Сухие пески, используемые для литейных форм, можно разделить на две группы: пески, плакированные термореактивными смолами, и пески без покрытия.
Плакированные пески используют для изготовления оболочковых форм (стержней), для объемных мелких стержней, для покрытий металлических форм (кокилей). Пески без покрытий используют при изготовлении форм по пенополистироловым моделям и при пленочно-вакуумной формовке. Плакированные и неплакированные пески являются самотекучими, хотя при изготовлении форм из них в отдельных процессах используют внешнее воздействие — вибрацию, надувку, подпрессовку.
При горячем плакировании предварительно нагретый песок смешивается с твердой термопластичной фенолформальдегидной смолой с последующим преобразованием этой смолы в термореактивную за счет ввода отвердителя—уротропина. При смешивании термопластичная смола плавится и покрывает зерна тонкой пленкой. Для хорошего покрытия песчинок расплавленная смола должна обладать достаточной подвижностью. Максимальная подвижность у новолачных смол наблюдается при перегреве над температурой каплепадения на 30—40 °С, а в дальнейшем снижается.
Современные установки для изготовления оболочковых форм характерны высокой степенью механизации и автоматизации основных операций, осуществляемых на ручной машинке: нагрев моделей, бункерование смеси, формирование оболочки, снятие оболочки.
При изготовлении формы особенно с тонким рельефом поверхности наблюдается невыполнение четкого контура. Это связано с тем, что фенолформальдегидная смола, расплавляясь, превращает смесь в вязкую массу с пониженной текучестью (по сравнению с сухой смесью). Поэтому внешнее давление в этот период заметно улучшает четкость контуров.
Во время затвердевания корки последняя дает усадку, в результате корка плотно охватывает модель. Под влиянием нормального давления между коркой и формой создается трение. Значение нормального давления может быть определено расчетом.
Для облегчения снятия корки модели покрывают силоксановой жидкостью, которая при температуре 300 °С не испаряется и не коксуется. Оболочковые формы легко коробятся, что при сборке по разъему создает зазор и понижает точность отливок. Поэтому оболочковая форма после снятия с модельной плиты должна устанавливаться на гладких плитах до полного охлаждения или поступать на сборку с тем, чтобы после соединения двух полуформ склейкой или механическим креплением возникающие напряжения в полуформах взаимо уравновешивались. Склейка полуформ осуществляется токами высокой частоты.
Широкое применение получают спекаемые стержни, хорошо сочетаемые с сырыми песчано-глинистыми формами. Стержни изготовляют путем насыпки или надувки в горячие ящики с последующим высыпанием или отсасыванием неспекшейся смеси.
Имеются предложения по изготовлению неразъемных оболочковых форм по разовым моделям. В качестве разовых моделей могут быть использованы модели, изготавливаемые из селитр.
Качество поверхности отливок при применении оболочковых форм в значительной степени зависит от используемых материалов. При использовании кварцевых песков целесообразны пески с рассредоточенной структурой от К01 до К 0315. Такие пески должны быть свободны от пыли, глины, солей железа, карбонатов. Недостаток кварцевого песка — повышенный коэффициент термического расширения. Поэтому имеется тенденция по замене кварца цирконом, оливинами, дистенсиллимонитом, хромистым железняком.
Наблюдается также попытка замены фенолформальдегидной смолы мочевиноформальдегидной, которая дешевле, но она выделяет азот, распадается при низких температурах и дает повышенное количество пороков, особенно при стальном литье. Высокая текучесть сухих плакированных песков и их плотность в насыпном состоянии позволяет использовать пескодувный процесс, отличный от надувки воздухопроницаемых смесей. При заполнении емкости такие смеси ведут себя подобно жидкости. Ящик устанавливается над соплом, которое соединено с пескопроводом. Пескопровод погружен в песок, который заполняет бункер. При давлении воздуха на верхний уровень песка последний поднимается сифоном в пескопровод, а затем — в ящик. После образования корки в ящике остатки песка ссыпаются. Для заполнения сухим песком оболочек подача в них песка может быть произведена сверху. Для этого емкость поджимается к соплу, соединенному с бункером, наполненным песком. На верхний уровень песка в бункере подается давление и происходит заполнение оболочки.
