Когда слышишь про литье под низким давлением алюминиевых сплавов, многие сразу представляют себе упрощенный вариант литья в кокиль. А на деле – это отдельная вселенная, где давление в десятые доли мегапаскаля решает, получится ли сложная ребристая панель или придется вырезать брак газовым резаком. В нашей практике на литье под низким давлением алюминиевых сплавов перешли после серии неудач с гравитационным литьем корпусов теплообменников – тут и подвод металла стабильнее, и газовые раковины реже, но свои подводные камни есть, особенно с пресс-формами для тонкостенных отливок.
До сих пор встречаю мастеров, которые уверены, что раз давление низкое, то и оборудование можно адаптировать с обычных литейных машин. Вроде бы – поднимай металл по стояку плавно, да и все. Но если не выдержать точный профиль давления на этапе наполнения, получишь либо недолив в верхних зонах формы, либо турбулентность с окислами. Мы в ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии как раз с этого начинали – пробовали переделывать старый агрегат для литья под низким давлением, но без системы точного контроля скорости подъема металла стабильности не добились. Пришлось заказывать специализированную установку с программным управлением, зато теперь даже для сплавов типа АК7ч и АК5М2 стабильно получаем отливки без пор.
Особенно критичен подбор температуры металла и формы. Если для гравитационного литья перегрев на 20–30 °C – часто не проблема, то здесь это сразу выливается в проскакивание металла по плоскостям разъема или повышенную усадку в ребрах. Однажды при отливке корпусов задвижек из-за завышенной температуры на 15 °C получили брак 40% – сетка трещин по фланцам. Пришлось пересматривать весь терморежим, добавлять локальный обогрев верхней части формы. Сейчас для каждой новой оснастки сначала гоняем тестовые отливки, записывая кривые давления и температуры – без этого никак.
Еще один момент – подготовка литниковой системы. Раньше думал, что раз металл подается снизу, то литники можно делать попроще. Оказалось, наоборот – сечение стояка, переходы в питатели, углы входа в полость формы должны быть выверены до миллиметра, иначе вместо ламинарного потока получается бурление с захватом воздуха. Сейчас для ответственных отливок, тех же кронштейнов крепления рельсов, используем симуляцию в ProCAST, но и она не всегда спасает – бывает, только на третьей-четвертой итерации оснастки убираем последние раковины.
С литьем под низким давлением алюминиевых сплавов часто работают с классическими литейными сплавами типа АК12, АК9ч, но мы пробовали и АМг6, и АК7п – последний, кстати, для тонкостенных панелей показал себя лучше всего, меньше горячих трещин. Правда, пришлось подбирать скорость подъема металла помедленнее, иначе в зонах резкого изменения сечения появлялись рыхлости. Кстати, по опыту ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии, которая занимается и огнеупорными материалами, важно не забывать про стойкость формовочных смесей – если для обычного литья под низким давлением хватает стандартных кварцевых смесей, то для ответственных отливок с толщиной стенки 3–4 мм уже нужны составы с цирконом или хромитом, иначе начинает выкрашиваться поверхность формы.
Конструкция пресс-формы – отдельная тема. Уплотнительные поверхности, направляющие колонны, система выталкивателей – все должно быть с запасом по износу, потому что циклов наполнения под давлением тысячи, и люфты в 0,1 мм уже приводят к облоям. Мы для своих форм заказываем сталь 4Х5МФС, но даже с ней через 20–25 тысяч циклов приходится перешлифовывать плоскости. Один раз сэкономили на материале матрицы – через полгода пришлось полностью переделывать оснастку для корпусов насосов, появились риски на отливках из-за износа рабочих поверхностей.
Система охлаждения формы – то, что часто недооценивают в литье под низким давлением алюминиевых сплавов. В гравитационном литье каналы охлаждения часто делают по остаточному принципу, а здесь без точного терморегулирования не добиться стабильного качества. Мы для сложных отливок типа картеров КПП используем модульные термостаты с раздельными контурами – отдельно на верхнюю полуформу, отдельно на нижнюю, плюс локальные теплоотводы в зонах массивных узлов. Без этого усадка идет неравномерно, отливку ведет.
