Газіфікацыйныя мадэлі: дакладнае ліццё - перавагі 

Чаму газіфікаваныя мадэлі з'яўляюцца асновай дакладнага ліцця

Мадэлі з газіфікацыяй: дакладнае ліццё - перавагі гэтай тэхналогіі заключаюцца не проста ў магчымасці ствараць складаныя формы, але і ў фундаментальных зменах у эканоміцы вытворчасці серый ад 50 да 50 000 штук. На сваёй практыцы мы пераканаліся, як пераход ад традыцыйных васковых мадэляў да мадэляў з пенаполістыролу або поліметылметакрылату скараціў цыкл падрыхтоўкі вытворчасці з трох тыдняў да трох дзён. Гэта адбываецца таму, што гэтая тэхналогія пазбаўляе ад неабходнасці стрыжневых каробак і зборкі формы, што дазваляе заліваць метал непасрэдна ў пясчаны пласт вакол мадэлі, якая выпараецца.

Многія інжынеры памылкова лічаць, што гэты метад падыходзіць толькі для мастацкага ліцця або вялікіх аўтамабільных блокаў. Рэальнасць такая, што сучасныя газіфікаваныя мадэлі забяспечваюць допускі IT14–IT15 і шурпатасць паверхні Ra 6,3–12,5 мкм, што робіць іх канкурэнтаздольнымі нават з некаторымі тыпамі апрацоўкі. Ключавая перавага тут - адсутнасць лініі падзелу формы, што выключае выбліск і неабходнасць наступнай зачысткі ў крытычных месцах.

Мы сутыкнуліся з сітуацыяй, калі кліент страціў партыю турбінных колаў з-за дэфектаў злучэння палов формы пры класічным пясчаным ліцці. Пераход на тэхналогію газіфікаваных мадэляў цалкам вырашыў гэтую праблему, так як мадэль уяўляе сабой маналіт. Аднак важна разумець: гэты спосаб патрабуе строгага кантролю за вільготнасцю пяску і хуткасцю запаўнення формы металам. Ігнаруючы гэтыя параметры, вы атрымаеце не плюс, а дэфект з-за няпоўнага выгарання мадэлі.

Тэхналагічныя перавагі і ўплыў на кошт

Асноўная каштоўнасць, якую забяспечваюць газіфікаваныя мадэлі: дакладнае ліццё становіцца даступным для дробнасерыйнай вытворчасці без вялікіх выдаткаў на інструмент. Традыцыйнае ліццё з воску патрабуе вырабу васковых формаў, што апраўдана толькі для накладаў больш за 10 000 адзінак. У выпадку газіфікаваных мадэляў (тэхналогія Lost Foam або EPC) мадэль вырабляецца шляхам выразання на станках з ЧПУ або 3D-друку са спецыяльнага пенапласту. Гэта зніжае выдаткі на падрыхтоўку да вытворчасці на 40–60% для партый да 1000 штук.

Разгледзім на канкрэтным прыкладзе эканоміі. Пры вырабе калектара складанай формы традыцыйным метадам патрабуецца мінімум 4 стрыжня і 2 полуформы. Час зборкі формы складае 15 хвілін на адліўку плюс час на выдаленне стрыжняў пасля астывання. Пры выкарыстанні газіфікаванай мадэлі час падрыхтоўкі формы скарачаецца да 3 хвілін (напаўненне і вібрацыя), а аперацыя выдалення стрыжняў цалкам знікае. Зыходзячы з гадавой праграмы ў 5000 вырабаў, гэта дазваляе зэканоміць больш за 300 чалавек-гадзін толькі на фармоўцы.

Яшчэ адзін схаваны рэзерв - выхад падыходных адлівак. У стандартным працэсе страты металу ў сістэме литника і задзірын могуць дасягаць 30-40%. Тэхналогія выпарных мадэляў дазваляе спраектаваць литниковую сістэму аптымальнай канфігурацыі, так як няма абмежаванняў на выманне мадэлі з формы. Мы фіксуем зніжэнне металаёмістасці на 15–20% у параўнанні з класічным земляным ліццём. Для дарагіх сплаваў, такіх як гарачатрывалыя суперсплавы нікеля або тытана, гэтая эканомія пакрывае кошт саміх мадэляў за першы месяц эксплуатацыі.

