Усадка, как скрытая в отливке внутренняя "темная рана", является в традиционном процессе литья распространенным, трудно искореняемым дефектом. Он не только влияет на красоту отливки, но и напрямую угрожает ее прочности и механическим свойствам. Когда расплавленный металл в процессе застывания уменьшается в объеме, и не получает достаточной добавки жидкого металла, в отливке или на поверхности образуются пустоты, то есть мы часто говорим усадка или усушка! .  

Устранение усадочных отверстий всегда было сложной задачей для литейщиков и инженеров, при этом традиционные методы часто полагались на опыт и корректировали конструкцию формы, системы заливки и процессы охлаждения методом проб и ошибок. . Однако с появлением технологий аддитивного производства, особенно 3D-печати песка промышленного класса, проектирование и производство отливок претерпели революцию, открыв новые беспрецедентные возможности для полного решения проблемы усадки.  

1. основные причины усадки отливок: геометрические ограничения традиционных форм

Чтобы понять, как 3D-печать решает проблемы, необходимо сначала глубоко проанализировать болевые точки традиционного литья. Основные причины образования усадки можно объяснить двумя причинами:

1. Компенсируйте недостатки усадки: По мере затвердевания и усадки отливки ее необходимо постоянно пополнять жидким металлом через систему заливки и стояк. Если каналы для пополнения запасов спроектированы неправильно или их недостаточно, жидкий металл не может быть доставлен в те места, где пополнение запасов наиболее необходимо, что приводит к образованию пустот. ?
2. Неравномерное застывание: Если скорость охлаждения различных участков отливки непоследовательна, тепло трудно эффективно распределить, образуются горячие швы (горячие пятна). Эти горячие точки являются последними затвердевшими участками, когда окружающий металл затвердел, в них отсутствует добавка жидкого металла, очень легко образуются усадочные отверстия. ?

При традиционном литье формы и стержни изготавливаются с помощью физических инструментов, геометрия которых ограничена обрабатываемостью и возможностью выпуска. Например, отверстия, просверленные для прохода охлаждающей воды, могут быть только прямыми. . Это затрудняет проектирование сложных, изогнутых каналов усадки или каналов охлаждения внутри формы для точного контроля процесса затвердевания, что повышает риск возникновения дефектов усадки. .  

2. решения для 3D-печати: свобода дизайна для придания "жизни" формам и штампам

Основными преимуществами промышленных песочных 3D-принтеров являютсяСвобода дизайнаответить пениемБесформенное производствоОн печатает песчаные формы и стержни слой за слоем непосредственно из файлов 3D CAD. . Это свойство радикально преодолевает геометрические ограничения обычных процессов и предоставляет несколько мощных средств для устранения усадки, а именно:  

Вариант 1: Оптимизация канала наполнения и усадки для точной инфузии

Используя технологию 3D-печати, инженеры могут разработать оптимальную систему усадки в пресс-форме без учета возможности механической обработки.

• Встроенная система заливки: Традиционно система литников (включая литник и стояк) изготавливается и собирается отдельно. 3D-печать позволяет напечатать всю систему литников, стояк наполнителя и саму пресс-форму в виде одной детали. Такая интегрированная конструкция обеспечивает бесшовное соединение и точное выравнивание каналов, что значительно снижает риск разрушения при усадке из-за ошибок при сборке. ?
• Точно рассчитанные наливные стояки: 3D-печать позволяет точно спроектировать и напечатать усадочные стояки над зонами горячих швов отливки, обеспечивая постоянный поток расплавленного металла для заполнения пустот, образовавшихся в результате усадки при затвердевании. Было показано, что переливные стояки над отливкой могут эффективно удалять газы, тем самым уменьшая дефекты пористости в отливке. ?
• Устранение подсечек и сложных структурных барьеров: В традиционных процессах сложные подрезы и внутренние проходы требуют сборки нескольких стержней, что не только увеличивает ошибки при сборке, но и может легко привести к смещению или перекосу стержней. 3D-печать позволяет объединить несколько отдельных стержней в один, сложный, интегрированный стержень, полностью исключая необходимость сборки и повышая точность и качество литья. ?

