Опыт и достижения китайских литейщиков по внедрению процесса ЛГМ

В период с 19 по 26 мая в Китае в городе Линфен провинция Шаньси была проведена ежегодная Международная конференция по освоению прогрессивных технологий  литья по газифицируемым моделям (LOST FOAM) и вакуумно-пленочной формовке (V-процесс).

Программа конференции включала обсуждение докладов участников и посещение передовых предприятий, освоивших данные технологии.

В конференции участвовало около 500 представителей научных организаций и предприятий Китая, а  также, три иностранные делегации, представляющие фирмы Италии – док. Ренато Бегнис, технический директор, старший консультант  литейной компании Nantong Dea Aero Precision Casting, Ирана – четыре человека во главе с руководителем литейного предприятия Iran Tractor Foundry Company, док. Асадолах Ализаде и два человека, представляющие: Украину - главный специалист Андерсон В. А., к. т. н., НТП «Кварц» (Киев) и Россию - Котович А. В., главный инженер проекта, ООО «Симбирские печи» (Ульяновск).  Председателем конференции был Гуо Пенг – генеральный секретарь технического комитета по ЛГМ и V- процессу, соорганизатор - экономическая и технологическая зона развития Линфена, провинция  Шаньси.

На конференции была организована выставка предприятий Китая, демонстрирующих их достижения (реклама и образцы изделий). Всего на выставке было представлено около 30 различных предприятий.

Программа конференции

На конференции было представлено 44 доклада, в том числе, в первый день совместные доклады по ЛГМ и ВПФ,  а во второй день раздельные доклады.

В первый день был проведен традиционный вечер литейщиков, на котором присутствовали и выступили с приветствиями руководители города Линфена и председателя комитета по ЛГМ и ВПФ.

Перечень представленных  докладов участников конференции

1. Отчет представителя правительства о ходе реализации программы освоения прогрессивных технологий в Китае;
2. Отчет генерального секретаря Китайской технологической ассоциации ЛГМ и ВПФ о посещении литейных предприятий Европы, Америки, России и Азии;
3. Huaxiang Group «Концепция управления литейным предприятием»;
4. Доктор Ренато Бегнис «Достижения европейских предприятий, производящих алюминиевые отливки методом ЛГМ на оборудовании фирмы «Vulcan engeniring», USA»;
5. Чжан Цзяньман «ВПФ – ВПФ – метод литья будущего»;
6. Хуачжунский научно-технологический колледж материалов «13-тый пятилетний план развития процесса ЛГМ на предприятиях Китая»;
7. НТП «Кварц» г. Киев, ООО «Симбирские печи» г. Ульяновск «Новое оборудование и технология LOST FOAM для производства отливок из ВЧ и стали с применением пеномоделей из сополимеров в условиях многономенклатурного и мелкосерийного производства»;
8. Научно-исследовательский институт машиностроения «Планировочные и конструкторские решения литейных цехов ЛГМ»;
9. Иранская литейная тракторная компания «Отливки по ЛГМ для тракторов»;
10. Литейный завод ЛГМ, Китай «Содержание пентана (пенообразователя) в моделях ЛГМ»;
11. Тайваньская технологическая компания «Десятилетний опыт производства оснастки для модельных автоматов,  изготавливающих пеномодели»;
12. Компания Чифенг Фузи «Методы контроля для получения высокопрочного чугуна (ВЧ) по технологии ЛГМ»;
13. Университет науки и технологии «Компьютерное моделирование процесса ЛГМ»;
14. Кай Анке, Китай «Методы контроля противопригарных покрытий для пеномоделей»;
15. Университет науки и технологии «Опыт применения технологии ЛГМ для производства биметаллических отливок алюминий/магний»;
16. Хэбэй Руйя «Производство отливок ЛГМ для оборудования по добыче угля»;
17. Цзян Хайлин «Специальная установка для выбивки отливок»;
18. Чжан Гуанбо «Конструкции модельной оснастки для изготовления пенополитстрольных моделей на автоматах для изготовления отливок корпусов редукторов из алюминиевых сплавов»;
19. Университет науки и технологии «Доклад о развитии технологии ЛГМ в США (оборудование и отливки)»;
20. Шэнмайская машинная техника «Современная линия ВПФ для производства отливок из жаропрочной стали»;
21. Хуахинг Груп «Применение ВПФ для производства отливок дорожных машин»;
22. Группа Тяньруа «Опыт производства отливок методом ВПФ в больших объемах»;
23. Шэньянский интеллектуальный высокотехнологичный центр роботов «Опыт применения роботов для зачистки крупногабаритных отливок»;
24. Вэньшуй Йи Синь Кастинг «Новая автоматизированная линия ВПФ»;
25. Лей Бо (Университет науки и технологии) «Опыт производства отливок методом ВПФ и практические рекомендации по улучшению качества»;
26. Информационные технологии «Линия ВПФ с ручным управлением отдельными операциями»;
27. Ассоциация литейных компаний «Исследование макровключений в отливках»;
28. Литейное общество Тяньцзинь «Технологические операции производства отливок ВПФ»;
29. Ухань технолоджи «Выбор типов этиленвинилацетатных пленок для ВПФ»;
30. Ханчжоу Фуян «Контроль качества и энергопотребления при изготовлении отливок ВПФ»;
31. Наньянгская фабрика «Изготовление стальных отливок методом ВПФ и пути энергосбережения»;
32. Жао Жонжи «Метод удаления газов при заливке пеномоделей»;
33. Компания охраны окружающей среды «Методы обезвреживания выбросов при ЛГМ»;
34. «Использование процесса ВПФ для отливок из алюминиевых сплавов»;
35. «Перспективы развития процесса ВПФ»;
36. Уханьский Индустриальный Технологический Центр «Применение метода ВПФ для производства отливок из износостойкого чугуна»;
37. Чжан Синью, Тяньцзинь Хаою «Применение автоматической системы управления в литейном производства и перспективы ее развития»;
38. Группа Тяньруа «Изготовление стального железнодорожного литья методом ВПФ»;
39. Завод транспортных средств «Массовое производство автомобильного литья методом ЛГМ»;
40. Сучжоуская промышленная группа «Литейная краска, используемая в Китае, и экспортируемая за рубеж»;
41. Компания Double Star Intelligent Casting Equipment Co. «Промышленное оборудование для ВПФ»;
42. Шан Зицзюнь, Директор отдела межконтинентального литья «Литейная отрасль в Интернете и на практике»;
43. Чжан Цзе «Оценка себестоимости отливок по процессу ВПФ»;
44. Технологические компании Тяньцзинь Зе Си «Опыт управления литейным предприятием (теория и практика)»;

