Базовые постулаты получения отливок корпусов поглощающих аппаратов ПМКП - 110, АПМ - 120, ПМКЭ - 110 с конкурентной себестоимостью и качеством по специальной ЛГМ-технологии

В настоящее время корпуса поглощающих аппаратов ПМКП-110 и АПМ-120 приобрели широкое распространение при отливке их по ЛГМ - технологии. Большинство производителей относятся к ним, как к отливкам третьей группы из стали 30 ГСЛ-Б для общего машиностроения и не представляют того, что эти отливки еще должны подвергаться периодическим испытаниям на разрушение. Эти производители не задумываются над тем, что корпуса должны выдерживать 120 тонн разрушающей силы в специальном приспособлении. В результате чего потребители должны сами производить эти испытания. Согласно проведенному анализу корпуса аппаратов ПМКП-110 и АПМ-120, отлитые по ПГФ и ХТС технологиям имеют меньший запас прочности, чем по ЛГМ - технологии. Но большинству производителей данных корпусов необходимо выпускать продукцию с конкурентной себестоимостью и качеством. Для этой цели, на основании проведенных исследований и практического опыта корпуса поглощающих аппаратов ПМКП-110, АПМ-120 и ПМКЭ-110 необходимо отливать по специальной ЛГМ - технологии, используя последние достижения в этой области.
Все начинается с изготовления пеномоделей. Для этого необходимо получить пеномодели заданной массы (см. табл.1).

Табл.1 Массы пеномоделей

Это достигается режимом предварительного вспенивания гранул полистирола размера 0,5...0,8 мм, а также режимом задува вспененного полистирола в предварительно нагретую до 40...55 °С пресс-форму. Кроме того, в пеномодели желательно обеспечить 8 газоходных каналов O3...3,5 мм по всей высоте модели с раструбом на выходе (для ПМКЭ - обязательно). Нижние отверстия газоходных каналов закрываются липкой лентой, а верхние (выходные) - сеткой. Полистирол применяется рядовой - строительный типа R 240 (R 160) Корейского производства.

Литниково-питающая система (ЛПС) выполняется из пустотелых элементов базового диаметра 50 мм. Окраска пеномоделей и ЛПС производится краской ДС-1 с добавкой перлита по общепринятой рецептуре. Указанные материалы и режимы обеспечивают низкую себестоимость изготовления пеномоделей и закладывают базу для получения качественного литья.

Компоновка куста (см. Рис.1) обеспечивает верхний подвод жидкого металла к отливке с вакуумной мультипликацией его (вакуумная накачка из воронки в стояк и далее в отливку за счет разницы площадей сечения воронки и стояка, под воздействием вакуума на зеркало металла в воронке). Этот принцип построения ЛПС можно прировнять к прибыли под избыточным давлением, согласно классической технологии ПГФ.

Для обеспечения эффективной работы ЛПС с вакуумным мультипликатором необходимо применять контейнеры 900-й серии, специально разработанные под вакуумные мультипликаторы. Компоновка куста произведена с учетом нейтрализации теневых эффектов во всех плоскостях объема контейнера. Подвод металла к отливке производится по стороне 320 мм. Это обеспечивает лучший отбор газов из внутренней полости отливки.

Отличительной особенностью отливок корпусов ПМКП-110 и АПМ-120 является так называемый "стаканчик". Он расположен в основании корпуса и является тупиковой зоной для продуктов деструкции пенополистирола. С целью исключения данного недостатка на наружной поверхности "стаканчика" покрашенной модели необходимо сделать 15...20 наколов стальной проволокой O 0,3 мм.

Формовка производится в контейнерах моделей 911 или 912 на вибростолах моделей 622 или 8632, с частотой виброуплотнения 100 Гц в двухтактном режиме. При формовке, для обеспечения заданных наружных размеров, на пеномодели корпусов устанавливаются съемные П-образные шаблоны, а для регулирования объема подаваемого песка, во внутреннюю полость модели корпуса, используют ручные отсекатели потока. По мере заполнения песка до верхней кромки модели, П-образные шаблоны снимаются. Кроме этого при заполнении данного внутреннего объема до уровня 2/3 высоты устанавливаются компенсаторы усадки (бруски из полистирола 200x50x50) в каждую пеномодель. Общая формовка производится послойно с промежуточным виброуплотнением. Количество слоев (с "постелью") 4...6 шт. Вектор движения песка в контейнере, в процессе виброуплотнения, выбирается по факту, методом реверсирования электровибраторов.