Самый частый брак в литье под низким давлением алюминиевых сплавов – газовые раковины под верхними плоскостями. Раньше грешили на влажность формы, но потом выяснили, что часто проблема в скорости сброса давления после заполнения. Если сбросить слишком резко – металл в литнике отсасывается обратно, подсасывая воздух. Сейчас выдерживаем выдержку 3–5 секунд перед сбросом, плюс делаем литниковую систему с обратным клапаном – стало значительно меньше брака.
Еще одна головная боль – неспаи в зонах встречи потоков. Особенно в отливках с перемычками и ребрами жесткости. Помню, делали опорную плиту с частым оребрением – в местах, где потоки металла сходились под тупым углом, оставались рыхлые участки. Пришлось переделывать литниковую систему, добавлять дополнительные питатели, чтобы направлять потоки под другими углами. Сейчас для таких случаев всегда закладываем технологические приливы в зонах спая, которые потом фрезеруем.
Трещины при выбивке – тоже не редкость, особенно с жесткими сплавами типа АК5М. Сначала думали, что проблема в высокой прочности отливки, но оказалось – часто причина в залипании на пуансоне из-за недостаточного съема тепла. Решили установкой дополнительных выталкивателей с увеличенной площадью контакта и регулировкой температуры нижней полуформы. Кстати, опыт ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии в области специальной керамики подсказал нам использовать керамические вставки в зонах интенсивного теплообмена – ресурс оснастки вырос вдвое.
Когда берешься за отливки с переменной толщиной стенки, типа корпусов редукторов, стандартные настройки литья под низким давлением алюминиевых сплавов не работают. Приходится программировать нелинейный подъем металла – в зонах тонких сечений замедлять скорость, в массивных ускорять. Мы для таких случаев пишем индивидуальные программы на контроллере, иногда до 10–12 ступеней давления. Да, настройка дольше, но зато стабильно получаем плотный металл по всему сечению.
Термообработка таких отливок – тоже со своими нюансами. Из-за того, что кристаллизация идет под давлением, структура получается более мелкозернистой, но могут остаться напряжения в местах контакта с сердечниками. Мы всегда проводим отжиг перед механической обработкой, особенно для ответственных деталей. Один раз пропустили этот этап для кронштейнов подвески – после фрезеровки детали повело на 0,8 мм, пришлось утилизировать всю партию.
Контроль качества – куда без него. Кроме стандартного УЗК, для ответственных отливок внедрили рентгенотелевизионный контроль – особенно полезен для выявления внутренних дефектов в зонах перехода стенок. Правда, сначала были проблемы с настройкой чувствительности – мелкие газовые поры в 0,3–0,5 мм не всегда видны. Пришлось разрабатывать эталоны с искусственными дефектами для калибровки аппаратуры.
Несмотря на все преимущества, литье под низким давлением алюминиевых сплавов – не панацея. Для мелкосерийных отливок до 100 штук часто невыгодно – дорогая оснастка, длительная настройка. А вот для серий от тысячи штук и выше – идеально, особенно если нужна хорошая поверхность и минимальная механическая обработка. Мы, например, для одного завода ЖБИ делаем крепежные элементы арматуры – тираж 50 тысяч в год, себестоимость ниже, чем при литье в песчаные формы, а качество стабильнее.
Из новых направлений пробуем комбинировать низкое давление с вакуумированием формы – пока эксперименты, но для сплавов с высокой склонностью к газопоглощению, типа АК7ч, уже виден эффект – плотность отливок выросла на 3–5%. Если доведем до ума, будет прорыв для ответственных деталей в автопроме.
В целом, если подходить к литью под низким давлением алюминиевых сплавов без иллюзий, учитывать все технологические цепочки – от подготовки шихты до финишного контроля, – можно получать отличные результаты. Главное – не жалеть времени на отладку процесса и не экономить на оснастке, иначе все преимущества технологии сведутся на нет постоянной борьбой с браком. Как показывает практика нашей компании, даже с учетом первоначальных вложений, в серийном производстве это один из самых рентабельных методов литья алюминиевых сплавов.
