Вспомним забытые технологии: противопригарные краски для вакуумно-пленочных форм

Статьи от автора: Белобров Е.А.
К.т.н. Белобров Е. А., инженеры Карпенкова О.Л., Белобров Л.Е., Белобров Е. Л.
КНПП «Формовочные материалы Украины»

Вакуумно-пленочная формовка (далее ВПФ) – один из новейших специальных способов литья. Ее суть и особенность состоит в следующем:

- для образования формы используется не традиционная песчано-глинистая смесь, в которой, кроме песка, содержится глина, связующее, различные технологические добавки и вода, а чистый кварцевый песок с минимальным содержанием глинистого вещества;

- придание форме состояние твердого тела, необходимого для обеспечения заданных конфигурации и геометрических размеров отливки, осуществляется не через упрочнение песчаной основы смеси путем отверждение находящихся в порах формовочной смеси связующих пленок, путем уплотнения зерен песка за счет вакуума, создаваемого в теле формы отсосом при помощи вакуумных насосов находящегося в порах воздуха. Вакуум создается за счет синтетической пленки, окутывающей поверхность модели, тем самым изолируя ее от внешней воздушной среды. Воздух из песка удаляется через множество отверстий в подмодельной плите и в модели. Вакуум в системе «пленка – песок – модель - подмодельная плита - вакуумный насос» поддерживается начиная после виброуплотнения песка и вплоть до затвердевания залитого в такую сложно образованную форму металла, включая все манипуляции по изготовлению полуформ, их окрашиванию и сборке под заливку расплавленным металлом.

Идеелогом ВПФ и первым производителем технологического оборудования для нее явилась около 50 лет тому назад японская фирма Sinto.

ВПФ имеет следующие несомненные преимущества по сравнению с ранее существовавшей и продолжающей поныне существовать традиционной песчано-глинистой технологией литейного формообразования:

- отсутствие необходимости в смесеприготовительном отделении. Подготовка формовочных материалов сводится лишь к просеиванию, охлаждению и незначительному восполнении потерь свежими материалами, что резко сокращает капитальные затраты и текущие производственные расходы, связанные с использованием смесеприготовительного оборудования и применения связующих;

- значительно облегчается вытяжка (протяжка) моделей и выбивка отливок;

- удлиняется срок службы модельно-опочной оснастки за счет отсутствия прямого контакта поверхности модели с формовочной смесью и исключения высоких нагрузок на его уплотнение и выбивку;

- повышается качество поверхности и размерная точность отливок, сводятся к минимуму дефекты отливок по вине формовочного материала;

- исключаются заливы по разъему форм, что снижает трудоемкость финишной операции в обрубном отделении и при механообработке;

- бесспорны преимущества ВПФ с точки зрения гигиены и техники безопасности, защиты окружающей среды.

Недостатки способа:

- необходимость поддерживать вакуум на протяжении всего технологического цикла изготовления отливок и связанное с этим усложнение модельно опочной оснастки, увеличение ее массы и габаритов;

- трудность фиксации температуры пленки. При ее неумеренном нагреве происходит разрыв, при слабом нагреве пленки получается некачественный отпечаток;

- потребность в синтетической пленке и необходимость ее утилизации;

- необходимость окрашивания форм быстросохнущей краской.

Согласно японским данным покрытая синтетической пленкой полуформа подвергается окрашиванию быстросохнущей краской, обеспечивая толщину красочного слоя 0,24-0,3 мм. Инструментами для нанесения краски являются кисть или пульверизатор.

Использование водной краски неприемлемо ввиду необходимости тепловой сушки нанесенной краски.

Ввиду присутствия подвергающейся термодеструкции синтетической пленки неприемлемо также отсутствие окрашивания полуформ краской на основе тонкодисперсного огнеупорного материала.

Ниже приводим описание экспериментов по окрашиванию синтетических пленок различного происхождения и сцеплению противопригарной краски с пленками.

В конце прошлого века в г. Донецке фирмой «ВТОРМЕТ» был построен уникальный литейный завод. Его уникальность состояла в том, что литейных цех этого завода был оснащен новейшими литейными технологиями и оборудованием для их осуществления. В числе этих технологий было следующее:

- импульсная формовка, которая осуществлялась на поточной линии, в составе которой было все необходимое формообразующее оборудование, место заливки форм металлом и выбивная решетка. Проект линии импульсной формовки, изготовление оборудования и сдача «под ключ» были выполнены предприятиям «ДОНМЕТ-ИМПУЛЬС» (г. Краматорск);

- при изготовлении литейных форм использовалась высокопрочная в сыром состоянии песчано-глинистая смесь, которая характеризовалась нижеследующими показателями:

прочность в сыром состоянии – 0,8-1,2 кгс/см2;

влажность – 3,2-3,6%;

газопроницаемость – 140-160 ед.;

текучесть – 75-80%.

