Литье в оболочковую форму для промышленных деталей: процесс, допуски и когда их указывать 

Литье в оболочковую форму занимает золотую середину, которую инженеры и покупатели часто упускают из виду. Оно обеспечивает лучшую точность размеров и чистоту поверхности, чем обычное литье в песчаные формы, но не требует затрат на оснастку или времени выполнения заказа, как литье по выплавляемым моделям. Для деталей средней сложности и с жесткими, но не экстремальными требованиями к допускам этот процесс может быть наиболее экономичным путем к надежному литью.

В этой статье объясняется, как работает процесс пескоструйной обработки с покрытием из смолы, где лежат границы его точности и как решить, следует ли использовать литье в оболочковую форму или литье по выплавляемым моделям для данной детали. Цель состоит не в том, чтобы продвигать один процесс над другим, а в том, чтобы дать вам критерии, позволяющие уверенно сделать этот выбор.

Что такое литье в ракушечную форму и как работает процесс обработки песка, покрытого смолой?

Литье в оболочковую форму, иногда называемое литьем в оболочковую форму, представляет собой одноразовый процесс формования, в котором используется покрытый смолой песок для формирования тонкой, жесткой оболочки вокруг нагретой металлической модели. Затем расплавленный металл заливается в собранную оболочку под действием силы тяжести. Смола-связующее отличает этот процесс от обычного литья в песчаные формы: оно придает песчаной форме достаточную прочность, чтобы точно сохранять форму во время заливки, поэтому полость формы не так легко деформируется или разрушается.

Основная последовательность действий проста. Металлический образец, обычно из железа или стали, нагревается и покрывается разделительным составом. Покрытый смолой песок падает или выдувается на горячую модель, где тепло частично отверждает смолу и образует оболочку контролируемой толщины. Затем рисунок и оболочка дополнительно нагреваются для завершения отверждения, после чего оболочка отделяется от рисунка. Две половинки скорлупы зажимаются или склеиваются, при необходимости вставляются сердечники и перед заливкой конструкция выдерживается в опоке.

В Циндао Цянсеньюань при литье в оболочечные формы используется гравитационное литье в песок с покрытием из смолы. детали из серого и ковкого чугуна, включая механические конструктивные элементы, а также корпуса насосов и клапанов. Этот процесс подходит для производства отливок, требующих более высокого качества и точности, чем обычное литье в песчаные формы.

Ключевым преимуществом песчаной системы, покрытой смолой, является стабильность размеров. После того как скорлупа затвердеет и будет очищена, она не деформируется перед заливкой. Эта стабильность является основой для показателей допуска и качества поверхности, которые обсуждаются в следующем разделе.

Границы допусков и качества поверхности: что может и чего не может дать литье в оболочковую форму

Практический диапазон точности литья в оболочковые формы в Циндао Цянсеньюань определяется тремя цифрами: допуск на размер. КТ7–9, шероховатость поверхности Ra 12,5–25 мкм, и минимальная толщина стенки 3 мм. Это цифры, которые следует использовать при оценке того, является ли деталь кандидатом на этот процесс.

CT7–9 — это значительный шаг вперед по сравнению с обычным литьем в песчаные формы. Для размера 100 мм этот класс соответствует диапазону допуска в диапазоне примерно от ±0,5 до ±1,0 мм, в зависимости от конкретного сегмента размера и сплава; точные значения зависят от применимого стандарта допуска для этого диапазона размеров. Это достаточно плотно, чтобы многие обработанные сопрягаемые поверхности можно было обработать за один проход, и достаточно плотно, чтобы несопрягающиеся детали оставались отлитыми. Ra 12,5–25 мкм обеспечивает поверхность, которая заметно более гладкая, чем при литье в необработанный песок, и уменьшает объем очистки и подготовки поверхности, требуемой перед покраской или сборкой.

Минимальная толщина стенки 3 мм является полезным критерием отбора. Детали с более тонкими стенками или очень мелкими деталями могут не надежно заполняться при отливке в оболочковую форму, а риск сбоев увеличивается по мере уменьшения толщины стенок.

Чего не обеспечивает литье в оболочковые формы, так это точности уровня литья по выплавляемым моделям. Литье по выплавляемым моделям позволяет добиться более качественной поверхности и более тонких стенок, чем на рисунках выше. Этот разрыв реален, и именно по этой причине решение о выборе в следующих разделах не является автоматическим. Литье в оболочковую форму является лучшим выбором, когда приемлемы CT7–9 и Ra 12,5–25 мкм. Это неправильный выбор, когда это не так.

