Выраб ліццё па мадэлях, якія выплаўляюцца: пакрокавая інструкцыя 

Што такое ліццё па якія выплаўляюцца мадэлям і чаму гэта лепшы выбар для складаных дэталяў

Выраб ліцця па якія выплаўляюцца мадэлям - гэта тэхналагічны працэс, які дазваляе атрымліваць металічныя дэталі высокай дакладнасці са складанай геаметрыяй, якую немагчыма рэалізаваць іншымі метадамі ліцця. У адрозненне ад пяшчанага ці какільнага ліцця, тут не патрабуецца механічная апрацоўка паверхняў пасля вымання з формы, што змяншае сабекошт фінальнага выраба на 30-45%. Сутнасць метаду заключаецца ў стварэнні васковай копіі будучай дэталі, пакрыцці яе керамічнай абалонкай, выплаўленні воску і заліванні паражніны расплаўленым металам. Гэты працэс ідэальны для вытворчасці турбінных лапатак, медыцынскіх імплантатаў, ювелірных вырабаў і кампанентаў аэракасмічнай галіны, дзе допускі вымяраюцца сотымі долямі міліметра.

У нашай практыцы мы сутыкаліся з сітуацыямі, калі кліенты спрабавалі зэканоміць, выбіраючы таннейшыя метады ліцця для дэталяў са складанымі ўнутранымі каналамі. Вынік быў прадказальны: шлюб дасягаў 60%, а выдаткі на наступную мехаапрацоўку перавышалі кошт самога ліцця. Адзін з нашых кліентаў, вытворца помпавага абсталявання, страціў тры месяцы і 15 000 еўра, спрабуючы адаптаваць тэхналогію ліцця ў зямлю для корпуса помпы з шрубавымі каналамі. Пераход на тэхналогію lost wax (выплаўляемыя мадэлі) вырашыў праблему адразу: шлюб зваліўся да 2%, а тэрмін службы выраба павялічыўся дзякуючы аднастайнай структуры металу без газавых ракавін.

Працэс патрабуе строгага захавання тэмпературных рэжымаў і хімічнага складу злучных рэчываў. Напрыклад, пры тэмпературы выплаўлення воску вышэй за 95 ° C можа адбыцца дэфармацыя керамічнай абалонкі, што прывядзе да змены геаметрыі адліўкі. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць аўтаматызаваныя лініі кантролю тэмпературы, бо чалавечы фактар тут гуляе крытычную ролю. Калі вы плануеце заказваць партыю дэталяў, пераканайцеся, што пастаўшчык мае сертыфікат ISO 9001 і досвед працы менавіта з вашым сплавам, няхай гэта будзе гарачатрывалыя нікелевыя сплавы або биосовместимый тытан.

Падрыхтоўчы этап: стварэнне майстар-мадэлі і прэс-формы

Поспех усяго цыклувыраб ліццё па якія выплаўляюцца мадэлямзалежыць ад якасці першай стадыі - распрацоўкі майстар-мадэлі. Гэта не проста чарцёж, а фізічны эталон, звычайна які вырабляецца з алюмінія ці сталі з шурпатасцю паверхні не горш Ra 0.4. На гэтым этапе інжынеры павінны ўлічыць усаджванне матэрыялу пры астуджэнні, якая для розных сплаваў вар'іруецца ад 01/02% да 2.5%. Памылка ў разліку каэфіцыента ўсаджвання на гэтым этапе фатальная: выпраўляць памеры гатовай металічнай адліўкі механічна часта немагчыма з-за складанасці профіля.

Пасля зацвярджэння майстар-мадэлі праводзіцца прэс-форма для ліцця васковых мадэлей. Тут важна абраць правільны матэрыял формы. Для невялікіх серый (да 500 штук) падыходзяць алюмініевыя формы, якія танней і хутчэй у вырабе. Аднак для масавай вытворчасці мы настойліва рэкамендуем выкарыстоўваць загартаваную сталь. У адным з праектаў мы выкарыстоўвалі алюмініевую форму для партыі ў 2000 адзінак, і да 800-й адліўцы геаметрыя пачала "плысці" з-за цеплавога пашырэння алюмінія. Кліент атрымаў партыю бракаваных дэталяў, якія прыйшлося пераплаўляць. Гэта каштавала нам рэпутацыі і грошай, таму зараз мы заўсёды праводзім аўдыт аб'ёмаў перад выбарам матэрыялу аснасткі.

