Негативные причины производства отливок «Рама боковая» и решения по их устранению Вакуумно-пленочная формовка.

Внедрение высокопроизводительных комплексов автоматических линий (АФЛ) вакуумно-пленочной формовки (ВПФ),  для производства ответственных отливок крупного железнодорожного литья, должно было позволить раз и навсегда решить вопросы выпуска литейной продукции высокого качества.

Производство такого типа отливок с использованием классических литейных технологий «в землю», в «холодно-твердеющие смеси», создают предпосылки образования в отливках разнообразных внутренних и внешних дефектов. Взаимодействие расплавленного металла с составом формовочных материалов для форм и стержней, в совокупности происходящих между ними химических реакций, создает условия образования литейной продукции не высокого качества. Кроме этого, наличие проблем скрытого характера, связанных с формированием самой структуры металла, особенно на разделе контакта форм и стержней с металлом, дополнительно ухудшают механические свойства поверхностного слоя отливок.

Использование технологии «Вакуумно-пленочной формовки», использующей сухой формовочный песок без связующих материалов, по своей сути должно было произвести техническую революцию, как раз в этом сегменте литейного производства. Внедрение технологии ВПФ должно было позволить решить основные существующие проблемы производства отливок низкого качества. И что же мы имеем?

Праздный шум, по поводу внедрения АФЛ и потраченных миллионов.  Дифирамбы по качеству литья на этих производствах и отсутствие достоверной информации по результатам работы линий.

С учетом доступной информации о потребностях железной дороги в такой литейной продукции, всего лишь одна АФЛ производительностью 20 форм в час, может поставить рам боковых и балок надрессорных в объеме, превышающем все необходимые потребности отрасли – более 50 тысяч комплектов (4 рамы и 2 балки) в год. При этом все АФЛ ВПФ, почему-то, работают только в одну смену, и почему-то железнодорожники закупают литейную продукцию еще и в Китае…

Предполагаемое несоответствие потребностей и существующих производственных мощностей приводят к мысли либо о несовершенстве технологического оборудования таких автоматических линий, либо о существовании технологических проблем при организации производства таких отливок, либо все вместе взятое.

В предыдущих статьях был проведен анализ поставляемого технологического оборудования АФЛ для производства крупного стального литья (рам и балок), описаны его технические и технологические возможности, их влияние на производительность линии, а так же на качество выпускаемого литья. Обозначены необходимые мероприятия по модернизации существующих автоматических линий.

Вакуумно-пленочная формовка, в отличие от других технологий отличается главным образом использованием сухого песка без примесей, вакуума и тонкой облицовочной пленки. Такая совокупность используемых формовочных материалов многократно снижает вероятность образования всевозможных газовых дефектов и вредных химических соединений, улучшает условия кристаллизации металла, повышает его жидкотекучесть и т.д.

Рассматривая существующие подходы при разработке литейных технологий (ВПФ) на отливку «Рама боковая» (Рис. 1)в сравнении с классическими технологиями, попробуем понять причины несоответствия реальной производительности АФЛ и производительности, заявленной поставщиком такого оборудования, а так же некоторые причины образования дефектов литья на таком высокотехнологичном производстве  (Рис. 1, Рис. 2, Рис. 3).

  Рис. 1 Отливка «Рама боковая».

                        Рис. 2 Традиционная технология.           

Рис. 3 Технология  «Вакуумно-пленочной формовки».

Анализируя представленные фотографии производства рамы боковой при разных технологиях видно, что принцип построения литейных технологий для разных способов формования остался, в основном, один и тот же:

- внутренние полости отливок формируются за счет стержней, изготовленных по традиционной технологии.

- около 35-40% наружных поверхностей отливки так же формируются с использованием традиционных стержней.

- используется аналогичная литниковая система без учета особенностей вакуумно-пленочной формовки.

Данный подход при разработке литейной технологии для ВПФ приводит к тому, что более 70% всей поверхности отливки продолжает формоваться по традиционной технологии и, значит, не позволяет получить качественный продукт, возможный только при максимальном использовании положительных свойств технологии вакуумно-пленочной формовки.

Доработка литейных технологий применительно к условиям вакуумно-пленочной формовки с заменой традиционных стержней на «вакуумные» (Рис. 4), позволяет  решить основные вопросы с качеством литейной продукции, а так же производительностью автоматических линий, в виду упрощения процесса сборки форм. Процесс изготовления, установки и выбивки стержней при массовом производстве отливок, проще и дешевле традиционного. Существующая практика использования стержней, изготовленных по технологии ВПФ, позволила решить проблемы низкого качества внутренних поверхностей отливок, искоренить такие дефекты как горячие трещины, получить более плотную структуру металла без газовых включений, практически исключить вероятность попадания формовочного материала в тело отливки.                       

