Васковае ліццё з алюмініевага сплаву 

Тэхналогія васковага ліцця з алюмініевага сплаву: поўны аналіз працэсу

Адзіным прамысловым спосабам, які дазваляе вырабляць дэталі складанай геаметрыі з шурпатасцю паверхні Ra 1,6-3,2 мкм без наступнай механічнай апрацоўкі адказных дэталяў, застаецца восковае ліццё з алюмініевага сплаву. У адрозненне ад ліцця ў пясок або кокс, гэтая тэхналогія пазбаўляе ад неабходнасці фармовачных стрыжняў для ўнутраных паражнін, так як мадэль проста выпараецца пад уздзеяннем высокай тэмпературы. Мы працуем з гэтым працэсам больш за 15 гадоў і можам сказаць, што калі ваша дэталь мае тонкія сценкі менш за 3 мм або складаныя ўнутраныя каналы астуджэння, традыцыйныя метады ліцця прывядуць да дэфектаў у 40% выпадкаў, а страчаная мадэль гарантуе цэласнасць канструкцыі.

Ключавая перавага метаду - магчымасць выкарыстання такіх сплаваў, як АК7ч (AlSi7Mg) і АК9ч (AlSi9Cu3), для стварэння кампанентаў, якія працуюць пад высокім ціскам. Дакладнасць памераў дасягае класа CT4-CT5 па ISO 8062-3, што дазваляе збіраць вузлы без рэгулявання. Аднак многія пакупнікі здзяйсняюць памылку, выбіраючы гэтую тэхналогію для простых кранштэйнаў або масіўных пліт - тут эканамічная эфектыўнасць падае з-за высокага кошту васковага абсталявання. Наша практыка паказвае, што рэнтабельнасць пачынаецца з партыі ў 50 штук для складаных дэталяў і ад 500 штук для элементаў сярэдняй складанасці.

Паэтапны тэхналагічны працэс вырабу ліцця

Працэс пачынаецца не з плаўлення металу, а са стварэння эталоннай майстар-мадэлі. Памылка на гэтым этапе фатальная: любое адхіленне ў геаметрыі формы будзе памнажацца на каэфіцыент ўсаджвання алюмінія (прыкладна 1,3% для сілумінаў). Мы выкарыстоўваем алюмініевыя або сталёвыя формы, вырабленыя на станках з ЧПУ з дакладнасцю 0,01 мм. Для масавай вытворчасці мы рэкамендуем выкарыстоўваць некалькі формаў, што зніжае кошт адной васковай мадэлі на 35%. Важна разумець: матэрыял майстар-мадэлі павінен мець каэфіцыент цеплавога пашырэння, максімальна блізкі да матэрыялу канчатковай адліўкі, каб кампенсаваць цеплавыя дэфармацыі.

1. Выраб васковых мадэляў.Расплаўлены воск уводзяць у форму пад ціскам 4–6 МПа. Тэмпература воску строга кантралюецца ў дыяпазоне 65-70°C; перагрэў прыводзіць да змены глейкасці і страты стабільнасці памераў. Пасля астывання мадэль здымаюць і візуальна правяраюць на дэфекты напаўнення. На гэтым этапе мы часта бачым дэфекты з-за няправільнай тэмпературы формы - паверхня воску становіцца цьмянай, што сігналізуе аб заўчасным застыванні.
2. Зборка гронак (дрэваў).Асобныя васковыя ўзоры прыварваюць да цэнтральнай сістэме варот з дапамогай нагрэтага інструмента. Геаметрыя литниковой сістэмы разлічваецца індывідуальна для кожнай дэталі: занадта вузкія каналы прывядуць да халодных спаяў, занадта шырокія - празмернага расходу металу і цяжкасцяў пры рэзцы. Для злучэння мы выкарыстоўваем спецыяльныя васковыя стрыжні, якія плавяцца пры той жа тэмпературы, што і сама мадэль. Парушэнне кута злучэння літнікаў больш чым на 5 градусаў стварае турбулентнасць патоку металу пры заліванні.
3. Ліццё керамічнай абалонкі.Кластар апускаюць у суспензію тугаплаўкага напаўняльніка (электракарунд або цыркону) і злучнага (этылсілікат або калоіднага кремнезема). Пасля кожнага пласта наносіцца пясок. Працэс паўтараюць 7-9 разоў да таўшчыні шкарлупіны 6-8 мм. Вельмі важна кантраляваць вільготнасць у памяшканні (не больш за 60%) і тэмпературу (20-22°C). Пры занадта хуткім высыханні пласта ўтворацца мікротрэшчыны, праз якія метал будзе прарывацца пры заліванні («прарыў»).
4. Абпальванне воску і абпальванне формы.Гатовыя формы змяшчаюць у аўтаклаў, дзе пара пад ціскам 0,3—0,5 МПа і тэмпературай 160—170 °С плавіцца і вымывае воск. Астатні след выдаляюць шляхам прокаливания ў печы пры тэмпературы 850-950°C на працягу 2-4 гадзін. Гэты крок мае вырашальнае значэнне: недастатковая тэмпература абпалу пакіне вугляродзістыя рэшткі, якія пры кантакце з расплаўленым алюмініем выклічуць сітаватасць газу. Мы патрабуем, каб форма выходзіла з печы непасрэдна перад заліваннем, падтрымліваючы тэмпературу не менш за 600°C.
5. Напаўненне і астуджэнне.Расплаўлены алюмініевы сплаў (тэмпература 720–740°С) заліваюць у форму пад дзеяннем цэнтрабежнай сілы або вакууму. Вакуумнае ліццё пераважней для адказных дэталяў, так як яно зніжае ўтрыманне вадароду ў метале. Час застывання залежыць ад масы мяшка: для дробных дэталяў - 10-15 хвілін, для буйных - да гадзіны. Хуткае астуджэнне вадой забаронена - гэта прывядзе да цеплавога ўдару і разбурэння керамічнай абалонкі разам з адліўкай.

