Песочное, кокильное и литье в оболочках: выбор правильного процесса для ваших металлических деталей

Благодаря адаптивности, производительности и сравнительно низкой стоимости некоторые литейные процессы широко используются в производстве со множеством промышленных применений. Например, песочное литье, кокильное литье и литье в оболочках — широко используемые процессы во всем мире для производства металлических деталей для потребительской, автомобильной, медицинской и авиационной отраслей.

Хотя все три производственных процесса могут давать качественные металлические детали, один подойдет вашему применению больше других, потому что у каждой процедуры свои выгоды и ограничения. Идеальный подход зависит от ваших требований, сложности дизайна, характеристик материалов и других критичных элементов дизайна детали.

Металлическое литье

Что такое металлические отливки? Просто: процесс литья включает плавление металла и заливку расплавленного материала в подготовленную форму для придания формы. Большинство современных литейных техник различаются тем, как расплавленный металл обрабатывается и помещается в форму. В зависимости от дизайна детали литейные процессы могут производить детали чистовой формы. Поэтому дополнительные механические операции не требуются для достижения окончательной требуемой формы и посадки.

Конструктор продукта должен знать, как функционирует каждый процесс и чем он отличается от других, чтобы решить, какой лучше для компонента — песочное литье, кокильное литье или литье в оболочках. Конструктор может выбрать наиболее подходящий процесс для применения только будучи осведомленным о его сложностях, требованиях и результатах.

Так что давайте быстро рассмотрим три литейные процедуры.

Что такое кокильное литье?

Кокильное литье — популярный процесс литья в постоянные металлические формы, при котором расплавленный металл прессуется в форму под давлением, затвердевая в металлическую отливку. Кокильные отливки или отливки под давлением обычно используются в автокорпусах, компонентах бытовой техники и игрушках.

Что такое песочное литье?

Песочное литье немного отличается от кокильного. Сначала расплавленный металл вручную заливается в разовую песчаную форму, остывающую в 3D-форму.

Что такое литье в оболочках?

В литье в оболочках расплавленный материал заливается в форму из огнеупорного материала. После затвердевания металла в форме отливка извлекается разрушением огнеупорной формы. Восковая модель используется для создания формы из огнеупорного материала.

В чем различия между песочным, кокильным и литьем в оболочках?

Песочное, литье в оболочках и кокильное литье — отличные выборы для различных применений. Они эффективны, имеют сравнимое качество и могут лить похожие материалы. В результате определение явного победителя при оценке различий может быть сложным.

Однако существуют значительные различия при выборе между процессами литья в оболочках, кокильного и песочного. Знание о них может помочь конструктору продукта, потому что помогает принять обоснованное решение.

Вот восемь самых значимых различий между процессами песочного, литья в оболочках и кокильного литья.

Дизайн и материал формы

Первичное различие между песочным, литьем в оболочках и кокильным процессами — материал, используемый для создания формы.

Кокильные формы — постоянные металлические, тогда как песочные формы — разовые песок. Литье в оболочках требует специального огнеупорного покрытия вокруг восковой модели для создания формы.

Благодаря постоянной форме кокильное литье имеет более высокую производительность, чем песочное и литье в оболочках, где производителю нужно переделывать форму каждый раз. Литье в оболочках имеет преимущество большего числа деталей на форму, так как несколько деталей литуются в одном дереве.

Качество используемого песка существенно влияет на качество поверхности отливки. В отличие от этого, металлическая кокильная форма и тонкий огнеупорный шлам в литье в оболочках дадут более гладкую поверхность, чем песочное литье.

Песочные формы и формы для литья в оболочках разрушаются каждый раз, пока кокильная форма готова сразу после литейного цикла. Это качество и фантастическая скорость обработки среди самых важных аспектов. Поэтому кокильное литье обычно предпочтительно в высокоскоростных производственных настройках.

Из-за этого разрыва песочное литье менее подходит для применений, требующих скорости. С другой стороны, процесс относительно экономичен и универсален, делая его идеальным для сплавов и необычных форм. Дополнительно конструкторы имеют больше свободы, потому что производственный процесс прост и может легко обрабатывать широкий спектр сплавов.