                Рис. 4 Стержень изготовленный методом вакуумно-пленочной формовки.

                  Рис. 5 Полуформа низа со стержнем, изготовленным методом ВПФ.

Применение новых технических решений на каждой из операций, связанных с изготовлением и использованием таких стержней позволяют:

1. Производить одновременную облицовку и сборку половинок стержневого ящика.
2. Осуществлять направленную загрузку стержневого ящика песком и его уплотнение.
3. Производить скрепление облицовочных пленок между собой по контуру стержня.
4. Создавать равномерное разряжение и высокую прочность стержня.
5. Осуществлять транспортировку и укладку готового стержня в полуформу.
6. Подключать вакуумную систему стержня к телу полуформы без изменения конструкции опок.
7. Применять вакуумную систему многоразового использования .
8. Осуществлять хранение стержней без вакуума.

Замена некоторых видов стержней, формирующих выступающие части отливки, на тонкостенные пустотелые элементы, изготовленные из твердых пластмасс, применимы только при вакуумно-пленочной формовке. К примеру, для» Рамы боковой» это; «Кронштейн подвески триангеля», «Вертикальный пояс» и «Ограничители пружин». Производство таких элементов формы, особенно при массовом производстве, не сопоставимо со стоимостью любых видов стержней при значительном повышении качества отливок. Наличие вакуума и опыта облицовки моделей пленкой, позволяет, без особых затрат, организовать выпуск необходимых пластмассовых частей формы (Рис. 6, Рис. 7).

Рис. 6 Деталь «Кронштейн подвески триангеля» из пластика.            

Рис. 7 Модель с пластмассовыми вставками.

Замена традиционных стержней на пустотелые элементы модели и вакуумируемые стержня при вакуумно-пленочной формовке, а также применение других уже известных способов формирования скрытых полостей формы (к примеру - использование отъемных частей модели) позволяют;

-  сократить время на сборку форм,

-  снизить трудозатраты на изготовление стержней,

-  снизить стоимость расходных материалов,

-  повысить качество получаемых отливок,

-  повысить механическую прочность литых изделий,

-  предотвратить смешивание песков разных фракций,

-  снизить вероятность получения бракованных отливок,

-  сократить объемы выбросов вредных газов в атмосферу.

Ориентировочное снижение затрат на производство крупногабаритных отливок, типа «Рама боковая», на автоматических линиях вакуумно-пленочной формовки, при замене традиционных стержней на более перспективные составляющие, составит более 10%. Кроме этого, сокращение времени изготовления форм, даст возможность организации, более продуктивного, непрерывного производства отливок на существующих автоматических линиях.

Примечание: Способ формирования опорной поверхности рессорного комплекта зависит от используемой литниково-питающей системы формы. Она может быть выполнена либо как пустотелая пластмассовая вставка, либо классическим стержнем с одновременной разводкой в нем литниковых ходов. В последующих материалах будет описаны способы формования этой части модели, а так же достоинства каждого из этих способов.

  Список литературы:                      

1. Пономаренко Г.М., Глебов С.М., Пирайнен В.Ю. Новое в проектировании технологии изготовления отливки «Рама боковая». // ООО «Литейное производство». – 2009. - №4.
2. Феклин Н.Д., Медведчук С.А. Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки. // ИТБ «Литье Украины». – 2018. - №6.
3. Каторгин С. В., Воронин Ю. Ф. О влиянии технологических параметров на качество отливок «Рама боковая» // Молодой ученый. — 2011. — №11. Т.1. — С. 50-52.
4. Монастырский А.В., Бубнов В.М., и др., Литейщик России // Излом боковой рамы тележки грузового вагона. Анализ технологии производства, пути устранения дефектов. - №11. – 2012. – с. 9 – 13.
5. Феклин Н.Д., Медведчук С.А. Несущественные причины разрушения боковых рам тележек грузовых вагонов. // ИТБ «Литье Украины». – 2018. - №10.

Воронин Ю.Ф., Шевченко С.П., Воронин С.Ю., Бадешко С.К. Литейные дефекты отливок «рама боковая» для вагонов РЖД. // Заготовительные производства в машиностроении. - 2011. - №4. Феклин Н.Д. Базовые основы разработки литейной технологии на отливку «боковая рама». Вакуумно-пленочная формовка. // ИТБ «Литье Украины». – 2018. - №5 (213). Феклин Н.Д., Медведчук С.А. Основы проектирования литейной технологии на отливку «Рама боковая» для АФЛ. // ИТБ «Литье Украины». – 2018. -  №9.

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №1  (221) 2019 г.