Менавіта праца з такімі патрабавальнымі матэрыяламі вызначае поспех у высокатэхналагічных галінах. Яркі прыклад кампаніі, дзе асновай бізнесу з'яўляецца якасць адлівак і матэрыялаўWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equipment Co., Ltd.. Спецыялізуючыся на распрацоўцы і вытворчасці цеплаабменнага абсталявання для нафтагазавай і энергетычнай галін, кампанія актыўна выкарыстоўвае перадавыя метады апрацоўкі металаў для стварэння складаных кампанентаў. Іх прадукцыя, якая ўключае тытанавыя кожухотрубчатыя цеплаабменнікі, агрэгаты высокага ціску ў адпаведнасці са стандартам ASME і пучкі гафрыраваных труб, вырабленыя з нержавеючай сталі (напрыклад, 316) або медна-нікелевых сплаваў (C70600, C46400), патрабуе бездакорнай цэласнасці металічнай структуры. Выкарыстанне тэхналогій, якія мінімізуюць дэфекты і дазваляюць працаваць з каразійна-ўстойлівымі сплавамі (уключаючы сплавы нікеля N06625 і тытана), напрамую ўплывае на надзейнасць канчатковай прадукцыі, якая выкарыстоўваецца ў агрэсіўных асяроддзях апраснення марской вады або хімічнага сінтэзу. Вопыт такіх вытворцаў пацвярджае, што правільны выбар тэхналогіі ліцця і матэрыялаў - гэта інвестыцыя ў даўгавечнасць абсталявання.

Важна адзначыць абмежаванне метаду: ён менш эфектыўны для вельмі танкасценных дэталяў таўшчынёй менш за 2 мм, дзе ціск металу можа дэфармаваць мадэль да таго, як ён выпарыцца. З газапранікальнасцю пяску таксама ёсць нюансы. Калі вы працуеце з алюмініевымі сплавамі, хуткасць залівання павінна быць вышэй, чым для чыгуну, каб мадэль паспела газифицироваться да кантакту з металічнай пярэдняй часткай. Ігнараванне гэтага правіла прыводзіць да такіх дэфектаў, як «недолив» або вугляродныя ўключэння.

Кожны кіраўнік вытворчасці павінен праверыць сваю бягучую сістэму варот. Калі вашы страты ад задзірын перавышаюць 10%, увядзенне газіфікаваных мадэляў будзе самым хуткім спосабам павялічыць прыбытковасць майстэрні.

Геаметрычная свабода і якасць паверхні адлівак

Асноўная тэхнічная перавага, якую рэалізуюць газіфікаваныя мадэлі: дакладнае ліццё дасягае ўзроўню складанасці, недаступнага для іншых метадаў без дарагой апрацоўкі. Паколькі мадэль не вымаецца з формы, а выпараецца пад уздзеяннем расплаўленага металу, дызайнеры маюць поўную свабоду ў стварэнні ўнутраных паражнін, выемак і каналаў зменнага перасеку. Няма неабходнасці прадугледжваць ўхілы для вываду дубцоў або дзяліць дэталь па плоскасці падзелу.

У адным з нашых праектаў па вытворчасці карпусоў помпаў для хімічнай прамысловасці заказчыку патрабавалася стварэнне ўнутранага канала складанай спіралепадобнай формы. Выкарыстанне традыцыйных стрыжняў прывядзе да зрушэння стрыжняў на 1,5 мм, у выніку чаго працоўнае кола стане незбалансаваным. Выкарыстанне цэльнай газіфікаванай мадэлі забяспечыла выраўноўванне каналаў з дакладнасцю да 0,2 мм. Гэта дазволіла заказчыку пазбавіцца ад неабходнасці наступнага расточвання корпуса, зэканоміўшы 45 хвілін машыннага часу на адзінку.

