Модели для литья металлов: виды, материалы и руководство по выбору

Что такое форма в литье металлов?

В литейной промышленности модель представляет собой физическую копию конечного изделия, которое будет отлито. Металлическая модель определяет форму полости формы, в которую заливается расплавленный металл для получения нужной детали. Таким образом, конструкция и точность модели напрямую определяют точность, качество поверхности и качество конечного металлического отливка.

Как правило, формы, используемые при литье металлов, подразделяются на две основные категории в зависимости от срока службы:

1. Шаблоны многократного использования: Обычно используются при литье в песчаные и гипсовые формы. С помощью таких моделей можно изготовить несколько форм без их повреждения.
2. Шаблоны расходных материалов: Используется в литье по выплавляемым моделям (метод «выплавляемого воска») или в литье по пенопластовым моделям. Модель плавится, сгорает или испаряется до или во время процесса заливки металла.

12 типов форм, используемых при литье в песчаные формы

Выбор подходящего типа модели зависит от объема производства, размера отливки, сложности геометрии и метода формования. Ниже приведены 12 наиболее распространенных типов моделей для литья металлов, используемых на современных литейных предприятиях:

• 1. Цельная конструкция
• 2. Двухчастная (раздельная) выкройка
• 3. Выкройка из нескольких частей
• 4. Соответствие рисунку пластины
• 5. Узор с промежутками
• 6. Шаблон «Скелет»
• 7. Схема подметания
• 8. Выкройка отдельных деталей
• 9. Схема «Коуп и Драг»
• 10. Узор «ракушка»
• 11. Следуйте схеме доски
• 12. Сегментарный паттерн

1. Цельная конструкция

Цельная модель — это самый простой и недорогой тип литейной модели. Изготовленная без стыков и съемных секций, она обычно используется для простых форм, мелкосерийного производства или изготовления прототипов отливок. Поскольку вся модель помещается в одной формовочной коробке (обычно в нижней), она требует ровной разделительной поверхности, чтобы облегчить извлечение модели без повреждения песка.

2. Двухчастная (раздельная) выкройка

Если отливка имеет сложную геометрию или нестандартную линию разъема, предпочтительно использовать двухсекционную (разъемную) модель. Модель разделяется по горизонтали на две половины: верхняя часть помещается в верхнюю форму (cope), а нижняя — в нижнюю форму (drag). В поверхности разъема встроены установочные штифты, обеспечивающие точное совмещение обеих половин.

3. Выкройка из нескольких частей

Для изготовления особо сложных деталей, которые невозможно извлечь с помощью двухсекционной формы, используется многосекционная форма. Она состоит из трёх или более секций (например, верхней, средней и нижней). В трёхсекционных конструкциях средняя секция формуется внутри промежуточной рамы, называемой ящик для щек.

4. Соответствие рисунку пластины

В конструкции с парной формовой пластиной половинки верхней и нижней форм устанавливаются на противоположных сторонах центральной металлической или деревянной пластины. Такая конструкция оптимизирует процесс литья, снижает трудозатраты и обеспечивает превосходную точность размеров. Она широко применяется на автоматизированных литейных производствах с большими объемами выпуска, а также при литье мелких деталей из алюминия, латуни или чугуна.

5. Узор с промежутками

Модели с литниковой системой обеспечивают непосредственную интеграцию деталей формы с литником и системой литья. Благодаря автоматическому формированию каналов для потока металла во время песчаного формования расплавленный металл эффективно поступает в несколько полостей формы за один залив. Несмотря на более высокие начальные затраты на изготовление, модели с литниковой системой значительно повышают выход готовой продукции и эффективность массового производства.

6. Шаблон «Скелет»

Каркасная форма представляет собой деревянный или металлический каркас, состоящий из ребер, который используется для изготовления исключительно крупных и простых отливок (таких как большие трубы, клапаны или станины машин). Вместо изготовления цельной деревянной формы внутрь каркаса уплотняют песок или суглинок, а затем вручную выравнивают поверхность по контурам каркаса. Такая конструкция позволяет сократить затраты на материалы и значительно уменьшить вес формы.

7. Схема подметания

Форма для формовки представляет собой деревянную доску, имеющую нужный профиль, которая вращается вокруг центральной вертикальной оси. Проходя по уплотнённому песку, доска формирует вращательно-симметричную полость формы (например, для больших колоколов, цилиндров или круглых чаш). Это избавляет от необходимости использовать дорогостоящие полноразмерные массивные модели для изготовления крупных симметричных деталей.