Типы металлического литья	Материал формы и производство
Песочное литье	Разовая форма Материал формы — Песок 1–2 недели
Кокильное литье	Постоянная форма Материал формы — Металл 4–10 недель
Литье в оболочках	Разовая форма Материал формы — Огнеупорный материал 7–10 дней от восковой модели до готовой отливки

Материал

Литье в оболочках и песочное литье могут лить любой материал. Однако кокильное литье обычно используется для литья деталей из цветных металлов с низкой температурой плавления. Поэтому цинк, алюминий, магний и латунь широко используются в кокильном литье, тогда как алюминиевые сплавы, латунные сплавы, чугун и литая сталь — популярные материалы для песочного литья.

Литье в оболочках очень похоже на песочное литье, которое может лить любой материал.

Типы металлического литья	Песочное литье	Кокильное литье	Литье в оболочках
Литье металлов	Неограниченно	Металлы с низкой т. плавления	Неограниченно

Свойства деталей

Кокильные отливки обычно более долговечны, чем песочные и литье в оболочках, из-за высоких давлений в процессе. Дополнительно высокое давление обеспечивает отсутствие внутренних зазоров и что весь продукт в основном свободен от внутренних дефектов.

Кокильное литье остывает быстрее песочного, давая кокильным деталям более тонкую, однородную микроструктуру. Обычно эта микроструктура повышает механические свойства до 20%.

• Песочное литье — Свойства материала сравнительно низкие
• Кокильное литье — Хорошие механические свойства и микроструктура благодаря высокому давлению
• Литье в оболочках — Механические свойства и микроструктура зависят от метода литья, но обычно находятся между песочным и кокильным литьем.

Характеристики отливок	Песочное литье	Кокильное литье	Литье в оболочках
Размер детали — Вес (кг) — Мин	0.01	< 0.01	0.001
Размер детали — Вес (кг) — Макс	Без лимита	50	100
Пористость (1 — лучшее до 5 — худшее)	3–5	1–3	5
Сложность формы (1 — лучшее до 5 — худшее)	1–2	3–4	1

Сложность деталей

Другое различие между результатами кокильного, литья в оболочках и песочного — общая сложность деталей. Литье в оболочках и песочное литье могут обрабатывать гораздо более сложные и обширные дизайны, чем кокильное литье. Кокильное литье дает гораздо большую размерную точность и скорость, но ограничено в способности производить сложные формы.

Литье в оболочках и кокильное литье также ограничены и подходят для малых и средних деталей по сравнению с песочным литьем.

Характеристики отливок	Песочное литье	Кокильное литье	Литье в оболочках
Размер детали — Вес (кг) — Мин	0.01	< 0.01	0.001
Размер детали — Вес (кг) — Макс	Без лимита	50	100
Сложность формы (1 — лучшее до 5 — худшее)	1–2	3–4	1

Толщина стенки

Песочное литье обычно дает более толстые стенки. Толстые стенки означают больше места для коррекции ошибок механической обработкой и постобработкой, но также тяжелее.

Литейнй процесс	Мин. толщина сечения	Макс. толщина сечения
Песочное литье	3.00 мм	Без лимита
Кокильное литье	0.50 мм	12.00 мм
Литье в оболочках	1.00 мм	75.00 мм

Кокильное литье, с другой стороны, производит более тонкие стенки, сохраняя большую размерную точность. В результате песочное литье неподходит для мелких объектов с тесными допусками, и поддержание стабильности и лучших результатов становится крайне трудным. Литье в оболочках также может производить тонкие стенки и хорош для сложных форм и особенностей.

Объем производства

Одно из преимуществ песочного литья — меньше требований к оснастке. В результате процесс занимает сравнительно меньше времени и может давать хорошие результаты сразу. Кокильное литье, с другой стороны, лучше подходит для крупносерийного производства из-за более сложного и трудоемкого начального инструментирования.

Литье в оболочках может производить больше деталей за партию, так как несколько деталей можно отлить на дереве, но начальное время настройки похоже на кокильное литье.

Характеристики отливок	Песочное литье	Кокильное литье	Литье в оболочках
Типичная скорость производства (деталей/форма·час)	1–20	2–200	1–1000
Минимальное количество	1	10,000	10

Однако помните, что кокильное литье — более быстрый процесс для больших объемов. Быстрое производство означает, что кокильное литье позволит произвести тысячу деталей за меньшее время, чем альтернативный метод. Однако начальное время инструментирования для кокильного литья делает другой процесс лучше, если вам нужно только 100–150 или меньше изделий.