Якасць паверхні адлівак напрамую залежыць ад фракцыі пяску і шчыльнасці мадэлі. Пры выкарыстанні кварцавага пяску фракцыі 0,2-0,4 мм і правільна падабраным пакрыцці для мадэлі дасягаецца шурпатасць, якая дазваляе наносіць пакрыццё без шпаклявання. Гэта вельмі важна для архітэктурных элементаў або дэталяў, якія працуюць у агрэсіўных асяроддзях, дзе любая пора можа стаць крыніцай карозіі. Мы рэкамендуем заўсёды запытваць у пастаўшчыка мадэлі сертыфікат на шчыльнасць пенапалістырола (звычайна 18-22 кг/м³), так як занадта нізкая шчыльнасць прывядзе да разбурэння мадэлі пры транспарціроўцы, а занадта высокая - абцяжарыць адвод газу.

Існуе распаўсюджанае памылковае меркаванне, што дакладнае газіфікаванае ліццё заўсёды забяспечвае большую дакладнасць, чым ліццё пад ціскам. Гэта няпраўда. Дакладнасць залежыць ад стабільнасці працэсу ўшчыльнення пяску. Пры недастатковай вібрацыі пясок не запоўніць вузкія месцы мадэлі, і памеры «паплывуць». Таму абавязковай умовай з'яўляецца наяўнасць аўтаматызаваных вибростолов з рэгуляванай частатой. Ручная трамбоўка недапушчальная для важных частак.

Інжынеры-канструктары павінны перагледзець допускі на сваіх чарцяжах. Яны часта дадаюць лішнія прыпускі «на ўсялякі выпадак», што павялічвае кошт апрацоўкі. Тэхналогія EPC дазваляе бяспечна паменшыць прыпускі да 2-3 мм на бок для большасці паверхняў.

Параўнальны аналіз: мадэлі газіфікацыі ў параўнанні з традыцыйнымі метадамі

Каб прыняць абгрунтаванае рашэнне аб укараненні тэхналогіі, неабходна выразна разумець яе месца сярод іншых метадаў. Ніжэй прыведзена падрабязнае параўнанне, заснаванае на рэальных дадзеных аб вытворчасці нашых партнёраў у Расіі і СНД. Звярніце ўвагу, што выбар метаду залежыць не толькі ад якасці, але і ад памеру партыі і матэрыялу.

З табліцы відаць, што газіфікаваныя мадэлі займаюць унікальную нішу паміж адзінкавым ліццём і масавым ліццём па выплавляемых мадэлях. Калі ваша задача - вырабіць партыю з 200 карпусоў рэдуктараў з чыгуну СЧ20 з высокай дакладнасцю, але ваш бюджэт не дазваляе замовіць сталёвую васковую форму, то EPC - адзіны рацыянальны выбар. Ліццё ў грунце дасць занадта шурпатую паверхню, а ліццё па воску будзе нявыгадным з-за кошту абсталявання.

Аднак з матэрыяламі ёсць нюанс. Для сталей з высокім утрыманнем вугляроду працэс газіфікацыі патрабуе асаблівай асцярожнасці. Прадукты распаду полістыролу могуць насычаць метал вугляродам, змяняючы яго марку. У такіх выпадках мы рэкамендуем выкарыстоўваць мадэлі з полиметилметакрилата (ПММА), якія раскладаюцца на лятучыя кампаненты, не пакідаючы цвёрдага вугляроду, хоць іх кошт на 30% вышэй. Гэта той выпадак, калі эканомія на мадэльным матэрыяле можа прывесці да выхаду з ладу ўсяго злепка.

Пры выбары пастаўшчыка паслуг абавязкова запытайце ўзор адліўкі з матэрыялу, падобнага да вашага. Аб кваліфікацыі работнікаў ліцейнага цэха больш раскажа візуальны агляд кармавой зоны, чым любыя сертыфікаты. Калі вы бачыце ў кутах сляды нагара або няпоўнага шпаклявання, тэхналогія адладжана дрэнна.

Стандарты якасці і кантроль дэфектаў

Праца з газіфікаванымі мадэлямі патрабуе строгага захавання нарматыўнай базы. У Расіі і краінах ЕАЭС асноўным дакументам, які рэгламентуе патрабаванні да адлівак, з'яўляецца ДАСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допускі на памеры, прыпускі і масы». Тэхналогія EPC адносіцца да 5-га класа дакладнасці па гэтым стандарту пры ўмове аўтаматызацыі працэсу. Таксама важна ўлічваць ДАСТ 32603-2012 (аналаг ISO 8062-3), які вызначае допускі геаметрычных параметраў.

