Лиття по моделях, що газифікуються

ВУкаіни до 78% виливків металевих деталей-заготовок для машинобудування виробляють в піщаних формах. Такі піщані форми є разовими. Для їх отримання тепер все ширше використовують разові моделі з пінопласту. Машинобудівники мало знають про сучасну технологію отримання металевих виливків високої точності і складності - лиття за моделями з пінопласту, званої литтям за газифікованими моделями (лиття ЛГМ).

Лиття по моделях, що газифікуються. Лиття ЛГМ.

Англомовне назва ЛГМ - Lost Foam Casting Process дослівно означає процес лиття при втраті піни, маючи на увазі використання пенопластовой моделі. Тим часом, за 50 років з часу свого виникнення річний обсяг виробництва виливків в світі цим способом перевищив 1,5 млн. Тонн.

Моделі ЛГМ. Виготовлення моделей ЛГМ.

Моделі разового застосування в ливарній справі дозволяють отримувати найбільш точні виливки. Моделі з пінопласту схожі на упаковку для телевізора, які масово штампують на автоматах. За приблизно такою ж технологією виготовляють моделі з пінопласту для виливків з металу. Для серії виливків такі моделі виготовляють вдуванием гранул пінополістиролу в алюмінієві прес-форми (багатомісні для дрібних моделей) з подальшим вспениванием і спіканням гранул шляхом нагрівання прес-форм протягом декількох хвилин до

130 ° С. Алюмінієві прес-форми можна виготовляти точним литтям, але частіше це робиться шляхом механічної обробки. За прес-формам можна виготовити тисячі і більше пінопластових моделей.

Для разових і крупних виливків вагою до декількох тонн моделі вирізають з плит пінопласту нагрітої ніхромового дротом по шаблонах або на гравіювання фрезерних верстатах з ЧПУ. Потім полістироловий модель покривають швидковисихаючої фарбою з порошком-вогнетривом, склеюють з пінопласту літником, поміщають в контейнер, де засипають її сухим піском, і заливають розплавленим металом через цей литник. При заливці полістирол випаровується ( «втрачається піна»), і модель заміщається металом. При цьому метал твердне у вигляді виливки в нерухомому піску, який, облягаючи модель при засипці піску (формуванні), прийняв форму дзеркального відображення цієї виливки.

Технологія лиття по моделях, що газифікуються

Утворені при заливці металу гази з контейнера відсмоктують насосом - розрідження підтримують приблизно на рівні 0,5 атм, одночасно це розрідження ущільнює і утримує в нерухомому стані пісок в процесі заміщення моделі металом. Потім гази через трубу вакуумної системи подають для утилізації та знешкодження в систему термо-каталітичного допалювання. Там вони окислюються приблизно на 98%, і у вигляді водяної пари і двоокису вуглецю викидаються в атмосферу за межами приміщення цеху. Традиційні форми зі сполучною після заливки металом димлять в приміщенні, як не вентилюється робочу зону цеху, а видалення газів з сухого піску насосом в 10-12 разів знижує показники забруднень повітря робочої зони цеху в порівнянні з литтям в традиційні піщані форми згідно з проведеними вимірами концентрацій домішок в повітрі цеху.

Формувальний кварцовий пісок після вилучення остигнула виливки з форми завдяки його високій плинності зазвичай транспортують по закритій системі трубопроводів пневмотранспорту, що виключає розпорошення його в цеху. Приблизно третина його надходить в установку терморегенераціі, де він звільняється від залишків конденсованих продуктів деструкції пінополістиролу, а потім, змішуючись з іншою частиною, після охолодження в прохідних закритих охолоджувачах подається знову на формування. В результаті втрати оборотного піску не перевищують кількох відсотків - це просипи, винесення з відсмоктувати газами і т.п.

Значну частину бункерів, трубопроводів і обладнання комплексу по охолодженню і складування оборотного піску зазвичай монтують за межами приміщення цеху у зовнішній його стіни, при цьому сухий пісок, який не боїться морозу, швидше охолоджується на відкритому повітрі. Ізолювання в закритих трубопроводах потоку піску, відсмоктування з форми і подальше дожигание газів в поєднанні з чистим модельним виробництвом дає можливість створити екологічно чисті цеху високої культури виробництва.

Екологічна безпека технологічного процесу забезпечується також виключенням з нього токсичних речовин, що пов'язують і великого обсягу формувальних і стрижневих піщаних сумішей (зазвичай від 2 до 4 т відпрацьованої суміші зі сполучною речовиною йде у відвал на 1 т чавуну), а також їх транспортування і вибивання відливок. Наприклад, 1 куб. м пінополістиролу моделі важить 25 кг. Якщо він заміщається 7 т рідкого чавуну, то при цьому на 1 т лиття витрачається 25/7 = 3,6 кг полімеру. А в формах із смоляних холодно-твердіючих сумішей при споживанні 3% сполучного речовини на 3 т суміші, яка потрібна для 1 т лиття, витрата зв'язуючого полімеру становить 0,03х3000 = 90 кг, що в 90 / 3,6 = 25 разів більше.

Отримана виливок, має високу точність і конкурентний товарний вигляд. Тримаючи в руках легку модель, можна побачити і поміряти по всій конфігурації майбутню виливок і скорегувати її можливі огріхи, що при звичайній формуванні для складних з декількома стержнями виливків не зробити. Модель з пінопласту легше виливки з чавуну в 7000/25 = 280 раз, візьмеш її в руки - ніби тримаєш порожнечу, яка потім перетворюється в метал.

Наші ливарники не звикли до таких технологічних можливостей і такої якості лиття, так як стереотипи, закладені ще в інститутах, гальмують розуміння потенціалу цієї технології. У ній відсутня сморід від горілих сполучних полімерів, немає заток по роз'єму форми (роз'ємів немає) і зміщення стрижнів і форм при зборці, т. К. Відсутні самі стержні з усіма проблемами їх виробництва і вибивання. Виробничі дільниці - модельний, формувальний, плавильний, очисної мають приблизно однакові площі й оснащуються простим устаткуванням.

Так як моделі поміщають в сухому піску в контейнері, що стоїть на вибростоле, де пісок ущільнюють близько 1-1,5 хвилин, то відпадає потреба в високоточних формувальних машинах пресування і пристроях збірки форм. Акцент перенесено на виготовлення найлегших моделей з щільністю матеріалу 25-26 кг / куб. м, яке зазвичай довіряють жіночим рукам.

Для серійного виробництва виливків використовуються напівавтомати, цикл виробництва пінопластових моделей на яких становить близько трьох хвилин. Вони запозичені з пакувальної галузі, де їх використовують для виробництва фасонної упаковки, легкої тари, а також декоративних панелей і елементів фасаду будівель. Умови праці, подібні умовам пакувального виробництва, витісняють образ старої задимленої «літейкі». Таким способом одержують виливки з чавуну і сталі усіх видів, бронзи. латуні й алюмінію всіх ливарних марок. У ящику на «ялинці або кущі» можуть відразу лити десятки виливків, як в ювелірному виробництві, з майже ювелірною точністю. До 90% виливків можна застосовувати без подальшої механічної обробки.

Економія при використанні лиття ЛГМ

Описана технологія дуже економічна в порівнянні з традиційною. На 1 т лиття витрачають 50 кг кварцового піску, 25 кг протипригарних покриттів, 6 кг пінополістиролу і 10 кв. м поліетиленової плівки. Низькі витрати на модельно-формувальні матеріали дозволяють економити не менше $ 100 на 1 т лиття, розміщення виливків по всьому обсязі контейнера дає змогу отримувати 70-80% придатного литва, економія шихти металу становить 250-300 кг, електроенергії - 100-150 кВт.год, маса виливків знижується на 10-20% в порівнянні з традиційною опочного формуванням.

Велика економія виходить при литті складних виливків зі зносостійких сталей (траки і деталі гусениць, бронефутеровок, корпусні деталі) так як різко знижуються витрати на їх механообработку. Ллють без обмежень на конструкції і конфігурації колеса, зірочки, головки і блоки циліндрів, патрубки бензинових і дизельних двигунів, коленвали, і ін. Капітальні витрати на організацію і введення в експлуатацію виробництва скорочуються в 2-2,5 рази. Досвід запуску ділянок продуктивністю до 50-150 т / місяць показав, що термін їх окупності не перевищував 1,5 року.

Застосування ЛГМ. Інтерес до лиття ЛГМ.

Більшість найбільших автовиробників Європи, Азії та Америки щорічно використовують в вироблених автомобілях кілька сотень тисяч тонн точних виливків, отриманих описаним способом. General Motors, Ford Motors, BMW, Fiat, VW, Renault і ряд інших фірм повністю перейшли в 1980-90 роках на виготовлення цим способом виливків блоків циліндрів, головок блоку, впускних і випускних колекторів, колінвалів для найбільш масових типів двигунів.

У Фізико-технологічному інституті металів і сплавів (ФТІМС) НАН України (відділ формоутворення під керівництвом професора Шинський О. І.) спроектували обладнання і запустили ряд ділянок вУкаіни і Україні, впровадили таке обладнання в Польщі і В'єтнамі. На дослідному виробництві ФТІМС в Києві ллють чорні і кольорові метали вагою виливка 0,1-1500 кг до 50 т / місяць, відпрацьовують технологію і оснастку для нових цехів, проектують обладнання та лінії під програму лиття та площі цеху замовника, які потім поставляють ливарним підприємствам з пуско-налагодження всього комплексу обладнання та впровадженням технології у виробництво.

Виробничий потенціал технології лиття ЛГМ далеко не вичерпаний. Вона також дозволяє отримувати раніше нетехнологічні литі великопористі, комірчасті і каркасні виливки, лити не тільки метали і сплави, але й отримувати композити та армовані конструкції, які мають поліпшені характеристики. При цьому в модель попередньо вставляють різні деталі або матеріали, які формують композит або армовану конструкцію, а накладення газового тиску на рідкий метал збільшує стабільність просочення таких виробів зі вставками на довжину до 1 м.

Лиття ЛГМ відносять до високотехнологічних виробництв, які дають вихід до сталого розвитку з технологічного відставання, коли у вітчизняній економіці наростає сировинна складова, домінує продукція з низькою доданою вартістю та знижується конкурентоспроможність виробництва. Якщо в 80-і роки в структурі вітчизняної промисловості і товарного експорту вага машинобудування становив близько 30 ... 40%, а чорної металургії був в два-три рази менше, то сьогодні навпаки. Саме розвиток ливарного виробництва - це крок до відновлення і росту вітчизняного машинобудування, перетворення країни з продавця напівфабрикатів в експортера технологічної продукції з великою доданою вартістю. Зниження залежності національної промисловості від імпорту ідей, технологій і товарів, реалізація власної програми інноваційного розвитку дозволить нам стати рівноправним учасником глобальних інноваційних процесів.