Вы, возможно, слышали о традиционном процессе литья в песчаные формы, когда расплавленный материал заливается в форму и застывает в форме. Однако конечный продукт часто не сразу соответствует точным требованиям — для достижения нужных размеров и качества поверхности выполняется ряд операций по обработке.
Формование ракушек — это усовершенствованный подход к литью, который решает эти проблемы. Вместо того, чтобы полагаться на рыхлый песок, он создает тонкую и твердую оболочку из песка и термореактивной смолы. Эта оболочка обеспечивает превосходную размерную точность и гладкую поверхность, снижая необходимость в дополнительной обработке.
В данной статье рассматривается процесс литья под давлением, наиболее подходящие для него материалы и его многочисленные области применения в различных отраслях промышленности.
Что такое оболочковое формование?
Известно также формование оболочек. Кронинг процесс, в честь его изобретателя, Йоханнеса Кронинга – немецкого инженера, посвятившего свою жизнь разработке литейных технологий и машин. Открытие литья в оболочковые формы было одним из его главных нововведений, которое проложило путь к более точному изготовлению деталей.
Литье оболочки является расходным материалом техника литья под давлением в котором в качестве формы используется тонкостенная оболочка из песка и термореактивной смолы. Эта оболочка, в отличие от традиционных песчаных форм, прочная и скреплена смолой. Это обеспечивает превосходную точность размеров и гладкую поверхность.
Процесс формования оболочки: шаг за шагом
Процесс литья в оболочковую форму немного длиннее процесса литья в песчаные формы, поскольку он включает ряд подготовительных этапов. Вот как работает этот процесс:
Шаг I: Обработка металлического шаблона
Для литья вам нужна металлическая модель, которая учитывает усадку и допуск на механическую обработку. Обычно производители делают ее путем механической обработки и из двух половин. Железо и сталь являются обычными. Однако графит также является вариантом для реактивных металлов.
Шаг II: Изготовление формы
Это самый важный процесс в путешествии, которое начинается с нагрева металлической модели до 230–340ºC (450–650ºF). Затем техники смазывают ее стеаратом кальция, чтобы песчаная оболочка не прилипала к ней.
Вся модель подвешивается над ящиком для отходов, содержащим смесь мелкого кварцевого песка и термореактивной фенольной смолы. Этот ящик переворачивается, чтобы покрыть горячую модель смесью песка и смолы. Тепло от модели слегка затвердевает слой смеси, образуя прочную оболочку толщиной около 9–20 мм.
Через несколько секунд они снова переворачивают шаблон и коробку, чтобы выпустить весь свободный, незатвердевший песок. Это оставляет только затвердевшую оболочку, прилипшую к шаблону. Наконец, оболочка помещается в печь для полного отверждения. Здесь она достигает своей прочности на разрыв (от 350 до 450 фунтов на квадратный дюйм). Нам нужна оболочка из двух частей, поэтому тот же процесс изготовления формы повторяется для другой половины.
Шаг III: Сборка формы
После изготовления обеих полок начинается их сборка. Соединение возможно двумя способами: зажимом или склеиванием.
Шаг IV: Процесс заливки
Для дополнительной поддержки оболочки техники могут поместить ее в заливочный кожух или окружить песком, гравием или металлической дробью. Затем они заливают расплавленный металл в полость формы. Это можно сделать вручную или с помощью машины.
Шаг V: Охлаждение и снятие отливки
Металл остывает естественным образом. После затвердевания рабочие могут открыть или сломать форму, чтобы извлечь отлитую часть. Затем отливка очищается или обрабатывается в соответствии с требованиями к отделке.
Материалы, совместимые с формовкой оболочек
Литье в оболочковые формы можно использовать для большинства типов металлов, чистых и сплавов, как черных, так и цветных.
Чугун
Чугун когда-то был самым литейным металлом из-за своих механических свойств. Тем не менее, его использование в промышленности преобладает. Для этого литья популярны чугун с шаровидным графитом, белый чугун, ковкий чугун и легированные чугуны.