При изготовлении оболочковых форм пескодувным процессом надувку можно осуществлять как между горячей модельной плитой и горячей контрмоделью, так и между холодной контрмоделью и горячей модельной плитой. Холодные контрмодели требуют смеси с некоторой сырой прочностью за счет введения, например, 0,3—0,6% веретенного масла. При спекании с двух сторон ухудшается рабочая поверхность формы — увеличивается пористость. При применении деревянных моделей, изготовленных с применением термостойких клеев и покрытий, отверждение производится горячим воздухом.
В настоящее время разработаны: рациональные конструкции форм для получения моделей из предварительно вспененных гранул; методы и режимы их нагрева; расчетные формулы, позволяющие управлять производством моделей.
Полученные модели формуют в сухом песке. При использовании сухого кварцевого песка формовка моделей производится в металлических коробах. На дно насыпается слой сухого песка, на который устанавливается пеномодель с литниковой системой в положении, требуемом для заливки, и производится засыпка ее просеянным песком. Одновременно песок уплотняется вибратором. По окончании засыпки и уплотнения песка на опоку ставится груз, препятствующий поднятию песка при заливке формы расплавом.
Получение годной отливки зависит от условий заливки. Между моделью и поверхностью металла образуется зазор, в который может обрушиться сухой песок, что часто и наблюдается. Размер этого зазора зависит от теплофизических свойств пенополистирола, температуры и скорости подъема металла в форме и от проницаемости материала формы. Были проведены большие исследования по изысканию условий, при которых бы сухой песок в образовавшийся зазор не обрушился. При этом были определены зоны разложения пенополистироловой модели, предложены расчетные формулы для определения давления в зазоре и размера зазора. Однако при использовании этих исследований в практике стабильных результатов не наблюдалось. Особенно сложно было получать по этой технологии стальные отливки, где высокая температура и интенсивное излучение создавали большой зазор между расплавом и моделью, в который обрушивался сухой песок. Поэтому возник ряд предложений по упрочнению сухого песка или его замены пластифицированными смесями. Например, имеются рекомендации по применению сухих смесей с малым количеством термореактивных и холоднотвердеющих смол для упрочнения форм во время заливки и до заливки. Для больших моделей рекомендуют их заформовывать в пластичные смеси. Однако при этом наблюдаются просечки, так как малое сопротивление сжатию модели ограничивает уплотнение и отдельные участки могут быть рыхлые. Кроме того, образующееся газообразование приводит к дополнительным порокам отливок.
Разработан процесс, позволяющий совмещать литье по полистироловым моделям и вакуумом, получивший название «Гамолив-процесс». По данным работы этот процесс позволяет достигнуть стабильных результатов при удалении модели испарением с использованием сухих песков, а также устранить дефекты, связанные с деструкцией модели. Следует указать на науглероживание стали при контакте ее с пенополистироловыми моделями во время испарения. Наблюдаются также поверхностные раковины сажистого углерода.
Несмотря на трудности, связанные с освоением формообразования из сухих песков с применением пенополистироловых моделей, особенно для стального литья, работы продолжаются. В малых объемах ведут работы по формообразованию из пластичных смесей с применением пенополи-стирола для прибылей, отъемных частей, жеребеек, вместо упрощенных моделей (шаблон, скелет), выполняемых из дерева в индивидуальном производстве. Значительным препятствием в применении пенополистироловых моделей является токсичность процесса.
Сухие пески, кроме литья по пенополистироловым моделям, применяют при изготовлении вакуумно-пленочных форм (ВПФ). Песок и пленка удерживаются за счет отсасывающего устройства. Аналогично изготовляется вторая половина формы. После сборки двух полуформ производится заливка при включенном отсасывающем устройстве для каждой полуформы.
