ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ (ОБОЛОЧКОВОЕ ЛИТЬЕ) 

Оболочковое литье подходит для крупносерийного производства мелких и средних высокоточных деталей из высокопрочного чугуна, стали и алюминиевых сплавов, включая серийное производство прецизионных корпусов клапанов и корпусов редукторов из высокопрочного чугуна марок QT400-18 и QT600-3. Точность размеров и качество поверхности отливок, полученных по этому процессу, значительно превосходят отливки, изготовленные с использованием глинистого песка и обычного холодно-твердеющего смоляного песка.

Принцип формирования оболочки

Покрытый песок производится с использованием твёрдой фенольной смолы, предварительно нанесённой на зёрна песка. Когда сухой покрытый песок соприкасается с горячей металлической оснасткой при температуре 180–250 °C, поверхностная смола плавится и вступает в реакцию сшивания под действием отвердителя, образуя твёрдую, неплавкую и нерастворимую тонкую песчаную оболочку. Непрогретый сыпучий песок может быть регенерирован и использован повторно. Во время заливки тонкая оболочка нагревается, смола выгорает и разлагается, а форма самопроизвольно разрушается, что обеспечивает лёгкую выбивку и очистку отливок.

Рецептура сырья для покрытого песка, специально предназначенного для оболочкового литья

Основной песок: окатанный мытый кварцевый песок с содержанием глины ≤ 0,3%; для стальных отливок применяется цирконовый песок или хромитовый песок для предотвращения дефектов расширения.

Связующее: термопластичная фенольная смола, добавляемая в количестве 1,0–3,0% от массы песка (специально для оболочкового литья).

Отвердитель: гексаметилентетрамин (ГМТА), добавляемый в количестве 10–15% от массы смолы.

Смазка: стеарат кальция для улучшения текучести песка и предотвращения прилипания к оснастке.

Функциональные добавки: добавки с низким газовыделением и противонауглероживающие добавки, добавляемые в следовых количествах по мере необходимости.

Ключевое различие: холодно-твердеющий смоляной песок смешивается непосредственно на месте (основной песок + жидкая смола + отвердитель смешиваются непосредственно перед использованием). Покрытый песок для оболочкового литья — это фабрично изготовленный сухой песок; на месте требуется только нагрев для формования, без смешивания смолы на площадке.

1 Подготовка металлической оснастки

Прецизионно обработанные разъёмные формы из стали или алюминиевого сплава оснащаются встроенными нагревательными каналами для поддержания постоянной температуры 180–250 °C. Точность оснастки напрямую определяет размерные допуски отливок, с заранее учтёнными усадкой и припусками на механическую обработку.

2 Нанесение песка и формование оболочки

Переворачивание бункера для полного покрытия поверхности горячей металлической оснастки покрытым песком.

Выдержка в течение 60–120 секунд для отверждения поверхностного слоя песка на оснастке и формирования равномерной тонкой оболочки.

Переворачивание оснастки и высыпание непрогретого сыпучего покрытого песка для полной рециркуляции, с сохранением только затвердевшей песчаной оболочки, прикреплённой к поверхности оснастки.

3 Вторичное полное отверждение

Тонкие песчаные оболочки направляются в печь для дополнительного нагрева для завершения сшивки смолы, устранения внутренних напряжений, предотвращения отслаивания и растрескивания во время заливки и повышения общей прочности в сухом состоянии.

4 Снятие оболочек, сборка формы и армирование

Снятие затвердевших песчаных оболочек с оснастки для получения верхней и нижней половин оболочки. Выравнивание, склеивание и фиксация двух половин. Для отливок с относительно толстыми стенками оболочковая форма помещается в опоку и заполняется поддерживающим наполнителем для предотвращения расширения и деформации оболочки во время заливки.

5 Плавка и заливка

Расплавленный чугун, сталь и алюминиевый сплав заливаются равномерно при заданных технологических температурах. Плотная и гладкая полость оболочковой формы характеризуется контролируемым газовыделением, что значительно снижает дефекты, включая газовые раковины, пригар и проникновение металла.

