ЛИВАРНА ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ШИРОКОЇ НОМЕНКЛАТУРИ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ ДЛЯ ПОДАЛЬШОГО МАСШТАБУВАННЯ В ПРОЦЕСІ РОЗБУДОВИ МАШИНОБУДУВАННЯ

 УДК 621.74.045.072.2

В. С. Дорошенко

ЛИВАРНА ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ШИРОКОЇ НОМЕНКЛАТУРИ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ ДЛЯ ПОДАЛЬШОГО МАСШТАБУВАННЯ В ПРОЦЕСІ РОЗБУДОВИ МАШИНОБУДУВАННЯ

 Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України;

З огляду перспектив розбудови вітчизняного машинобудування розглянуто тип виробництва металопродукції і діючий приклад його реалізації, які рекомендуються для масштабування. Виробництво металовиробів широкої номенклатури і різної серійності, яке властиве технології лиття металу за моделями, що газифікуються (ЛГМ), може сприяти створенню і зміцненню промислових осередків росту на етапі відновлення машинобудування. Таке виробництво дозволяє оперативно реагувати на потреби ринку, потребує невеликого початкового інвестування зі значним потенціалом масштабування виробництва. Гнучкість такого виробництва полягає у швидкій зміні асортименту продукції, її індивідуалізації на вимоги замовників, а інноваційний потенціал пов'язаний зі спрощеним впровадженням нових технологій, включно з їх цифровізацією. В статті описано ливарний цех з процесом ЛГМ. Показано зразки його продукції, особливість та переваги ЛГМ-технології, невисокі інвестиційні потреби організації такого цеху завдяки можливості виготовлення більшості обладнання та оснастки для нього вітчизняними підприємствами. Міцність ливарної піщаної форми при ЛГМ зумовлена застосуванням передусім законів фізики за рахунок унікального використання в стінках форми градієнта газового тиску від випаровування разової ливарної моделі з пінополімеру. Це дозволяє виготовлення ливарної форми з сухого кварцового піску при обтіканні ним модельних конструкціій різноманітної геометричної конфігурації при формуванні з віброущільненням, а також багаторазовий обіг цього піску. Відмічено перспективи цифровізації ЛГМ-процесу з акцентом на 3D-друк ливарних моделей. Структуру впливу основних технологічних параметрів ЛГМ на якість виливків показано за допомогою діаграми Ішікави, на якій окремі фактори позначено з урахуванням останніх досліджень та значного досвіду удосконалення ЛГМ-процесу науковцями ФТІМС НАН України.

Ключові слова: машинобудування; дрібносерійне виробництво; ливарний цех; піщана форма; лиття за моделями, що газифікуються; металоконструкції.

Вступ

Машинобудівна промисловість в Україні є стратегічно важливою галуззю для підтримки обороноздатності країни, її технологічного та інноваційного розвитку, долучення до глобальних ланцюгів створення продукції [1]. Машинобудування в комплексі з інформаційними технологіями створює сектор економіки з найвищим рівнем потенціалу для створення та подальшої реалізації інновацій товарних, технічних і технологічних категорій, що в сучасних економічних умовах є вирішальними для досягнення високого рівня розвитку економіки та соціуму в будь якій державі. Стратегічну важливість машинобудування підтверджує його висока (із тенденцією до зростання) частка у переробній промисловості переважної більшості розвинених індустріальних країн ЄС.

Серед особливостей розвитку машинобудування в нашій країні наявне відставання від інших країн з розвиненим індустріальним сектором. Частка продукції галузі в загальному обсязі промислової переробки скорочується протягом періоду 2016-2022. Водночас, виробничий потенціал машинобудування наразі не повністю реалізовано в нашій країні, на що впливають загрозливі виклики, пов’язані з наслідками військового часу. Це незворотні втрати промислового потенціалу, які перевищують 30 %, руйнація виробничих потужностей і транспортних ланцюгів, втрата доступу до ресурсів (як сировинних, так і людських), ускладнення ведення господарської діяльності через перебої з енергопостачанням та комунікаціями тощо [2].