8. Выкройка отдельных деталей

Модели с отдельными деталями разрабатываются для отливок с нависающими частями, выступами или подрезами, расположенными выше или ниже основной линии разъема. Выступающие детали свободно крепятся к основному корпусу с помощью штифтов. После извлечения основной модели из песка отдельные детали извлекаются по отдельности, что предотвращает разрушение стенок формы.

9. Схема «Коуп и Драг»

Подобно разъемным формам, формы типа «коуп-энд-драг» состоят из двух отдельных частей, установленных на отдельных формовочных пластинах. Формы «коуп» и «драг» могут изготавливаться одновременно на отдельных формовочных машинах независимыми бригадами. Этот метод незаменим при производстве тяжелых или серийных промышленных отливок.

10. Узор «ракушка»

Образцы для изготовления оболочек — это специальные металлические формы, используемые преимущественно в процессах формования оболочек или изготовления тонкостенных полых конструкций. Разделенные половинки образца устанавливаются на доски, нагреваются и покрываются песком, скрепленным смолой, для создания высокоточной и гладкой песчаной оболочковой формы.

11. Следуйте схеме доски

Опорная доска — это не сама форма, а деревянная доска с индивидуальной формой, используемая для поддержки конструктивно слабых или тонкостенных форм во время трамбовки. Она предотвращает изгиб, поломку или деформацию хрупких участков формы под механическим давлением песка при утрамбовке.

12. Сегментарный паттерн

Сегментный шаблон работает по принципу, аналогичному шаблону «свепа», но вместо полного вращения на 360 градусов в нём используется участок (сегмент) профиля. Сегмент пошагово поворачивается вокруг центральной оси для создания круглых или кольцеобразных конструкций (таких как заготовки зубчатых колёс и крупные фланцы).

Распространенные материалы для изготовления моделей для литья металлов

Правильный выбор материала для изготовления модели имеет решающее значение для обеспечения оптимального соотношения между сроком службы модели, стоимостью и допусками на размеры:

• Древесина (тик, красное дерево, сосна): Недорогая, легко поддается механической обработке, имеет небольшой вес; идеально подходит для мелкосерийного производства или изготовления прототипов.
• Металлы (алюминий, чугун, латунь): Высокая прочность, исключительная износостойкость, высокая стабильность размеров; предпочтительны для крупносерийного производства.
• Пластмассы и смолы (эпоксидные, полиуретановые): Устойчив к коррозии, легкий, с гладкой поверхностью; отличная альтернатива металлическим шаблонам.
• Шаблоны, напечатанные на 3D-принтере (PLA, ABS, смола): Быстрое выполнение заказов на оперативное прототипирование и изготовление изделий с крайне сложной индивидуальной геометрией.

Допуски на критические формы при проектировании литейных цехов

Размеры модели никогда не совпадают с размерами готового отливка. Инженеры-литейщики при изготовлении модели предусматривают определенные припуски с учетом поведения металла и процессов последующей обработки:

• Припуск на усадку: Учитывает объемное сжатие при охлаждении и затвердевании расплавленного металла.
• Допуск на конусность: Придаёт вертикальным стенкам форму, слегка сужающуюся к верху, что позволяет плавно извлечь изделие из формы, не повредив её стенки.
• Припуск на механическую обработку (чистовую): Позволяет увеличить толщину заготовок на поверхностях, которые планируется подвергнуть механической обработке на станках с ЧПУ или шлифованию после литья.
• Допустимое отклонение: Предполагается возникновение неравномерных термических напряжений при охлаждении тонких или асимметричных сечений.

Руководство по выбору узоров: как выбрать узор для вашего проекта

Заключение

Выбор оптимальной модели для литья металла напрямую влияет на затраты на инструментальное оснащение, скорость производства и точность деталей. Подбирая конструкцию и материал модели с учетом объема производства и геометрии детали, литейные предприятия могут свести к минимуму количество дефектов и снизить производственные затраты. Если вы разрабатываете металлическую деталь по индивидуальному заказу, проконсультируйтесь с нашей инженерной командой в METALPIE, чтобы оптимизировать конструкцию отливок и стратегию выбора моделей.