Используют также боковое отсасывание воздуха для создания вакуума в межзерновом пространстве. В этом случае боковые стенки опоки делают двойными и в полости между ними создается вакуум. Перед созданием вакуума верхнюю часть опоки покрывают разогретой пленкой, которая под влиянием вакуума плотно прижимается к песку. После удаления модели песок, оказывается между двумя пленками. Вторая опока изготовляется тем же способом. При этом варианте увеличивается расход, пленки, однако процесс формирования полости технологичнее и оснастка проще. Для форм с размерами более 1 м дополнительно к описанным методам создания вакуума между зернами песка применяют специальные ребра — вакуум-проводы, которые облегчают отсос воздуха из карманов и с поверхности раздела металл—форма.
Центральным вопросом ВПФ является технологичность и надежность обеспечения заданной прочности форм, которая определяется условиями натекания воздуха (газа) в межпоровое пространство и условиями его удаления. Решению этого вопроса посвящены ряд работ с технологическими рекомендациями, а также работы, где сделан анализ факторов, определяющих надежность создания заданной прочности, исключающей обвалы песка. Так, в работе рассмотрены условия натекания и удаления газа из порового пространства на трех стадиях формирования отливки: до заливки металла в форму, во время заливки, после заливки. Технологически достаточная прочность формы может быть обеспечена, если в межпоровом пространстве создается разница давлений (Рвнешн — Рвнутр), равная 15—20 кПа. Если натекание принять равным нулю, то при заданных размерах опоки и плотности песка отсутствие разрушения будет определяться сыпучестью песка, оцениваемой коэффициентом сыпучести. Чем сыпучесть меньше, тем меньше может быть разница давления рвнеш — рвнутр. Если имеет место натекание, а это происходит всегда, то должен быть обеспечен отсос воздуха насосом. Решение этой задачи не представляет трудности, и форма может быть получена с заданными свойствами. Но необходимость применения насоса от окончания формовки до заливки очень осложняет использование процесса при ступенчатом режиме работы цеха.
Менее управляема вторая стадия, когда происходит заливка. Пленка сгорает, и происходит разгерметизация с интенсивным натеканием воздуха и с трудностями отсоса воздуха из пор. При этом при заливке действуют одновременно два фактора: разгерметизация при сгорании или деструкции пленки впереди или над поднимающимся жидким металлом и герметизация жидким металлом, входящим в контакт с поверхностью формы. Успех заливки без разрушения зависит от трех взаимосвязанных факторов: а) интенсивности разгерметизации при сгорании пленки, что определяется большим количеством трудноуправляемых факторов (характер металла, температура металла, наличие на поверхности металла плен, снижающих интенсивность излучения, от линейной скорости движения металла, от подвода металла); б) интенсивности герметизации поверхности заливаемым металлом, что зависит от условий заполнения формы металлом; в) интенсивности работы насоса, способного отсосать натекающий воздух.
Применение насосов, огнеупорных покрытий, играющих роль герметизаторов, благоприятный подвод металла с минимальным его излучающим действием могут увеличить надежность процесса. Несмотря на недостаточную надежность процесса в связи с многофакторностью условий разгерметизации во время заливки форм и трудности получения полостей вакуумно-пленочными болванами (совмещение ВПФ со стержнями из пластичных смесей снижает эффективность процесса по качеству поверхности отливок), интерес к процессу не уменьшается. Этим можно объяснить интенсивные исследования, проводящиеся по ВПФ, а также разработку оборудования и освоение процесса в промышленности. Проведенные исследования позволили сформулировать требования к отдельным элементам технологического процесса и выявили ряд закономерностей.
Пленка — важный элемент процесса. Она должна удовлетворять высокой пластичности, малой газотворности и нетоксичности, быть недефицитной. Материалом для пленок служат продукты сополимеризации этилена с винилацетатом. Пленки, содержащие винилацетат, обладают высокими пластическими свойствами и не выделяют вредных газов.