І хоч зараз українське машинобудування знаходиться в умовах невизначеності під час війни, перспективи його відновлення вимагають формування пропозицій майбутнього розвитку та стратегічного планування на основі європейських принципів зеленої економіки та цифрового переходу. Для цього важливо впровадити дієві заходи, націлені на відродження, реструктуризацію та модернізацію промисловості шляхом здійснення реконструктивних заходів із регіональної диверсифікації та розширення середньо- і високотехнологічного виробництва, що має ґрунтуватися на створенні раціональної структури нових промислових комплексів та відповідатиме поточним і перспективним потребам ринку, економічної, технологічної екологічної та військової безпеки і забезпечуватиме реалізацію конкурентних переваг. Це передбачає формування самодостатнього комплексу галузей для забезпечення стійкості локальної економіки до різноманітних внутрішніх і зовнішніх соціально-економічних і воєнно-політичних шоків [2]. Відсутність обґрунтування стратегічних ініціатив зі сприяння адаптації українського машинобудування до глобальних викликів майбутнього (військово-політичних, цифрових, фінансових, інвестиційних, екологічних, технологічних, соціальних тощо) нарощує розрив між Україною та розвинутими країнами світу й тільки посилює ефект деіндустріалізації економіки країни.

Аналіз типу виробництва, сприятливого для подальшого масштабування

В цій статті нами розглядається приклад ливарної технології для виробництва широкої номенклатури металопродукції як одне з джерел відновлення вітчизняного машинобудування, яке відносять до однієї з найбільш трудомістких і наукомістких галузей промисловості. Ця технологія придатна для початкових та невеликих виробництв, а також успішно застосовується на крупних заводах, розвиток потужності яких збільшить потенціал масштабного росту всього виробничого комплексу країни. Можливість почати з дрібносерійного виробництва металопродукції в невеликому обсязі зменшує фінансові ризики та дозволяє випробувати нові ідеї, технологічні тонкощі та продукцію на ринку. Такий підхід сприятиме розросту локального виробництва (зокрема ремонтних запчастин), місцевої економіки, створенню нових робочих місць з розвитком професійних навичок серед працівників. Крім того, цей підхід може допомогти залученню інвестицій, стимулюючи подальший розвиток машинобудування.

Зокрема, дрібносерійне виробництво малих і середніх підприємств широкого товарного асортименту дозволяє оперативно реагувати на потреби ринку, забезпечуючи достатню якість продукції при невеликих обсягах виробництва з урахуванням таких його переваг: 1) гнучкість: можливість швидко змінювати асортимент продукції, адаптуючись до змін попиту; 2) сприятливість до інновацій: полегшене впровадження нових технологій та інновацій у виробничий процес; 3) уважність до деталей, що підвищує якість продукції завдяки меншому обсягу виробництва; 4) оптимізація витрат на виробництво шляхом використання існуючого обладнання та меншої кількості матеріалів.

До ключових факторів сприяння успішності дрібносерійного виробництва відносяться: 1) модульні виробничі системи, які можна швидко переналаштувати під різні продукти, та технології з можливістю рознесення створюваних напівпродуктів та оснащення по різних приміщеннях, виробничих дільницях і без короткого терміну використання; 2) обладнання невисокої капіталоємності, плинні сировинні та технологічні матеріали, бажано з високим ступенем повторного циклічного використання (для екологічної стійкості і оптимальної ресурсомісткості) та невеликої густини; 3) нескладність автоматизації виробництва, впровадження адитивних технологій (3D-друку) для швидкого створення прототипів (зі скороченням часу виходу на ринок) і невеликих серій металовиробів; 4) сприятливість до інтеграції з цифровими технологіями для моделювання, проектування та оптимізації виробничих процесів.

Діюче, хоч і невелике виробництво більш привабливе для інвестицій з метою його розширення в процесі відбудови промисловості країни, ніж створюване з нуля, з огляду створення підґрунтя для відновлення машинобудування. Таким чином, виробництво металопродукції з технологією, придатною до різної серійності і широкого спектру виробів як за їх геометрією, габаритами, так і за масою може стати ефективним інструментом для відродження машинобудування, забезпечуючи його конкурентоспроможність та сталий розвиток.

