Качество стального литья на этапе изготовления пеномодели

Морозов В.А.

Изготовление пенополистирольных моделей в литейном производстве по ЛГМ-технологии является одним из основных участков, задающих уровень качества литья.

1. Плотность пеномоделей

В большинстве случаев производители стремятся держать плотность пенополистирола на уровне 0,025…0,03 г/см³. Объяснение такого уровня плотности простое – низкая шероховатость поверхности отливки и прочность пеномодели. Это далеко не всегда имеет смысл, а количество вносимых в металл продуктов разложения пенополистирола часто приводит к браку по газовым раковинам и науглероживанию стального литья.

Из ранних разработок известно, что рекомендуемая плотность пеномодели должна быть на уровне 0,016…0,018 г/см³.

Практический опыт работы со стальным литьем 3-й группы по ГОСТ (у) 977-76 подтверждает данные ранних разработок.

В реальных условиях, при постановке на производство стальных отливок рекомендуемый вес пеномодели можно вычислить по формуле:

Р_п.м. = Р_отл/K

Полученный расчетный вес пеномодели эта та цель, к которой нужно стремиться при постановке стального литья на производство.

2. Задув пеномоделей

При автоклавном изготовлении пеномоделей задувка пресс-форм производится задувочными устройствами с помощью сжатого воздуха, в частности инжекторными пистолетами. В большинстве случаев подачу сжатого воздуха в задувочное устройство производят напрямую от цеховой магистрали. В результате чего масло от компрессоров и распыленный водяной конденсат задуваются вместе с пенополистиролом в пресс-формы, кроме того, при неизбежных колебаниях давления сжатого воздуха цеховой магистрали и количество задуваемого полистирола в пресс-формы будет каждый раз разным. Все вышеуказанные факторы соответственно повлияют на качество пеномоделей, а соответственно и литья.

С целью устранения указанных недостатков необходимо перед каждым постом задувки пресс-формы установить в последовательном соединении фильтр-влагоотделитель (d_y16)2-16x80 ГОСТ 17437-88 и редукционный пневмоклапан (d_y16) модели 122-1 ГОСТ 18468-88 с манометром.

При эксплуатации редукционный клапан необходимо настроить на выходное давление сжатого воздуха в пределах 0,4…0,45 МПа (4…4,5 кг/см³), в результате чего давление задува пресс-форм будет стабильным, и не будет зависеть от цеховой магистрали.
Установка указанных фильтра-влагоотделителя и клапана редукционного позволит повысить качество литья в конечном итоге.

3. Газоходные каналы в пеномоделях

В реальном производстве ЛГМ борьба с газовыми раковинами ведется в двух направлениях: применение краски с высокой газопроницаемостью и устройством пустотелых пеномоделей.

Оба направления не предсказуемы в условиях производства. При получении специализированного литья стабильность и предсказуемость технологического процесса должна быть гарантирована. Поэтому в спец. производстве пеномодели изготавливаются со специальными газоотводящими каналами.

Основа принципа: вывод газов по каналу в пеномодели в песчаный наполнитель формы с помощью вакуума во время заливки металла.
Для обеспечения результата необходимо:

• векторы газа, вакуума и подъема металла должны иметь одно направление;
• пропускная способность зоны перехода пеномодель – песок должна быть больше пропускной способности газового канала;
• газовые каналы должны выполняться по всей «высоте» пеномодели.

Исходные данные для определения сечений газового канала и переходной зоны:

• газопроводность уплотненного песка - 0,3;
• газопроводность стеклоткани - 0,5;
• объем газовыделения при заливке, V (м³/мин) - расчетный
• коэффициент сечения газоотводящего канала, М (м³/мин)/см² - 0,2

Суммарная площадь сечения газоотводящих каналов в пеномодели определяется по формуле:

П_к = V/M , см²

Суммарная площадь выходных отверстий зоны перехода пеномодель – песок определяется по формуле:

П_вых. = 1,1 П_к/0,5х0,3, см²

Исходя из практических исследований оптимальная суммарная площадь газоходных каналов равна 1 мм² на 1 кг массы отливки или 0,4 мм² на 1 г пеномодели. Форма газоходных каналов должна быть круглой o2,5…4 мм с обязательным раструбом на выходе из пеномодели, площадь сечения раструба должна быть в 10 раз больше площади сечения газоходного канала.

Выходное отверстие раструба закрывается сеткой для ограждения от попадания песка и не краситься.

Места установки газоходных газовых каналов определяются по максимальному массиву пенополистирола в модели. При увеличении суммарной площади газоходных каналов выше оптимального на практике наблюдается большие газовые раковины, повторяющие конфигурацию газоходного канала. В результате исследования распределения углерода по телу отливки в зависимости от суммарной площади сечения газоходных каналов выявлена зависимость: содержание углерода – площадь газоходных каналов. При площади газоходных каналов более указанного выше оптимума содержание углерода в верхней части отливки ниже на 30 %, а в нижней выше на 30%. Цифры усредненные. А при суммарной площади газоходных каналов равной оптимуму все в пределах допусков.

4.Температура пресс-форм

При изготовлении пеномоделей большинство производственников задувает пенополистирол в «холодные» пресс-формы (температура 15…25°С). В условиях реального производства были проведены исследования: при одинаковых режимах задувки из одной партии пенополистирола для одной пресс-формы задувка производилась в «холодную» и «горячую» (предварительно прогретую до 50…60°С) пресс-форму. Полученные пеномодели взвешивались. Вес пеномоделей, задутых в «холодную» пресс-форму, был на 15…20% больше. При прочих равных условиях это объясняется появлением конденсата на стенках «холодной» пресс-формы при спекании в автоклаве. Разница в весе и есть та влага в пеномодели, которая не выводится при сушке и дает брак по газовым раковинам в литье.

5. Заключение

Все вышеизложенное является практическим опытом изготовления пеномоделей для стального литья третьей группы по ГОСТ 977.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №02 (150) 2013 г.