Опыты, воспроизводящие взаимодействие пленки с жидким металлом, показали, что при вакуумировании формы газовыделения в полость формы не происходит. При отключенном вакууме наблюдается интенсивное газовыделение при газификации пленки.
Исследования составов продуктов разложения пленок различного производства [японская EVA (E), отечественная Сэвилен (с) и Миравитен (Германия)] показали, что все три вида пленок имеют одинаковый состав продуктов пиролиза и могут быть равнозначно рекомендованы для ПВФ.
При исследовании пленок EVA и Сэвилен толщиной 100 мкм установлено: состав газовой фазы при их деструкции имеет большие колебания и зависит от температуры [113 и др.]. Например, при 1300 °С газовая фаза состоит из простейших летучих и содержание водорода достигает 60%. Пленка подвергается горению и разложению. При высоких температурах горение отсутствует, что подтверждается снижением в газовой фазе концентрации паров Н2О (продукт горения). Продукты распада Сэвилен и EVA равнозначные.
Скорость охлаждения залитого в форму металла при вакуумном способе ниже, чем при ПГФ, это отмечается в ряде работ. Например, установлено, что при определении времени охлаждения одной из деталей до 400 °С, залитой высокопрочным чугуном (ВЧ), в ВПФ составило 11 ч, а в ПГФ — 9 ч. Установлено, что сразу после заливки металла в вакуумированную полость скорость охлаждения сравнительно высока, поскольку залитый металл под действием вакуума плотно прилегает к рабочей поверхности и отсутствует газовая прослойка между металлом и формой, имеющая место при литье ПГФ. Однако после нагревания формы охлаждение залитого металла замедляется, так как формовочный материал не содержит связующих (особенно влаги), которые увеличивают тепломассообмен. Заполняемость при ВПФ выше, чем при литье в формы из пластичных смесей.
В работе были определены коэффициенты гидравлического трения К на моделях, представляющих собой трубы, внутренняя поверхность которых облицовывалась пленкой EVA у одних и песчано-глинистой смесью у других. По таким моделям протекала вода. При этом было установлено, что К при применении пленок EVA меньше на 33—46% по сравнению с применением ПГФ. Результаты этих экспериментов были распространены на металл. При этом при заливке алюминия в спирали, выполненные в ПГФ и ВПФ, получают увеличение длины спиралей в ВПФ примерно на сходную величину — на 48%. Отсюда делается вряд ли правильный вывод о значении пленки как средстве, уменьшающем коэффициент гидравлического трения на границе металл—форма. Если для легкоплавких металлов это еще может иметь значение, то эти выводы нельзя распространить на сталь, так как деструкция пленки происходит излучением и металл покрывает поверхность, на которой пленка фактически отсутствует. Увеличение текучести связано, по нашим представлениям, с тем, что в ВПФ практически отсутствует в полости формы газовое противодавление, возникающее в формах, изготовленных из газотворных смесей.
Положительные факторы, определяющие интерес к процессу, приведены ниже.
1. Получение отливок с повышенным качеством поверхности, что определяется существом процесса, — металл вступает в контакт с практически негазотворной поверхностью, так как граница вакуумируется. Поэтому неровности газового происхождения исключаются. При применении мелких песков или огнеупорных покрытий, наносимых на пленку, при которых происходит вакуумирование, но не происходит проникновение металла в поры формы, поверхность литья может не уступать поверхности, полученной при литье в керамической форме.
2. Отливки могут быть получены с более высокой размерной точностью, чем отливки, полученные с применением пластичных смесей. Модели из ВПФ удаляются без расталкивания, формы не подвергаются отделочным операциям — покрытиям после удаления модели, подобно формам из пластичных смесей. Деформации сжатия форм из сухих песков под влиянием металлостатического давления не происходит, подобно формам из пластичных смесей, так как ВПФ не обладают порами первого рода. Экспериментальная проверка размерной точности ВПФ подтверждает их более высокую точность по сравнению с формами из пластичных смесей.
