Литьевая модельная оснастка для литья металлов

Литьевая модельная оснастка — это специальный комплект приспособлений и инструментов, с помощью которых в литейной форме создается полость, в точности повторяющая контуры будущей металлической детали. Расплавленный металл заливается не в саму оснастку, а в форму, отпечаток в которой был сделан с помощью этой оснастки.

Состав модельного комплекта

Для создания полноценной отливки особенно сложной формы с внутренними отверстиями одной детали недостаточно. В стандартный комплект входят:

• Литейная модель. Главный элемент, копирующий наружную форму будущей детали.
• Стержневой ящик. Форма для изготовления песчаных *стержней*. Стержни вставляются в готовую литейную форму перед заливкой металла, чтобы сформировать внутренние полости, отверстия и каналы, куда металл затекать не должен.
• Модельные плиты. Металлические или деревянные основания, на которых жестко закрепляются модели и элементы литниковой системы для машинной формовки
• Элементы литниковой системы. Модели каналов, по которым жидкий металл будет поступать в рабочую полость формы и компенсировать усадку при остывании.

Особенности технологии

Модель никогда не является точной 1:1 копией чертежа готовой детали. При проектировании оснастки технологи учитывают ряд критических факторов:

• Линейная усадка. Металл при остывании сжимается. Поэтому модель всегда делают немного больше готовой детали. Для стали усадка составляет около 2%, для чугуна ~1%.
• Припуски на механическую обработку. Литье редко дает идеальную поверхность. Там, где деталь потом будет фрезероваться или растачиваться, на модели закладывается дополнительный слой металла.
• Формовочные уклоны. Стенки модели не делают строго вертикальными. Им придают уклон в несколько градусов, чтобы модель можно было легко извлечь из утрамбованного песка, не обрушив края формы.

Производство модельной оснастки

Сегодня производство оснастки — это высокотехнологичный процесс, объединяющий CAD-моделирование и современные станки.

Этап 1

3D-проектирование и симуляция. Инженер-литейщик берет чертеж детали и создает ее 3D-модель, добавляя уклоны, припуски и усадку. Затем в специализированных CAE-программах симулируется процесс заливки сплава: как течет металл, где могут возникнуть поры, раковины или недоливы. На основе этого рассчитывается литниковая система.

Этап 2

Выбор материала. Материал зависит от серийности производства:

• Дерево (фанера, МДФ): Дешево, легко обрабатывается. Применяется для единичного и мелкосерийного литья. Быстро изнашивается и боится влаги.
• Модельные пластики (полиуретановые смолы): Оптимальный баланс. Легче металла, но очень износостойкие. Отлично фрезеруются, не впитывают влагу. Используются для средних и крупных серий.
• Металл (алюминиевые сплавы, чугун, сталь): Самая дорогая, но «вечная» оснастка для массового производства. Выдерживает сотни тысяч формовок на автоматических линиях.
• Пенополистирол: Используется для специфической технологии ЛГМ, где модель не извлекается из песка, а выжигается самим расплавленным металлом.

 Этап 3

Изготовление:

• Фрезерование на станках с ЧПУ – Самый частый метод. В станок загружается программа, написанная на основе 3D-модели, и фреза с высокой точностью вырезает из цельного блока дерева, пластика или алюминия нужную модель или стержневой ящик.
• Аддитивные технологии (3D-печать). Все чаще сложную оснастку печатают из износостойких полимеров. Также активно применяется прямая печать песчаных форм и стержней на 3D-принтерах, что позволяет вообще отказаться от изготовления классической модельной оснастки для опытных образцов.

Этап 4

Финишная обработка и сборка. Поверхность полученной модели тщательно шлифуется. Любая шероховатость на модели усложнит ее извлечение из песка. Деревянные и пластиковые модели покрывают специальными модельными эмалями и лаками для защиты от влаги и истирания о песчаную смесь.