В настоящее время Китай является лидером во внедрении технологии LOST FOAM. Однако, качество стальных отливок и из ВЧ не отвечает современному уровню. Поэтому, целью работы специалистов Украины и России было разработать новое оборудование и оптимальную технологию, обеспечивающие высокое качество.

Нами была разработана новая механизированная линия для формовки и заливки пеномодельных кластеров.

Линия включает четыре системы:

• систему транспортировки контейнеров с последующей их кантовкой на выбивное устройство;
• Привод системы – гидравлический;
• Систему формовки модельных кластеров;
• Систему регенерации наполнителя;
• Систему вакуумирования контейнеров в процессе заливки.

Основными преимуществами данной линии являются:

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

Комплект оборудования для высококачественной формовки обеспечивает высокое качество виброуплотнения кластера. Формовка кластера производится на линии с использованием трех единиц оборудования:

- специального вибростола с управляемыми параметрами вибрации;

- вакуумированного контейнера, где располагается модельный кластер;

- засыпного устройства с порционным дозатором.

Вибростол

Контейнер

Засыпное устройство

Процесс виброуплотнения состоит из следующих операций:

• послойного заполнения песком контейнера;
• фиксации контейнера  к  вибростолу  при  помощи  гидравлических  прижимов;
• виброуплотнения с помощью вибростола Vector Drive.

Схема процесса виброуплотнения модельного кластера

Процесс виброуплотнения осуществляется послойной вибрацией 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.

После  заливки  контейнеров,  их  остывания  и  выбивки  на  линии  горячий наполнитель  поступает  в  систему  регенерации,  состоящей  из  сита вибрационного,  охладителя  песка,  пневмокамерного  насоса,  системы трубопроводов для подачи песка в накопительный бункер.

Производительность системы регенерации– 6 т/час.

Разработанное новое оборудование и отработанные на нем оптимальные параметры технологии позволяют стабильно получать качественные отливки из стали и ВЧ, отвечающих современным стандартам.

Всего на конференции было представлено 44 доклада и сообщения, в том числе, по ЛГМ – 20, по ВПФ – 24.

Посещение заводов

После завершения конференции ее организаторами была предоставлена возможность иностранным делегациям посетить 6 заводов, наиболее успешно применяющих технологии ЛГМ и ВПФ.