3. Уплотнение форм, требующих значительных энергетических затрат, заменяется гравитационным формообразованием с небольшим добавочным виброуплотнением; облегчается вытяжка моделей по сравнению с пластичными смесями, а тем более с пеносмесями. Упрощается смесеприготовление и сокращается расход свежих песков, упрощается выбивка и очистка.
4. Удлиняется срок службы модельной оснастки по сравнению с формовкой из пластичных смесей. Модели не подвергаются ударам при уплотнении и абразивному износу при вытяжке, так как отсутствует непосредственный контакт со смесями.
5. Улучшаются условия труда: нет шума, негазотворность формовоч-ных материалов и вакуумирование формы в процессе заливки и охлаж-дения металла исключает выделение газов в окружающее простанство.
6. Способ вакуумирования может быть использован для получения отливок практически из любых известных сплавов при разном уровне серийности (от индивидуального до высокомеханизированного или автоматизированного крупносерийного производства) без каких-либо ограничений в отношении толщины стенок отливок.
Всем этим перспективным преимуществам способа вакуумной формовки противостоят: необходимость поддержания вакуума в межзерновых порах в течение всего технологического цикла изготовления отливки, что требует усложненной опочной оснастки, вакуум-насосов, усложняет транспортировку опок, требуется изготовление форм с глубокими карманами и высокими выступами, нестабильные условия разупрочнения форм при заливке. Однако все эти недостатки успешно преодолеваются, что подтверждается нарастающими темпами освоения этого процесса за рубежом и у нас в стране.
Одновременно разрабатываются предложения, которые бы увеличили стабильность процесса получения форм из сухих песков с применением вакуумно-пленочного метода. К таким предложениям могут быть отнесены: нанесение на пленку материалов, которые взаимодействуют с песком и образуют прочную оболочку толщиной несколько миллиметров. В этом случае исключаются дефекты по осыпанию. Рекомендуют производить замораживание одновременно с вакуумированием; предложен ГАМОЛИВ-процесс, который совмещает газифицируемую модель с вакуумом. Процесс занимает промежуточное положение между литьем по газифицируемым моделям и ПВФ. Разработан процесс литья в комбинированные формы: верхняя форма из пластичных смесей, а нижняя - ВПФ, что увеличивает надежность процесса. Разрабатывается также композиционный процесс, позволяющий совместить ВПФ с керамикой, для получения стальных отливок с высоким качеством поверхности и с высокой размерной точностью.
Производство отливок по вакуум – процессу, известное в отечественной литературе как «вакуумно-пленочная формовка (ВПФ)», благодаря ряду существенных технологических и экономических преимуществ по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, находит все большее применение в литейном производстве. Впервые продемонстрированные технология и оборудование на выставке литейного оборудования «GIFA - 74» в Дюссельдорфе японской фирмой «Sintokogio» вызвали всеобщий интерес и были признаны мировой инженерной общественностью крупнейшей научно-технической разработкой за последнее столетие в литейном производстве.
За истекший период освоения этой технологии зарубежными и отечественными исследователями были решены основные проблемы, связанные с разработкой и подбором синтетических плёнок, разработкой методов облицовки модельных комплектов плёнкой, принципами изготовления модельных комплектов, подбором формовочных песков для различных сплавов и способам их уплотнения. Изучены процессы заполнения форм жидким металлом и особенности затвердевания и охлаждения отливок, газовый режим литейной формы, на основе которых разработаны рекомендации по конструкциям и размерам литниковых систем, выпоров и прибылей. Для борьбы с пригаром разработаны составы огнеупорных покрытий и технологии их нанесения при литье различных сплавов. Рекомендованы материалы для изготовления стержней.
Для промышленного производства создана достаточно широкая номенклатура литейного оборудования: от установок с производительностью 1…6 форм/час до автоматизированных линий с производительностью от 20 до 120 форм/час. Это оборудование служит для мелкосерийного и массового производства отливок из самых различных сплавов (чугуна, углеродистых и высоколегированных марок стали, медных и алюминиевых сплавов, жаропрочных и специальных сплавов).