• Дакладнасць апрацоўкі:Майстар-мадэль павінна быць апрацавана на ЧПУ станках з дакладнасцю не ніжэйшай за IT6. Любыя сляды прылады будуць паўтарацца на кожнай васковай мадэлі.
• Літнікавая сістэма:Канструкцыя літнікаў закладваецца ўжо на этапе майстар-мадэлі. Няправільны кут уводу металу прывядзе да турбулентнасці і захопу паветра.
• Матэрыял прэс-формы:Сталь маркі 45 або аналагі для працяглых серый, алюміній для прататыпіравання.

Абавязкова патрабуйце ў пастаўшчыка справаздачу аб першым artikel (FAI - First Article Inspection) перад запускам асноўнай серыі. Гэта дакумент, які пацвярджае, што першая адліўка адпавядае ўсім чарцёжным памерам. Не пачынайце масавую вытворчасць без падпісанага акта прыёмкі доследнага ўзору.Падрабязней аб распрацоўцы прататыпаў і майстар-мадэляў.

Пакрокавая інструкцыя: ад васковай мадэлі да керамічнай абалонкі

Цэнтральным элементам тэхналогіі з'яўляецца стварэнне васковай мадэлі. Працэс пачынаецца з упырсквання расплаўленага воску пад ціскам у падрыхтаваную прэс-форму. Тэмпература воску павінна падтрымлівацца ў вузкім дыяпазоне, звычайна 65-75 ° C, у залежнасці ад складу сумесі (парафін, стэарын, палімерныя дабаўкі). Занадта гарачы воск дасць усаджванне пры астыванні, занадта халодны не запоўніць тонкія элементы формы. Пасля вымання мадэль візуальна кантралюецца на наяўнасць дэфектаў, такіх як недаліў або аблой.

Наступны крытычны крок - зборка васковых мадэляў у кластар (дрэва). Асобныя мадэлі прыварваюцца да цэнтральнага літніка з дапамогай нагрэтай прылады. Якасць зваркі швоў вызначае цэласнасць будучай керамічнай формы. Калі шво будзе слабым, пры нанясенні завісі воск можа адарвацца, ці пазней, пры заліванні металу, адбудзецца прарыў. У нашай практыцы быў выпадак, калі з-за дрэннай зваркі шва метал прарваўся ў паражніну формы, знішчыўшы ўвесь кластар з 40 дэталяў. Аператар проста недастаткова прагрэў інструмент, і воск не дыфундзіраваў належным чынам.

1. Нанясенне першага пласта (Face Coat):Кластар акунаецца ў завісь з дробназярністым напаўняльнікам (цыркон або электрокорунд фракцыі 0.05-0.1 мм). Гэты пласт фармуе будучую паверхню адліўкі. Важна пазбягаць бурбалак паветра, якія могуць стварыць ракавіны на метале. Сушка першага пласта праводзіцца ў кантраляваным асяроддзі з вільготнасцю 40-50% і тэмпературай 20-22 ° C на працягу 4-6 гадзін.
2. Нанясенне наступных пластоў (Stuccoing):Пасля высыхання першага пласта наносіцца другі, трэці і далей пласты з выкарыстаннем буйнейшага пяску (фракцыя 0.2–0.8 мм). Колькасць пластоў залежыць ад масы адліўкі і тыпу сплава. Для сталёвых дэталяў звычайна патрабуецца 6-9 пластоў, для алюмініевых - 4-6. Кожны пласт павінен цалкам высахнуць перад нанясеннем наступнага.
3. Кантроль таўшчыні абалонкі:Агульная таўшчыня керамічнай абалонкі павінна складаць ад 6 да 10 мм. Занадта тонкая абалонка можа трэснуць пры заліванні, занадта тоўстая - абцяжарыць прагрэў формы і прывесці да няпоўнага запаўнення.
4. Дэвоксінг (Выдаленне воску):Гатовы кластар змяшчаецца ў аўтаклаў ці печ. Воск плавіцца і выцякае, пакідаючы полую керамічную форму. Тэмпература працэсу звычайна складае 150-180 ° C. Рэшткі воску выпальваюцца пры тэмпературы да 900-1000 ° C на працягу 2-4 гадзін. Гэты этап крытычны: калі воск не выдаліцца цалкам, ён уступіць у рэакцыю з металам, выклікаўшы науглероживание паверхні адліўкі.