стали
Стальные отливки известны своей высокой прочностью на разрыв и ударной вязкостью. Лучшими вариантами стали являются:
- Углеродистая сталь: Он поддается механической обработке и износоустойчив при меньшем процентном содержании легирующих элементов. Однако он более подвержен коррозии по сравнению с другими типами стали.
- Сплав стали: Эти стали содержат дополнительные легирующие элементы для повышения прочности и твердости. Подходящие марки для литья включают 45Mn и 40Cr.
- Нержавеющая сталь: Благодаря высокому содержанию хрома (около 10.5%) нержавеющая сталь устойчива к коррозии и долговечна. Однако она может быть хрупкой, а ее прочность не так хороша, как у углеродистой стали.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы подходят для легких конструкций, например, в аэрокосмической отрасли. ASTM A356 и ASTM 360 — распространенные алюминиевые сплавы для литья под давлением.
Медные сплавы
Медь — пластичный материал с отличной проводимостью и коррозионной стойкостью. Таким образом, вариант использования — это приложения, требующие этих свойств, например, электрические компоненты. Однако медные сплавы дороги и обладают меньшей прочностью, чем сталь.
Преимущества оболочкового формования
Литье в оболочковые формы пользуется популярностью благодаря лучшим допускам, качеству поверхности и универсальности материалов.
Вот список преимуществ, которые может предложить процесс литья:
- Лучшая точность размеров: Изделия из оболочкового литья обладают превосходной точностью размеров. Это достигается за счет тонкого слоя отвержденной оболочки, которая сохраняет форму под воздействием тепла и давления. Для деталей среднего размера можно достичь допусков до ±0.25 мм.
- Хорошее качество поверхности: В отличие от литья в песчаные формы, расплавленный металл контактирует с сухой закрытой оболочкой, поверхность которой гладкая и непористая. Это приводит к меньшим поверхностным деформациям и большой поверхности, в идеале до 2.5 мкм
- Короткие сроки выполнения заказа: После изготовления оболочковой формы вы можете использовать ее повторно с постоянными результатами. Это не только сокращает время выполнения заказа, но и делает процесс экономичным для более крупных производственных партий одного и того же блока.
- Снижение уровня газовых дефектов: В этом процессе используется более высокое содержание связующего, чем в других методах. Тем не менее, тонкостенные полые сердечники создают естественные пути вентиляции. Улучшенная проницаемость более грубого песка в оболочковой форме помогает устранить скопление газа, что приводит к получению более качественных отливок.
- Возможность автоматизации: Процесс литья оболочек можно легко автоматизировать, что делает его пригодным для крупносерийного производства. Существуют машины, которые могут выполнять все основные задачи: нагрев металлических моделей, формирование оболочек и сборку.
- Универсальная материальная поддержка: Как черные, так и цветные металлы могут быть отлиты методом литья в оболочковую форму. Это делает его применение универсальным для разных материалов.
Ограничения оболочкового формования
Некоторые недостатки литья в оболочковые формы включают в себя:
- Ограниченная грузоподъемность: Оболочковая формовка может поддерживать только детали из материала среднего размера и ограниченного веса из-за своей тонкостенной структуры. Она может обрабатывать детали весом от 30 г до 10 кг (25 фунтов).
- Дорогая смола: Термореактивная фенольная смола, используемая при литье под давлением, стоит дороже, чем связующие вещества, используемые при традиционном литье в песчаные формы.
- Высокая стоимость оборудования: Процесс также требует отдельной установки для нагрева и отверждения, что увеличивает стоимость. Плюс, если вы переходите на автоматизированную версию, капитальные затраты еще выше.
Применение литья в оболочковые формы
Литье в оболочку очень эффективно для копирования металлических деталей с размерной точностью за короткое время. Таким образом, изделия, изготовленные методом литья в оболочку, охватывают множество отраслей промышленности, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, энергетику, медицину и т. д.