Пасля астывання керамічная абалонка разбіваецца гідраўлічным молатам або виброагрегатом. Лібнічная сістэма аддзяляецца механічна (з дапамогай пілы) або з дапамогай электрычнай эрозіі, калі патрабуецца высокая дакладнасць. Заключная аперацыя - дробеструйная апрацоўка для выдалення рэшткаў керамікі і паляпшэння вонкавага выгляду паверхні. Памятайце: нават ідэальную адліўку можна забракаваць на этапе кантролю, калі не будзе захавана чысціня шыхты пры плаўленні.

Выбар алюмініевых сплаваў і іх уплыў на ўласцівасці вырабу

Не ўсе алюмініевыя сплавы аднолькава добра працуюць у працэсе ліцця па выплавляемым мадэлям. Выбар маркі вызначаецца ўмовамі эксплуатацыі гатовага вырабы. Найбольш распаўсюджаныя ў нашай практыцы сілумін - сплавы сістэмы Al-Si. Яны валодаюць выдатнай цякучасцю, што вельмі важна для запаўнення тонкіх зрэзаў васковых мадэляў.

Сплаў АК7ч (АЛ9 па ДАСТ 1583-93).Гэта эўтэктычны сплаў з утрыманнем крэмнію каля 7%. Ён ідэальна падыходзіць для герметычных карпусоў, частак помпаў і частак пад ціскам. Дзякуючы сваёй дробназярністай структуры пасля мадыфікацыі натрыем або стронцыем гэты сплаў праяўляе высокую пластычнасць і каразійную стойкасць. Аднак яго трываласць на разрыў абмежаваная 200-220 Мпа. Калі ваша дэталь падвяргаецца ўдарным нагрузкам, гэтага можа быць недастаткова.

Сплаў АК9ч (АК9пч).Змяшчае да 9% дабавак крэмнія і медзі. Наяўнасць медзі павышае трываласць да 250-280 Мпа, але зніжае каразійную ўстойлівасць і ўскладняе працэс ліцця з-за схільнасці да адукацыі гарачых расколін. Мы рэкамендуем гэты сплаў толькі для дэталяў, якія працуюць у сухім асяроддзі або абароненых фарбай. Пры адліўцы АК9ч неабходна строга кантраляваць хуткасць астуджэння: хуткае зацвярдзенне прыводзіць да адслойвання медзі і адукацыі далікатных фаз па межах зерняў.

Сплаў AK8ch (AL34).Універсальны сплаў з дадаткамі магнію і медзі. Ён спалучае добрую трываласць (да 240 Мпа) і здавальняючую цякучасць ліцця. Часта выкарыстоўваецца ў аўтамабільнай прамысловасці для падвесак і кампанентаў трансмісіі. Асаблівасцю гэтага сплаву з'яўляецца магчымасць загартоўкі тэрмічнай апрацоўкай (загартоўка + старэнне), якая павялічвае цвёрдасць да 90–100 НВ. Але майце на ўвазе: тэрмічная апрацоўка можа выклікаць коробление танкасценных дэталяў, таму праектуйце прыпускі на апрацоўку з улікам магчымых дэфармацый.