С целью повышения прочностных характеристик корпусов, применяемые контейнеры обеспечивают создание искусственной среды СО₂ и N₂ в период заливки и кристаллизации металла в автономном режиме, без участия рабочего. Искусственная среда СО₂, снижает науглераживание отливки, а среда N₂ - производит внутриформенное азотирование металла отливки, что не устраняется последующей термообработкой. Азотирование металла корпусов поглощающих аппаратов ПМКП-110, АПМ-120 и ПМКЭ-110 обеспечивает высокие прочностные характеристики при разрушающих испытаниях в пределах 210...230 т.с.

Для обеспечения вышеизложенного в контейнер необходимо подавать порядка 5 дм³/мин кислорода и 15 дм³/мин азота, равнораспределенно на каждую отливку. Кроме указанного, потоки азота и кислорода имея вертикальный вектор "вверх", обеспечивают направленную кристаллизацию отливок корпусов снизу вверх за счет охлаждения этими потоками. Все указанное обеспечивается конструктивом контей¬неров моделей 911 или 912.

Манипуляции с азотом и кислородом в контейнерах общего назначения опасны и непредсказуемы. Применяемая компоновка куста с вакуумным мультипликатором в ЛПС подразумевает высокие уровни давления жидкого металла на наполнитель формы - песок. Для этого плотность виброуплотнения формы должна быть порядка 1,8 т/м³. Такую плотность могут обеспечить только вибростолы моделей 622 или 8632. В противном случае возможен прорыв жидкого металла в наполнитель формы и, соответственно, опасная ситуация для обслуживающего персонала. Кроме этого, для обеспечения лучшей виброуплотняемости песка в контейнере, механизм засыпки должен быть укомплектован сеткой 5x5x1 мм для рассечения струй песка до туманообразного состояния, т.е. рассечение струй на ряд более мелких, что создает эффект туманообразности потока песка. Заливка готовых формы производится из стопорного ковша под вакуумом 0,45...0,55 кг/см² в течении 40...50 сек. Выдержка под вакуумом после окончания заливки - 2...3 мин. Температура заливаемого металла должна быть 1620...1640°С, что обеспечивает стабильно предсказуемую усадку металла, а соответственно, и размеры отливок.

Для обеспечения указанных выше режимов система вакуумирования должна быть настроена на отбор газов из контейнера и поддержания уровня вакуума с производительностью не менее 6 м³/мин для каждого контейнера, находящегося под заливкой и в процессе выдержки под вакуумом. Кроме этого, после окончания выдержки отливок под вакуумом, вакуумная система должна обеспечивать отбор газов от каждого контейнера на уровне 0,1...0,2 м³/мин. Это исключает распространение взрывоопасных газообразных продуктов разложения полистирола в окружающую среду в зоне продолжающейся заливки контейнеров. Время охлаждения отливок в контейнере не менее 4-х часов. Сквозняки в зоне выбивки не допустимы.

Табл.2 Соотношение масс отливок и ЛПС по данной специальной технологии ЛГМ

Для сравнения преимуществ и недостатков между технологиями в таблице 2 приведены соотношения масс отливок и ЛПС.

Указанная специальная технология для корпусов поглощающих аппаратов ПМКП-110, АПМ-120 и ПМКЭ-110 является производной от технологии ЛГМ по снижению себестоимости корпуса РТ-120 при одновременном повышении их прочностных характеристик. Она не содержит затратных статей, а наоборот, за счет применения специального оборудования и технологии позволяет использовать материалы имеющие низкую стоимость (полистирол, краска, сухой песок). Все сводится к выполнению указанных постулатов.

Примечания:

1. Стоимость вибростолов 622 или 8632 не выше стоимости вибростолов массового применения.

2. Стоимость контейнеров 911 или 912 на 10% выше стоимости контейнеров аналогичного типоразмера общего назначения.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №05 (153) 2013 г.