Огляд і структурування ливарної технології на прикладі діючого ливарного цеху

Ключову роль у машинобудуванні відіграє ливарне виробництво, як його основна заготівельна база, оскільки не менше половини за масою промислова металопродукція складається з деталей та вузлів, виготовлених саме ливарними методами. Ливарне виробництво постачає продукцію з різних металів та сплавів для машин і механізмів, транспортної індустрії, енергетики, ВПК тощо, виготовляючи складні за геометричною конфігурацією і конструкцією деталі, які було б складно або неможливо виготовити іншими способами.

Створення виробництва металевих виливків в дослідно-промисловому цеху ФТІМС НАН України продуктивністю до 40 тонн на місяць, як здебільшого дрібносерійного та ремонтного виготовлення литва, є прикладом диверсифікації випуску продукції як за масою виробу (від 0,2 до 1100 кг), металевими сплавами (чорні та кольорові), так і за серійністю продукції. Такій варіативності виробництва досягнуто завдяки впровадженню в цеху технології лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ, Lost Foam Casting), яка відповідає практично всім наведеним вище показникам для успішного виробництва металовиробів значних діапазонів серійності і номенклатури [3].

В жодній ливарній технології, крім ЛГМ, метал не заливається в ливарну форму, порожнина якої заповнена твердим матеріалом, що є унікальною особливістю ЛГМ. Якщо типова ливарна порожнинна піщана форма під час заливання металу є носієм функції утримання і перенесення на метал геометрії (конфігурації) майбутнього виливка, то при ЛГМ ці функції виконує разова ливарна модель. В першому випадку міцність стінки форми зумовлена адгезійно-когезійними силами (з огляду фізико-хімії) між зернами формувального піску зі зв’язувальним компонентом, а в другому – градієнтом газового тиску завдяки різниці тиску в вакуумованому пористому середовищі сухого формувального піску і тиску газів від термодеструкції моделі, яка служить рухомим джерелом газовиділення по мірі заміщення її розплавом металу. Умовно кажучи, визначальна роль хімії в технології піщаної формовки поступилася місцем фізиці, що, зокрема, дало перевагу по екологічності: застосування меншої кількості хімічних речовин знижує негативний вплив на довкілля.

Застосування ливарних форм з сухого піску багаторазового обігу (без зв’язувальних компонентів) дозволяє без капіталоємного масивного обладнання (порівняно з типовими формувальними машинами пресування чи струшування) регулювати виробництво як за строками (з накопиченням разових моделей певних виливків протягом часу аж до місяця і більше), за металоємністю форми, розміщуючи від 1 до 20 модельних кущів чи кластерів з окремими стояками в одній контейнерній піщаній формі, так і за локацією виробничих дільниць, з можливістю винесення модельної дільниці в прибудові до цеху на поверхи вище першого чи в окремі легкої конструкції приміщення.

Циклічний обіг і охолодження формувального піску взагалі можливо проводити поза цехом вздовж зовнішньої його стіни, що реалізовано обладнанням модульного типу в цеху ФТІМС НАН України. Об’ємна комплектація ливарних моделей з пінополістиролу (ППС) у кластери чи кущі і застосування багатомісних ливарних форм (з окремими ливарними стояками для кожного куща моделей) суттєво економлять виробничі площі (на тонну продукції) для заливання і вистоювання форм або скорочують ливарні конвеєри порівняно з литтям у більш поширені традиційні форми в парних опоках. Застосування сухого піску для ливарних форм полегшує циклічний обіг піску, для чого застосовують обладнання практично аналогічне до типового для заводу підготовки будматеріалів, і яке нескладно комплектувати з окремих установок-модулів і виготовити в більшості вітчизняних механічних цехів. Останні розробки інституту ФТІМС НАН України щодо моделювання біонічних литих конструкцій з ППС [4], регулювання швидкості охолодження литва у піщаній формі, включно з варіантами його термообробки [5], застосування 3D-фрезерів та 3D-принтерів для виготовлення моделей, в тому числі з вентиляцією моделей і знешкодженням викидів газів [6] суттєво удосконалюють ЛГМ-процес з можливістю його комп’ютеризації, автоматизації, поліпшення екологічної безпеки та збільшення перспективних варіантів виготовлення легковагих тонкостінних виливків [7] складної геометрії.