Масса отливок, освоенных по вакуум – процессу в настоящее время, колеблется от нескольких грамм до 10 тонн. Максимальная толщина стенки - до 500 мм. Размер отливок по ширине ограничивается шириной выпускаемой плёнки (3000 мм), по длине практических ограничений нет.
Накопленный производственный опыт на ряде зарубежных и отечественных предприятий позволяет с уверенностью рекомендовать эту технологию для широкого применения при мелкосерийном и массовом производстве отливок, как обеспечивающую получение максимального экономического эффекта при минимальных затратах материальных и трудовых ресурсов.
5.3.преимущества литья по вакуум-процессу.
Технологические операции и их последовательность при изготовлении отливок по вакуум-процессу в разовых песчаных формах показаны на рис.1.
Модельная плита 2 с модельным комплектом 1 устанавливается на формовочный стол 3, представляющий собой вакуумируемую камеру, которая соединена через штуцер с вакуумным насосом. В модели и модельной плите выполняются отверстия диаметром менее 0,8 мм, через которые можно откачивать воздух (рис. 5.1, а).
Отрезок синтетической плёнки 4, закреплённый в рамке 5, нагревают до перехода её в термопластичное состояние. Затем рамку вместе с плёнкой накладывают на модельный комплект, плотно прижимая её к краям модельной плиты 2, и начинают вакуумирование. Воздух, находящийся между плёнкой и моделью, удаляется через отверстия в модельной плите и формовочном столе, и нагретая плёнка, растягиваясь, облицовывает модель (рис.5.1, в). После этого на поверхность плёнки кистью или пульверизатором наносят слой быстросохнущей огнеупорной краски.
На облицованную синтетической плёнкой модельную плиту устанавливают опоку 7, двойные стенки которой представляют собой вакуумируемую камеру, подсоединяемую к вакуумной системе через патрубок. Внутренние стенки опоки имеют перфорацию (рис.5.1, г). Опоку заполняют сухим песком и уплотняют вибрацией (рис.5.1, д), излишки песка сгребают, сверху накладывают отрезок плёнки и подключают опоку к вакуумному насосу. При создании в объёме песка разрежения происходит уплотнение формовочного песка (рис.1,е). Формовочный стол отключают от вакуумной системы, воздух по каналам в столе и модели проникает между моделью и синтетической плёнкой, и готовая полуформа легко снимается с модели (рис.5.1, ж).
Аналогичным образом изготавливается вторая полуформа. При сборке в полуформы устанавливаются, при необходимости, стержни, холодильники, жеребейки. Затем производят сборку формы, скрепление опок и заливку (рис.5.1, з).
Разрежение в полуформах поддерживается на всех стадиях технологического процесса вплоть до затвердевания жидкого металла и охлаждения отливки до требуемой температуры. После этого вакуумирование прекращают и отливка остывает в песке.
Процесс выбивки заключается в переносе формы на выбивку и отключении системы вакуумирования от опок. Песок вместе с отливкой удаляется, и опоки возвращаются на формовку (рис.5.1, и). Песок после отделения от него остатков плёнки, корольков металла и обломков стержней охлаждают и возвращают на повторное использование.
а) е)
б) ж)
в) з)
г)
и)
д)
Рис. 2.1 Схема изготовления отливок по вакуум-процессу.
1 – модельный комплект; 2 – модельная плита; 3 – вакуумируемая камера (формовочный стол); 4 – синтетическая плёнка; 5 – рамка; 6 – нагреватель; 7 – опока.
а) модель с модельной плитой и формовочным столом; б) нагрев и наложение на модель синтетической плёнки; в) облицовка модели и модельной плиты плёнкой; г) установка опоки; д) засыпка опоки песком и уплотнение его вибрацией; е) накрывание опоки с песком плёнкой и откачка воздуха из объема песка (формовка); ж) отключение формовочного стола от вакуумной системы и съем готовой полуформы; з) сборка и заливка формы жидким металлом; и) выбивка отливки.