Пры замове адлівак абавязкова паказваеце неабходны клас трываласці і ўмовы эксплуатацыі. Выкарыстанне няправільнага сплаву з'яўляецца самай распаўсюджанай прычынай заўчаснага выхаду вырабы з ладу. Напрыклад, спроба выкарыстоўваць сплаў AK7ch для высоканагружанага рычага замест AK8ch прывядзе да выхаду з ладу пасля 50 000 цыклаў нагрузкі замест разлічаных 200 000.

Кантроль якасці і тыповыя дэфекты ліцця

Нават пры захаванні ўсёй тэхналогіі адліўка па мадэлям з абпаленага воску з алюмініевага сплаву мае пэўныя дэфекты. Разуменне іх прыроды дазваляе прадухіліць дэфекты на этапе праектавання. Асноўныя тыпы дэфектаў можна падзяліць на павярхоўныя і ўнутраныя.

Газавая сітаватасць.Ён выглядае як круглявыя паражніны ўнутры металу або на паверхні разлому. Прычына - насычэнне расплаву вадародам. Алюміній пры плаўленні актыўна паглынае вадарод, які вылучаецца пры крышталізацыі, утвараючы бурбалкі. Рашэнне: выкарыстанне рафінавання расплаву таблеткамі хлорсодержащих соляў або продувка інэртным газам (аргонам) перад заліўкай. Уводзім абавязковы кантроль за ўтрыманнем вадароду экспрэс-метадам (праверка на шчыльнасць) перад кожнай плаўкай.

Халодныя спаі.Лініі або швы на паверхні адліўкі, дзе дзве плыні металу сустракаюцца, але не зліваюцца. Яны ўзнікаюць, калі тэмпература формы або металу нізкая, або калі заліванне ідзе занадта павольна. Візуальна яны нагадваюць расколіны, але не раскрываюцца пры механічным уздзеянні. Барацьба з імі патрабуе павелічэння тэмпературы залівання да 740-750 °C або аптымізацыі канструкцыі литниковой сістэмы для паскарэння запаўнення.

Ўсаджванне абалонак.Схаваныя пустэчы ў месцах канцэнтрацыі масы (стыкі рэбраў). Яны ўтвараюцца з-за парушэння кірунку крышталізацыі. Метал дубянее нераўнамерна, а вадкая фаза ў цэнтры не атрымлівае харчавання ад варот. Змагацца з гэтым можна толькі правільна размясціўшы халадзільнікі ў форме і змяніўшы геаметрыю дэталі (дадаўшы тэхналагічныя выступы для выраўноўвання таўшчыні сценак).

Керамічныя ўключэнні.Часціцы абалонкі, захопленыя металам. Узнікае пры разбурэнні формы падчас залівання або з-за дрэннага счаплення слаёў абалонкі. Такія дэфекты надзвычай небяспечныя, так як дзейнічаюць як канцэнтратары напружання. Мы выкарыстоўваем шматслаёвую сістэму з армавальнай сеткай у першых пластах і фінішнымі пластамі з чыстага цыркону, каб прадухіліць кантакт расплаву з пяском.

Для выяўлення ўнутраных дэфектаў крытычных партый у нашым аддзеле кантролю якасці выкарыстоўваецца рэнтгенаграфічны кантроль (ДАСТ Р 50.05.01). Для кожнай партыі адлівак мы праводзім спектральны аналіз хімічнага складу і механічныя выпрабаванні сведкавых узораў, адлітых разам з асноўнай партыяй. Гэта дазваляе гарантаваць адпаведнасць заяўленым характарыстыках.

Эканамічнасць і тэрміны вытворчасці

Многія патэнцыйныя кліенты памылкова лічаць, што васковае ліццё з алюмініевага сплаву заўсёды даражэй іншых спосабаў. Гэта справядліва толькі для масавай вытворчасці простых дэталяў. Для складаных кампанентаў з высокай дабаўленай вартасцю гэтая тэхналогія часта выйграе ад скарачэння механічнай апрацоўкі.

Разгледзім прыклад: выраб картэра рэдуктара са складанымі ўнутранымі каналамі. Ліццё ў пясок запатрабуе вырабу 4-5 металічных стрыжняў, зборкі формы, а пасля адліўкі - выдалення стрыжняў і глыбокай апрацоўкі каналаў. Кошт апрацоўкі можа складаць да 60% ад кошту гатовай дэталі. Пры выкарыстанні страчанай мадэлі каналы фармуюцца адразу, а прыпуск на апрацоўку мінімальны (1-2 мм замест 4-5 мм). Эканомія на металаапрацоўцы пакрывае выдаткі на воск і кераміку нават пры партыі ў 100 штук.