Адным з найбольш важных аспектаў з'яўляецца кантроль утрымання газу ў прэс-форме. Перад заліваннем форму неабходна прадуць паветрам або змясціць пад вакуум (V-працэс). Вакуумнае герметычнае фармаванне ў спалучэнні з Lost Foam дае лепшыя вынікі, зніжаючы сітаватасць да 1-2 балаў па шкале ASTM. Без вакууму шматкроць павялічваецца рызыка адукацыі газавых кішэняў, асабліва ў верхніх частках адліўкі, куды падымаюцца прадукты піролізу.

Мы правялі аўдыт ліцейнага цэха, дзе быў высокі працэнт дэфектаў з-за дэфекту «выпальвання пяску». Аказалася, што для мадэляў з нізкай газапранікальнасцю выкарыстоўвалася таннае вогнеўстойлівае пакрыццё. Пакрыццё дзейнічала як бар'ер, не даючы газам выходзіць у пясчаную масу і пранікаць у метал. Замена пакрыцця на склад на аснове цыркону з даданнем павярхоўна-актыўных рэчываў (ПАВ) дазволіла скараціць брак з 12% да 1,5%. Гэта сведчыць аб тым, што дробязяў у гэтай тэхналогіі няма: марка клею для склейвання макетных блокаў, вільготнасць пяску (не больш за 0,5%) і тэмпература металу ўплываюць на вынік аднолькава моцна.

Сертыфікацыя вытворчасці ў адпаведнасці з ISO 9001 з'яўляецца абавязковай для пастаўшчыкоў, якія працуюць у аўтамабільнай і авіяцыйнай прамысловасці. Але для ЭПК важней мець унутраную лабараторыю экспрэс-аналізу. Маніторынг хімічнага складу кожнай цеплыні і выкананне спектральнага аналізу павінны быць звычайнай справай. Акрамя таго, для адказных кампанентаў неабходны ультрагукавой кантроль (УГД) або рэнтгенаграфія, так як знешнія дэфекты могуць адсутнічаць, а ўнутраныя пары застануцца незаўважанымі.

Заказчыкам рэкамендуецца ўключаць у дамову пастаўкі пункт аб прыёмцы па ўзору, зацверджанаму абодвума бакамі. Гэта дазволіць выключыць спрэчкі аб дапушчальнасці тых ці іншых дэфектаў паверхні, якія могуць быць характэрнымі для адліўкі па газіфікаваных мадэлях (напрыклад, сляды ад стыкоўкі мадэльных блокаў).

Прымяненне ў галінах: ад аўтамабільнай да мастацтва

Універсальнасць метаду пацвярджаецца яго шырокім выкарыстаннем у розных галінах народнай гаспадаркі. Разгледзім два канкрэтных выпадку, якія дэманструюць эфектыўнасць тэхналогіі ў розных умовах.

Выпадак 1: Аўтамабільная прамысловасць (Впускные калектары).
Вытворца матора сутыкнуўся з праблемамі з вагой і аэрадынамікай впускных калектараў. Алюмініевыя дэталі, вырабленыя метадам ліцця пад ціскам, мелі таўшчыню сценкі не менш за 4 мм з-за абмежаванняў па запаўняльнасці і патрабавалі складанай апрацоўкі ўнутраных каналаў. Пераход на ліццё па газіфікаваных мадэлях дазволіў паменшыць таўшчыню сценкі да 2,5 мм без страты трываласці, так як раўнамернае астуджэнне ў пяску зніжала ўнутраныя напружання. Вага дэталі знізіўся на 18%, што напрамую адбілася на расходзе паліва аўтамабіля. Акрамя таго, унутраная паверхня каналаў станавілася гладкай адразу пасля адліўкі, паляпшаючы паветранапаўненне цыліндраў. Эканомія апрацоўкі склала 22 долары за дэталь пры праграме з 50 000 штук у год.