6 Охлаждение, выбивка и очистка

После полного охлаждения отливок смоляная плёнка теряет прочность сцепления из-за карбонизации при высокой температуре, и песчаная оболочка самопроизвольно разрушается. Отливки могут быть отделены с помощью вибрации. После дробеструйной обработки на поверхностях остаётся лишь небольшое количество остаточного песка, что требует минимального припуска на механическую обработку.

7 Регенерация отработанного песка

Отработанный песок покрыт остатками карбонизированной смолы, которые должны быть удалены путём высокотемпературного обжига при температуре выше 700 °C для регенерации. Регенерированный песок обеспечивает стабильные характеристики, однако энергопотребление и капитальные затраты на регенерацию выше, чем для глинистого песка.

Ключевые различия: оболочковое литьё против обычного холодно-твердеющего смоляного песка

Механизм отверждения:

Оболочковое литьё: термическое отверждение; быстрое формование в течение нескольких секунд-минут с использованием горячих металлических форм.

Холодно-твердеющий смоляной песок: химическое самоотверждение при окружающей среде; отверждение при комнатной температуре с катализаторами, цикл формования занимает десятки минут.

Форма:

Оболочковое литьё: тонкая полая песчаная оболочка толщиной 6–20 мм, чрезвычайно низкий расход песка.

Холодно-твердеющий смоляной песок: цельная тяжёлая форма с большим расходом песка.

Оснастка:

Оболочковое литьё: высокоточные нагреваемые металлические формы с высокими капитальными затратами.

Холодно-твердеющий смоляной песок: деревянные или металлические формы приемлемы, нагрев не требуется.

Производственная применимость:

Оболочковое литьё: автоматизированные линии для серийного производства мелких и средних точных деталей.

Холодно-твердеющий смоляной песок: единичное и мелкосерийное производство крупных толстостенных отливок.

Точность поверхности:

Оболочковое литьё: класс допуска CT7–CT9, шероховатость поверхности Ra6,3–12,5 мкм, чёткое формирование тонкостенных сложных внутренних полостей.

Холодно-твердеющий смоляной песок: класс допуска CT9–CT11, качество поверхности уступает оболочковому литью.

Преимущества оболочкового литья

1 Высокая точность размеров и отличное качество поверхности значительно сокращают припуски на механическую обработку и снижают затраты на обработку.

2  Сухой песок не содержит влаги, что сводит к минимуму дефекты газовых раковин в полости формы, что идеально подходит для прецизионных деталей, таких как корпуса гидравлических клапанов и каналы для жидкостей.

3 Отличная выбиваемость песчаных оболочек исключает прилипание песка и засорение в сложных глубоких отверстиях и мелких внутренних полостях, значительно повышая эффективность очистки.

4 Высокая скорость формования: каждый цикл занимает всего несколько минут, что совместимо с автоматизированным серийным производством.

5 Затвердевшие песчаные оболочки могут храниться в течение длительного времени без поглощения влаги или деформации, что обеспечивает гибкость производственного планирования.

Ограничения процесса

1 Общая стоимость покрытого песка и нагреваемых металлических форм значительно выше, чем для глинистого песка и холодно-твердеющего смоляного песка.

2Ограниченная структурная прочность песчаных оболочек делает процесс непригодным для тяжёлых отливок с толщиной стенок более 50 мм.

3 Во время высокотемпературного разложения смолы выделяются раздражающие дымовые газы, что требует установки вспомогательного оборудования для сбора и очистки отходящих газов.

4 Для регенерации отработанного песка обязателен высокотемпературный обжиг, что приводит к высокому энергопотреблению и эксплуатационным затратам.

Типичные области применения

Детали из высокопрочного чугуна (QT400-18, QT600-3): гидравлические клапанные блоки, корпуса редукторов, кронштейны шасси.

Автомобильные компоненты: головки цилиндров двигателей, впускные и выпускные коллекторы, седла масляных уплотнений.

Мелкие и средние стальные отливки: корпуса клапанов, прецизионные пальцы для строительной техники.

Тонкостенные прецизионные компоненты из алюминиевых сплавов: корпуса водяных насосов, корпуса электродвигателей.