Тривала практика показала вигідне застосування технології ЛГМ для ремонтного литва, зокрема для виробництва достатньо швидкозношуваних навісних робочих органів ґрунтообробного обладнання сільськогосподарського призначення, приклади яких показано на рис. 1 [8]. Виробництво таких деталей відноситься до надзвичайно важливого напряму, яким є аграрне машинобудування [1]. Послідовна реалізація аграрної реформи збільшуватиме попит на сільськогосподарські машини й устаткування – як для великих, так і для дрібних господарств, а також навісних робочих органів, що контактують з ґрунтом, зношуються, після чого потребують постійної заміни. Чинниками інвестиційної привабливості розбудови аграрного машинобудування в Україні є наявність стійкого внутрішнього попиту з потребою імпортозаміщення [1], а також потреба у подальшому розвитку ресурсної бази виробництва комплектувальних деталей як ґрунтообробного, так і землерийного та гірничодобувного обладнання [9], як імпортного, так і вітчизняного.

Рис. 1. Зразки литих навісних деталей ґрунтообробної сільгосптехніки

На рис. 2 показано структурну схему найбільш поширених технологічних операцій ЛГМ-процесу для виробництва дрібних і середніх виливків [10]. На позиції 7 заливання металу і наступного тверднення виливка, як правило, застосовують вакуумування піску форми.

 Рис. 2. Типова схема ЛГМ-процесу: 1 - підспінювання гранул ППС; 2 - отримання з цих гранул деталей моделі; 3 - склеювання деталей моделі; 4 - збирання модельних кластерів (кущів); 5 - фарбування кластерів зануренням; 6 – формування кластерів в контейнері з сухим піском і його вібрацією; 7 – заливання форми металом; 8 – охолодження виливка і висипання піску і виливка з контейнера.

Приклади підготовлених до заливання ливарних контейнерних форм різного розміру і металоємності в цеху ЛГМ ФТІМС НАН України показано на рис. 3, а також процес їх заливання металом. Крім того, на рис. 4, 5 показано приклади моделей та виливків, які нині виготовляють дрібними серіями в цеху ЛГМ ФТІМС НАН України по мірі надходження замовлень. Це робочі органи грунтообробного та землерийного обладнання, ланки конвеєрів (зокрема для утилізації твердих відходів, елеваторних комплексів тощо) та інші деталі рухомих чи стаціонарних механізмів.

Рис. 3. Піщані контейнерні форми на конвеєрі та на заливальному плацу (багатомісна форма в нижньому ряду), а також заливання їх металом в цеху ЛГМ

Також нині і у повоєнний період наявна значна потреба у виготовленні (за схожими способами до виливання землерийних зносостійких органів) тріщиностійких контактних (витратних) органів протимінних тралів [11] (коткових, ножових чи бойкових), оскільки потреба розмінування вимагатиме спеціальної техніки – машин для розмінування, для перевезення вибухонебезпечних предметів, міношукачів, іншої спецтехніки. Протягом багатьох років будуть актуальними потреби в ремонті цієї техніки й постачанні запчастин для неї [1].

Придатність ЛГМ-процесу до рентабельного дрібносерійного виробництва різноманітної номенклатури виливків особливо вигідна з огляду обставин, що склалися протягом останніх десятиліть, коли боротьба за конкурентну перевагу у виробництві продукції на основі збільшення продуктивності процесу призвела до того, що в деяких галузях майже досягнуто її максимум, а запити потенційного споживача інноваційної продукції змінилися у бік підвищення ступеня індивідуалізації зі збереженням доступного рівня цін [12]. У багатьох сферах економіки почалася масова кастомізація продукції, за якої замовник бере активну участь у процесі проектування необхідного йому товару, зокрема через NFC-систему (бездротової передачі даних та платежів). Така трансформація виробництва призводить до скорочення часу виходу товару на ринок, зменшення обсягів складських запасів, часу їх зберігання та кількості одиниць продукції, а загальна цифровізація технологічних процесів змушує компанії впроваджувати передові методи виробництва, щоб залишатися конкурентоспроможними [13].