Выпадак 2: Мастацкае ліццё і архітэктура.
Каб аднавіць гістарычны будынак, спатрэбілася ўзнавіць 40 ажурных элементаў агароджы складанай формы з раслінным арнаментам. Традыцыйна выраб драўляных мадэляў і формаў займаў 2 месяцы і быў занадта дарагім з-за ручной працы разьбяроў. Выкарыстанне 3D-мадэлявання і наступнага фрэзеравання пенаполістырольных блокаў дазволіла стварыць майстар-мадэлі за 5 дзён. Газіфікаваныя мадэлі выдатна прайгравалі драбнюткія дэталі арнаменту. Бронзавае ліццё прайшло ўдала, пры гэтым захавалася цэласнасць візуальнага вобраза без разборных ліній. Кошт работ знізіўся на 35% у параўнанні з класічнай тэхналогіяй, а тэрміны выканання заказаў скараціліся ўдвая.

Запатрабавана тэхналогія і ў вытворчасці цеплаабменнікаў, дзе важная герметычнасць і складаная сістэма ўнутраных перагародак, і ў сельскагаспадарчай тэхніцы для буйнагабарытных дэталяў з чыгуну (картэры рэдуктараў, дыскі барон), дзе вага мадэлі не крытычны, але адсутнасць цяг спрашчае працэс.

Калі вы працуеце ў адной з гэтых галін, правядзіце агляд прадукту. Дэталі, якія ў цяперашні час патрабуюць дарагой механічнай апрацоўкі або зборкі з некалькіх частак, з'яўляюцца ідэальнымі кандыдатамі для пераходу на тэхналогію EPC.

Як выбраць пастаўшчыка і пазбегнуць рызык

Рынак паслуг дакладнага ліцця насычаны прапановамі, але не ўсе гульцы валодаюць кампетэнцыяй для працы з газіфікаванымі мадэлямі на высокім узроўні. Памылка ў выбары партнёра можа прывесці да таго, што вы атрымаеце таннае абсталяванне, але дарагое ў плане падыходных тавараў.

Першы крытэрый выбару - наяўнасць уласнай мадэльнай пляцоўкі. Фабрыкі, якія закупляюць мадэлі вонкава, часта не могуць гарантаваць адпаведнасць геаметрыі і шчыльнасці матэрыялу. Ідэальны пастаўшчык мае фрэзерны станок з ЧПУ або 3D-друк у цэху. Гэта дазваляе хутка ўносіць змены ў канструкцыю мадэлі без працяглай лагістыкі.

Другі крытэрый - парк фармовачнага абсталявання. Ручная засыпка пяском дапушчальная толькі для прататыпаў. Серыя патрабуе аўтаматычных ліній з дазаванай падачай пяску і кантраляванай вібрацыяй. Папытаеце паказаць відэа працэсу залівання. Калі ўбачыш рабочага, які рыдлёўкай насыпае пясок, уцякай адтуль, якасць будзе плывучай.

Трэці крытэрый - вопыт працы з вашым сплавам. Ліццё алюмінія і ліццё высокавугляродзістай сталі па той жа тэхналогіі маюць розныя падводныя камяні. Пастаўшчык, які спецыялізуецца на алюмініі, можа не ведаць нюансаў таго, як паводзіць сябе сталь пры кантакце з прадуктамі распаду полістыролу. Запытайце спіс літаратуры з падобнымі матэрыяламі.

Мы бачылі выпадак, калі кампанія зэканоміла 10% выдаткаў на ліццё, выбраўшы дэмпінгавага пастаўшчыка, але страціла 200% бюджэту на пераробку партыі з-за схаванай сітаватасці, якая была выяўлена толькі пасля пачатку апрацоўкі. Таннае ліццё часта азначае эканомію на якасці пяску (паўторнае выкарыстанне без рэгенерацыі) і мадэльных пакрыццяў.

Абавязкова заключыце дагавор з дакладнымі характарыстыкамі дэфектаў. Пакажыце дапушчальны памер і колькасць пор, патрабаванні да прыпускам і чысціні паверхні. Наяўнасць пункта аб штрафах за адхіленні ад хімічнага складу дысцыплінуе ліцейнікаў лепш, чым любыя вусныя дамоўленасці.

Часта задаюць пытанні

Якая максімальная маса адліўкі можа быць атрымана з дапамогай гэтай тэхналогіі?

