Коли доцільно використовувати лиття алюмінію під тиском на відміну від інших видів лиття металів?

Коли доцільно використовувати лиття алюмінію під тиском на відміну від інших видів лиття металів?

Ця стаття для тих, хто вперше зіткнувся з необхідністю отримати литі деталі з металу. Суть в тому, що одну і ту ж деталь або партію деталей можна спробувати виготовити будь-яким відомим методом лиття металів. Різниця буде лише в тому, що відливаючи деталь різними методами, ми будемо отримувати різні виливки за якістю, вартістю, і витраченому часу на процес лиття. Варіацій достатньо, можуть вийти якісні, але дуже дорогі деталі, можуть бути і ще більш дорогі і при цьому зовсім не задовільні за якістю, можуть бути і середньої якості за відповідною ціною, а можна правильно підібрати вид лиття та отримати високоякісну деталь, витративши на неї мінімальна кількість грошей і часу.

Таким чином, наша мета – це підібрати правильний вид лиття і потім отримати недорогу та якісну відливку. Як ми будемо це робити? У мене є такий план. Спочатку необхідно розібратися які взагалі існують види лиття. А потім визначити критерії до деталі, за якими ми зможемо визначити вид лиття металів, який найбільше підійде для досягнення нашої основної мети – отримання якісної виливки за мінімальну кількість витрачених грошей.

Отже, підемо від простого до складного і ознайомимося з усіма доступними нам варіантами в «меню» ливарного виробництва.

  1. Перший вид лиття металів, який ми розглянемо – це лиття в піщано-глинисті форми.
    Визначальним у цьому процесі є те, що форми є разовими, тобто кожну таку форму можна використовувати тільки один раз, після якого вона руйнується і для наступної відливки необхідно виготовити наступну форму. А це не такий вже і швидкий процес і він достатньо трудомісткий. Піщано-глинисті форми роблять ущільнюючи формувальні суміші (на основі кварцового піску, глини та допоміжних матеріалів) по моделi виробу (зазвичай робиться з дерева) в опоці. До ущільнення формувальної суміші на модель всередині опоки встановлюють литниковую систему (через яку затікає розплавлений метал і відводяться гази) і стрижні (які використовуються для отримання отворів у литвці). Цей вид лиття може бути достатньо добре автоматизований або бути зовсім неавтоматизованим, але суть залишається тією ж – він застосовується для отримання одиничних екземплярів литих деталей. Одна форма – одна деталь.
    Переваги цього виду лиття: можливість отримати деталі різноманітної форми і маси.
    Недоліки: невисока точність розмірів одержуваних виливків, низька якість поверхні, висока трудомісткість процесу.
  2. Лиття в кокіль (гравітаційне лиття).
    Суть процесу така ж, як і у попередньому розглянутому прикладі. Тому зупинимося на відмінностях. Ливарна форма (кокіль) не одноразова і руйнована, а багаторазова і неруйнівна. Відповідно, як у виду лиття у нього менша трудомісткість процесу (кокіль не потрібно виготовляти знову і знову після виготовлення попередньої виливки). Як правило, кокілі виготовляються з металу. Так як кокіль металевий, то він має велику міцність, теплоємність, теплопровідність і у нього практично відсутня газопроникність. Через це він має такі переваги за якістю виливків: велика точність розмірів і менша шорсткість поверхонь.
    Лиття в кокіль використовується для лиття практично всіх металевих сплавів: чавуну, сталі та кольорових металів та їх сплавів (алюмінієвих, мідних і магнієвих). З чавуну і сталі отримують виливки нескладних і середніх форм із середніми або товстими стінками.
    У кокілях складно або недоцільно отримувати виливки з розвиненою поверхнею, складної форми, з різким перепадом товщини стінок, з гострими кутами або довгими виступаючими частинами. У зв’язку з тим, що витрати на виготовлення кокиля і оснащення значно перевищують вартість самої виливки, то цей вид лиття не підходить для отримання одиничних виливків. Варто запускати виробництво деталей з використанням лиття в кокіль тільки, якщо мінімальний розмір партії перевищує 50 одиниць і більше (в залежності від їх маси)..
  3. Лиття по моделях, що виплавляються..
    Для лаконічності і кращого розуміння будемо зупинятися на відмінностях і подобах вже розглянутих видів лиття. Основна відмінність цього виду лиття від попередніх – це можливість отримати будь-яку, скільки завгодно складну форму і розвинену зовнішню поверхню виливки. При цьому виливка має високу точність і низьку шорсткість. Цим видом лиття можна отримувати литі деталі від декількох грам (ювелірні прикраси, наприклад) до декількох десятків кілограм.
    Процес лиття описується наступним чином. Спочатку виготовляється дуже точна модель виробу, за допомогою якої виготовляють прес-форму, щоб потім з її допомогою виготовляти безліч моделей з легкоплавкого матеріалу. Кожна з таких легкоплавких моделей буде витрачатися для отримання лише однієї литий деталі з металу. Ці виплавлювані моделі виготовляються за допомогою запресовування парафіну (або іншого легкоплавкого матеріалу: стеарину, воску і т.п. або сольового складу для великих виробів) в прес-форму. Модель, що виплавляється, занурюють в суспензію пилоподібного огнеупора в сполучній рідини. Цей шар сушать і потім наносять за аналогією від 5 до 10 наступних шарів, по черзі занурюючи в сполучну суспензію і обсипаючи вогнетривким складом різної фракції. Після завершення сушіння останнього шару модель, що виплавлється, підігрівають вище температури плавлення і таким чином витоплюють її з форми. Отриману оболонку (ливарну форму) прожарюють при високих температурах, встановлюють в піч і заливають в неї розплавлений метал. Після охолодження і кристалізації виливки механічним способом видаляють оболонку (руйнуючи її зручним способом, розбиваючи, наприклад).
    Незважаючи на незаперечні переваги – можливість отримати як завгодно складну форму і розвинену зовнішню поверхню, є і недоліки цього виду лиття. Це і велика витрата металу і висока питома вартість витратних матеріалів у вартості самої литої деталі. Тому він застосовується в основному для серійного виробництва виливок високої точності з мінімумом подальшої механічної обробки або взагалі без неї, коли критерій кінцевої вартості виливки вторинний стосовно критеріїв її якості.
  4. Лиття по моделях, що газифікуються.На цьому методі лиття зупинимося зовсім коротко. Від попереднього методу лиття по моделях, що виплавлвються, він відрізняється тим, що замість парафіну для виготовлення моделі використовується пінополістирол, який перед заливкою металу не виплавляється з оболонкової форми, а знаходиться безпосередньо у піщаної суміші під вакуумированием. Під дією високої температури розплавленого металу, який заливають у таку форму з пінопластовою моделлю, – модель випаровується, а металевий сплав заповнює той обсяг, який займала модель. Основні переваги методу – це широкий діапазон маси виливок: від 100г до більш ніж 2000кг і їх габаритних розмірів: від 4 см до 1 метра.
  5. Лиття в оболонкові форми (або процес Кронінга)Основна особливість цього виду лиття у тому, що він дозволяє одержувати виливки за складністю форми, точності і якості поверхні аналогічні отриманим виливкам методом лиття по моделях, що виплавляються. Але при цьому вартість виливок отриманих по Кронінг процесу нижче, ніж у виливок при литті по виплавлюваних моделях.
    Суть процесу полягає в наступному. Форму для лиття виготовляють насипаючи суміш кварцового піску і фенолформальдегидной смоли або пульвер-бакеліта на металеву модель, розігріту до температури 300°C. Суміш «налипає» на модель, потім її охолоджують кілька десятків секунд і видаляють надлишки. Згодом суміш нагрівають на моделі до 350-600°C таким чином, зміцнюючи форму. Існує альтернативний варіант нанесення суміші на модель – її вдувають в зазор між моделлю і контурної плитою, яка знаходиться зовні моделі. У цьому варіанті пісок повинен бути плакований, тобто кожна піщинка покрита тонким шаром смоли. Знявши форму з моделі (у вигляді 2-х полуформ) і скріпивши їх скобами або клейовим складом на основі пульвербакеліта, отримують оболонкову ливарну форму готову для заливки розплавленого металу. Відливку отримують заливаючи сплав в таку форму.
    Цим видом лиття можна виготовляти виливки вагою від 200г до 30 кг. З товщиною стінки від 3 до 15мм.
  6. Лиття металів під тиском (лиття алюмінію під тиском).
    Цей вид лиття металів складно описувати на прикладі відмінностей і подібностей від будь-якого з розглянутих вище прикладів. Тому що він сильно відрізняється і за технологічним процесом і за якістю виливки і по обмеженням зовнішньої і внутрішньої форми виливки.
    Процес організації лиття під тиском конкретної деталі виглядає так. Спочатку необхідно виготовити ливарну форму (для лиття алюмінію під тиском вона зазвичай називається прес-формою). Зазвичай її замовляють у підприємств, що спеціалізуються на виробництві прес-форм. Проектування і виготовлення прес-форми це складний, відповідальний, точний та дорогий процес. Орієнтовний термін проектування прес-форми становить близько 2-х тижнів. Ще 2-4 тижні буде потрібно на те, щоб її виготовити. І ще 2-4 тижні на її приймання та доставку на ливарне виробництво. Всього, як бачите, на це буде потрібно від півтора до двох з половиною місяців. Середньої вартості виготовлення прес-форми не існує. Розрахунок проводиться індивідуально під конкретну деталь (виливку) і конкретні вимоги до лиття у замовника. Вартість зазвичай варіюється в межах від 10 до 100 тисяч доларів США. Прес-форма для лиття під тиском виготовляється з високоякісних сталей твердістю 37-48 HRC. Форма складається з декількох рухомих і нерухомих частин, які необхідні для того, щоб в закритому стані її порожнину утворювала необхідну форму майбутньої металевої виливки, а у відкритому стані виливка могла вільно вилучатись з прес-форми.
    Після того як у вас буде прес-форма, вона встановлюється на ливарну машину. Далі йде безпосередньо процес лиття під тиском: розплавлений алюмінієвий сплав (або інший сплав кольорових металів) заливається в камеру пресування і потім, під дією поршня, з величезним тиском (в сотні разів перевершує тиск на розплавлений метал при будь-якому іншому вигляді лиття) виштовхується з камери пресування (по суті – великого металевого шприца) в закриту прес-форму, де згодом кристалізується утворюючи виливку.
    Потім прес-форма розкривається і алюмінієва виливка (або виливка з іншого металевого сплаву – майбутня лита деталь) виштовхується з форми і витягується для подальшого її використання.
    Переваги цього виду лиття наступні:
    дуже висока продуктивність від декількох десятків до декількох тисяч виливок на годину;
    низька шорсткість поверхні (5-8 клас);
    висока розмірна точність (3-5 клас);
    необхідність в мінімальної подальшій механічній обробці виливки або взагалі відсутність такої необхідності;
    товщина стінок виливка може доходити до 0,6 мм;
    широкий діапазон ваги виливок – від десятків грам до 30-40 кг.
    Недостаткі цього виду лиття під тиском – це наявність більшої кількості обмежень по внутрішній і зовнішній формі литий деталі, ніж у інших методів, у яких розвинена поверхня і складність форми є основною перевагою..