Звярніце ўвагу на якасць злучнага рэчыва ў завісі. Выкарыстанне таннага сілікату натрыю замест этылсілікату можа прывесці да нізкай трываласці формы ў гарачым стане. Мы бачылі выпадкі, калі форма разбуралася прама падчас залівання, таму што злучнае не вытрымала тэрмаўдар. Заўсёды ўдакладняйце хімічны састаў матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ліцейным цэхам.Тэхнічныя патрабаванні да керамічных абалонак.

Заліванне металу і фінішная апрацоўка адлівак

Пасля выдалення воску керамічная форма падвяргаецца высокатэмпературнаму абпалу (пракалцы) для надання канчатковай трываласці. Тэмпература гартавання залежыць ад тыпу заліваецца металу. Для нержавеючых сталей форма награваецца да 850-950 ° C, для тытанавых сплаваў - да 1100 ° C і вышэй у вакуумных печах. Заліванне павінна вырабляцца неадкладна пасля вымання формы з печы, каб пазбегнуць астыванні. Розніца тэмператур паміж формай і металам павінна быць мінімальнай для прадухілення тэрмічных расколін.

Працэс залівання можа ажыццяўляцца рознымі метадамі: гравітацыйнае ліццё, ліццё пад ціскам ці цэнтрабежнае ліццё. Для ювелірных вырабаў і дробных дэталяў часта выкарыстоўваюць цэнтрабежныя машыны, якія забяспечваюць лепшае запаўненне тонкіх перасекаў. Для буйных прамысловых вузлоў ужываецца вакуумна-дугавая плаўленне, якая дазваляе атрымаць метал высокай чысціні без аксідных уключэнняў. Менавіта такі падыход да працы з актыўнымі і каразійнатрывалымі металамі, такімі як тытан, нікелевыя сплавы N06625 і марская латунь C46400, з'яўляецца ключавым у вытворчасці адказнага абсталявання. Напрыклад, кампаніяТАА «Усі Кайшэн Электраэнергетычнае і Нафтахімічнае Абсталяванне», Якая спецыялізуецца на стварэнні цеплаабменнікаў і кампанентаў для нафтагазавай галіны, паспяхова прымяняе падобныя прынцыпы ліцця і апрацоўкі для вырабу трубных пучкоў і рашотак са складаных сплаваў. Іх прадукцыя, сертыфікаваная па стандартах ASME і PED, дэманструе, як строгі кантроль за структурай металу і адсутнасць дэфектаў дазваляюць ствараць абсталяванне, устойлівае да экстрэмальных ціскаў і агрэсіўным асяроддзям у суднабудаванні і хімічнай прамысловасці.

Пасля зацвярдзення металу і астыванні формы вырабляецца выбіванне - механічнае разбурэнне керамічнай абалонкі. Гэта працаёмкі працэс, часта выкананы ўручную з выкарыстаннем пнеўматычных малаткоў або пескоструйных камер. Далей варта аддзяленне адлівак ад літнікавай сістэмы. Для гэтага выкарыстоўваюцца істужачныя пілы, гідраўлічныя нажніцы ці электраэразійнае рэзанне, калі матэрыял асоба цвёрды. Месца рэзу затым зачышчаецца і шліфуецца.