Эти показатели были обеспечены использованием в составе смеси экструзионного крахмалореагента (холоднонабухающего крахмала), производимого в Украине из кукурузного крахмала специально как технологической добавки для формовочных смесей при производстве отливок с использованием сырых форм;

- вакуумно-пленочная формовка.

И хотя этот процесс насчитывает несколько десятилетий в сравнении с традиционной песчано-глинистой технологией, он, с одной стороны, - специальный технологический процесс, а с другой – обладает несомненной новизной.

При освоении вакуумно-песчаной литейной технологии на этом заводе возник вопрос окрашивания рабочих (т.е. соприкасающихся с металлом) поверхностей формы противопригарной краской.

Для экспериментального окрашивания с целью оценки прочности сцепления краски с синтетической пленкой использована предоставленная «ВТОРМЕТОМ» импортная пленка, предназначенная специально для этой технологии. Кроме того, мы использовали несколько других разновидностей синтетической пленки, в том числе такие, которые используются как упаковочные материалы в быту, в пищевой промышленности, в торговле.

В эксперименте для оценки сцепления противопригарной краски с синтетической пленкой использованы следующие краски:

Краска № 1 для отливок из любых сплавов. Ее состав таков:

связующее СБПП (ТУ У 24.3-23112279-004-2001) – 35 л.;

дистенсиллиманитовый концентрат марки К ДСП (ТУ У 14-10-017-98) – 35 кг.

Плотность этой краски – 1,54 г/см3.

Краска № 2 для чугунного литья. Ее состав таков:

связующее СБПП – 80 л;

графитовый порошок марки ПУ (ТУ У 322-00196204-005-99) – 20 кг.

Плотность этой краски – 1,19 г/см3.

Образцы синтетической пленки натягивались на пластмассовую модель и прочно закреплялись на ней, чем  обеспечивалось плотное прилегание пленки к модели и ее неподвижность.

На закрепленную пленку мягкой кистью наносились противопригарные краски №№ 1 и 2. Краски хорошо ложились на пленку не только на горизонтальные, но и на наклонные под разными углами и на вертикальные поверхности.

При комнатной температуре нанесенная на пленку краска высыхает за 30 мин.

Толщина красочного слоя составляла 0,3-0,4 мм.

Газопроницаемость краски № 1, определенная по нашей методике [1]*, составила 42 ед., краски № 2 – 128 ед.

Газопроницаемость подложек {т.е. тех слоев смеси, на которые краски при определении их газопроницаемости по методике [1] } составляла 163 и 167 ед. соответственно.

Обе краски приготавливались по нашей «Технологической инструкции по приготовлению и применению противопригарных красок», которую мы готовы предоставлять заинтересованным читателям.

Для оценки прочности сцепления краски с синтетической пленкой какие-либо измерительные приборы не использовались, так как это не отражало бы условий работы окрашенной пленки в условиях ее реальной службы в ВПФ-форме при ее заливке металлом.

Лучший способ оценить прочность сцепления краски с пленкой – мять окрашенные и высушенные пленки.

При таком способе оценки прочности сцепления краски с пленкой не обнаружены какие-либо разрушения и отслаивания красочного слоя от пленки.

Последующие испытания и внедрение красок на «ВТОРМЕТЕ» полностью подтвердили положительный результат и приемлемость этих красок для вакуумно-пленочной формовки.

К сожалению, из-за происходящих в Донбассе событий мы не имеем возможности осуществлять инженерное сопровождение этой технологии.

При последующей доработке мы в наших технологических условиях ТУ У 24.6-23112279-006:2006 унифицировали краски для ВПФ, оставив из двух одну под индексом БПДС-М.

Лучшим инструментом для нанесения краски на пленку все же является не кисть, а пульверизатор, обеспечивающий очень тонкое и равномерное нанесение краски на пленку.

У пульверизатора есть еще одно достоинство: при его помощи можно обеспечить стабильную толщину красочного слоя, что является одним из главных факторов высокой стабильности ВПФ-технологии в целом.

Для нанесения краски на синтетическую пленку рекомендуем использовать пульверизатор фирмы MASTER TOOL, модель 81-8717. Такой пульверизатор очень хорошо зарекомендовал себя на заводе «БИОЛ» в г. Мелитополе при окрашивании кокелей перед заливкой в них чугуна.

Отмечаем полную непригодность и неприемлемость водных красок для ВПФ по последующим причинам:

- водные краски плохо держатся на поверхностях синтетических пленок;

- они очень плохо и долго сохнут.

________________

Методика [1] пригодна для определения газопроницаемости противопригарных красок любого назначения.

Авторы и предприятие «Формовочные материалы Украины», которым они располагают, готовы регулярно поставлять краску БПДС-М для ВПФ.

Литература: 

  1. Белобров Е.А., Карпенкова О.Л., Белобров Л.Е., Белобров К.Е. О газопроницаемости противопригарных красок для ЛГМ. «Литье Украины», 2011, № 12.
Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №4 (200) 2017 г.
Стр. 23-25