Еще одно замечание по объему: опубликованные мощности в Циндао Цянсеньюань охватывают серый чугун и ковкий чугун. Если для вашей детали требуется литая сталь, прежде чем продолжить, подтвердите наличие материала, поскольку в технологической литературе сталь в целом описана как совместимая с формованием корпуса, но конкретный объем производства следует уточнить у поставщика.

Какие детали подходят для литья в оболочковые формы?

Геометрия средней сложности и серийное производство

Литье в оболочковую форму является лучшим, когда деталь имеет достаточную сложность, чтобы исключить простое литье в песчаные формы, но не настолько сложную, чтобы литье по выплавляемым моделям стало единственным жизнеспособным способом. Внутренние полости, мелкие канавки и выступы находятся в пределах досягаемости при условии, что толщина стенки остается на уровне 3 мм или выше. Механические конструктивные детали, Корпуса насосови корпуса клапанов являются типичными примерами хорошо подходящей геометрии.

Размер партии имеет такое же значение, как и геометрия. Для литья в оболочковую форму требуется металлическая модель, которая требует единовременных затрат. Эта стоимость ниже, чем стоимость инструментов, необходимых для литья по выплавляемым моделям, но ее все равно необходимо покрыть на протяжении всего производственного цикла. Если объем заказа очень мал, стоимость модели за деталь может подорвать экономику процесса. Если количество значительно, а требования к допускам находятся в пределах CT7–9, литье в оболочковую форму часто является более экономичным способом.

Практическая самопроверка для инженеров и покупателей: есть ли в детали несопрягаемые поверхности, которые должны выглядеть чистыми без тщательной отделки? Будет ли одна и та же деталь заказываться повторно? Является ли требование толерантности требовательным, но не требовательным к привлечению инвестиций? Если ответ на все три вопроса положительный, литье в оболочковые формы заслуживает серьезного рассмотрения.

Литье в оболочковую форму против литья по выплавляемым моделям: компромисс между точностью, стоимостью и объемом

Компромисс между литьем в оболочковую форму и литьем по выплавляемым моделям сводится к трем переменным: точности, стоимости модели и объему производства.

По точности выигрывает литье по выплавляемым моделям. Он обеспечивает более мелкие детали поверхности и может обрабатывать более тонкие стены. Литье в оболочковую форму не подходит для этого, но для значительной части промышленных деталей оно и не требуется. Окно CT7–9 и Ra 12,5–25 мкм достаточно для многих применений в насосах, клапанах и конструкциях.

По стоимости модели литье в оболочковые формы имеет преимущество. Металлическую модель, используемую при формовании корпуса, дешевле производить, чем инструменты для впрыскивания воска и многослойную систему оболочек, необходимые для литья по выплавляемым моделям. Эта разница в стоимости является качественной и зависит от геометрии детали, но направление остается неизменным: оснастка для изготовления оболочковых форм требует меньших инвестиций.

Что касается объема производства, то в экономике наблюдается сдвиг. При небольших объемах помогает более низкая стоимость модели при литье в оболочковую форму, но стоимость процесса в расчете на деталь может все равно оказаться выше, чем ожидалось, если заказ не может амортизировать модель. При средних и больших объемах литье в оболочковые формы становится все более эффективным, поскольку многоразовая модель обеспечивает возможность многократного производства оболочек. Литье по выплавляемым моделям остается конкурентоспособным при небольших объемах, когда требования к точности являются экстремальными, поскольку в этих случаях более высокая стоимость оснастки оправдана функциональными требованиями детали.

Для стальной отливки применяется та же логика, но перед началом процесса необходимо подтверждение материала. Для корпусных деталей из чугуна соответствие более прямое, учитывая опубликованный объем производства.

Когда следует выбирать литье в оболочковую форму вместо литья по выплавляемым моделям: руководство по принятию решений

Используйте следующую таблицу в качестве инструмента проверки, а не вместо проверки чертежей с вашим поставщиком.

Логика таблицы проста. Если функциональные требования к детали попадают в окно возможностей литья в оболочечную форму, указание литья по выплавляемым моделям увеличивает затраты, но не добавляет ценности. Если требования к детали выходят за рамки этого окна, указание литья в оболочковую форму создает риск. Решение должно основываться на чертеже, а не на предпочтениях по умолчанию для того или иного процесса.