Фінішная апрацоўка складаецца з тэрмаапрацоўку (гарту, адпачынак, старэнне) для дасягнення патрабаваных механічных уласцівасцяў. Затым варта кантроль якасці: рэнтгенаграфія для выяўлення ўнутраных дэфектаў, ультрагукавы кантроль і вымярэнне геаметрычных параметраў на КІМ (каардынатна-вымяральных машынах). Толькі пасля праходжання ўсіх этапаў кантролю дэталь лічыцца гатовай да адгрузкі. Ігнараванне этапу неразбураючага кантролю (НК) - частая памылка бюджэтных вытворцаў, якая прыводзіць да выхаду са строю дэталяў ва ўмовах эксплуатацыі пад нагрузкай.

Тыповыя памылкі і як іх пазбегнуць пры замове ліцця

Нават пры захаванні ўсёй тэхналогіівыраб ліццё па якія выплаўляюцца мадэлям, рызыкі шлюбу існуюць. Разуменне гэтых рызык дапаможа вам пісьменна скласці тэхнічнае заданне і абраць надзейнага падрадчыка. Самая распаўсюджаная памылка - няправільны выбар матэрыялу мадэлі. Часта заказчыкі дасылаюць чарцяжы, не паказваючы марку сплава, ці паказваюць аналог, які па ліцейных уласцівасцях кардынальна адрозніваецца ад арыгінала. Напрыклад, замена сталі 304 на 316 можа здацца малаважнай, але 316 мае іншую цякучасць і схільнасць да адукацыі гарачых расколін пры вызначанай геаметрыі.

Другая крытычная памылка - нерэалістычныя допускі. Тэхналогія lost wax дазваляе дасягаць высокай дакладнасці, але патрабаваць допускаў IT7 для буйной адліўкі масай больш за 5 кг эканамічна немэтазгодна і тэхнічна складана. Гэта запатрабуе адмысловага абсталявання і шматразовых выпрабавальных плаўленняў, што ўшануе дэталь у 3-4 разу. Мы рэкамендуем прытрымлівацца стандарту CT4-CT5 па класах дакладнасці адлівак, калі іншае не абгрунтавана функцыяналам дэталі. У адным выпадку кліент патрабаваў сувосеў адтулін 0.02 мм для корпуса рэдуктара. Ліцейны цэх спрабаваў дамагчыся гэтага пяццю ітэрацыямі, але ў выніку дэталь прыйшлося аддаваць на фрэзероўку, што звяло на нішто перавага ліцця.

• Недаацэнка прыпускаў на апрацоўку:Нават пры высокадакладным ліцці некаторыя паверхні патрабуюць механічнай апрацоўкі. Пакіньце дастатковы прыпуск (звычайна 1-2 мм), інакш пасля зняцця акаліны вы можаце атрымаць "чарніну" або шлюб па памеры.
• Ігнараванне кірунку ўсаджвання:Метал усаджваецца нераўнамерна ў розных кірунках. Канструктар павінен загадзя прадугледзець гэта ў 3D-мадэлі, інакш дэталь выйдзе перакошанай.
• Эканомія на кантролі:Адмова ад рэнтген-кантролю дзеля эканоміі 10% кошту партыі можа прывесці да таго, што вы атрымаеце дэталі з унутранымі порамі, якія разбурацца пад нагрузкай праз месяц працы.

Яшчэ адзін важны аспект - экалагічныя нормы. Вытворчасць мадэляў, якія выплаўляюцца, звязана з выкарыстаннем хімічных рэагентаў і выкідамі. Упэўніцеся, што ваш пастаўшчык мае дазвольную дакументацыю і сучасныя сістэмы ачысткі выкідаў. У Еўропе і Расіі ўзмацняюцца патрабаванні да ліцейных вытворчасцей, і праца з "шэрым" цэхам можа прывесці да спынення паставак з-за праверак наглядных органаў. Крыніца:Крыніца: Расстандарт (Патрабаванні да ліцейнай вытворчасці).