Вариант 2: Конформное охлаждение для равномерного затвердевания

Для самих форм 3D-печать может стать не менее революционной. По ссылкеКонформное охлаждение(конформное охлаждение), которая позволяет создавать внутри формы каналы охлаждения, соответствующие контурам поверхности отливки. .  

• Принцип: Обычные каналы охлаждения просверлены по прямой линии и не охватывают все охлаждаемые участки, что приводит к неравномерной температуре формы. Конформное охлаждение, с другой стороны, использует 3D-печать для интеграции изогнутых, змеевидных каналов охлаждения в форму так, чтобы они плотно прилегали к поверхности отливки. ?
• Преимущество: Такая конструкция обеспечивает более равномерное охлаждение и значительно снижает риск локального перегрева формы. Более сбалансированный температурный градиент означает, что процесс затвердевания более контролируем, что радикально снижает образование горячих швов и, таким образом, предотвращает усадку. Было продемонстрировано, что использование формы с охлаждением по принципу следования форме снижает колебания температуры при охлаждении формы до 18°C, что значительно уменьшает риск коробления отливки. ?

Вариант 3: Цифровое моделирование и быстрая итерация для предотвращения проблем до их возникновения

Цифровой рабочий процесс 3D-печати предоставляет инженерам ценные возможности для "проб и ошибок" перед запуском в производство. .  

• Программное обеспечение для моделирования литья: Инженеры могут использовать программное обеспечение для моделирования литья (например, Cimatron), чтобы смоделировать течение и застывание расплавленного металла. Если результаты моделирования показывают риск усадки, конструкцию формы можно быстро скорректировать, например, изменив расположение литника или стояка, а затем снова провести виртуальные испытания. ?
• Быстрое создание прототипов и итерации: Если требуется физический прототип, 3D-печать позволяет изготовить форму или стержень за несколько часов или дней. Это позволяет инженерам многократно повторять и проверять конструкцию с меньшими затратами и скоростью. Такая гибкая модель разработки немыслима при традиционном литье, которое требует дорогостоящего изготовления форм и длительного времени ожидания. ?

3. не просто устранение дефектов, а скачок в эффективности

Использование технологии 3D-печати для решения проблемы усадки литья, приносит не только улучшение качества продукции, но и ряд цепочек бизнес-ценностей:

• Сократите расходы: 3D-печать значительно снижает производственные затраты за счет исключения дорогостоящих физических аспектов изготовления форм и инструментов. Согласно исследованиям, 3D-печать позволяет сэкономить до 50%-90% по сравнению с традиционными методами. ?
• Сократите время доставки: Время изготовления пресс-форм сократилось с недель и даже месяцев до нескольких часов, что позволяет компаниям быстрее реагировать на запросы рынка. В одном случае компания смогла сократить сроки изготовления на девять недель благодаря использованию песочного 3D-принтера. ?
• Снижение количества брака: Точность и согласованность форм были значительно улучшены, что позволило уменьшить количество дефектов литья, вызванных человеческим фактором или износом формы, и тем самым значительно снизить количество брака. ?
• Упростите процесс: Объединение нескольких деталей в один интегрированный компонент упрощает сложные процессы сборки и снижает потребность в высококвалифицированной рабочей силе. ?

Заключение: 3D-печать - "лекарство" для литейной промышленности

Усадка отливки - это не изолированная техническая проблема, но традиционный процесс литья в условиях сложного дизайна и высокоточных требований подвергается системным испытаниям. Промышленные песчаные 3D-принтеры, обладающие уникальными технологическими преимуществами, предлагают "лекарство" от этой проблемы в самом ее источнике. Они устраняют риск усадки, предоставляя инженерам беспрецедентную свободу проектирования, позволяя им создавать оптимизированные внутренние структуры и системы охлаждения. .  

Для стремления к отличному качеству, эффективному производству и оптимизации затрат современных литейных предприятий 3D-печать больше не является незаменимой "дополнительной опцией", а способствует модернизации промышленности, в условиях жесткой конкуренции на рынке завоевывая первые возможности для ключевых технологий. Это не просто часть оборудования, но и "цифровое литье", мост в будущее, так что бывшие "проблемы литья" будут решены! .