В турне по заводам участвовали представители иранской фирмы «Iran Tractor Foundry Company», представители украинской фирмы НТП «Кварц», российской фирмы «Симбирские печи», а также, сопровождающие - представитель фирмы «Castchem, Inc», производящей кополимер  и генеральный секретарь ассоциации ВПФ и ЛГМ Китая.

В день завершения конференции ее участники посетили один из крупнейших заводов по производству бытовых кондиционеров. Мы ознакомились с литейным цехом, который производит отливки методом ЛГМ и Disamatic. В модельном отделении ЛГМ установлены автоматический подвспениватель, 16 автоматов для производства пеномоделей, установка для приготовления противопригарной краски и 20 сушильных камер. Формовка модельных блоков осуществляется на литейной формовочно-заливочной линии в опоках с размерами 1000Х1000Х1000 мм. Количество опок на линии – 108 шт. Транспорт опок производится с помощью приводных рольгангов. После выбивки готовый куст с отливками поступает на эпрон-конвейер, с которого, гидравлическим манипулятором, оператор помещает куст в кюбель для дальнейшей передачи в очистное отделение.

Далее наша делегация посетила завод, производящий крупные отливки по ВПФ с размерами опок 3000х1800х700/700 мм. Установка для изготовления вакуумных форм челночного типа. После наложения пленки ваккумная опока краном устанавливается на подмодельную плиту, затем опока перемещается под засыпной бункер, где происходит заполнение опоки песком и ее виброуплотнение. После наложения пленки на верхний лад опоки к опоке подсоединяется вакуумный шланг, и с помощью крана вакуумная полуформа устанавливается на позицию заливки. На данной позиции происходит переключение вакуума, сборка полуформ и последующая заливка. В момент нашего посещения на заливочном плацу находилось примерно 10 залитых форм. Система регенерации следующая: после заливки и остывания к форме подключается вакуум и она переносится на выбивную решетку. После снятия вакуума и разборки форм горячий песок с помощью элеватора подается в охладитель, где происходит его остывание. Принцип работы охладителя – псевдокипящий слой плюс водяное охлаждение. Охлажденный песок элеватором подается обратно в формовочный бункер. Отливки, произведенные методом ВПФ, внешне выглядят высокого качества. Данная пилотная установка достаточно простой конструкции и изготовлена в Китае. Пленка для ВПФ (EVA) китайского производства.

Следующим в нашей программе было посещение завода по технологии ЛГМ, производящего серийные чугунные отливки для тракторного производства. Следует отметить, что все пеномодели изготавливаются на комплексе китайского оборудования, состоящего из автоматического подвспенивателя и модельных автоматов, как правило, с горизонтальным разъемом. Размер опок – 2000х1200х1500 мм. Отливки развесом до 100 кг. Формовочная линия, также, представляет собой рольганговую линию и систему регенерации песка. Конструкция вибростола - на виброподушках с вибраторами с возможностью изменения их частоты вращения. Заливка производится под вакуумом. Подключение вакуума осуществляется к боковой стенке контейнера с помощью быстроразъемного клапана и резинового ваккумного шланга.

На данном предприятии используется специальный литейный материал, который позволяет стабильно производить на автоматах модели с низкой плотностью не более 22-24 г/л. Применение данного материала дает возможность получать отливки высокого качества без видимых литейных дефектов. Следует, также, отметить, что очистка отливок осуществляется на современном дробеметном оборудовании, позволяющего получать отливки с высокой чистотой поверхности. На данном заводе производят отливки в объеме до 20000 т/год.

Нам была предоставлена возможность посетить предприятие, которое является ведущим производителем оснастки для модельных автоматов. Данное предприятие имеет большой опыт по производству оснастки. По заверению руководителей за последние 5 лет на заводе было изготовлено более 5 тыс. комплектов оснастки для модельных автоматов. На сегодняшний день в проектировании оснастки участвуют более 30 инженеров-конструкторов, работающих в программе Proengineering. Процесс изготовления оснастки сводится к следующему:

1. Изготовление пеномоделей для будущей оснастки. Первоначально из больших пеноблоков вырезаются заготовки, затем их обрабатывают на специальных станках с ЧПУ. При этом программой закладываются минимальные припуска.
2. Изготовленные на данных станках промодели заливаются жидким алюминием по методу ЛГМ.
3. Механическая обработка алюминиевых промоделей на станках с ЧПУ.
4. Ручная доводка оснастки с установкой вент. В случае необходимости оснастка комплектуется пневмоцилиндрами для удаления съемных частей оснастки.
5. Производится изготовление опытных моделей, их обмер и сдача заказчику.