Рис. 4. Приклади ливарних моделей металовиробів навісного грунтообробного та землерийного обладнання

Рис. 5. Виливки та моделі ланок конвеєра, та інших деталей механізмів

У відповідь на вищезазначені потреби [12, 13], обнадійливі перспективи для дрібносерійного ЛГМ-процесу відкриває 3D-друк ливарних моделей [6], при якому без модельної оснастки з цифрового креслення на екрані монітора за допомогою принтера друкується модель протягом 5-10 годин (в ідеалі) та протягом наступних 1-2 днів по ній методом ЛГМ можливе виготовлення виливка. Така «матеріалізації» ливарної моделі з цифрового файлу в концепції «Ідустрія 4.0» називається «цифро-фізичним перетворенням», що значно скорочує процес від креслення до металопродукції та відповідає одному з перспективних кроків цифрової трансформації ливарної галузі як з огляду швидкої зміни асортименту продукції у відповідь на зміну потреб ринку, так і наближення до концепції «виробництво як послуга».

З метою пояснення структури процесу ЛГМ стосовно впливу основних технологічних параметрів на якість виливків, а також для оцінки масиву такої інформації в його кількісному (згідно числа чинників впливу) і якісному складі (за організаційно-технологічною сутністю впливу) застосували діаграму за методом Ішікави. Діаграма Ішікави, як «причинно-наслідкова» діаграма, або як діаграма «аналізу кореневих причин» була ним описана в 1968 р. в роботі «Guide to Quality Control», яку було перевидано кілька разів [14]. Для аналізу технології лиття ЛГМ вона також приведена в ряді публікацій про дослідження технології ЛГМ, зокрема в роботі [15].

Взявши за основу результати розробок і досліджень по розширенню технологічних можливостей ЛГМ-процесу, які описано в роботі [3], а також накопичений ґрунтовний досвід ФТІМС НАН України при тривалому удосконаленні виробничого використання ЛГМ, варіант діаграми Ішікави з роботи [15] нами доповнено та уточнено деякими чинниками. Структура діаграми Ішікави дозволяє встановити основні фактори впливу на ливарний об’єкт, технологічний процес чи кінцевий продукт, зокрема литу металеву конструкцію, а також встановити взаємозв’язок між основними чинниками та детермінований вплив другого (нижчого)  рівня на основні параметри.

Оскільки основна задача ливарного виробництва – отримання виливка з конкурентоздатним відношенням його якості до собівартості, то цей показник вказали на діаграмі в якості кінцевого продукту (рис. 6). Основні гілки, які визначають якісні та експлуатаційні характеристики литого виробу позначено таким чином: сплав (виливка), вакуум (в ливарній формі), вібрація (форми при ущільненні піску), пісок (наповнювач ливарної форми), модель (її якісні характеристики), покриття (моделі) [15]. Для кожної з таких гілок встановлено визначальні чинники другого порядку.

Рис. 6. Діаграма Ішікави для ЛГМ-процесу

Розглянемо наші доповнення серед чинників другого порядку на діаграмі до вказаних у роботі [15], застосувавши системний підхід з роботи [3]. Гілку діаграми щодо формувального піску, до трьох відомих показників нами доповнено новим - «ступінь освіження піску». В багаторазовому обороті формувального піску при ЛГМ регулярне додавання не менше 5 % свіжого, або регенерованого кварцового піску в кожному циклі формовки сприяє підтриманню належної газопроникності наповнювача ливарної форми без надмірного накопичення в ньому забруднень, що зменшує газотвірність піску і вірогідність попадання газів із ливарної форми в повітря цеху. Не регулярне освіження піску може призводити до надмірного його забруднення і місцевого обсипання форми та контакту металу з продуктами газифікації, що не повністю видалені з порожнини форми та спричиняють зниження якості виливків.

В гілці «модель» на якість виливка, крім пористості матеріалу моделі і його густини, може впливати тип ливникової системи, приклад комп’ютерного моделювання якої для ЛГМ описано в роботі [16]. За ґрунтовною монографією В.С. Шуляка (2007) перевагу віддають сифонним ливниковим системам. Також вказано фактор вентилювання друкованих чи комбінованих (з друкованими вставками) ливарних моделей, густина яких може бути вищою, ніж у типових пінополістирольних. Останнє дозволяє вивести надмірну кількість газів за межі форми через верхню її поверхню, або у вакуумований пісок форми по вентканалах [6].

Для гілки «покриття» додано показник – «газопроникність», як важливу характеристику, яка підбирається складом (рецептурою) рідкої фарби, що утворює покриття на поверхні моделі. Газопроникність покриття – один з чинників (наряду з величиною вакууму), які регулюють протитиск газів на розплав металу і впливають на його формозаповнюваність. Подвійне нанесення фарби зменшує газопроникність її покриття. 

До гілки «вакуум» внесли чинники «діаметр вакуумпроводу» та «наявність вакуум-ресівера» в цеховій системі вакуумування, що впливають на стабільність режиму вакуумування форми, оскільки її вакуум може знижуватись під час заливання вакуумованої форми рідким металом, який може частково розгерметизовувати пісок форми (місцево пропалювати покривну синтетичну плівку на формі), особливо при заливанні багатомісних форм та кількох форм підряд. Наявність ресівера (газового акумулятора) з вакуумпроводом діаметром не нижче ДУ 50, «згладжує» можливі піки газовиділень і зниження рівня вакууму в порах піску при заливанні форм. Чинники гілок «сплав» і «вібрація» залишили на діаграмі без доповнень.

На завершення огляду доречно відзначити, що значне поширення технології ЛГМ відбулося останніми десятиліттями в Китаї, який за цей час став провідною ливарно-металургійною державою, виробляючи близько половини тоннажу виливків світу [17]. Хоча розповсюджений ваговий діапазон виливків для ЛГМ-процесу складає від 0,2 до 5000 кг, у Китаї швидкому нарощенню випуску литва, наряду з іншими чинниками, сприяла поява цехів ЛГМ для виробництва крупних і середніх виливків  з типовими для Китаю автоматизованими конвеєрними лініями рядного руху контейнерів з габаритами нерідко понад 2 м [17]. При русі ливарного контейнера на таких конвеєрах в нього з першого (з початку формовки) бункера в засипають піщану «постіль», потім на неї встановлюють модельні кластери, з двох наступних бункерів засипають піском кластери з віброущільненням піску. Для вакуумування піску форми контейнери виконані з коробчастими каналами і сітчастими фільтрами, що газопроникні всередину порожнини контейнера. Нерідко в контейнерній формі поміщають 12-16 кластерів моделей і кожний заливають металом крізь окрему воронку, досягаючи високої металоємності форми, недоступної для форм у парних опоках для традиційних видів лиття.

Висновки

Технологія виготовлення широкої номенклатури металопродукції, що в нинішніх непростих вітчизняних умовах застосовується передусім для дрібносерійного (ремонтного) виробництва, має значний потенціал сприяння відновленні галузі машинобудування, особливо на початкових етапах шляхом розвитку невеликих підприємств. Серед переваг дрібносерійного виробництва описано такі: можливість невеликих початкових інвестицій, гнучкість виробництва зі швидкою адаптацією до ринкових змін зміною асортименту продукції, її індивідуалізація за специфічними потребами замовників, інноваційний потенціал зі спрощенням впровадження нових технологій, включно з цифровізацією. Стосовно регіонального впливу, розвиток таких підприємств стимулює створення нових робочих місць, сприяє зростанню зайнятості в регіоні, економічному зростанню регіону та підвищенню його інвестиційної привабливості. Як приклад перспективного виробництва широкої номенклатури металопродукції описано ливарний цех з процесом лиття за моделями, що газифікуються, показано зразки його продукції, особливість та гнучкість технології, невисокі інвестиційні потреби його організації завдяки можливості виготовлення більшості обладнання та оснастки вітчизняними підприємствами, а також цифровізації з акцентом на 3D-друк ливарних моделей. Візуалізацію структури процесу ЛГМ з описом впливу основних технологічних параметрів на якість виливків виконано за допомогою діаграми Ішікави, на якій окремі фактори позначено з урахуванням останніх досліджень та значного досвіду удосконалення ЛГМ-процесу у ФТІМС НАН України.

Аналітичне галузеве дослідження по темі статті виконано згідно договору № 226 (166/24) від 22.02.2024 про наукове співробітництво між Фізико-технологічним інститутом металів та сплавів НАН України та Вінницьким національним технічним університетом.

Список використаної літератури

[1] О. В. Собкевич. Напрями розбудови машинобудування в Україні як драйвера економічного розвитку під час війни та у повоєнний період. НІСД. 23.01.2024. URL: https://niss.gov.ua/doslidzhennya/ekonomika/napryamy-rozbudovy-mashynobuduvannya-v-ukrayini-yak-drayvera-ekonomichnoho.

[2] О. Kushnirenko & N. Gakhovich (2023). Стратегічні напрями повоєнного відновлення машинобудування в Україні. Економічний вісник університету, (56), 05-15. https://doi.org/10.31470/2306-546X-2023-56-05-15.

[3] О. Й. Шинський, І. А. Шалевська, В. О. Шинський, П. Б. Калюжний, Т. В. Шевчук, Т. В. Лисенко, В. А. Слюсарев, Є. В. Погребач, С. В. Коломійцев. Принципи побудови та ідентифікації багаторівневої системи контролю параметрів технологічного циклу одержання литих конструкцій. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. № 5/1. С. 25-32.

[4] О. Й. Шинський, П. Б. Калюжний, В. С. Дорошенко. Біонічний підхід до виготовлення литих легковагих металоконструкцій для будівництва споруд модульного типу. Процеси лиття. 2022. № 4. С. 53-64. https://doi.org/10.15407/plit2022.04.063.

[5] В. C. Дорошенко, П. Б. Калюжний. Ізотермічне гартування залізовуглецевих сплавів, що суміщене з їх виливанням. Металознавство та обробка металів. 2024. № 1. С. 47-59. https://doi.org/ 10.15407/mom2024.01.047.

[6] В. С. Дорошенко. Нейтралізація газів при литті металу за моделями, що газифікуються, та передумови застосування для цього 3D-друкованих моделей. Процеси лиття. 2021. № 3. С. 32 – 43. https://doi.org/10.15407/plit2021.03.032.

[7] В. C. Дорошенко, Ю. Ю. Ладарєва, С. І. Клименко. Тонкостінні виливки з високоміцного чавуну за моделями, що газифікуються. Процеси лиття. 2023. № 4. С. 69-77. https://doi.org/10.15407/plit2023.04.069.

[8] М .Г. Аскеров. Нові матеріали для виробництва змінних деталей ґрунтообробної сільгосптехніки. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ». 2021. № 2 (8). С. 3-8. https://doi:10.20998/2413-4295.2021.02.01.

[9] В. C Дорошенко., П. Б. Калюжний. Сучасні технології зміцнення робочих органів ґрунтообробних машин. Металознавство та обробка металів. 2023. №1. С. 34-45. https://doi.org/10.15407/mom2023.01.034.

[10] The process sequence of Lost Foam casting process. Densen Group. 2020-09-24. URL: https://www.sydensen.com/The-process-sequence-of-Lost-Foam-casting-proces-id3630192.html.

[11] В. С. Дорошенко, О. Б. Янченко, М. В. Лисий. Литі модульні трали та перспективні методи виготовлення виливків для землерийної та ґрунтообробної техніки. ВМТ, вип. 16, вип. 2, с. 23–29, Січ 2023. https://doi.org/10.31649/2413-4503-2022-16-2-23-29.

