Изготовление формы для литья алюминия

Когда слышишь ?изготовление формы для литья алюминия?, многие представляют себе просто фрезеровку по 3D-модели. На деле же — это постоянный баланс между теорией и грязной практикой, где кажущаяся мелочь вроде радиуса закругления или неправильно выбранного литникового хода может привести к браку всей партии отливок. Сам через это прошел, и не раз.

От модели к металлу: где кроются подводные камни

Начинается все, конечно, с модели детали. Но вот что важно: 3D-модель для конструктора и 3D-модель для технолога-литейщика — это часто две разные вещи. Конструктор думает о функционале, а мы должны предугадать, как поведет себя расплавленный алюминий, заполняя полость. Усадочные раковины — вот главный бич. Недостаточно просто масштабировать модель на коэффициент усадки сплава, скажем, для АК7ч это около 1,2%. Нужно заранее закладывать направление затвердевания, располагать массивные узлы так, чтобы к ним подводились питатели. Иначе в готовой детали получишь внутреннюю полость, которую увидишь только на рентгене или когда деталь пойдет в работу и даст течь.

Был у меня случай с крышкой корпуса для одного приборостроительного завода. Модель была красивая, с тонкими ребрами жесткости. Сделали форму, отлили — вроде бы все чисто. Но при механической обработке в основании толстого фланца пошли раковины. Оказалось, массивный фланец затвердевал последним и ?питался? от уже затвердевших тонких ребер, которых просто не хватило для компенсации усадки. Пришлось переделывать литниковую систему, вводить дополнительный холодильник. Простой и перерасход материала — вот цена ошибки на этапе проектирования оснастки.

Здесь, кстати, опыт таких профильных предприятий, как ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование (их сайт — https://www.dyhgzn.ru), очень ценен. Они как раз занимаются комплексно: от разработки до производства в области литья цветных металлов. Когда вся цепочка — проектирование, изготовление оснастки, пробная отливка и доводка — находится в рамках одного технологического цикла одной компании, это резко снижает риски. Их специалисты смотрят на модель сразу глазами и конструктора, и литейщика, что экономит клиенту массу времени и средств.

Материал формы: не всякая сталь держит удар

Выбор марки стали для пресс-формы — это не про экономию, это про ресурс. Для серийного литья под давлением или даже для крупносерийного песчаного литья по моделям берут, понятное дело, легированные инструментальные стали типа 3Х2В8Ф или импортные аналоги. Они держат и термоциклирование, и абразивное воздействие алюминиевого расплава.

Но вот для мелкосерийного литья в землю или по выплавляемым моделям часто хочется сэкономить и сделать из конструкционной стали. Кажется, отольем 50 штук и хватит. А на практике после 30-й отливки в критических сечениях, особенно около литников, уже появляются выкрашивания, задиры. Форма ?плывет?. В итоге — брак и снова остановка производства на переделку оснастки. Поэтому мое правило: даже для опытной партии материал формы должен быть максимально близок к тому, что пойдет в серию. Исключение — быстрая проверка геометрии на 3D-печатных песчаных формах, но это уже другая история.

Термообработка — отдельная песня. Твердость в 48-52 HRC — это стандарт для рабочих вставок. Но если перекалить, сталь становится хрупкой, может лопнуть при первом же цикле. Недостаточная твердость — форма быстро износится. Контроль здесь обязателен. На том же сайте dyhgzn.ru в описании компании ООО Дэян Хунгуан видно, что они интегрируют разработку и производство. Это наводит на мысль, что у них наверняка есть свой участок термообработки или проверенные партнеры, что гарантирует стабильность качества оснастки.

Механика формы: то, что не видно на отливке

Самый интересный и кропотливый этап — проектирование ?механики?. Система выталкивателей, направляющие, замки. Кажется, это стандартные узлы. Но их расположение и количество определяют и качество отливки, и срок службы формы.

Выталкиватели, например. Если их поставить мало или в неправильных местах, отливка при раскрытии формы может деформироваться или вовсе порваться. Особенно это критично для тонкостенных деталей. А если поставить слишком много или слишком малого диаметра — они сами становятся слабым звеном, гнутся, ломаются. И каждый раз приходится думать: а где деталь будет держаться крепче всего? Часто это ребра или бобышки. Туда и нужно ставить толкатели.

Зазоры. Вот где собака зарыта. Между пуансоном и матрицей, в направляющих колонках. Слишком маленький зазор — заклинит при термическом расширении. Слишком большой — будут облои, ?заусенцы? по разъему, которые потом придется удалять. Для алюминия, который льется при 650-700°C, этот расчет особенно важен. Мы обычно считаем нагрев до 150-200°C для самой стальной формы и исходим из этого. Но всегда делаем пробную сборку на горячую, с прогревом газовой горелкой, чтобы проверить ход.

Литниковая система: артерии формы

Это целая наука. Цель — обеспечить плавное, без турбулентностей и захвата воздуха, заполнение полости формы. Если металл бурлит и плещется, в отливке гарантированно появятся оксидные плены и газовые раковины.

Часто делают ошибку: литниковый ход слишком узкий и длинный. Металл в нем остывает быстрее, чем успевает заполнить тонкие сечения детали. В итоге — недолив. Или наоборот, делают слишком короткий и широкий ход — металл врывается в полость с высокой скоростью, бьет в дальнюю стенку, вызывает эрозию самой формы и опять же захватывает воздух.

Правильный подход — ступенчатое сужение сечения, плавные переходы. А еще — использование фильтров из стеклоткани или керамические фильтры прямо в литниковой системе. Они отлично ?успокаивают? поток и задерживают шлак. Это незначительно удорожает процесс, но радикально снижает процент брака. В комплексных решениях, которые предлагают предприятия полного цикла вроде ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование, такие технологические нюансы обычно уже заложены в стандартную практику, потому что они заинтересованы в результате — качественной отливке, а не просто в сданной в срок форме.

Испытания и доводка: когда работа только начинается

Самый нервный момент — первые отливки. Ни одна, даже самая совершенная форма, не выдает идеальную деталь с первого раза. Всегда нужна доводка. Это может быть подправка литников, увеличение сечения выпора, полировка отдельных полостей для улучшения выхода газа.

Здесь главное — вести протокол. Какие параметры литья были (температура металла, формы, скорость прессования), какой получился результат. Фотографировать брак. Часто по виду дефекта можно точно сказать, в чем причина. Раковина в верхней части детали? Не хватает питания. Непроплавы в тонких местах? Низкая температура металла или плохой подвод металла. Серый, ?мыльный? вид поверхности? Попадание влаги в форму или в стержень.

Доводка может занять от нескольких циклов до нескольких недель. И это нормально. Важно, чтобы заказчик это понимал и был готов к итерационному процессу. Именно поэтому сотрудничество с компанией, которая контролирует весь процесс, от изготовления формы до пробной отливки и сдачи готовых деталей, как ООО Дэян Хунгуан, часто оказывается эффективнее. Проблема решается внутри одного техпроцесса, без поиска виноватых на стороне.

Вместо заключения: мысль вслух

Изготовление формы для литья алюминия — это не услуга, это совместный проект технолога и заказчика. Чем больше исходных данных: условия работы детали, допуски, объемы — тем точнее будет результат. Идеальной формулы нет. Есть опыт, накопленный на браке и успехах, и понимание физики процесса. Иногда кажется, что проще и дешевле заказать оснастку там, где сделают быстро и без вопросов. Но в долгосрочной перспективе выигрывает тот, кто находит партнера, способного эти вопросы задавать и предлагать решения, исходя из реальной практики литья, а не просто из данных CAD-файла. В этом, пожалуй, и есть главный секрет качественной формы для литья алюминия.