На данном предприятии нам была продемонстрирована выставка пеномоделей, насчитывающая более 150 наименований различных размеров. Создание подобного предприятия позволило практически полностью обеспечить потребность в оснастке для модельных автоматов, применяемых в ЛГМ. Следует особо подчеркнуть, что практически вся оснастка изготавливается из литого алюминиевого сплава, что делает ее значительно дешевой по сравнению с оснасткой из дуралюминиевого проката Д16. На данном заводе мы увидели очень сложные пеномодели для блока и головки цилиндров, а также, корпуса электродвигателя с толщиной ребра 1,5-2 мм.

Следующим объектом нашего посещения был цех ЛГМ на котором эксплуатируется оборудование американской фирмы «Vulcan Engineering» для изготовления литых деталей дизельного двигателя – четырехцилиндрового блока и головки цилиндров. Данное оборудование было закуплено китайской стороной в 2012 году. В модельном отделении мы ознакомились с:

• Американским подвспенивателем фирмы «Stirologic» и его аналогом - китайским подвспенивателем, который эксплуатируется в настоящее время.
• Автоматами китайского производства для изготовления пеномоделей блока и головки цилиндра. Модель блока цилиндра изготавливается на автомате цельной, а головка из четырех (трех) отдельных частей, которые в дальнейшем подвергаются склейке.
• Для данной операции была закуплена американская установка для склейки с помощью термоклея. Китайские инженеры сконструировали и внедрили аналог данной установки, которая успешно эксплуатируется.
• На данном участке в момент посещения мы видели более 500 штук собранных моделей, подготовленных для последующей окраски, сборки и сушки кластеров. Мы, также, увидели специальные установки для приготовления противопригарной краски. Краска моделей осуществляется окунанием. Сушка производится в сушильных камерах, количество которых насчитывает около 40 штук.

Для данных ответственных отливок используется китайский кополимер, производство которого налажено в Китае на двух химических предприятиях, производящих по 10000т данного материала каждый.

Формовка и заливка подготовленных кластеров производится на американской автоматической формовочной линии производительностью 20 форм/час. Размер контейнера – 1500х1500х1000 мм. Перемещение контейнеров осуществляется с помощью приводного тележечного гидравлического конвейера.

Формовка блоков осуществляется на трех позициях – засыпка постели, установка модельного кластера (четыре блока в одном контейнере), послойная засыпка кластера на вибростоле. Виброуплотнение производится на специальном вибростоле, работающем по следующей схеме:

• Предварительно осуществляется фиксация контейнера в раме с помощью гидравлических прижимов;
• Послойная засыпка и уплотнение песка

Вибростол установлен на резиновых виброподушках с четырьмя вибраторами. Вибрация осуществляется с изменением частоты и амплитуды колебаний по специальной компьютерной программе. Данный вибростол позволяет производить качественное виброуплотнение (заполнение) пеномоделей корпуса и головки цилиндров, имеющих сложные внутренние каналы. Заливка осуществляется с помощью манипулятора. Залитые контейнеры кантуются с помощью гидравлического кантователя на выбивную решетку. Данное устройство представляет собой вибросито, установленное на пружинных амортизаторах. Оно полностью закрыто, что исключает выделение пыли в атмосферу цеха. После выбивки отливка поступает на эпрон-конвейер, и удаляется с него с помощью гидравлического манипулятора. После дробеструйной обработки отливки не имеют видимых дефектов. Выбитый песок системой конвейеров подается на вертикальный     элеватор, с помощью которого горячий песок поступает в верхнюю часть вертикального охладителя. Из него охлажденный песок передается с помощью подобного элеватора в приемный формовочный  бункер. На линии установлено 58 опок.

Следующим нашим объектом посещения был завод по изготовлению массовых чугунных деталей, в том числе, корпусов редукторов для тракторов. На данном заводе, также, установлены подобные модельные комплексы китайского производства- автоматический подвспениватель и модельные автоматы с горизонтальным разъемом. Мы ознакомились со специальной установкой для склейки половинок модели с помощью холоднотвердеющего клея.

Принцип работы установки: две полумодели устанавливаются в кондуктор приемного стола и с помощью пистолета, управляемого компьютером, слой   холоднотвердеющего клея наносится на склеивающиеся поверхности модели. После нанесения клея модельщица вручную соединяет две половинки, а затем, стык заклеивается скотчем, во избежание проникновения металла. Следует отметить несовершенство конструкции модельных автоматов на данном предприятии - ручная выемка отъемных частей и отсутствие операции вакуумирования прессформы, что приводит к интенсивному вытеканию воды в момент разъема прессформы. Практически рабочий стоит у автомата в резиновой обуви в воде.

