Литье алюминия в песчаные формы

Когда слышишь ?литье алюминия в песчаные формы?, многие представляют себе что-то архаичное, чуть ли не кустарное. Мол, песок, опока, расплав — что может быть проще? На практике же это целая наука, где мелочей не бывает. И главная ошибка новичков — недооценивать влияние каждой операции, от подготовки смеси до выбивки, на итоговое качество отливки. Слишком много переменных, которые нужно держать в голове одновременно.

Песок — это не просто наполнитель

Всё начинается с формовочной смеси. Казалось бы, взял кварцевый песок, глину-связку, воду — и готово. Но если песок не той зернистости или с высоким содержанием пылевидной фракции, поверхность отливки получится шероховатой, возможны пригары. Мы долго экспериментировали с соотношением компонентов, пока не нашли оптимальный баланс для наших конкретных сплавов. Кстати, о сплавах: для литья алюминия в песчаные формы не всякий алюминий подходит. Силумины типа АК7ч, АК5М2 — другое дело. Они и текучесть имеют хорошую, и усадочные раковины меньше беспокоят.

Регенерация песка — отдельная головная боль. После выбивки смесь горячая, комкуется, теряет свойства. Раньше думали — просеять, и снова в дело. В итоге получали брак по газовым раковинам: старая смесь накапливала влагу и органику. Пришлось внедрять систему охлаждения и аспирации, контролировать температуру возвращаемого песка. Без этого стабильного процесса не добиться.

Здесь, к слову, видна разница между кустарным подходом и работой технологичного предприятия. Вот, например, на сайте ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование (https://www.dyhgzn.ru) — а это отечественная комплексная высокотехнологичная предприятие, интегрирующая разработку, проектирование, производство и продажи в области литья и проката цветных металлов — акцент сделан именно на системности. Они, я уверен, такие же проблемы решают не на глазок, а через контроль параметров на каждом этапе.

Модельная оснастка: дерево, металл или пластик?

Для единичных изделий или мелких серий часто используют деревянные модели. Дешево, быстро. Но дерево ?играет? от влажности, истирается. Для ответственных отливок или серии в несколько сотен штук — только металл. Алюминиевая или чугунная модельная плита. Мы как-то попробовали для эксперимента сделать модель из эпоксидного компаунда с наполнителем. Идея была в снижении веса и стоимости. Получилось неплохо для сложной, с тонкими ребрами, детали, но стойкость оставила желать лучшего — после 80-ти форм уже пошли задиры.

Конструкция модели — это искусство. Уклоны, значки, расположение знаков. Неправильный уклон — и при извлечении модели форма осыпается. Слишком большой — увеличивается объем стержня, перерасход смеси. Расчет литниковой системы — отдельная тема. Если сделать слишком узкие ходы, металл не заполнит форму до того, как начнет кристаллизоваться. Слишком широкие — повышенный расход, больше усадочных дефектов. Чаще всего приходится искать золотую середину опытным путем, даже с учетом всех симуляций заливки в ПО.

И да, симуляции — это хорошо, но они не отменяют пробной отливки. Компьютер показывает потоки, тепловые поля, но не покажет, как поведет себя конкретная партия связующего в смеси или как точно сработает стержень из-за микродеформации при сушке.

Стержни: слабое звено?

Сложные внутренние полости — это стержни. Холоднотвердеющие смеси (ХТС) на смолах — стандарт сегодня. Быстро, точно. Но вонь при изготовлении стоит знатная, и выбиваются они порой хуже, чем песчано-глинистая форма. Были случаи, когда из-за недостаточной газопроницаемости стержня в ?глухом? углу отливки образовывалась газовая раковина. Пришлось внедрять дополнительное прокаливание стержней и вентиляционные каналы в самой стержневой оснастке.

Точность установки стержня в форму — критический параметр. Сместился на полмиллиметра — толщина стенки не выдержана. Для контроля мы используем кондукторы и калибры, но на потоке, когда оператор устал, всегда есть риск. Автоматизация здесь — выход, но оборудование дорогое. Думаю, компании, которые, как ООО Дэян Хунгуан, занимаются полным циклом от разработки до производства, давно пришли к автоматизированным линиям сборки форм для критичных изделий. Это логично для высокотехнологичного предприятия.

Еще один нюанс — удаление стержней после заливки. Иногда песчано-смоляная масса намертво спекается с металлом, особенно в тонких каналах. Механическая выбивка не помогает, приходится применять гидро- или виброочистку. Это добавляет время и стоимость операции.

Заливка и кристаллизация: где прячется брак

Температура заливки — не просто цифра в техпроцессе. Недогрел алюминий — получишь недоливы и спаи. Перегрел — увеличится газопоглощение, зерно станет крупным, механические свойства упадут. Мы для каждой детали и толщины стенки подбираем свой диапазон, обычно между 720 и 780 °C для большинства силуминов. Контролируем пирометром, но лучше — погружной термопарой в ковше.

Сам процесс заливки должен быть быстрым и спокойным, без турбулентности. Бурлящий поток захватывает воздух и окислы, которые потом становятся включениями в теле отливки. Здесь важна конструкция литниковой чаши и стояка. Иногда помогает сифонная система, но она сложнее в изготовлении формы.

Самое интересное происходит после заливки. Литье алюминия в песчаные формы — это медленное охлаждение. Песок — хороший теплоизолятор. С одной стороны, это снижает внутренние напряжения, с другой — способствует образованию крупнозернистой структуры и усадочных раковин в массивных узлах. Чтобы бороться с усадкой, ставим прибыли. Но рассчитать объем и место прибыли — это почти магия. Слишком маленькая — не работает. Слишком большая — перерасход металла и проблема с отделкой. Часто прибыли приходится обрезать газовым резаком, что не всегда удобно.

Отделка и контроль: финишная прямая

Выбитая отливка — это еще не изделие. Обрубка литников, прибылей, заливов. Далее — очистка в дробеструйном аппарате. Тут важно не перестараться, особенно с тонкостенными деталями. Алюминий мягкий, можно деформировать или ?прострелить? стенку.

Контроль качества — многоступенчатый. Визуальный на трещины, недоливы. Замер геометрии шаблонами и координатно-измерительными машинами. Для ответственных деталей — рентген или ультразвуковой контроль на внутренние дефекты. Помню, поставили партию корпусов, а после механической обработки на фрезерном станке вскрылась внутренняя раковина. Весь брак. С тех пор выборочный рентген-контроль для серийных изделий стал обязательным, несмотря на затраты.

Итог такой: литье в песчаные формы — не устаревшая технология, а гибкий метод, который при глубоком понимании процессов позволяет получать качественные и сложные отливки. Ключ — в контроле деталей. Не в слепом следовании инструкции, а в понимании, почему каждый параметр важен. Именно такой, аналитический и практический подход, на мой взгляд, и отличает серьезных игроков на рынке, таких как упомянутое предприятие, от тех, кто работает по наитию. Технология жива и будет жить, особенно для штучного и мелкосерийного производства, где стоимость оснастки для того же литья под давлением не окупается.