В литейном деле качество будущей отливки закладывается еще до момента заливки металла. Инструмент, который формирует геометрию изделия, называется модельно-опочной оснасткой. Если говорить просто, модель создает в песке контур будущей детали. Именно она задает наружную конфигурацию отливки, а чтобы установить эту модель на формовочную машину, используются подмодельные плиты. Это база, на которой собирается вся конструкция.
Но есть нюанс: внутренние полости изделия (пустоты, отверстия, сложные каналы) модель сформировать не может. Для этого применяются стержни. Они изготавливаются отдельно в специальных стержневых ящиках и затем укладываются внутрь формы. По сути, стержень - это препятствие для металла, которое создает нужную пустоту. Получается, что форма отвечает за внешность отливки, а стержень - за её внутренний мир.
Состав модельного комплекта для разных технологий
Когда мы говорим о разовых песчаных формах (а это основа производства фасонного литья), мы подразумеваем использование полного набора оснастки. В профессиональной среде этот набор часто называют «модельный комплект». В него входят не только модели и стержневые ящики, но и вспомогательные элементы, без которых процесс сборки невозможен.
В зависимости от того, автоматизировано производство или ведется вручную, комплектация может меняться. Однако стандартный джентльменский набор выглядит так:
- Модели и плиты: Сюда входят сами модели (часто включающие элементы литниковой системы - те самые каналы для подачи расплава) и подмодельные плиты для их крепления.
- Стержневая оснастка (https://www.sltgroup.ru/product/sterzhnevaya-osnastka/): Ящики для ручной или машинной набивки стержней.
- Оснастка для сушки: Плоские или фигурные сушильные плиты (драйеры). Они критически важны, если стержень извлекается из ящика сырым и его нужно термически зафиксировать, чтобы он не «поплыл».
- Контрольные приспособления: Шаблоны для проверки геометрии формы в процессе сборки.
- Опоки и крепеж: Сами ящики (опоки) и штыри для их точного соединения друг с другом.
Я часто замечаю, что на заводах недооценивают роль холодильников или простых шаблонов, а ведь именно они позволяют избежать брака при заливке.
Критерии выбора: как не ошибиться при заказе оснастки
Выбор материала и конструкции комплекта - это всегда компромисс между ценой и тиражом. От того, сколько отливок планируется произвести, зависит, из чего делать оснастку. Но есть универсальные требования, которые актуальны для любого производства.
Оснастка должна выдерживать цикл за циклом. В процессе набивки формы (особенно на автоматических линиях) возникают колоссальные вибрации и давления. Если модель прогнется или даст трещину, каждая следующая отливка будет уходить в брак. Поэтому прочность и жесткость стоят на первом месте.
Кроме того, деревянная или алюминиевая оснастка контактирует с влажной формовочной смесью. Если материал гигроскопичен, его «раздует», и геометрия нарушится. Именно поэтому важно требовать от оснастки влагоустойчивости и стабильности размеров при хранении. Лично для меня показатель качества - это когда модель, пролежавшая на складе год, не требует подгонки при установке на плиту.
И последнее по списку, но не по важности: технологичность. Оснастка должна быть спроектирована так, чтобы смесь равномерно заполняла все полости, а сама модель легко и без перекосов извлекалась из готовой формы. Нельзя забывать и про усадку металла: размеры модели всегда делают больше, чем готовое изделие, закладывая проценты на усадку сплава и механическую обработку.
Сравнение материалов модельной оснастки
| Материал | Тираж (циклов) | Усадка металла | Влагостойкость | Вес модели |
|---|---|---|---|---|
| Древесина (бук, бук) | До 500 | Средняя | Низкая | Малый |
| Алюминиевые сплавы | До 25 000 | Высокая | Высокая | Средний |
| Чугун | До 100 000 | Очень высокая | Высокая | Тяжелый |
| Пластики (эпоксидные) | До 5 000 | Низкая | Средняя | Очень малый |
| Сталь | Более 200 000 | Высокая | Высокая | Тяжелый |
Оборачиваемость оснастки и массовое производство
Интересный момент: в серийном и массовом производстве никто не рискует работать с одним комплектом. Если производство заточено на выпуск, скажем, сотен тысяч корпусов вентилей в месяц, иметь один стержневой ящик - значит создавать «бутылочное горлышко».
Разумный подход - это наличие нескольких идентичных дубль-комплектов. Пока один комплект работает на формовочной линии, второй проходит техобслуживание (чистку, подкраску), а третий стоит в резерве. Это позволяет гибко планировать ремонты и не останавливать конвейер. К тому же, износ распределяется равномерно, а качество отливок из разных комплектов остается идентичным, что критично для взаимозаменяемости деталей.
Рекомендованные параметры оснастки в зависимости от серийности
| Тип производства | Материал модели | Количество комплектов | Требование к износу | Контроль геометрии |
|---|---|---|---|---|
| Индивидуальное | Дерево, гипс | 1 | Низкое | Визуальный |
| Мелкосерийное | Алюминий, эпоксидка | 1-2 | Среднее | Выборочный |
| Серийное | Алюминий, чугун | 2-4 | Высокое | Периодический |
| Крупносерийное | Чугун, сталь | 3-5 | Очень высокое | Инструментальный |
| Массовое | Сталь, тверд. сплавы | 5 и более | Максимальное | Автоматический |
Реализация проектов под ключ
Проектирование качественной оснастки - это высшая математика литейного дела. Здесь нужно учесть кучу факторов: от направления разъема формы до того, как именно стержень будет фиксироваться в полости.
Конечно, когда мы запускаем новое изделие, проще всего обратиться к тем, кто понимает разницу между прибылью и выпором. В рамках комплексных проектов часто проще делегировать задачу профессионалам, которые спроектируют оснастку с нуля, изготовят её и дадут гарантию на геометрию. Чтобы подобрать оптимальный вариант для конкретного типа сплава и серийности, лучше напрямую проконсультироваться с технологами - они подскажут, какое решение будет наименее затратным и наиболее долговечным в конкретных условиях.
Нормативная база: основные ГОСТы для модельной оснастки
Вся серьезная работа с оснасткой невозможна без соблюдения государственных стандартов. Они регламентируют буквально всё: от терминологии до конкретных цифр уклонов и размеров. Когда технолог берет в руки чертеж, он обязан свериться с ГОСТами, чтобы будущая модель не застряла в форме, а стержневой ящик не развалился после сотого съема.
Один из ключевых документов - ГОСТ Р 53465-2009 «Оснастка литейная. Уклоны литейные» . Он распространяется на оснастку для самых разных способов литья: в песчаные формы, по газифицируемым моделям, в кокиль и даже под давлением. Именно этот стандарт подскажет, какой уклон (в градусах или миллиметрах) нужно заложить на вертикальных стенках модели, чтобы она легко выходила из формы без повреждений . Там же прописано, на каких поверхностях уклон делается за счет увеличения размера, а на каких за счет уменьшения - критически важная вещь для конструктора.
Для тех, кто работает с полимерами, существует ГОСТ 19505-86 «Модели литейные и ящики стержневые пластмассовые. Технические требования» . Стандарт делит оснастку на классы прочности: первый - для крупносерийного производства, второй - для мелкосерийного . В нем можно найти нормы по толщине стенок в зависимости от габаритов модели, требования к шероховатости поверхности и даже рецептуры эпоксидных и акриловых компаундов для заливки . Отдельно прописано, сколько съемов должна выдержать пластмассовая модель при ручной и машинной формовке.
Без плиты модель не закрепишь, а для них есть ГОСТ 20131-80 «Плиты модельные. Типы. Основные размеры. Технические условия» . Он определяет типы плит для ручной, пескометной и машинной формовки. Правда, стандарт не распространяется на плиты для автоматических линий и для формовки с высоким давлением (свыше 0,5 МПа) - там уже своя специфика . Для кассетных плит, используемых на встряхивающих машинах, действует ГОСТ 24611-81, который унифицирует их параметры и размеры.
И наконец, чтобы вообще говорить на одном языке, существует ГОСТ 17819-84 «Оснастка технологическая литейного производства. Термины и определения». Если вы не уверены, чем «плита подмодельная» отличается от «плиты подопочной», или что такое «стержневой сборочный кондуктор», ответы нужно искать именно там.
Об авторе
