10 основных типов литейных моделей для оптимального металлопроизводства

Литье — распространенный производственный процесс для изготовления металлических деталей. Создаются формы (литейные модели), в которые заливается расплавленный металл, после остывания получаются готовые детали.

Во время литья модель играет критически важную роль из-за влияния на конечный продукт. Производители должны полностью учитывать дизайн модели согласно требованиям к изделию. Изменения после литья обходятся очень дорого.

Что такое модель в литье?

В литье модель — это копия изготавливаемой детали, используемая для формирования полости, в которую будет залит расплав в процессе литья.

Модели для литья в песок изготавливаются из дерева, металла, пластика или других материалов. Они изготавливаются по строгим стандартам, чтобы служить длительное время (в зависимости от класса качества) и обеспечивать повторяемую размерную точность отливок.

Изготовление моделей (модельное дело) — квалифицированная профессия, связанная с инструментальным делом и формообразованием, но также включающая элементы тонкой столярки.

Моделисты обучаются через ученичество и профшколы долгими годами практики. Хотя инженер может помочь с проектированием, обычно дизайн реализует именно моделист.

Материалы литейных моделей

Материалы должны обладать свойствами:

• Низкая стоимость и малый вес: легче найти баланс затрат и отдачи.
• Водоустойчивость: защита от ржавления, долгий срок службы, высокое качество.
• Прочность: долгий срок службы модели.
• Универсальность: применение в разных отраслях, простота ремонта.

Допуски литейных моделей

Также учитывают тип модели и свойства литейного металла. Основные допуски:

• Уклон на разбор (Draft allowances): конусность для извлечения модели без деформации. Угол зависит от типа формы, поверхности и сложности модели.
• Усадка (Shrinkage allowance): модель больше формы, так как металл садится при остывании. Допуск компенсирует усадку, точный параметр зависит от металла.
• Искажение (Distortion allowance): специальный дизайн модели для предотвращения ожидаемого охлаждающего искажения.
• Механическая надбавка (Machining allowance): лишний материал на финишной стадии для компенсации потерь.

Литье против Модели

Главное различие: модель — инструмент, литье — процесс.

• Литье: процесс заливки расплава в форму, где он остывает и твердеет. Конечная форма определяется полостью формы, а форма формы — моделью.
• Модель: перед изготовлением формы проектируется модель. Модель — первичная форма формы, а значит и продукта.

Типы моделей в литье

Согласно форме, размеру отливки и способу формирования полости модели классифицируются:

• Целостная (однокусковая) модель
• Разборная модель
• Модель с втулками (Gated pattern)
• Многочастная модель
• Модель на сопрягающей пластине (Match plate pattern)
• Каркасная модель (Skeleton pattern)
• Раскручиваемая модель (Sweep pattern)
• Модель с выемными частями (Loose piece pattern)
• Модель «верх и низ» (Cope and drag pattern)
• Оболочечная модель (Shell pattern)

1. Целостная модель (Single Piece Pattern)

Самая дешевая модель. Подходит для простых процессов, малого серийного производства и крупных отливок. Производители крупных деталей предпочитают её для простых форм, плоских поверхностей (прямоугольные блоки). Одна плоскость служит разделительной.

Простейший тип, точно повторяет отливку. Для формовки размещается в верхней или нижней фласконе. Для единичных крупных отливок, например, набивной коробок парового двигателя.

2. Разборная модель (Split pattern)

Двухчастная модель для сложных отливок. Имеет разделительные плоскости (плоские или неправильные), положение определяется формой отливки.

Две половины: одна формируется в нижней фласконе (drag), другая — в верхней (cope). Верхняя половина всегда имеет центрировочные штифты для совмещения половин.

3. Многочастная модель (Multi Piece Pattern)

Решение для сложных дизайнов, трудно изготавливаемых как единое целое. Включает 3 и более частей.

Пример трехчастной: верх (cope), низ (drag), средние части (cheeks/checkboxes).

4. Модель на сопрягающей пластине (Match Plate Pattern)

Разборная модель с верхней и нижней частями, закрепленными на противоположных сторонах пластины (обычно металлической) — «сопрягающей пластины», соответствующей контуру разделительной поверхности.

Втулки и каналы также закреплены на пластине — минимум ручной работы, высокая производительность. Для массового производства.

5. Модель с втулками (Gate Pattern)

Одна или несколько свободных моделей с прикрепленными втулками и каналами. Из-за высокой стоимости используются для мелких отливок в массовом производстве и на формовочных машинах.

Может объединять несколько моделей в одну формовочную. Втулки соединяют модели, каналы создают путь для расплава. Втулки и каналы уже прикреплены — модели свободные. Дорого, для мелких отливок.

6. Каркасная модель (Skeleton Pattern)

Для крупных отливок простой геометрической формы. Как и раскручиваемые — простые деревянные рамы, обозначивающие контур детали и служащие руководством для формовщика при ручной формовке. Используются в ямочном или напольном литье.

Дорого, не универсально. Не лучший экономический выбор, но очень эффективно удаляет лишний песок. Нужно выделять деревянные рамы при литье. Широко применяется в ямочном/напольном сварном производстве.

7. Раскручиваемая модель (Sweep Pattern)

Доска или сечение (деревянное) нужного контура, вращающееся вокруг одного края для формирования полостей с вращательной симметрией. Используется когда нужна крупная отливка за короткое время. Большие котлы из чугуна делают раскручиваемыми моделями.

Создает полость в вертикальном направлении, база закреплена в песке. Состоит из трех частей: шпиндель, база, раскручиваемая доска.

8. Модель с выемными частями (Loose Piece Pattern)

Когда цельная модель имеет выступы или обратные уклоны выше/ниже разделительной плоскости — ее невозможно извлечь. Выступы делают выемными частями. Недостаток — возможное смещение при утрамбовке.

Требует высококвалифицированного труда — дорогая модель.

9. Модель «верх и низ» (Cope and Drag Pattern)

Разборная модель, где верхняя и нижняя части закреплены на отдельных сопрягающих пластинах. Используется при производстве крупных отливок, когда целые формы слишком тяжелы для одного рабочего.

Похожа на двухчастную, применяется для крупных отливок.

10. Оболочечная модель (Shell Pattern)

Хороший выбор для полых конструкций. Расходится по центру, получасти соединяются штифтами.

Заключение

Литейные модели критически важны — они определяют литейные формы и качество отливок. Перед выбором модели учитывайте размер, форму изделия и подбирайте оптимальный вариант для вашего производства.