Тэрмін вытворчасці першай партыі (прататыпа) звычайна складае 15-20 рабочых дзён. З іх 5–7 дзён адводзіцца на распрацоўку 3D-мадэлі і выраб майстар-мадэлі на ЧПУ, 3–4 дні – на стварэнне доследнай васковай формы, 5–7 дзён – на правядзенне пробнай плаўкі і атрыманне адлівак. Для серыйнай вытворчасці цыкл скарачаецца да 7-10 дзён, бо асноўнае абсталяванне ўжо гатова. Мы рэкамендуем выдзеліць дадатковы буфер у 3–5 дзён на транспартную лагістыку і мытнае афармленне экспартных паставак.

Важным фактарам кошту з'яўляецца вага литниковой сістэмы. У некаторых выпадках вага варот перавышае вагу карыснага адліўкі ў 2-3 разы. Кластарная аптымізацыя дазваляе знізіць металаёмістасць на 15–20%, што напрамую ўплывае на кошт кілаграма гатовай прадукцыі. Нашы інжынеры выкарыстоўваюць праграмнае забеспячэнне для мадэлявання запаўнення формы (Magmasoft або ProCAST), каб мінімізаваць аб'ём літніка перад фізічным вырабам васковых мадэляў.

Прымяненне ў розных галінах прамысловасці

Тэхналогія знайшла шырокае прымяненне там, дзе надзейнасць і дакладнасць важней кошту кілаграма металу. У авіяцыйнай прамысловасці карпусы прыбораў, элементы сістэм кіравання і кранштэйны рухавікоў вырабляюць з алюмініевых сплаваў з выкарыстаннем васковых мадэляў. Патрабаванні да такіх дэталяў рэгламентуюцца стандартамі серыі ASTM B26 або расійскім ДАСТ Р 53472. Тут недапушчальная нават мікраскапічная сітаватасць, таму кожная партыя праходзіць 100% рэнтгеналагічны кантроль.

У аўтамабільнай прамысловасці метад выкарыстоўваецца для вытворчасці кампанентаў турбакампрэсараў, впускных калектараў і дэталяў падвескі прэміум-класа. Прыклад: впускной калектар складанай формы, аптымізаваны для ламінарным патоку паветра. Ліццё пад ціскам не дазволіць зрабіць гэту геаметрыю без раздзяляльных ліній формы ўнутры канала, што пагоршыла б аэрадынаміку. Страчаная мадэль дае маналітную структуру з гладкімі сценкамі, павялічваючы ККД рухавіка на 2–3%.

Харчовая і фармацэўтычная прамысловасць таксама актыўна выкарыстоўваюць гэтыя адліўкі для помпаў і клапанаў. Гладкая паверхня (Ra< 1,6 мкм пасля паліроўкі) прадухіляе назапашванне бактэрый і палягчае чыстку. Сплавы тыпу АК7ч, якія не змяшчаюць таксічных элементаў (свінец, кадмій), сертыфікаваны для кантакту з харчовымі прадуктамі. Мы пастаўляем такія кампаненты вытворцам абсталявання для разліву напояў, дзе патрабаванні да гігіены асабліва строгія.

Асаблівую ўвагу трэба звярнуць на энергетыку і нафтахімію, дзе патрабаванні да абсталявання найбольш жорсткія. Гэта галіны, у якіх працуе кампанія.Wuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equipment Co., Ltd., якая спецыялізуецца на распрацоўцы і вытворчасці высоканагружаных сістэм, такіх як тытанавыя кожухотрубчатыя цеплаабменнікі, блокі ASME і паветраахаладжальнікі. Нягледзячы на ​​тое, што асноўнымі матэрыяламі для іх прадукцыі часта з'яўляюцца нержавеючая сталь (316, 321), марская латунь C46400, медна-нікелевыя сплавы C70600 або нікелевыя сплавы N06625, прынцыпы дакладнага вытворчасці і кантролю якасці, якія выкарыстоўваюцца ў ліцці па выплавляемым мадэлям, з'яўляюцца асновай для стварэння надзейных трубных лістоў і складаных вузлоў цеплаабменнага абсталявання. Прадукцыя Wuxi Kaisheng, сертыфікаваная па стандартах PED і ASME, дэманструе высокую ўстойлівасць да карозіі і здольнасць працаваць пры экстрэмальных цісках і тэмпературах, што вельмі важна для нафтаперапрацоўкі, апраснення марской вады і суднабудавання. Сінэргія перадавых ліцейных тэхналогій і вопыту вытворчасці энергетычнага абсталявання дазваляе нам ствараць індывідуальныя рашэнні, якія забяспечваюць стабільную працу прамысловых аб'ектаў па ўсім свеце.