В завершение нашего турне по заводам нам был представлен один из самых крупных цехов с годовым объемом производства до 40000 т/год отливок по ЛГМ. В цеху установлено 5 формовочных линий с размерами опок от 1000х1000х1000 до 3000х1800х2500 мм. Максимальный вес отливок составляет 2 т. Количество отливок в форме 3 шт. В данном цехе все модели изготавливаются на модельных автоматах, в том числе, самая крупная модель размерами в свету 1500х2000 мм. Материал для пеномоделей – литейный пенополистирол. Конструкция всех линий представляет собой рольганговые линии. Все опоки вакуумируются в процессе заливки.

Во время проведения конференции и посещения предприятий были проведены следующие переговоры:

• С представителем фирмы «Castchem, Inc» по вопросу поставки высококачественных пеноматериалов, в том числе, литейного пенополистирола и кополимера. Результатом переговоров явилось подписание контракта на поставку указанных материалов, что позволит организовать производство отливок по ЛГМ высокого качества.
• С генеральным директором фирмы - производителем оборудования для ЛГМ. Цель переговоров – сотрудничество в области совершенствования оборудования для ЛГМ. Договорились об обмене соответствующей информацией, после изучения которой будет принято решение о дальнейшем сотрудничестве.
• С представителями фирм «Ceramic Foundry Sand» и «Luoyang Baozhusha Founding Material Co., LTD» по вопросу поставки нового литейного материала (пропантов) в замен применяемого сегодня кварцевого песка. Данный продукт представляет собой исскуственный муллит, полученный путем специальной термической обработки двуокиси алюминия. Данный материал широко применяется в Китае, в том числе, для технологии ЛГМ благодаря высокой огнеупорности, текучести и газопроницаемости. Данные достоинства материала позволяют получить особо сложные отливки, которым предъявляются высокие требования по чистоте внутренних каналов и гидроплотности.

В настоящее время получено предложение с китайской стороны на поставку пропанта и производится его обсуждение.

Выводы

Специалисты получили возможность ознакомления с последними достижениями по освоению прогрессивных технологий производства точных литых заготовок методами ЛГМ И ВПФ. Посещение заводов позволило реально убедиться в значительных масштабах производства высококачественных литых заготовок указанными методами. По информации, полученной от китайских специалистов, годовые объемы точных отливок, произведенных данными методами, составляют  500 тыс. т, в том числе 300 тыс. т по ЛГМ. Широкое внедрение данной технологии стало возможным благодаря комплексным пятилетним программам:

• стремительному развитию экономики, что вызвало соответственно возросшую потребность в точных литых заготовках высокого качества;
• организации массового производства высококачественных литейных пеноматериалов – специальных пенополистиролов и кополимеров;
• организации серийного производства надежных комплексов оборудования для процессов ЛГМ и ВПФ;
• созданию специализированного завода по производству литой алюминиевой оснастки для модельных автоматов. Данное предприятие в течение 3 лет изготовило более 5 тыс. наименований прессформ для автоматов. Использование метода литья для прессформ позволило резко снизить их себестоимость. Завод укомплектован высококвалифицированными специалистами – более 40 инженеров-конструкторов проектирующих оснастку в системе Proengineering;
• дальнейшее развитие новых технологий планируется пятилетним планом, в котором отражены конкретные заводы, на которых будет осуществлено внедрение. Этим планом, также, предусмотрены конкретные производители оборудования и поставщики исходных материалов. С целью совершенствования технологий и оборудования государством выделяются средства университетам и научно-техническим центрам для проведения необходимых исследований и подготовки специалистов по внедрению новых технологий. С целью координации всего комплекса работ предусматривается проведение ежегодных научно-практических конференций.

Предложения

1. Фирма НТП «Кварц» г. Киев в настоящее время является дилером по продаже китайских специальных литейных пеноматериалов, в том числе, литейного пенополистирола и кополимера.
2. Специалистами фирмы «Кварц» разработан и освоен новый комплекс оборудования для получения высококачественных отливок по ЛГМ, в том числе, оборудование для подвспенивания исходных новых пеноматериалов, изготовления из них пеномоделей методом спекания в автоклавах и модельных автоматах, а также, новая комплексно- механизированная формовочно-заливочная линия.
3. Фирма «Кварц» предлагает заказчикам свои услуги по внедрению новых технологий и оборудования ЛГМ «под ключ».
4. В случае заинтересованости просьба обращаться по адресу: