HIGH TECH ЛГМ точных отливок на оборудовании нового поколения в условиях многономенклатурного производства

Андерсон В.А., к. т. н.,
Котович А. В., инженер

ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ HIGH TECH ЛГМ

В настоящее время, несмотря на прогрессивность технологии LF, развитие его сдерживается низким качеством отливок в условиях мелкосерийного производства в малых литейных цехах, в отличие от крупносерийных автоматизированных производств, где LF явно утвердил свои позиции.

Это в первую очередь относится к отливкам из стали и высокопрочного чугуна.

Исходя их этого, целью нашей работы были разработки High Tech ЛГМ и оборудования нового поколения.

Процесс LOST FOAM состоит из двух этапов:

• получение модельных кластеров (блоков) из пеномоделей (белая сторона процесса);
• формовка подготовленного кластера методом виброуплотнения наполнителя в опоке (контейнере) с последующей заливкой под вакуумом (черная сторона процесса).

HIGH TECH ЛИТЬЯ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Целью сообщения является разработка High Tech ЛГМ на основе оборудования нового поколения. Это позволяет стабильно получать отливки высокого качества из различных сплавов, в том числе, легированных сталей и высокопрочного чугуна.

High Tech ЛГМ снижает себестоимость литья по сравнению с другими технологиями и обеспечивает экологическую безопасность работающих.

Эти преимущества делают процесс ЛГМ особо привлекательным для малых литейных цехов с многономенклатурным производством.

ФАКТОРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА:

• применение специального литейного пеноматериала - сополимера;
• организация производства автоматизированного оборудования, в том числе, для получения качественных пеномоделей (на автоматах) и формовочно-заливочных линий с различными размерами опок (контейнеров);
• строгое соблюдение и контроль параметров технологии на всех этапах производства.

СОПОЛИМЕР - НОВЫЙ ПЕНОМАТЕРИАЛ: ДЛЯ HIGH TECH ЛГМ

Сополимер STMMA-3 представляет собой продукты сополимеризации двух компонентов – полиметилметакрилата (PMMA, молекулы –(C8H8O2)-m) и полистирола (EPS, молекулы–(C8H8) n-(C8H8O2)m).

Содержание PMMA - 40% (остальное пенополистирол).

В данном новом литейном пеноматериале содержится углерода в шесть раз меньше, чем в пенополистироле. Температура воспламенения его в два раза ниже, чем используемого в настоящее время пенополистирола, что приводит к более раннему воспламенению. Так как в химической формуле  углерод заменен на кислород, то сгорание сополимера идет более интенсивно и "жидкая фаза", характерная для пенополистирола, отсутствует. Поэтому максимальное науглероживание от модельного материала составляет всего 0,02%, в отличие от пенополистирола, в котором эта величина достигает 0,15-0,2%. Кроме того, применение сополимера позволяет получать модели без раковин и спаев. Опыт промышленного использования сополимера показал, что его необходимо применять для всех видов сплавов, в том числе, серого и высокопрочного чугуна, стали и алюминиевых сплавов.

Производитель – CASTCHEM NEW MATERIAL CO., LTD (Китай).
Срок хранения – не более 6 месяцев при температуре 5-10°С.
Расход пеноматериала – 8-10 кг на 1 тонну отливок.

МОДЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Залогом стабильного получения качественных отливок является получение качественных пеномоделей. Основные требования к ним – оптимальная плотность 22-24 г/л, равномерная плотность по всему объему модели с равномерной структурой, гладкая поверхность.

Эти три параметра могут быть достигнуты только при использовании комплекса модельного оборудования, включающего:

• парогенератор;
  пароаккумулятор, предназначенный для стабилизации параметров пара – давления, температуры и влажности;
• подвспениватель;
• модельный автомат;
• краскомешалку для приготовления противопригарного покрытия и окраски им
• пеномоделей;
• шкаф сушильный для сушки окрашенных пеномоделей.

Одновременно с пеномоделями изготавливаются элементы литниковой системы. Модели и литниковую систему собирают в кластер, который затем подвергается окраске и сушке для последующей передачи на формовочную линию.

Подвспениватель автоматический ПГА-30

Подвспенивание осуществляется в специальном автоматическом подвспенивателе с минимальной производительностью 30 кг/час. Он работает от автономного парогенератора.

Характеристика подвспенивателя:

1. Автоматическая дозировка гранул – 100-500 г;
2. Цикл подвспенивания – 1-1,5 мин.