Для того, щоб не заплутатися у всіх перерахований видах лиття нижче наведена таблиця з переліком критеріїв за якими можна попередньо визначити, чи підходить вам лиття алюмінію під тиском або, якщо не підходить, визначити інший, більш підходить під ваші умови, вид лиття металів.

Таблиця: «Критерії для визначення відповідного виду лиття»

Лиття в піщано-глинисті форми Лиття в кокіль Лиття по моделям, що виплавляються Лиття по моделям, що газифікуються Лиття в оболонкові форми Лиття під тиском (лиття алюмінію під тиском)
Сплави Будь-які Будь-які Будь-які Будь-які Будь-які Кольорових металів
Клас розмірної точності 6-16 5-13 4-11 3-13 4-11 3-8
Клас точності поверхні 7-21 4-14 3-13 3-13 5-16 2-11
Шорсткість (Ra), мкм 8- >100 4-40 3.2-32 3.2-32 6.3-63 2-20
Максимальна маса виливки, кг 100000 500; 4000; 14000 (кольоровий сплав, сталь, чавун) 150 2000 300 32
Діапазон товщини стінок, мм 3 и более 3-100 0.5-6 0.5-6 3-15 0,6-6
Мінімальний оправланний розмір партії, шт 1 и более 200 і більше дрібних 50 і більше великих виливок 100 1000 200 10000
Допустима складність форми Висока Середня Висока Висока Складна Середня
Інвестиції в оснащення, USD Від 100 Від 3000 Від 1000 Від 1000 Від 3000 Від 10000

 

Вартість лиття алюмінію під тиском ви можете дізнатися, надіславши запит на отримання комерційної пропозиції.