Гравитационное литье против песчаного литья: Сравнение двух процессов литья металлов

Обзор процесса гравитационного литья

Гравитационное литье, также известное как литье в постоянные металлические формы, использует силу тяжести для заполнения полости формы расплавленным металлом. В нем используются многоразовые металлические формы, которые производят отливки с постоянными размерами и хорошим качеством поверхности. 

В гравитационном литье форма располагается под заливочной воронкой, позволяя металлу течь в полость только под действием силы тяжести. Внешние силы или литниковые системы не используются. Форма остается неподвижной во время заливки и охлаждения. После затвердевания форму открывают и извлекают отливку. Постоянную форму затем можно многократно использовать для производства.

Услуга гравитационного литья производит отливки малого и среднего размера от нескольких унций до 50 фунтов. Типичные литейные металлы включают алюминий, магний, латунь, бронзу, нержавеющую и углеродистую сталь. Высокопроизводительная услуга литья под давлением предлагает преимущества для очень больших объемов мелких деталей. Индивидуальная услуга песчаного литья может быть более подходящей для единичных крупных деталей.

Материал постоянной формы должен выдерживать температуру заливаемого расплавленного металла без повреждений. Чугун, предварительно закаленные стальные сплавы, алюминиевая бронза, медные сплавы и графит являются распространенными материалами форм. Форма обрабатывается на станке с ЧПУ или отливается по мастер-модели для оптимальной размерной точности.

Конструкция формы включает углы уклона для легкого извлечения детали. Форма может включать водяные охлаждающие каналы для ускорения затвердевания и более быстрых циклов. Часто используются подъемники и выталкивающие штифты для извлечения детали. Минимальные углы уклона до 0,5 градусов возможны с помощью техники горячей формы, когда форма предварительно нагревается перед заливкой.

Преимущества гравитационного литья

Гравитационное литье обеспечивает более высокую размерную точность, лучшее качество поверхности и более быстрые производственные циклы по сравнению с песчаным литьем. Основные преимущества включают:

- Постоянство размеров - Постоянная форма обеспечивает точные размеры полости, которые не ухудшаются со временем, как в песчаных формах. Возможны допуски до ±0,5% от размеров отливки.

- Качество поверхности - Металлическая форма позволяет получать отливки с более гладкой поверхностью, что минимизирует последующую отделку. Некоторые материалы форм, такие как железо, также придают литой поверхности глянцевый вид.

- Сокращение механической обработки - Более точные формы позволяют получать отливки, близкие к конечной форме, что требует удаления меньшего количества материала.

- Более быстрое производство - Время цикла составляет от 30 секунд до 5 минут, что до 4 раз быстрее, чем при песчаном литье. Многоразовая форма исключает время на сборку.

- Менее квалифицированный труд - Гравитационное литье имеет более простые эксплуатационные требования без сложных литниковых систем и сборок стержней.

- Низкая стоимость оснастки - Постоянная форма представляет собой более низкие первоначальные инвестиции в оснастку по сравнению с ящиками для песчаных стержней и моделями. Она также позволяет осуществлять длительные производственные серии.

- Производство малых и средних объемов: По сравнению с процессом литья под давлением, подходящим для массового производства, и литьем в литейных цехах, подходящим для мелкосерийного производства, гравитационное литье является промежуточным выбором, подходящим для мелко- и среднесерийного производства, сопоставимого с литьем под давлением, обычно в диапазоне от 2000 до 8000 шт.

Ограничения гравитационного литья

- Ограничения по размеру - Крупные или громоздкие детали непрактичны, с типичными пределами около 50 фунтов и 15 дюймов в диапазоне размеров.

- Ограничения по весу - Чрезмерно тяжелые отливки создают высокие усилия на поверхности полости формы во время затвердевания, что со временем приводит к износу и неточностям размеров.

- Ограничения по сплавам - Реактивные сплавы с низкой температурой плавления могут повреждать постоянные формы при многократном контакте и заливке.

- Ограничения по конструкции - Сложные внутренние полости, глубокие углубления и поднутрения затруднительны из-за отсутствия возможности использования разрушаемых песчаных стержней.

- Более низкие механические свойства - Быстрое охлаждение в металлической форме приводит к несколько более грубой микроструктуре и более низкой пластичности/ударной вязкости.

Гравитационное литье против песчаного литья

Сравнение гравитационного литья с традиционными процессами песчаного литья подчеркивает ключевые различия:

- Оснастка - Гравитационное литье использует многоразовую металлическую оснастку, в то время как песчаное литье использует одноразовые песчаные формы и модели.

- Размерная точность - Отливки гравитационным литьем обеспечивают допуски ±0,5% против ±1-2% для песчаных отливок.

- Качество поверхности - Материалы форм для гравитационного литья, такие как железо и сталь, обеспечивают глянцевые поверхности. Песчаные формы имеют шероховатую поверхность.

- Размер отливки - Гравитационное литье обрабатывает более мелкие детали весом менее 50 фунтов против неограниченных возможностей по размеру у песчаного литья.

- Объем производства - Гравитационное литье подходит для небольших объемов от 10 до 10 000 деталей. Для более высоких объемов используются другие методы. Песчаное литье подходит для 10-5000 деталей.

- Скорость производства - Гравитационное литье обеспечивает гораздо более быстрые циклы продолжительностью от 30 секунд до 5 минут благодаря многоразовым формам. Песчаное литье занимает 10 минут и более.

- Квалификация рабочей силы - Для гравитационного литья и его более простой конструкции формы требуется меньше знаний в области литниковых систем/выпоров.

- Оборудование - Гравитационное литье требует простой заливочной станции, в то время как песчаное литье требует оборудования для формования.

- Дефекты - В отливках гравитационным литьем наблюдается меньше газовой пористости, но больше холодных спаев. Песчаное литье подвержено дефектам включений.

- Последующая обработка - Более точные отливки гравитационным литьем требуют меньше отделочной механической обработки, чем детали песчаного литья.

Для мелкосерийных сложных металлических компонентов весом до 50 фунтов гравитационное литье обеспечивает более высокое качество, чем песчаное литье, избегая при этом высоких затрат на оснастку для литья под давлением. Оно предлагает преимущества процесса с постоянной формой при меньших объемах производства.

Услуга гравитационного литья малых и средних объемов от Neway

«Благодаря опыту Neway в области гравитационного литья малых объемов мы быстро создали прототип нашей прорывной конструкции продукта и экономически эффективно вывели его на рынок. Их квалифицированные мастера изготовили безупречные отливки, превзошедшие наши спецификации. А их опыт проектирования для производства был бесценен. Не знаю, где бы мы были без их партнерства в области гравитационного литья при создании этого инновационного продукта». – Альфред Мелсон-Volkswagen