Данная конструкция подвспенивателя позволяет получать подвспененные гранулы равных размеров по всему объему. Они сохраняют высокую активность за счет малой потери пентана (не более 10%). При подвспенивании на водяной бане потери пентана достигают 50 % и резко снижается их активность.

Подвспененные гранулы пневмотранспортом подаются в силоса для их накопления, дополнительной сушки и дальнейшей транспортировки на автомат.

Модельный автомат с програмным управлением параметрами техпроцесса

Высокое качество пеномоделей обеспечивается комплексом последовательных операций согласно разработанного алгоритма.

Алгоритм работы автомата

1. Загрузка подвспененного сополимера в емкости автомата для подачи в задувные устройства;
2. Стыковка половинок прессформы с помощью пневмопривода автомата;
3. Загрузка сополимера в прессформу через задувные устройства;
4. Подача пара в прессформу через венты;
5. Спекание моделей в прессформе под воздействием пара;
6. Подача водяного охлаждения на прессформу через форсунки;
7. Вакуумирование прессформы;
8. Расстыковка половинок прессформы;
9. Выемка моделей из прессформы путем подачи воздуха через задувные устройства;
10. Цикловая производительность – 3-5мин.

В настоящее время изготавливается автомат с размерами модельной плиты 1200х1000 мм и планируется запуск в производство автоматов с меньшими размерами. Модельный автомат с вертикальным разъемом и с горизонтальный ходом модельной оснастки. Особенностью данного автомата является возможность быстрой замены (10-15 мин.) модельных плит, а также, компьютерное управление работой задувных устройств в зависимости от конструкции пеномодели.

Краскомешалка

Краскомешалка с нижним активатором и с возможностью изменения скорости перемешивания (8 -12 скоростей), что позволяет получить водную краску с высокой седиментационной устойчивостью.

Емкость краскомешалки -160 л.

Шкаф сушильный

Шкаф сушильный предназначен для сушки пеномоделей после автомата и окрашенных собраных кластеров перед их формовкой на линии.

Качественная сушка окрашенных пеномоделей достигается за счет интенсивной циркуляции воздуха, автоматического контроля температуры и влажности внутри шкафа.

Производительность – 15 – 20 кластеров/час при температуре 52-55°С.

Линия включает четыре системы:

1. систему транспортировки контейнеров с последующей их кантовкой на выбивное устройство. Привод системы гидравлический;
2. систему формовки модельных кластеров;
3. систему регенерации наполнителя;
4. систему вакуумирования контейнеров в процессе заливки.

• наличие специального вибростола Vector Drive;
• применение пневмосистемы регенерации, гарантирующей
• необходимое охлаждение наполнителя и его беспыливание;
• линией управляет 1 человек.

Оборудование для высококачественной формовки кластеров

Формовка кластера производится на линии с использованием трех единиц оборудования:

1. специального вибростола с управляемыми параметрами вибрации и гидравлической системой прижима контейнера к вибростолу при его виброуплотнении;
2. вакуумированного контейнера, где располагается модельный кластер;
3. засыпного устройства с порционным дозатором.

Процесс виброуплотнения кластера

Исходя из предложенной схемы процесс виброуплотнения состоит из следующих операций:

послойного заполнения песком контейнера;
фиксации контейнера к вибростолу при помощи гидравлических прижимов; виброуплотнения с помощью вибростола Vector Drive.
Процесс виброуплотнения осуществляется послойно путем заполнения каждого слоя песком порционным дозатором.

Нами был разработан специальный вибростол, который позволяет постоянно сохранять заданный коэффициент ускорения при изменении массы песка в процессе послойного заполнения контейнера.

Постоянство коэффициента ускорения (для LF оптимальным является значение G=1,2-2) обеспечивается системой программного управления, которая позволяет в процессе уплотнения песка независимо менять как амплитуду, так и частоту вибрации и запоминать режимы виброуплотнения форм для каждого вида пеномодели. Обязательным для качественного виброуплотнения является фиксация контейнера на вибростоле при помощи гидравлических прижимов для обеспечения оптимальной передачи вибрационных усилий.

Благодаря изменяющимся параметрам вибратора (частота, амплитуда и вектор ускорения) данный вибростол позволяет получить максимальную текучесть песка, и как следствие, хорошее уплотнение и соответственно высокую степень заполнения карманов пеномоделей.