Наличие смол увеличивает гладкость поверхности, что исключает необходимость в обширной постобработке. Впоследствии требуется меньше труда и времени, что снижает общую стоимость производства. По этим причинам производители предпочитают метод формования оболочек для производства мелких и средних металлических деталей
В таблице ниже приведены конкретные области применения оболочкового формования в различных отраслях промышленности;
| Промышленность | Области применения |
| Автомобильная | Блоки двигателей, головки цилиндров, распредвалы, коленчатые валы, корпуса трансмиссии |
| Аэрокосмическая индустрия | Турбинные лопатки, корпуса редукторов |
| Промышленное оборудование | Шестерни, клапаны, корпуса насосов, рычаги |
| Электротехническое оборудование | Корпуса и компоненты для электрических систем |
| Нефть и газ | Корпуса клапанов, индивидуальные прецизионные компоненты |
Оболочковая формовка против других процессов литья
Формовка — это более широкая технология, которая относится к формованию материала путем его расплавления и затвердевания в пресс-форме или литейной форме, литье в оболочковую форму — одна из них. Помимо этого, существуют и другие тесно связанные технологии, такие как литье в пескоструйную обработку, литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.
Оболочковая формовка против литья в песчаные формы
Литье в песчаные формы и формование оболочек являются методами литья в песчаные формы. Однако процесс создания формы отличается. При литье в песчаные формы весь уплотненный песок сам по себе выступает в качестве формы. В то время как при формовании оболочек в качестве формы используется тонкая оболочка из песка и связующего вещества из смолы.
Песчаные формы рыхлые, и вероятность дефектов поверхности и неточностей размеров выше. Напротив, одноразовые формы тонкие и твердые, а изделия, отлитые в оболочке, имеют лучшую отделку.
Оболочковая формовка против литья по выплавляемым моделям
Литье использует другой подход к литью, нежели оболочковое формование. Для каждой отливки используется восковая модель. Эти восковые модели собираются в древовидную структуру (восковой литник), покрываются керамической суспензией, а затем расплавляются, оставляя полость формы.
Итак, и модель, и материалы формы различаются. Оболочковые формы обычно металлические. В то время как в литье по выплавляемым моделям они имеют восковую основу. В литье по выплавляемым моделям используется песчаная форма, а в литье по выплавляемым моделям используется рефракционная керамика.
Хотя оболочковое литье обеспечивает более высокую чистоту поверхности, качество отделки литых изделий при литье по выплавляемым моделям значительно выше и достигает 1.3 мкм.
Оболочковая формовка против литья под давлением
Литье под давлением и литье под давлением — это методы литья металла, но основное различие заключается в форме. Литье под давлением использует постоянную металлическую форму или штамп и применяет высокое давление для впрыска расплавленного металла в полость формы. В то время как литье под давлением использует одноразовую форму из песка + смолы.
В отличие от литья под давлением, литье под давлением не требует высокого давления; вместо этого оно полагается на прочность оболочки, связанной смолой, для достижения точности. Кроме того, литье под давлением работает только для металлов с низкой температурой плавления и деталей с простой геометрией.
Оболочковая формовка против литья под давлением
литье под давлением — еще одна точная техника формовки; однако она в первую очередь фокусируется на копировании пластиковых изделий. В этом процессе расплавленный пластик впрыскивается в металлическую форму под высоким давлением, где он охлаждается и затвердевает в конечной форме.
Итак, основное различие между оболочечным и литьевым формованием заключается в их целевых материалах и подходе к литью. Процесс оболочечного формования включает заливку расплавленного металла в песчаную (расходную) форму. В то время как литье под давлением вращается вокруг впрыска пластмасс в твердую (нерасходную) форму.
Доверьте RapidDirect решение ваших задач по кастингу
Вы работаете над деталью или прототипом, требующим литья металла или формовки пластика? Позвольте RapidDirect заняться этим. Мы предлагаем полный спектр услуг по литью металла и пластика услуги литья под давлением для удовлетворения разнообразных требований проекта.
Для литья металла рассмотрите наши точные услуги литья под давлением, сертифицированные по стандарту ISO 9001:2015. Для пластмасс мы предлагаем как литье под давлением, так и литье со вставкой. Наши изделия проходят проверку качества с помощью строгих проверок на каждом этапе — от подготовки к производству до конечного продукта.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы связаться с нашими экспертами и воплотить ваш проект в жизнь с точностью и качеством!