Основными технико-экономическими преимуществами литья по вакуум-процессу являются:
1. Сокращение капитальных затрат и эксплуатационных расходов за счёт исключения из состава цеха значительной части смесеприготовительного отделения, так как для вакуумной формовки используется только сухой формовочный материал. Вся подготовка формовочного материала (песка) к повторному использованию сводится к его сепарации для отделения корольков металла, остатков стержней и охлаждению.
2. Сокращение расхода формовочных материалов примерно на 40%. При вакуум-процессе отпадает необходимость использования связующих. Добавка свежего песка осуществляется только для восполнения его потерь при выбивке и транспортировке. Потери составляют от 0,05 до 0,20 % за каждый цикл оборота опок.
3. Ликвидация тяжелого ручного труда при изготовлении форм и выбивке отливок. Весь процесс формовки заключается только в заполнении опоки сухим песком, уплотнение его вибрацией и откачки воздуха из объёма формы. Эти операции механизированы. В результате производительность труда на формовке повышается в 2…3 раза. Наиболее существенное снижение трудоёмкости достигается на выбивке форм, поскольку выбивка осуществляется простым снятием разрежения в объёме формы и последующей уборки отливки с выбивкой решетки.
4. Снижение брака литья по засорам и газовым раковинам. Синтетическая плёнка предотвращает разрушение и осыпание формы при выемке модели, установке стержней и выдержке её перед заливкой. В то же время отсутствие в формовочной смеси связующих материалов и влаги, которые при заливке формы жидким металлом образуют значительный объём газов, непрерывная откачка воздуха и газов из сухого песка практически исключают проникновение газов из поверхностного слоя формы в отливку и образование в ней газовых раковин.
5. Повышение точности размеров и чистоты поверхности отливок за счёт ликвидации износа моделей, операций по расколачиванию модели и меньших усилий по их извлечению из формы, что даёт возможность значительного уменьшить припуски на механическую обработку, величину литейных уклонов и повысить точность отпечатка.
6. Повышение срока службы модельной оснастки из-за отсутствия прямого контакта песка с поверхностью модели и исключения ударных нагрузок на модель при формовке и удалении модели из формы.
7. Ликвидация процесса сушки. Это позволяет существенно уменьшить энергозатраты и производственные площади.
8. Снижение массы отливок за счёт уменьшения припусков на механическую обработку и, соответственно, уменьшение объема механической обработки отливок.
9. Повышение жидкотекучести металла за счёт меньшей теплоаккумулирующей способности формы, что позволяет изготавливать более тонкостенное литьё при том же перегреве жидкого металла.
10. Использование неквалифицированной рабочей силы при изготовлении форм практически любой сложности, поскольку все основные операции при изготовлении форм, определяющие качество литья, механизированы и не требуют вмешательства квалифицированного персонала.
11. Улучшение санитарно-гигиенических условий труда в литейном цехе за счёт ликвидации газовыделения из форм при заливке и затвердевании металла, поскольку в форме отсутствуют связующие материалы и другие добавки. Кроме того, основная масса выделяющихся из формы газов откачивается и по системе вакуумпроводов удаляется из атмосферы цеха.
Перечисленные технико-экономические преимущества приводят к существенному снижению трудозатрат и стоимости литья. В таблицах 2.2 и 2.3. приведены сравнительные данные по стоимости литья, изготавливаемого по вакуум-процессу и в холодно-твердеющих формах, фирм "Mitsubishi, Cо" и "Sintokogio", которые первыми стали осваивать эту технологию на своих предприятиях для производства крупногабаритных отливок из стали.
Таблица 2.2.
Стоимость производства стальных отливок, тыс. йен/т (фирма «Mitsubishi, Co»)
| Статьи расхода | Вакуум-процесс | СО2 – процесс |
| Металл (шихта) | 111 | 111 |
| Модельная оснастка и формовочные материалы | 18 | 36 |
| Рабочая сила на формовке | 100 | 129 |
| Рабочая сила на очистке и выбивке | 89 | 124 |
| Отчисления на использование патента | 2 | 0 |
| ИТОГО: | 320 | 400 |
Таблица 2.3.
Стоимость производства стальных отливок, тыс. йен/т (фирма «Sintokogio»)
| Статьи расхода | Вакуум-процесс | СО2 - процесс | По нагреваемой оснастке |
| Металл (шихта) | 43,18 | 43,76 | 43,76 |
| Плавка | 18,51 | 19,23 | 19,85 |
| Приготовление формовочной смеси | 5,14 | 19,55 | 18,75 |
| Формовка, включая стоимость энергии | 20,53 | 21,32 | 20,05 |
| Обрубка и очистка литья | 14,40 | 18,40 | 18,40 |
| Остаточные затраты | 8,79 | 11,78 | 11,43 |
| Отчисления на использование патента | 3,00 | ||
| ИТОГО: | 113,56 | 134,04 | 132,17 |
Как следует из представленных данных, использование вакуум-процесса при одной и той же программе производства позволяет в два раза уменьшить количество рабочих при одновременном снижении стоимости литья на 15… 20 %.
Аналогичные показатели экономической эффективности производства отливок по вакуум-процессу получены и на ряде отечественных предприятий. Например, на одном из первых промышленных участков на Ковровском заводе им. Дегтярёва, созданном для производства чугунного и цветного литья, коэффициент использования металла (КИМ) повысился с 0,4…0,5 до 0,7…0,8. Брак снижен в среднем по разным видам литья на 18…20%, трудоёмкость механической обработки - на 15%. Себестоимость литья уменьшилась на 30…40%. На Горьковском машиностроительном заводе по вакуум-процессу изготавливали технологическую оснастку (модели, штампы, пресс-формы, кокили) КИМ увеличился с 0,2…0,3 до 0,5…0,9. Трудоёмкость изготовления оснастки была снижена на 50…80%. Аналогичные результаты были получены на Ульяновском и Вятско-Полянском машиностроительных заводах, Уральском оптико-механическом заводе и ряде др. По данным Луганского станкостроительного завода, производившего чугунное литьё на автоматизированной линии с габаритом опок 1500х1500 мм, КИМ был увеличен на 25…30%, за счёт чего объём механической обработки снижен на 30…50%, трудоёмкость финишных операций уменьшилась в 1,5…2,0 раза. Примерно такие же показатели были получены и на Курганском машиностроительном заводе при изготовлении стального литья на автоматизированной линии 52-313.
При этом в экономических показателях не учитывались затраты на охрану окружающей среды. Расчёт экологического ущерба, наносимого различными литейными технологиями, выполненный специалистами Санкт-Петербургского технического университета по разработанной ими методике, показал, что при использовании вакуум-процесса экономический эффект только за счёт уменьшения выбросов в атмосферу уменьшается на 23,2 руб./т по сравнению с литьём в оболочковые формы и на 11,4 руб./т по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы (в ценах 1990 г.). Эффективность применения технологии литья по вакуум-процессу служит мощным стимулом для его широкого использования при создании новых литейных производств, реконструкции и модернизации существующих.
Основным и, пожалуй, единственным существенным недостатком технологии литья по вакуум-процессу является большое пылевыделение при заполнении опоки песком и выбивке отливок. При неудовлетворительной системе вентиляции сухая пыль может явиться причиной заболевания рабочего персонала силикозом. В производстве необходимо организовывать тщательное вентилирование рабочих мест и автоматизировать операции формовки и выбивки, максимально избегая необходимости участия в этих операциях рабочего персонала.
Вторым недостатком этой технологии может явиться ограниченная возможность вытяжки синтетической плёнки при облицовке сложных по конфигурации моделей. Но в настоящее время разработан целый ряд технологических приёмов, позволяющих устранить этот недостаток.
Заполнение полости формы
Дата: 2019-04-23, просмотров: 224.
