Фрагменты спецтехнологий ЛГМ
Статьи от автора: Морозов В.А.В настоящее время в практике работы по ЛГМ - технологии большинство производственников используют «земляной» опыт работы на оборудовании, которое разработано ещё в 80-е годы прошлого столетия. Все современные разработчики копируют его с небольшими изменениями, но принцип действия его остаётся неизменным.
В 80-е годы технология ЛГМ была диковинной игрушкой, да и обеспечивала выпуск неответственного литья в малых количествах. Простота технологического процесса и чистота модельного производства обусловили желание многих производственников перейти на ЛГМ - технологию. Успеха добивались единицы, да и то на выпуске неответственных деталей.
Вся технологическая информация содержит научные подходы к проблемам ЛГМ, но не содержит практических советов и решений, из-за чего интерес к ЛГМ в последнее время охладел.
Автор данной статьи прошел путь от нулевой стадии понимания процесса до уровня создания техники и технологии для производства отливок 3-й группы и спец. назначения. На основании практического опыта пройденного пути основными элементами технологии ЛГМ являются: - пеномодель с предельно низкой плотностью и системой газоотводных каналов;
- вибростол с частотой виброуплотнения 100 и более Гц и горизонтальной составляющей 1...2% (двухтактным режимом виброуплотнения);
- контейнер с раздельными вакуумными и газовыми контурами (регулируемые вектора вакуума и газовых потоков);
- вакуумная система с насосами высокой призводительности.
Базовыми спец. технологиями ЛГМ являются:
- векторная;
- газо-вакуумных полей;
- заливка металла под высоким напором;
- черновое вакуумирование металла отливки;
- вакуумная накачка металла при заливке.
Перечисленное оборудование и технологии обеспечивают получение отливок:
а) с повышенными механическими свойствами (сталь);
б) с дифференциальным содержанием углерода по телу отливки (сталь);
в) биметаллическое литьё (сталь - сталь; сталь - чугун).
С целью обеспечения стабильности техпроцесса всё оборудование и компоненты технологии (краска, полистирол и т.д.) только массового применения.
Поиски чудо - краски и чудо — полистирола никогда ещё не приводили к успеху.
В данной статье представлены фрагменты спец. технологий ЛГМ, основанные на практическом опыте автора в получении спец. литья в массовом производстве.
1. КАЧЕСТВО ЛИТЬЯ НА ЭТАПЕ ЗАЛИВКИ
Качество литья при получении стальных отливок специального назначения имеет первостепенное значение. Для данного литья следует применять только спец. технику, которая значительно расширяет технологические возможности ЛГМ.
На основании векторно-вакуумной теории и газо-вакуумных полей необходимо применять верхний подвод жидкого металла к отливке. Неукоснительное выполнение требований вышеуказанных теорий исключает охлаждение литниково - прибыльной системы, занимающей до 0,6 высоты контейнера. Кроме того, пеномодели должны иметь систему газоотводящих каналов, выполненных согласно требованиям данных теорий. Завивка металла должна производиться из стопорного ковша. Все это дает дополнительный напор металла на уровне 800... 1000 мм, при сравнительной высоте отливки 450 мм. Совместно с воздействием вакуума это обеспечивает избыточное дополнительное давление жидкого металла отливки порядка 0,1 МПа.
Варьирование размерами воронки литниковой системы позволяет ещё больше повысить это давление (эффект мультипликатора). В период заливки вектор вакуума должен совпадать с вектором металла - эффект ваккумной накачки металла. После окончательной заливки вектор вакуума должен изменить своё направление на противоположное - режим дегазации отливки. С целью усиления режима дегазации, после отвода ковша, литниковая воронка накрывается коробом с вакуумными трубопроводами. В результате дополнительного воздействия вакуума на зеркало металла литниковой воронки происходит дополнительная дегазация металла отливки. В реальной практике возможно вакуумную накачку производить в виде коротких импульсов после заливки.
Всё вышесказанное можно коротко назвать как заливка с вакуумной накачкой и черновым вакуумированием металла отливки при высоких уровнях напора.
Всё это обеспечивает качество литья. Для реализации данной технологии необходимо иметь спецтехнику: вибростол по уровню не ниже 622, контейнер - не ниже 901 с устройством верхнего вакуумирования.