Адзін з нашых кліентаў, вытворца медыцынскіх вырабаў, сутыкнуўся з праблемай вібрацыі ў трымальніку модуля датчыка. Дэталь, вырабленая фрэзераваннем з суцэльнага кавалка, валодала анізатрапіяй уласцівасцяў і рэзанавала на пэўных частотах. Пераход на ліццё па выплавляемым мадэлям дазволіў змяніць унутраную зярністую структуру і дадаць дэмпфуючыя рэбры калянасці, якія было б немагчыма апрацаваць эканамічна. У выніку ўзровень вібрацыі знізіўся на 40%, што падоўжыла тэрмін службы датчыка.

Часта задаюць пытанні

Якая максімальная вага адной адліўкі?

Тэхналагічна магчыма адліваць дэталі вагой да 50-70 кг, але эканамічна мэтазгодная мяжа - 10-15 кг. З павелічэннем масы рэзка ўзрастае рызыка з'яўлення усаджвальных дэфектаў і патрабуецца больш магутнае абсталяванне для плаўлення і залівання. Для цяжкіх агрэгатаў мы часта прапануем камбінаваны варыянт: асноўныя сілавыя элементы звараныя з некалькіх дробных адлівак.

Ці можна атрымаць каляровую адліўку прама з печы?

Не. Колер алюмініевага ліцця пасля ліцця серабрыста-шэры з магчымым жаўтлявым адценнем з-за аксідаў. Дэкаратыўнае пакрыццё (анадаванне, парашковая афарбоўка) наносіцца толькі пасля механічнай ачысткі і абястлушчвання. Адліўка з абпаленага воску з алюмініевага сплаву забяспечвае выдатную аснову для анадавання дзякуючы высокай якасці паверхні, але сам працэс адліўкі не змяняе колер металу.

Які мінімальны заказ (MOQ) вы прымаеце?

Для новых праектаў, звязаных з вытворчасцю унікальнай формы, мінімальная колькасць звычайна складае 50 штук. Гэта звязана з абясцэньваннем кошту абсталявання. Калі ў вас ужо ёсць гатовая васковая мадэль або форма, мы гатовы выканаць заказ ад 10 штук, але кошт адзінкі прадукцыі будзе значна вышэй за кошт накладных выдаткаў на пераабсталяванне лініі.

Вы даяце сертыфікаты на матэрыялы?

Так, да кожнай партыі адлівак мы прыкладаем сертыфікат якасці з вынікамі спектральнага аналізу і механічных выпрабаванняў. Пры неабходнасці магчыма правядзенне незалежнай экспертызы ў акрэдытаваных лабараторыях. Усе нашы вытворчыя працэсы сертыфікаваны па стандарту ISO 9001, што забяспечвае адсочванне кожнага нагрэву ад партыі да гатовага прадукту.

Выснова і наступныя крокі

Васковае ліццё з алюмініевага сплаву - гэта не проста спосаб атрымання нарыхтоўкі, гэта інструмент аптымізацыі тэхнікі. Яна дазваляе аб'яднаць некалькі дэталяў у адну, паменшыць вага канструкцыі за кошт тонкіх сценак і пазбавіцца ад дарагой механічнай апрацоўкі. Аднак поспех праекта залежыць ад правільнай ацэнкі тэхналагічнасці канструкцыі на самай ранняй стадыі.

Калі вы плануеце перайсці на гэтую тэхналогію або шукаеце надзейнага партнёра для існуючых праектаў, не адкладайце праверку сваёй праектнай дакументацыі. Нашы інжынеры гатовыя правесці бясплатны аналіз чарцяжоў і прапанаваць варыянты аптымізацыі адліўкі, якія зэканомяць ваш бюджэт у доўгатэрміновай перспектыве.

Звяжыцеся з намі сёння, каб абмеркаваць ваш праект. Дашліце нам 3D-мадэль або малюнак, і на працягу 24 гадзін вы атрымаеце папярэднюю ацэнку кошту і тэрмінаў вырабу. Мы працуем са стандартамі ДАСТ, DIN і ASTM, гарантуючы якасць, прызнаную на сусветным рынку.

Даведайцеся больш пра нашы магчымасці ў раздзелепаслугі па ліцці алюмініяабо вывучыце прыклады выкананых работ у нашым партфоліо.