характерны не грубые раковины, а скорее рассеянная мелкая пористость. Её допустимость регламентируется техусловиями на деталь. Иногда, если пористость локализована в неответственной зоне, деталь бракуют условно и пускают в работу. Это всегда решение технолога, а не контролёра. Нужно понимать, как эта пористость поведёт себя под нагрузкой.

Именно на этапе контроля видна цена ошибок, допущенных на ранних стадиях. Неправильно подобранный модельный состав, сбой в режиме прокалки, ошибка в вакуумировании — всё это ?всплывает? здесь. Поэтому в серьёзных производствах, будь то упомянутый промышленный парк Сантай Циндунба или любой другой завод, цепочка ?модель-форма-заливка-контроль? должна быть выстроена как единый, очень внимательный процесс. Каждое звено зависит от предыдущего.

Вместо заключения: мысль вслух

Так вот, литьё, особенно такое специфичное, как вакуумное в гипс, — это не про то, чтобы купить оборудование и нажать кнопку. Это про накопленный багаж неудач и успехов. Про понимание, как поведёт себя конкретный алюминиевый сплав в конкретной конфигурации формы. Про умение предвидеть проблему до того, как расплав попадёт в форму.

Когда видишь описание компании, которая почти два десятилетия занимается именно этим — производством тонкостенных деталей методом вакуумного литья алюминия в гипс, — понимаешь, что за этим стоит не просто площадь цехов и активы. Стоят люди, которые через свои руки пропустили тонны металла и гипса, которые знают, как ?дышит? форма при прокалке и как звучит правильный поток металла при вакуумной заливке. Это и есть главный актив. Технологию можно описать, но чувство процесса — нет. Оно остаётся в цеху, передаётся от мастера к оператору. И именно это чувство в итоге отличает годную отливку от брака.