Получение отливки «Корпус буксы» в трехконтурных контейнерах по специальной ЛГМ-технологии

Морозов В.А.

В настоящее время пользователи ЛГМ применяют «классический» метод получения литья с использованием простейшей литейной оснастки, в частности контейнеров. Технологический уровень возможностей этой контейнерной оснастки остановился на 80-х годах пришлого столетия, и только отдельные разработчики робкими шагами медленно движутся к расширению возможностей указанной оснастки.

На основании практического опыта получения ответственного ЖД - литья автором разработано и проверено в реальном производстве ряд новых ранее не возможных технологий ЛГМ. В частности:

• заданное газовакуумное поле в контейнере с соответствующими векторами вакуума;
• вакуумная мультипликация жидкого металла в отливку с помощью литниковой системы при соответствующем векторе вакуума;
• дополнительная вакуумная накачка металла в период кристаллизации (эффект прибыли под низким давлением);
• создание искусственной среды СО₂ в период заливки и кристаллизации металла в отливке;
• создание среды N₂ в период кристаллизации металла в отливке для обеспечения процесса внутриформенного объемного азотирования.

С целью реализации вышеуказанного созданы трехконтурные контейнеры. В реальной практике они являются универсальной оснасткой, применяемой без переналадки, как для специальных отливок, так и для менее ответственных в общем потоке производства.

В качестве примера приводится технология получения ЖД отливки «корпус буксы» в трехконтурных контейнерах модели 932 с внутренним объемом 980x980x1200 мм в общем потоке других спецотливок.
При всей внешней простоте отливка является технологически сложной и классическая технология ЛГМ в массовом производстве не дает результата. Но используя технологию и оснастку более высокого уровня проблемы уходят, ранее невозможное становиться реальностью.

Из классических постулатов ЛГМ технологии база для получения качественного литья закладывается на этапе изготовления пеномоделей, которые изготавливаются из полистирола R240 (R160) с размером исходных гранул 0,5...0,8 мм. Масса пеномодели должна быть 200...230 г., это достигается режимом предварительного вспенивания и задува вспененных гранул в пресс-форму, предварительно нагретую до 40...55°С. Кроме того, в пеномодели необходимо выполнить четыре газоходных канала в цилиндрической части корпуса O4 мм по всей высоте с раструбом на выходе согласно ранее опубликованной методике. Два из указанных каналов выполнить строго против опорных приливов, остальные с противоположной стрроны под углом 90°. Нижние отверстия газоходных каналов закрываются липкой лентой, а верхние стеклотканью Т10. Крепление стеклоткани на пеномодели выполнить клеем для сборки пеномодели. Перед покраской раструб защищается липкой лентой, снимаемой после высыхания краски. Литниково-питающая система (ЛПС) выполняется из пустотелых элементов базового диаметра 50 мм.

Окраска пеномодели и литниково-питающей системы производится краской ДС-1 с добавлением перлита по общепринятой рецептуре. По наружной поверхности пеномодели, особенно в области опорных приливов, необходимо выполнить по 20...40 шт. наколов проволокой O0,3 мм. Очень важно при изготовлении пеномодели обеспечить равную ее плотность в разных частях. ЛПС выполняется с вакуумным мультипликатором жидкого металла. Коэффициент мультипликации составляет 2 ... З в зависимости от целостности верхней пленки после заливки (см. рис.). Для гарантии эффективности работы вакуумного мультипликатора применяется метод 2-х пленок. Кроме этого ЛПС обеспечивает подвод жидкого металла к отливке в двух местах, при этом соотношение площадей сечения стояка, литниковых ходов и питателей составляет 1:2:4. Это создает более благоприятные условия для удаления газов из отливки. С целью повышения жесткости куста между пеномоделями устанавливается технологические перемычки сечением 20x40мм из полистирола, которые удаляются после выбивки.

Все вышеизложенное обеспечивает низкую себестоимость изготовления кустов пеномоделей и закладывает базу для получения литья высокого качества.

Формовка кустов производится в трехконтурных контейнерах модели 932 на вибростолах моделей 622 или 8632 с частотой виброуплотнения 100 Гц в двухтактном режиме. Засыпку песка необходимо производить механизмом модели 8107, который обеспечивает рассечение струй песка до «туманообразного» состояния с одновременным обеспыливанием подаваемого в контейнер песка

Это обеспечивает лучшую виброуплотняемость песка в контейнере при хорошей газопроницаемости формы, что важно в зоне направляющих челюстей отливки.

Для реализации технологических возможностей, указанных в начале статьи, в указанном трехконтурном контейнере используются только вакуумные контуры, газовые заглушаются. В режиме создания искусственной среды СО₂ в контейнере в период заливки верхним вакуумным контуром создается газовакуумное поле.с вектором вакуума вертикально вверх. Нижний вакуумный контур предназначен для компенсации действия верхнего контура в заданный период времени с целью создания равновекторного газовакуумного пол в контейнере и нейтрализации векторов СO₂ и N₂. Донный вакуумный контур с комплектом соответствующих приспособлений используется для дозированной подачи кислорода и азота во внутренний объем формы с соответствующим режимом распределения в нем. Количество подаваемого кислорода на даьный объем контейнера составляет 5 дм/мин, азота - 15 дм/мин. Подача азота и кислорода в форму производится автономно без участия рабочего, что заложено специальным конструктивом контейнера и приспособлений к нему. Так как корпус буксы отливается из стали 15...20Л эффект азотирования минимален и им можно пренебречь. Это дает возможность не перестраивать технологию общего потока получения специального литья.

Заформованный контейнер подается на позицию заливки, где подключается к вакуумной системе. Верхний вакуумный контур через открытый шаровый кран подключается к вакуумной системе. В этот период во внутренний объем формы подается азот и кислород. Вертикальный вектор вакуума обеспечивает при этом и такой же вектор азота и кислорода. Нижний контур также подключается к вакуумной системе, но его шаровый кран закрыт до нужного момента. Заливка формы производится из стопорного ковійа. В период заливки первым в реакцию с продуктами разложения полистирола вступает кислород. Окисляя их до СО2, обеспечивающая условия для снижения науглероживания металла отливки. А при подходе фронта температур 1400°С азот вступает в реакцию с кислородом образуя NO. NO является сильнейшим окислителем, но так как сталь в данном случае 15...20Л и отсутствуют легирующие элементы, усиливающие эффект азотирования, то он незначителен и им можно пренебречь. По истечении 1,5...2 мин. после заливки шаровым краном нижнего контура подключается вакуумная система к низу контейнера. В результате чего подача азота и кислорода в форму нейтрализуется, а созданное газовакуумное поле повышает эффективность работы вакуумного мультипликатора. Это обеспечивает накачку жидкого металла в отливку (эффект прибыли под низким давлением) и соответственно дегазацию жидкого металла через литниковую систему. По истечении 0,5... 1 мин. нижний вакуумный контур отключается от вакуума, в результате чего восстанавливается предыдущий режим газовакуумного поля в форме. Время выдержки отливок под вакуумом 3...4 мин. после окончания заливки.

Заливка формы производится под вакуумом 0,45...0,55 кг/см в течение 30...40 сек. Для обеспечения указанных режимов система вакуумирования должна быть настроена на отбор газов из контейнера с производительностью не менее 6 м/мин для каждого контейнера, находящегося под заливкой и в процессе выдержки под вакуумом. Кроме того, после окончания выдержки под вакуумом, система должна обеспечивать отбор газов от каждого контейнера на уровне 0,1 м³/мин. Это исключает распространение взрывоопасных газообразных продуктов разложения полистирола в окружающую среду в зоне продолжающееся заливки. Время охлаждения отливок в форме 4...6 часов.

Согласно вышеуказанной технологии получения отливки «Корпус буксы» трехконтурные контейнеры создают большие возможности технологических маневров для получения качественного ‘стального литья в условиях массового производства специализированного литья.

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №06 (154) 2013 г.