Параўнанне з іншымі тэхналогіямі: калі варта выбіраць выплаўляемыя мадэлі

Выбар тэхналогіі ліцця заўсёды з'яўляецца кампрамісам паміж коштам, дакладнасцю і аб'ёмам партыі. Каб зразумець, ці падыходзіць вамвыраб ліццё па якія выплаўляюцца мадэлям, параўнаем яго з асноўнымі канкурэнтамі: ліццём у пяшчаныя формы і ліццём пад ціскам у металічныя формы (кокіль).

Ліццё ў пясчаныя формы значна таннейшае ў падрыхтоўцы вытворчасці. Выраб адной пяшчанай формы варта капейкі ў параўнанні з коштам стварэння кластара васковых мадэляў і керамічнай абалонкі. Аднак дакладнасць пяшчанага ліцця нізкая (IT15-IT16), паверхня шурпатая, патрабуецца вялікая механічная апрацоўка. Гэты метад добры для буйных дэталяў простай формы (станіны, карпусы рухавікоў) у дробнасерыйнай вытворчасці. Калі ваша дэталь важыць 50 кг і мае простыя плоскасці - выбірайце пясок. Калі дэталь важыць 200 грам і мае ўнутраныя каналы складанай формы - пясок не падыдзе.

Ліццё пад ціскам у металічныя формы (High Pressure Die Casting) забяспечвае найвысокую прадукцыйнасць і выдатную паверхню. Але кошт металічнай прэс-формы вылічаецца дзясяткамі тысяч долараў. Гэтая тэхналогія акупляецца толькі пры тыражах ад 10 000 штук. Акрамя таго, ліццё пад ціскам абмежавана ў выбары сплаваў (пераважна алюміній, цынк, магній) і не дазваляе атрымліваць дэталі з высокай газашчыльнасцю з-за турбулентнасці запаўнення.

Выплаўляемыя мадэлі займаюць нішу паміж гэтымі метадамі. Яны дазваляюць працаваць з любымі сплавамі, уключаючы тугаплаўкія і цяжкаапрацоўваныя (тытан, інканэль, гарачатрывалыя сталі). Дакладнасць блізкая да механічнай апрацоўкі, што часта дазваляе ўвогуле адмовіцца ад яе. Сабекошт аснасткі ніжэй, чым у ліцця пад ціскам, што робіць метад рэнтабельным для сярэдніх серый (ад 50 да 5000 штук). Галоўны недахоп - працягласць цыклу. Выраб партыі можа займаць ад 3 да 6 тыдняў з-за шматступеннай працэсу сушкі і абпалу.

Мы рэкамендуем выкарыстоўваць гэтую тэхналогію, калі:

1. Дэталь мае складаную геаметрыю, якую немагчыма атрымаць фрэзероўкай з суцэльнай нарыхтоўкі без велізарных адыходаў матэрыялу (buy-to-fly ratio> 5).
2. Патрабуецца высокая дакладнасць і чысціня паверхні без наступнай апрацоўкі.
3. Матэрыял дэталі цяжка паддаецца механічнай апрацоўцы.
4. Аб'ём партыі недастатковы для апраўдання кошту дарагой металічнай прэс-формы для ліцця пад ціскам.

Часта задаюць пытанні

Якая мінімальная партыя для замовы ліцця па выплаўляюцца мадэлях?

Тэхналагічна магчыма адліць нават адну дэталь, але эканамічна гэта невыгодна з-за высокай працаёмкасці падрыхтоўкі кластара і керамічнай формы. Мінімальная рэнтабельная партыя звычайна пачынаецца ад 10-20 штук. Пры замове адзінкавых узораў кошт адной дэталі можа быць у 10-15 разоў вышэй, чым пры серыйнай вытворчасці. Для прататыпавання мы рэкамендуем выкарыстоўваць 3D-друк воскам або прамым металам, калі патрабуецца ўсяго 1-2 штукі для тэстаў.

Якія максімальныя памеры дэталі можна атрымаць гэтым метадам?

