Металлосбережение в точном литье по газифицируемым и ледяным моделям за счет применения экономичных литниковых систем

Важным преимуществом литья по газифицируемым моделям наряду с повышением точности литья является возможность достижения высокой металлоемкости формы, недостижимой для литья в разъемных формах, а также сокращение процессов формовки и заливки форм металлом. Пример модельного блока с десятками моделей «гильза» показан на рис. 1.

Рисунок 1. Примеры конструирования модельных блоков на базе каскадной литниковой системы (фотографии взяты с сайта www.lgm.com.ua).

Основу его конструкции составляет каскадная трехуровневая литниковая система, несущая на себе десятки отливок и позволяющая их запитать в оптимальном режиме, включая шлакоотделение благодаря специальным утолщениям (уловителям шлака) на концах горизонтальных коллекторов. На рис. 1 в верхнем ряду показаны модельный блок и каркасная модель литниковой системы, в нижнем ряду - блок отливок «гильза», отдельная отливка «гильза» и блок моделей «корпус электродвигателя».

Cуменьшением массы литых конструкций для изделий машиностроения, в первую очередь транспортных средств, ЛГМ-процесс с ростом металлоемкости песчаной формы позволяет увеличить выход годного, а также экономить не только металлические, но и формовочные материалы. В развитие таких возможностей в настоящее время под рук. проф. Шинского О. И. ведется разработка научных и технологических основ по созданию литых металлосберегающих конструкций из черных и цветных сплавов, оптимальных процессов их получения и автоматизированных методов проектирования.

Литейные процессы точных (специальных) методов литья, созданные во ФТИМС, как ЛГМ, литье по растворяемым, выжигаемым, ледяным моделям в контейнерных неразъемных формах, в сочетании с литьем в вакуумируемую или оболочковую формы (с их экологическими достоинствами) под давлением или гравитационной заливкой имеют значительный потенциал для снижения массы отливок. Последнее возможно на основе применения созданных во ФТИМС высокопрочных сплавов, методов армирования и специальной обработки металла.

Расчет каскадных литниковых систем при ЛГМ вели по работам [1, 2], а оптимизация относительно гидравлических процессов заполнения формы металлом возможна согласно патенту UA90494 «Пространственная металлическая отливка».

ЛГМ-процесс включает одну технологическую особенность, на газификацию модели уходит тепло металла, и его расплав под заливку обычно перегревают не менее, чем на 30-50 °С, в отличие от пустотелой песчаной формы. Однако в своих работах проф. В.С. Шуляк и проф.О.И. Шинский для постепенной оптимальной газификации моделей снизу – вверх рекомендуют сифонные литниковые системы, показанные на рис. 2, хотя они удлиняют путь металла от чаши к отливке.

Рисунок 2. Сифонные литниковые системы.

Коробчатые, разностенные, средние и крупные отливки обычно льют по ступенчатым литниковым системам, часто подводя питатели выше середины отливки, что способствует экономии металла (рис. 3).

Рисунок 3. Ступенчатые литниковые системы и с питателями, подведенными выше середины отливки.

Все чаще при ЛГМ металл подводят в прибыль, нагревая ее и экономя металл, чем сокращают путь его течения (рис. 4).

Рисунок 4. Литниковые системы с подводом металла в прибыль.

А для тонкостенных отливок часто применяют наиболее экономную дождевую систему (рис. 5) , следя за чистотой металла, подаваемого из ковша в чашу формы.

Рисунок 5. Дождевые литниковые системы.

В развитие моделирования литниковых систем нами предложены запертая литниковая система (А.с. СССР 1560362), разовые модели литников или выпоров из синтетической пленки (пат. RU2020026) и многократные из удаляемой упругой ленты (пат.UA 85515) для вакуумной формовки, оптимальное крепление мелких моделей на литнике-коллекторе по принципу филлотаксиса (пат.UA 83447), метод расчета диаметров разветвлений металлических систем (пат.UA90494), модели литников и прибылей из скрученной в рулон воздушно-пузырчатой пленки (пат.UA79267), вмороженные в ледяную модель и пригодные для захвата-транспортировки ледяных моделей, а также подача по каналу выпора давления в тело модели (пат.UA93723).

Кроме того, разработаны литниковые системы для литья на конвейере по ледяным моделям при подаче металла в форму под избыточным давлением по металлорпроводу снизу, позволяющие как лить по ним металл, так и отливать пустотелые ледяные модели из воды по предварительно охлажденным металлическим пресс-формам, сливая остаток водной композиции после намораживания тонкой корки модели и получая полость в стенке этой модели. Полая или имеющая направленную пористость разовая модель легче удаляется, повышая производительность процесса литья. Такие работы проведены в русле концепции, что «идеальная» разовая модель должна быть подобна елочной стеклянной игрушке, а оболочковая форма – яичной скорлупе с достижением их необходимой технологической прочности.

Литература: