Получение глуходонных стальных отливок по специальной технологии ЛГМ

В начале 90-х годов прошлого столетия были попытки получения специализированного цилиндроподобного глуходонного стального литья по ЛГМ технологии. При этом использовалась технология общего применения с контейнерами, вибро-столом, вакуумной системой образца 80-х годов того же столетия. Результат не оправдал вложенных средств и усилий.

В начале настоящего столетия автору выпала честь решения аналогичной проблемы при получении корпусов поглощающих аппаратов 73ZW. Данный корпус представляет собой также цилиндроподобную глуходонную отливку из стали 30ГСЛ группы 3 по ГОСТ 977 (см. Рис.1). Для минимизации газовыделения пеномодели при заливке, вес ее должен быть в пределах 230...240 г из полистирола R 240 (R 160). В нижней части пеномодели расположен большой массив пенополистирола и для отвода газов из него выполнено 8 газоотводных каналов 0 5 мм по всей высоте пеномодели с раструбом на выходе. Нижние отверстия закрываются липкой лентой, верхние (выходные) - сеткой. Донная конусная часть пеномодели, конструктив которой обеспечивает сообщение с газоотводными каналами в период заливки, выполняется пустотелой. Литниково - питающая система изготавливается из пустотелых элементов и обеспечивает верхний подвод жидкого металла к отливке с вакуумной мультипликацией его (вакуумная накачка металла из воронки в стояк и далее в отливку за счет разницы площадей сечения воронки и стояка под воздействием вакуума на зеркало металла в воронке). Коэффициент мультипликации составляет 2,5...3 в зависимости от целостности верхней пленки в период заливки. Этот принцип построения ЛПС позволяет не применять традиционные прибыли для стального литья. Данную ЛПС можно прировнять к прибыли под избыточным давлением согласно классической технологии ПГС. Окраска пеномоделей и литниково -питающей системы (ЛПС) производится краской ДС-1. Все это обеспечивает низкую себестоимость изготовления пеномоделей и закладывает базу для получения качественного литья.
Отличительной особенностью получения отливки "корпус 73ZW" для всех типов технологий является проблема удержания стержня внутреннего объема глуходонной полости. Единственным способом для ЛГМ процесса в данном случае является вакуум. В этом случае вакуум должен обеспечить отбор газов и удержание "стержня" внутреннего объема в период заливки и кристаллизации отливки. Для этого ЛПС должна иметь такой конструктив, который обеспечивал бы беспрепятственный выход газов из внутреннего объема глуходонной полости и необходимой уровень вакуума для удержания "стержня" из сухого песка.

С целью обеспечения вышеуказанного элементы ЛПС (литниковые ходы) над цилиндричечким глуходонным отверстием должны быть установлены на высоте не менее

Н_л.х.>= 0,45D_корп., мм;

где: Н_л.х. - минимальная высота установки литникового хода, мм,

D_корп - диаметр отверстия, мм.

Кроме этого для обеспечения необходимой площади "живого" сечения прохода газов в зоне лада диаметра глуходонного отверстия, необходимо следовать нижеуказанной эмпирической зависимости:

S_ж.с.=0.8 D² - 1.9 Bh N - 1.7 D b >= 0,4 D²

где: D - диаметр глухого отверстия, мм

В - ширина прибыли в свету, мм

h - высота прибыли в свету, мм

N - количество прибылей, шт.

b -ширина литникового хода в свету над отверстием, мм.

Данная эмпирическая зависимость позволяет расчетным путем определить компоновку ЛПС.

Для эффективной работы ЛПС и удержания внутреннего "стержня" глуходонного отверстия необходимо применять контейнеры 900-й серии, которые специально разработаны под вакуумную мультипликацию жидкого металла и имеют антипиковую систему отбора газов. Компоновка куста произведена с учетом нейтрализации теневых эффектов во всех плоскостях объема контейнера.

Применяемая компоновка куста с вакуумным мультипликатором в ЛПС, внутренними стержнями из сухого песка подразумевает высокие уровни давления жидкого металла на наполнитель формы - песок. Для этого плотность виброуплотнения формы должна быть порядка 1,8 т/м³. Такую плотность могут обеспечить только двухтактные вибростолы моделей 622 и 8632. В противном случае возможен прорыв жидкого металла в наполнитель формы и, соответственно, опасная ситуация для обслуживающего персонала. После установки куста на песочную постель засыпку и виброуплотнение производить послойно. С целью обеспечения податливости массива песка внутреннего "стержня" при кристаллизации отливки, в горловину модели корпуса устанавливают компенсаторы в виде отрезка полистирола размерами 50x50x300 мм. Это снимает препятствия для свободной усадки.

Для гарантированной работы вакуумного мультипликатора в реальных условиях применен технологический прием двух пленок. Этот прием стабилизирует уровень вакуума в контейнере. Заливка готовой формы производится под вакуумом 0,4...0,5 кг/см² в течении 40...50 сек. Выдержка под вакуумом после окончания заливки - 2...3 мин. Система вакуумирования должна быть настроена на отбор газов из контейнера и поддержания уровня вакуума с производительностью не менее 6 м³/мин для каждого контейнера, находящегося под заливкой и в период выдержки под вакуумом. Кроме того после окончания выдержки отливок под вакуумом, вакуумная система должна обеспечивать отбор газов от каждого контейнера на уровне 0,1...0,2 м³/мин еще в течении 15...20 минут. Это исключает распространение взрывоопасных газообразных продуктов разложения полистирола в окружающую среду в зоне продолжающейся заливки контейнеров. Время охлаждения отливок в контейнере не менее 4-х часов. Сквозняки в зоне выбивки не допустимы.

В итоге все вышеизложенное обеспечивает качество литья корпусов 73ZW по ЛГМ -технологии с конкурентной их себестоимостью.

Примечания:

1. Использование контейнеров 900 - й серии (911; 912) предусматривает автономную подачу азота и кислорода во внутренний объем формы. В данном случае заданные механические характеристики стали 30ГСЛ обеспечиваются и без этих функций. Поэтому штуцеры подвода газов необходимо заглушить.

2. Вышеизложенная технология отработана на корпусах 73ZW и позволяет получить специализированные цилиндроподобные глуходонные стальные отливки по ЛГМ-технологии. Применение объемного азотирования металла этих отливок в контейнерах 900-й серии только улучшит их служебные свойства.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №03 (151) 2013 г.