Тэарэтычных абмежаванняў няма, але на практыку памеры абмежаваныя магчымасцямі абсталявання цэха і рызыкай дэфармацыі буйной керамічнай формы. Стандартны дыяпазон - ад некалькіх грамаў да 20-30 кг. Дэталі масай звыш 50 кг сустракаюцца рэдка, бо рызыка шлюбу з-за нераўнамернага ўсаджвання і тэрмічных высілкаў рэзка ўзрастае. Для вельмі буйных дэталяў гушчару ўжываюць ліццё ў пяшчаныя формы з выкарыстаннем выплаўляных стрыжняў для фармавання складаных паражнін.

Колькі часу займае выкананне партыі?

Поўны цыкл, у тым ліку распрацоўку аснасткі, займае ад 4 да 8 тыдняў. Выраб майстар-мадэлі і прэс-формы для воску патрабуе 2-3 тыдні. Само ліццё і нарошчванне керамічнай абалонкі для партыі ў 100 штук займае яшчэ 2-3 тыдні з-за неабходнасці папластовай сушкі. Тэрміновыя заказы магчымы з даплатай за працу ў некалькі змен і выкарыстанне хуткасохлых злучных, але гэта павялічвае кошт на 30-50%.

Ці можна выкарыстоўваць перапрацаваны воск?

Так, воск падлягае рэгенерацыі. Пасля выплаўлення з формы ён збіраецца, чысціцца ад прымешак керамікі і воды і зноў выкарыстоўваецца. Аднак доля першаснага воску ў сумесі павінна складаць не менш за 30-40% для захавання стабільнасці уласцівасцяў. Поўнае выкарыстанне другаснага воску прыводзіць да пагаршэння якасці паверхні мадэляў і павышэння шлюбу. Добрыя ліцейні цэхі маюць уласныя ўстаноўкі рэгенерацыі воску, што зніжае экалагічную нагрузку і сабекошт.

Якія стандарты якасці прымяняюцца да такіх адлівак?

У Расіі і краінах СНД асноўным стандартам з'яўляецца ДАСТ Р 53453-2009 (Адліўкі з каразійна-ўстойлівых, цеплатрывалых і гарачатрывалых сплаваў па выплаўляюцца мадэлям). Таксама шырока прымяняюцца міжнародныя стандарты ASTM A641 (для вугляродзістых сталей) і AMS (Aerospace Material Specifications) для авіякасмічнай галіны. Пры замове абавязкова паказвайце, якому стандарту павінны адпавядаць механічныя ўласцівасці і хімічны склад. Адсутнасць спасылкі на стандарт у дамове - прамы шлях да спрэчак аб якасці.

Заключэнне і наступныя крокі

Выраб ліцця па якія выплаўляюцца мадэлям застаецца незаменнай тэхналогіяй для стварэння высакаякасных металічных кампанентаў складана. ай формы. Нягледзячы на ​​ўяўную складанасць і працягласць працэсу, выніковая эканоміка праекта часта выйграе за кошт зніжэння адходаў матэрыялу і адмовы ад дарагой мехаапрацоўкі. Ключ да поспеху ляжыць у дэталёвым планаванні на этапе праектавання, правільным выбары матэрыялаў аснасткі і строгім кантролі кожнага кроку - ад воску да фінішнай тэрмаапрацоўкі.

Калі вы разглядаеце магчымасць укаранення гэтай тэхналогіі ў свой вытворчы цыкл або шукаеце надзейнага партнёра для аўтсорсінгу ліцця, важна правесці папярэдні аўдыт вашай канструктарскай дакументацыі. Нашы спецыялісты гатовы выканаць бясплатны аналіз чарцяжоў на прадмет тэхналагічнасці ліцця і разлічыць арыентыровачны кошт партыі. Мы працуем са сплавамі любой складанасці і гарантуем адпаведнасць патрабаванням ДАСТ, ISO і AMS.

Не адкладайце аптымізацыю вытворчасці на потым. Звяжыцеся з намі сёння, каб абмеркаваць ваш праект і атрымаць камерцыйную прапанову з падрабязнай спецыфікацыяй.Звяжыцеся з намі сённядля кансультацыі з вядучым інжынерам-тэхнолагам.