Заводы по литью и последующей механической обработке

Когда говорят про заводы по литью и последующей механической обработке, многие представляют просто цех с печами и станками. На деле же это сложный симбиоз технологий, где каждый этап влияет на конечный результат. Например, без правильного подхода к проектированию литниковой системы даже самая точная механообработка не спасёт деталь от внутренних напряжений.

Технологические нюансы совмещения процессов

В нашей практике на Sunleaf случались ситуации, когда заказчики требовали минимальных припусков на обработку для экономии материала. Но при литье под давлением алюминиевых сплавов это приводило к выкрашиванию режущего инструмента - оказывалось, поверхностный слой имел неравномерную твердость из-за скорости кристаллизации. Пришлось разработать систему контрольных замеров твердости на разных участках отливки перед передачей в механический цех.

Особенно сложно с тонкостенными деталями для электротехнической промышленности. Здесь геометрия литника определяет не только заполняемость формы, но и вектор усадки. Если направить поток металла через рёбра жёсткости - при фрезеровке посадочных мест появляется риск коробления. Мы в Sunleaf для таких случаев используем предварительное моделирование литья в MagmaSoft, хотя и это не всегда даёт 100% прогноз.

Интересный момент с чугунными крышками подшипниковых узлов. Казалось бы, простейшая отливка, но при механической обработке посадочных мест под уплотнения постоянно возникали проблемы с пористостью в зоне перехода от массивных частей к тонким. Решение нашли эмпирическим путём - размещаем технологические бобышки в 'мёртвых зонах' формы, которые потом просто срезаем на токарном станке.

Оборудование и его влияние на качество

На нашем производстве в Foshan Nanhai Sunleaf Metal Products Co., Ltd. для литья под давлением используем машины с холодной камерой прессования Buhler. Но хочу отметить, что даже лучшая литейная техника не компенсирует ошибки в последующей мехобработке. Например, при обработке блока цилиндров из алюминиевого сплава АК7ч температурные деформации после снятия стружки могут достигать 0,1 мм - это больше допуска на большинство ответственных деталей.

Для сложных корпусных деталей внедрили трёхкоординатные обрабатывающие центры DMG Mori с ЧПУ. Но и здесь есть нюанс - система крепления отливки должна учитывать литейные напряжения. Однажды при фрезеровке пазов в корпусе редуктора после снятия с станка геометрия 'уплыла' на 0,3 мм. Пришлось разрабатывать специальные технологические хомуты, фиксирующие деталь в состоянии, близком к рабочему.

Отдельная история - обработка ответственных узлов из нержавеющих сталей. После литья по выплавляемым моделям возникает проблема с наклёпом поверхностного слоя. Стандартный совет - отжиг перед мехобработкой, но для серийного производства это удорожает процесс. Мы экспериментировали с различными режимами резания и пришли к использованию твёрдосплавного инструмента с поликристаллическим покрытием - это дало рост стойкости инструмента в 2,5 раза.

Контроль качества на стыке процессов

Введём обязательную цветную дефектоскопию для всех деталей гидравлических систем. Многие недооценивают, что микротрещины от литья могут проявиться только после чистовой обработки, когда деталь уже почти готова. Особенно коварны раковины в зоне перехода от толстых сечений к тонким - их не всегда видно на рентгене.

Для крупносерийного производства наладили систему статистического контроля размеров после каждой операции. Но и здесь есть подводные камни - при измерении прецизионных валов из ковкого чугуна выяснилось, что измерительное усилие в 2Н уже вызывает упругие деформации до 5 мкм. Пришлось калибровать методики измерений под каждый тип деталей.

Сейчас внедряем на https://www.sunleafcn.ru систему сквозного отслеживания каждой партии - от плавки до упаковки. Это позволяет быстро находить корень проблем. Например, выявили зависимость между температурой заливки и стабильностью размеров после токарной обработки для латунных фитингов.

Экономические аспекты комплексного подхода

Многие заказчики просят снизить цену за счёт упрощения конструкции отливки. Но потом оказывается, что экономия в 5% на материале оборачивается 30% удорожанием мехобработки из-за необходимости установки дополнительных приспособлений. Мы в Sunleaf всегда предлагаем технологический анализ конструкции на этапе проектирования.

Интересный опыт с производством крыльчаток насосов. Изначально делали цельнолитую конструкцию из бронзы, но мехобработка каналов была крайне трудоёмкой. Перешли на сборную конструкцию с отдельно литыми лопастями - себестоимость снизилась на 18% при сохранении характеристик.

Для массового производства сейчас оптимизируем техпроцесс алюминиевых корпусов приборов. Объединили черновую мехобработку и искусственное старение - детали после литья сразу поступают на фрезерные центры, затем в печь старения, и только потом чистовая обработка. Цикл сократился с 14 до 8 часов.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с гибридным подходом - литьё с предварительно размещёнными закладными элементами. Например, для фланцев с резьбовыми отверстиями устанавливаем стальные втулки прямо в форму. Это исключает последующее нарезание резьбы и даёт выигрыш по прочности.

Наблюдаем тенденцию к интеграции 3D-печати литейных форм с традиционной мехобработкой. Для опытных образцов уже используем песчаные формы, напечатанные на 3D-принтерах ExOne. Это позволяет проверить технологичность конструкции до запуска в серию.

Для особо сложных случаев разрабатываем комбинированные методы - например, литьё с локальным упрочнением зон последующей обработки за счёт направленной кристаллизации. Пока это лабораторные исследования, но для клапанов высокого давления уже получили прирост стойкости к истиранию на 40%.