Контрольный список закупок деталей для литья в оболочковые формы

После принятия технологического решения разговор о закупках должен быть сосредоточен на деталях, которые определяют, соответствуют ли поставленные отливки чертежу и ожидаемой стоимости.

• Обзор чертежей и оснастки. Подтвердите, что поставщик спроектирует систему литников и стояков, компоновку сердцевины и количество полостей на основе вашего 3D-чертежа и спецификации материала. Дизайн модели напрямую влияет на выход и надежность заброса, поэтому с этим шагом не следует торопиться.
• Проверка материала. Спросите, проводит ли поставщик спектральный анализ входящего сырья и разлитого металла. В Циндао Цянсеньюань спектральный анализ является частью стандартного процесса подтверждения состава. Для серого и ковкого чугуна это базовая, но важная проверка.
• Проверка первой статьи. Перед массовым производством поставщик должен отлить небольшое количество образцов и проверить внешний вид, размеры и механические свойства. Прежде чем утвердить запуск, сверьте этот отчет с чертежом.
• Владение образцом и срок его службы. Разъясните структуру платы за образец и что происходит, когда срок службы образца подходит к концу. Опубликованная политика компании Qingdao Qiangsenyuan предусматривает единовременную плату за пресс-форму за деталь с бесплатной заменой после того, как оригинал достигнет срока службы. Подтвердите, что это относится к вашей конкретной части.
• Граница обработки. Решите, покупаете ли вы отлитые детали или готовые детали, и укажите соответствующий стандарт обработки. Если требуется чистовая обработка, на чертеже должно быть указано, какие поверхности обрабатываются и с каким допуском.
• Объем и время выполнения. Подтвердите минимальный объем заказа и ожидаемое время производства вашей детали. Они зависят от готовности модели, наличия материалов и текущей загрузки цеха, поэтому их лучше обсуждать как часть предложения, а не предполагать из общего заявления о возможностях.

Одно замечание по поводу объема работ: этот контрольный список посвящен техническому подтверждению, специфичному для литья в оболочковые формы. Более широкие критерии оценки поставщиков, такие как системы управления качеством или история аудита, — это отдельная тема.

Часто задаваемые вопросы

Какой допуск может выдерживать отливка в оболочковую форму?
CT7–9 — это опубликованная мощность процесса в Циндао Цянсеньюань. Точный допуск для данного размера зависит от сегмента размера, сплава и конструкции рисунка, поэтому чертеж следует согласовать с поставщиком, а не судить по одному числу.

Может ли литье в ракушечные формы заменить литье по выплавляемым моделям?
В некоторых частях да. Если требования к допуску составляют CT7–9 или меньше, требования к шероховатости поверхности Ra 12,5–25 мкм или выше, а объем производства достаточен для амортизации модели, литье в оболочковую форму часто является более экономичным выбором. Это не замена, если деталь требует более высокой точности или более тонких стенок, чем может обеспечить процесс формования корпуса.

Какие материалы подходят для литья в оболочковые формы?
В Циндао Цянсеньюань этот процесс используется в основном для изготовления деталей из серого чугуна и ковкого чугуна. Формование корпуса как процесс совместимо с другими черными и цветными металлами, но наличие материала для вашего конкретного применения должно быть подтверждено у поставщика.

Как стоимость модели влияет на выбор между формованием корпуса и литьем по выплавляемым моделям?
Модели оболочковых форм обычно дешевле, чем инструменты для литья по выплавляемым моделям. Эта более низкая стоимость оснастки улучшает экономику литья в оболочковые формы для средних и больших объемов. При очень низких объемах стоимость модели все равно необходимо покрыть, и преимущество сужается. Сравнение является качественным и должно оцениваться с учетом вашего конкретного количества заказа и геометрии детали.

Следующий шаг

Если вы оцениваете деталь для литья в оболочковую форму, наиболее полезным следующим шагом будет проверка чертежа. Служба гравитационного литья в оболочковых формах компании Qingdao Qiangsenyuan охватывает детали из серого чугуна и ковкого чугуна с опубликованными допусками CT7–9 и шероховатостью поверхности Ra 12,5–25 мкм. Подробности процесса вы можете просмотреть на сайте Гравитационное литье в оболочку и отправьте чертеж для оценки того, соответствует ли деталь технологическому окну.