Тэхнічных абмежаванняў па вазе практычна няма. У сусветнай практыцы паспяхова адліваюць дэталі вагой да 10 тон і больш (напрыклад, блокі цыліндраў суднавых рухавікоў або буйнагабарытныя рамы). Аднак эканамічная мэтазгоднасць зніжаецца для вельмі вялікіх асобных дэталяў, дзе прасцей выкарыстоўваць традыцыйнае ліццё з зямлі. Аптымальны дыяпазон - ад 0,1 кг да 200 кг. Дэталі цяжэй 500 кг патрабуюць спецыяльнага абсталявання для ўздыму і нахілу формаў, што павялічвае капітальныя выдаткі.

Ці можна выкарыстоўваць газіфікаваныя мадэлі для нержавеючай сталі?

Так, можна, але з сур'ёзнымі агаворкамі. Нержавеючая сталь адчувальная да цементации. Пры выкарыстанні звычайнага пенапалістырола (EPS) прадукты раскладаюцца Прымяненне можа павялічыць утрыманне вугляроду ў павярхоўным пласце, зніжаючы ўстойлівасць да карозіі. Для нержавеючай сталі настойліва рэкамендуюцца мадэлі з поліметылметакрылату (ПММА) або нізкавугляроднага супалімера. Таксама важна прымяняць вакуум падчас залівання для хуткага выдалення газаў. Без гэтых мер рызыка атрымаць дэфект набліжаецца да 100%.

Колькі часу займае выраб першай партыі пасля зацвярджэння чарцяжоў?

За кошт адсутнасці неабходнасці металічнага абсталявання тэрміны выканання мінімальныя. Выраб мадэляў фрэзераваннем з ЧПУ займае ад 2 да 4 дзён у залежнасці ад складанасці. Падрыхтоўка формы і першае запаўненне магчымыя ўжо праз 5-7 дзён пасля атрымання 3D-мадэлі. Для параўнання, выраб формы для ліцця пад ціскам або формы для ліцця па выплавляемым мадэлям займае ад 4 да 8 тыдняў. Гэта робіць тэхналогію незаменнай для тэрміновых заказаў і стварэння прататыпаў.

Якія экалагічныя рызыкі нясе вытворчасць?

Асноўная рызыка - гэта вылучэнне стыролу і іншых прадуктаў тэрмічнага распаду пры заліванні. Сучасныя вытворчыя магутнасці неабходныя для аснашчэння сістэм аспірацыі і агрэгатаў тэрмічнага акіслення (каталізатараў) дожигающих газаў. Пясок, які выкарыстоўваецца ў працэсе, падлягае аднаўленню і можа быць паўторна выкарыстаны да 90%, памяншаючы адходы. Пры захаванні санітарных нормаў і наяўнасці ачышчальных збудаванняў тэхналогія лічыцца бяспечнай і адпавядае сучасным экалагічным стандартам ЕС і РФ.

Выснова і наступныя крокі

Мадэлі з газіфікацыяй: дакладнае ліццё, перавагі якога мы абмяркоўвалі, уяўляе сабой спелую, эканамічна эфектыўную тэхналогію для шырокага спектру прымянення. Гэта сцірае межы паміж стварэннем прататыпаў і масавай вытворчасцю, дазваляючы вырабляць вельмі складаныя дэталі з мінімальнымі выдаткамі на інструменты. Заклад поспеху не ў самой методыцы, а ў строгім захаванні тэхналагічнай дысцыпліны: кантроль якасці мадэляў, параметраў пяску і рэжыму залівання.

Калі вы плануеце мадэрнізаваць вытворчасць або знайсці новы спосаб вытворчасці складаных кампанентаў, не адкладайце аўдыт бягучых працэсаў. Патэнцыял для эканоміі да 40% і больш хуткага выхаду на рынак занадта вялікі, каб ігнараваць яго. Памятаеце, што правільная тэхналогія выбіраецца не для наяўнага абсталявання, а для прызначэння прадукту.

Ці гатовыя вы абмеркаваць свой праект і пралічыць эканамічны эфект ад пераходу на тэхналогію EPC? Нашы спецыялісты правядуць бясплатны аналіз вашых чарцяжоў і прапануюць аптымальнае рашэнне.

Звяжыцеся з намі сённядля кансультацыі і разліку кошту доследнай партыі.

Чытайце таксама нашы матэрыялы абвыбар сплаваў для дакладнага ліццяістандарты кантролю якасці ў ліцейнай вытворчасці.