Допуски и точность

Кокильное литье предлагает лучшую точность допусков из трех литьев. Эти типичны для алюминия, так как точность и допуски литейного процесса зависят от факторов:

• Сложность дизайна
• Тип модельного и кокильного оборудования
• Металл и сплав
• Состояние модели и кокिलли
• Рабочие методы литейного цеха

Размерность	Кокильное литье	Песочное литье	Литье в оболочках
До 25 мм	±0.050 мм	±2.00 мм	±0.250 мм
До 50 мм	±0.075 мм	±2.00 мм	±0.350 мм
До 75 мм	±0.100 мм	±2.00 мм	±0.400 мм
До 100 мм	±0.125 мм	±3.00 мм	±0.500 мм

Обратитесь к следующим стандартам для таблиц и диаграмм допусков и точности литья:

• ISO 8062 — Литейные размерные допуски и механизационные запасы

Наплавка поверхности

Другой критический фактор — наплавка конечного продукта. Песочный литейный процесс производит грубую и шершавую поверхность, которая может требовать дальнейшей обработки или механической обработки после остывания. Кокильное литье, однако, имеет отличную наплавку, которая редко требует дополнительной обработки.

Литье в оболочках обычно производит отличную наплавку благодаря тонкому шламовому материалу.

Стоимость

Как и все производственные процессы, стоимость единицы зависит от различных факторов, включая материал, труд и оборудование. Например, песочное литье требует больше труда, кокильное литье требует дорогие кокилли и оборудование, а литье в оболочках требует длинное производственное время.

По сравнению с простотой песка, изготовление металлической кокилли для кокильного процесса стоит дороже. Дополнительно металлические кокилли требуют больше времени и экспертизы, повышая общую стоимость процесса.

Литейнй процесс	Стоимость кокилли	Стоимость оборудования	Стоимость труда	Скорость продукта (шт/ч)
Песочное литье	Низкая	Низкая	Низкая–Средняя	< 20
Кокильное литье	Высокая	Высокая	Низкая–Средняя	< 200
Литье в оболочках	Средняя–Высокая	Низкая–Средняя	Высокая	< 1000

Время разработки также варьируется между литейными процессами и увеличивает общую стоимость.

• Песочное литье — 2–10 недель времени разработки
• Кокильное литье — 12–20 недель
• Литье в оболочках — 5–16 недель

На изображении ниже показано, что стоимость зависит от производственного объема и скорости.

Преимущества и недостатки песочного, кокильного и литья в оболочках

Тип литья	Преимущества	Недостатки
Песочное литье	Почти любой металл можно отлить Нет лимита размеру, форме или весу детали Низкая стоимость инструментирования	Требуется наплавка Грубая наплавка поверхности Широкие допуски
Кокильное литье	Отличная размерная точность Отличная наплавка поверхности Низкая пористость Высокая скорость производства	Высокая стоимость кокилли Ограниченный размер детали Обычно ограничено цветными металлами Долгое ведущее время
Литье в оболочках	Сложные формы деталей Отличная наплавка и точность Почти любой металл можно отлить	Размер детали ограничен Дорогие модели и формы Дорогой труд

Характеристики песочного, кокильного и литья в оболочках

Характеристики отливок	Песочное литье	Кокильное литье	Литье в оболочках
Размер детали — Вес (кг) — Мин	0.01	< 0.01	0.001
Размер детали — Вес (кг) — Макс	Без лимита	50	100
Типичная наплавка поверхности (Ra — мкм)	5–250	1–2	0.3–2
Пористость (1 — лучшее до 5 — худшее)	3–5	1–3	5
Сложность формы (1 — лучшее до 5 — худшее)	1–2	3–4	1
Размерная точность (1 — лучшее до 5 — худшее)	3	1	1
Секция — Толщина стенки — Мин	3	0.5	1
Секция — Толщина стенки — Макс	Без лимита	12	75
Типичный размерный допуск (мм)	1.6–4.00	±0.001–0.005	±0.005
Типичная скорость производства (деталей/форма·час)	1–20	2–200	1–1000
Минимальное количество	1	10,000	10