[12] Baykasoglu A., Büyükozkan G., Dereli T. Technology oriented new product development in a rapidly changing world. Proceedings of the conference IMS-2004, 4th Int. Symposium on intelligent manufacturing systems. Sakarya, Turkey, 2004. P. 1040-1048.

[13] Natsir Ch. What is advanced manufacturing and its benefits for your company? Hashmicro. 2022. April 28. URL: https://www.hashmicro.com/blog/what-is-advanced-manufacturing/.

[14] Ishikawa K. What is Total Quality Control? The Japanese Way. – London: Prentice Hall, 1985. 215 р.

[15] Kumar S., Kumar P., Shan H. S. Effect of Process Parameters on the Solidification Time of Al7%Si Alloy Castings Produced by VAEPC Process. Materials and Manufacturing Processes. Sept. 2007. 22(7-8):879-886.

[16] В. С. Дорошенко. Нейтралізація газів при литті металу за моделями, що газифікуються, та передумови застосування для цього 3D-друкованих моделей. Процеси лиття. 2021. № 3. С. 32 – 43. https://doi.org/10.15407/plit2021.03.032.

[17] В. О. Шинський, В. C. Дорошенко, С. І. Клименко. Сучасний стан і перспективи розвитку процесу лиття металу за моделями, що газифікуються. Метал і лиття України. 2023. № 3. С. 29-38. https://doi.org/10.15407/steelcast2023.03.029.

Дорошенко Володимир Степанович – д-р техн. наук, провідний науковий співробітник відділу фізико-хімії ливарних процесів, e-mail: dorosh@ptima.kiev.ua. Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, м. Київ.

1. S. Doroshenko

FOUNDRY TECHNOLOGY FOR THE PRODUCTION OF A WIDE RANGE OF METAL STRUCTURES FOR FURTHER SCALING IN THE MECHANICAL ENGINEERING DEVELOPMENT PROCESS

Physico-technological institute of metals and alloys National academy of sciences of Ukraine, c. Kiev

In view of the prospects for the development of domestic mechanical engineering, the type of production of metal products and an active example of its implementation, which are recommended for scaling, are considered. The production of metal products of a wide range and different series, which is characteristic of the Lost Foam Casting (LFC) technology, can contribute to the creation and strengthening of industrial centers of growth at the stage of the restoration of mechanical engineering. This type of production allows you to quickly respond to the needs of the market, requires a small initial investment with a significant potential for scaling up production. The flexibility of such production consists in the rapid change of the range of products, its individualization to the requirements of customers, and the innovative potential is associated with the simplified introduction of new technologies, including their digitalization. The article describes a foundry with the LFC process. Samples of its products, features and advantages of LFC technology, low investment requirements for the organization of such a workshop due to the possibility of manufacturing most of the equipment and accessories for it by domestic enterprises are shown. The strength of the foundry sand mold at LFC is due to the application of the laws of physics due to the unique use of the gas pressure gradient in the walls of the mold from the evaporation of a one-time foundry pattern made of foam polymer. This allows the production of a foundry form from dry quartz sand when it flows around pattern structures of various geometric configurations during forming with vibration compaction, as well as multiple circulation of this sand. The prospects of digitalization of the LFC process with an emphasis on 3D printing of foundry patterns were noted. The structure of the influence of the main technological parameters of LMH on the quality of castings is shown with the help of the Ishikawa diagram, on which individual factors are marked taking into account the latest research and significant experience in improving the LFC process by scientists of PTIMA of the National Academy of Sciences of Ukraine.

Keywords: mechanical engineering; small-scale production; foundry; sand mold; Lost Foam Casting Process; metal structures.

Doroshenko Volodymyr – Dr. Sc. (Eng.), Leading researcher of the Department of Physics and Chemistry of Casting Processes, Physico-technological institute of metals and alloys National academy of sciences of Ukraine, email: doro55v@gmail.com