Оборудование системы регенерации песка

Система регенерации состоит из сита вибрационного, охладителя песка, пневмокамерного насоса, системы трубопроводов для подачи песка в накопительный бункер.

Предназначена для охлаждения наполнителя после заливки жидким металлом и удаления пылевидной составляющей.

Система вакуумирования контейнеров с нейтрализацией отходящих газов

При заливке контейнеров жидким металлом, образующиеся от сгорания пеномоделей газы удаляются с помощью вакуумной системы и поступают на специальную установку АБХУ. На абсорбционно-биохимической установке происходит их обезвреживание с последующим их биохимическим окислением микроорганизмами до безвредных составляющих СО2 и Н2О.

Производитель АБХУ - ООО «Газоочистка инжиниринг» г. Минск, Белорусь.

Данная система позволяет:

• устранить выделение газов в атмосферу цеха и их нейтрализовать;
• в 10-15 раз сократить энергопотребление на традиционную приточно-вытяжную вентиляцию.

Применение карбокерамики (пропантов) в ЛГМ

Мы имеем опыт применения пропантов российского производства. Они позволяют получить высококачественные отливки из высокопрочного чугуна и стали.

Новый продукт представляет собой синтетический муллит и имеет следующие преимущества перед кварцевым песком:

• более высокую термостойкость;
• повышенную текучесть за счет округлости зерен (0,9 вместо 0,7 мм);
• большую газопроницаемость (в 2 раза выше) за счет низкого содержания пыли.

Использование карбокерамики позволяет получать отливки высокого качества из легированных сталей и ВЧ.

Следует отметить, что использование карбокерамики требует усиление конструкции вибростола и кантователя на линии.

Производитель – Копейский ГОК, Челябинская обл.

ВЫВОДЫ

1. Разработанное новое отечественное оборудование и отработанные на нем оптимальные параметры технологии позволяют стабильно получать качественные отливки из черных и цветных сплавов, в том числе из высокопрочного чугуна и легированных сталей, отвечающих современным стандартам;
2. Разработанное и запущенное в производство новое оборудование и технология рекомендуется нами для малых литейных цехов с мелкосерийным и многономенклатурным производством;
3. Новое оборудование снабжено абсорбционно – биохимической установкой (АБХУ), Республика Белорусь, что делает процесс ЛГМ экологически безопасным;
4. Особый интерес представляет процесс ЛГМ при производстве ответственных литых заготовок для гидравлической аппаратуры, которая на сегодняшний день практически на 100% закупается у зарубежных фирм.

ОТЛИВКИ ЛГМ С МУЛИТОВОЙ КАРБОКЕРАМИКОЙ НА ООО "БИРС" г. ЧЕБОКСАРЫ, РФ

Отливка корпуса гидрораспределителя РЕ6 методом ЛГМ.
Диаметр каналов 6 мм, материал ВЧ-50.

Пеномодель и отливка корпуса турбины.

Таблица. Химический состав стали Р4849.

Пеномодельный кластер.

ОТЛИВКА ЛГМ С МУЛИТОВОЙ КАРБОКЕРАМИКОЙ
НА ООО “ПРЕССТЯЖМАШ” г. РЯЗАНЬ, РФ

Отливка диафрагмы, материал сталь 40ХЛ.

Кластер из пеномодели и залитый куст отливок диафрагмы.

Содержание углерода в трех различных точках от 0,29 до 0,36%, что находится в пределах стандарта.
В опоке 4 кластера по 8 отливок в каждом. Всего 32 отливки.

ОТЛИВКИ АНКЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕЙ НА
НПП “КОРПОРАЦИЯ КРТ” г. ЛЬВОВ, УКРАИНА

Пенополистирольный кластер.
Количество моделей в кластере – 80 шт.

ОБЩИЕ ЗАТРАТЫ НА ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ УЧАСТКА ЛГМ

СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ И ПОРЯДОК ИХ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Срок изготовления оборудования - 6 месяцев с момента оплаты аванса.

Условия оплаты:

• первый платеж составляет 65% - после подписания договора;
• второй платеж - 25% - после изготовления оборудования и технической приемки его на площадях Поставщиком представителями Заказчика;
• третий платеж составляет 10% - после сдачи и испытания оборудования на площадях Заказчика и изготовления опытных отливок трех наименований.

ИТБ "Литье Украины", №9 (217) 2018 г.