Литьё в песчаные формы: ПГС или ХТС — что выбрать

Литьё в песчаные формы — самый распространённый способ изготовления отливок. Так делают корпуса насосов и редукторов, станины, шкивы, колёса, плиты и тысячи других деталей из стали, чугуна и цветных сплавов. В обиходе этот способ называют «литьём в землю»: форму набивают из формовочной смеси на основе кварцевого песка, а после заливки разрушают, чтобы достать отливку.

Но «песчаная форма» — это не одна технология. Песок нужно чем-то связать, и от выбора связующего зависят точность, качество поверхности и цена отливки. Разберём два основных варианта: песчано-глинистые смеси (ПГС) и холодно-твердеющие смеси (ХТС).

Как устроена песчаная форма

Изготовление отливок в песчаных формах всегда идёт по одной схеме, независимо от смеси:

• Модель повторяет наружные очертания детали с припусками на усадку металла и механическую обработку. Её делают из дерева, пластика или металла — это модельная оснастка.
• Опока — жёсткая рамка, в которую набивают смесь вокруг модели. Форма обычно состоит из двух полуформ: верхней и нижней.
• Стержни формируют внутренние полости детали — каналы, отверстия, пустоты корпуса. Их изготавливают отдельно в стержневых ящиках.
• Литниковая система — каналы, по которым металл попадает в полость формы, и прибыли, которые питают отливку при усадке.

После заливки и остывания форму разрушают, отливку очищают от песка, удаляют литники и отправляют на термообработку и механическую обработку.

Песчано-глинистые смеси (ПГС)

Литьё в песчано-глинистые формы — классическая технология: кварцевый песок связывают глиной (обычно бентонитом) и водой. Смесь уплотняют вокруг модели, и форма держит форму за счёт влажной глины. Формы бывают сырыми — заливаются сразу — и сухими, которые перед заливкой сушат в печах.

Плюсы: дешёвая смесь, которую легко регенерировать и использовать повторно; хорошо подходит для массового производства на автоматических формовочных линиях.

Минусы: форма менее прочная, песок может осыпаться и попасть в металл — появляются засоры и раковины. Влага в смеси добавляет риск газовых дефектов. Точность размеров и качество поверхности ниже, поэтому на обрабатываемые поверхности приходится оставлять больше металла. Сухие формы требуют сушильных печей и времени.

Холодно-твердеющие смеси (ХТС)

В ХТС вместо глины используют искусственные смолы с отвердителем. Смесь готовят в смесителе непрерывного действия: песок обволакивается смолой и катализатором и сразу подаётся в опоку. Форма самозатвердевает на воздухе за 10–15 минут, без нагрева в печах. Для стержней применяют продувку аминами — полимер схватывается практически мгновенно.

Плюсы:

• Точность. Отливки получаются на 2–3 класса точнее, чем в ПГС, — до 7 класса по ГОСТ 26645-85.
• Чистая поверхность. На стенках формы образуется твёрдая полимерная плёнка, песок не осыпается, и засоров в металле заметно меньше.
• Сложные стержни. Прочные стержни позволяют отливать детали со сложными внутренними полостями — корпуса насосов, редукторов, станины станков.
• Меньше мехобработки. Точная геометрия позволяет уменьшить припуски, а значит, сэкономить время и инструмент на токарной и фрезерной обработке.

Минусы: смолы дороже глины, а смесь требует точного дозирования и быстрой работы — она твердеет за минуты. ХТС экономически оправданы при литье средних и крупных деталей, когда масса формы превышает массу заливки не более чем в 3 раза.

Сравнение ПГС и ХТС

Какую технологию выбрать

ПГС остаётся оправданным выбором для массового выпуска простых отливок, где решает минимальная стоимость каждой формы. Для деталей, где важны геометрия, чистая поверхность и сложные внутренние полости, а также для единичного и мелкосерийного производства, ХТС обычно выгоднее: дороже смесь, но меньше брака и механической обработки.

Есть и третий вариант литья в песок — литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ). Модель из пенополистирола формуют в сухой кварцевый песок без связующего, а при заливке она газифицируется. Форма без разъёма и стержней позволяет получать сложные детали без дорогой оснастки — это удобно для единичных отливок и опытных партий.

Какие металлы льют в песчаные формы

В формы из ХТС отливают сталь, чугун, медь и алюминий. Песчаная форма выдерживает высокую температуру заливки стали, поэтому это основной способ получения стальных и чугунных отливок средней и крупной массы. Подробнее о материалах — на страницах литья стали и литья чугуна.

Как заказать отливку в песчаной форме

Для расчёта пришлите чертёж или 3D-модель детали, марку металла, количество и требования к механической обработке. Если чертежа нет, деталь можно изготовить по образцу. Инженер предложит технологию — ХТС, ЛГМ или другую — с учётом массы, геометрии и тиража. Подробнее о технологии — на странице литья в ХТС.