2. ТЕНЕВОЙ ЭФФЕКТ
В практической жизни при компоновке куста пеномоделей технологи -литейщики пользуются только интуицией. До настоящего времени нет простых расчётов минимально допустимых расстояний между пеномоделями в кусте. В результате появляется брак в виде разгара пеномоделей, стоящих рядом. При малом расстоянии между пеномоделями происходит искривление газовакуумного поля и изменение вектора вакуума, так как в этой зоне образуется избыточное давление в период заливки металла.
В виду малого расстояния между пеномоделями для газо-вакуумного поля образуется теневая зона с вектором избыточного давления, перпендикулярном плоскости стенки геномодели. Вектор вакуума в этой зоне изменяет своё направление. В результате пиковый вектор горячего газового потока воздействует на соседнюю пеномодель, происходит разгар пеномодели и образование пятна пригара. В реальных условиях расположение пятна пригара определяется максимумом пикового вектора горячего газового потока.
Анализ указанного явления показывает, что пиковые значения теневых зон можно определить по размеру стенок соседних пеномоделей. Теневая зона имеет вид прямоугольного равнобедренного треугольника с гипотенузой равной размеру стенки пеномодели и высотой равной 35% этого размера.
Пиковые значения теневых зон для соседних пеномоделей можно определить по формуле:
hl = 0,35 b1
h2 = 0,35 b2
где
b1 и b2 - размер стенки соответствующей пеномодели;
h1 и h2 - высота теневой зоны, соответствующей пеномодели. Из двух значений выбирается большее.
Тогда расстояние между пеномоделями в кусте определяется из условия:
Н>1.2 hmax
где
Н - расстояние между пеномоделями;
hmax — максимальное значение высоты теневой зоны.
Предлагаемый расчёт справедлив для любой плоскости в сечении формы, в зависимости от векторов вакуума и газо-вакуумного поля.
При определении расстояния между пеномоделями и стенками контейнера расчет ведётся только по пеномодели, но минимальное расстояние в 50 мм должно быть всегда.
При невозможности выполнить вышеуказанные расчётные условия, предельное расстояние между пеномоделями, можно уменьшить на 20...30%, путём увеличения уровня вакуума и степени уплотнения песка в контейнере (увеличение частоты виброуплотнения, дополнительное вакуумно-импульсное уплотнение).
Данные расчётные соотношения взяты из реальной практики и позволяют рассчитать все расстояние между элементами куста пеномоделей.
3. ВАКУУМНО-ИМПУЛЬСНАЯ ФОРМОВКА КАК ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТЕХНОЛОГИИ ЛГМ
В настоящее время одним из ограничивающих факторов внедрения ЛГМ-процесса является коробление габаритных и относительно тонкостенных пеномоделей при формовке в сухом песке с виброуплотнением. Одним из вариантов уменьшения влияния виброуплотнения на коробление пеномоделей при формовке является увеличение частоты виброуплонения с соответствующим при этом уменьшением амплитуды. Но проблема сама по себе остаётся, только в какой то степени уменьшается степень её влияния.
С целью устранения вышеуказанного фактора предлагается следующее: уплотнение формы из сухого песка производить послойно импульсами вакуума с возможностью регулировки частоты импульсов и их скважности. Общее название этого приёма формовки: вакуумно-импульсная формовка (ВМФ) с регулируемой скважностью.
При использовании этого метода необходимо добиться максимально крутых фронтов импульса вакуума и последующего импульса атмосферного давления. Частотой импульсов и скважностью подбирается оптимальный режим уплотнения. Конструкцией контейнера обеспечивается возможность послойного уплотнения песка с максимально крутыми фронтами импульсов.
Вакуумно-импульсная формовка не является самостоятельным элементом системы уплотнения песка в форме при ЛГМ, а дополнительным технологическим приёмом в общей гамме технологий ЛГМ и расширяет возможности данных технологий.
Устройство, обеспечивающее режим ВИФ, является дополнением к имеющейся позиции виброуплонения. Его конструктив предполагает отдельное использование или полное совмещение с режимами виброуплотения в поочерёдно - дискретном режиме.
Опытная технология ВИФ испытана и работает в настоящее время на одном из предприятий Центральной Украины. Режим ВИФ обеспечивает, в данном случае, полный отказ от виброуплотнения формы из сухого песка, но при этом обеспечивает достаточную степень уплотнения формы для заливки стали в контейнер с вертикальным вектором вакуума при 0o отклонении от вектора металла.