Получение отливки упор с надпятником У3О1К с конкурентной себестоимостью и качеством по специальной технологии ЛГМ

В комплект деталей автосцепного устройства для грузовых вагонов как вариант входит совмещенный упор с надпятником У3О1К. Произведя постановку на производство упоров УП1К и У31К напрашивается освоение и УЗО1К в общем потоке производимого ЖД-литья. На основании опыта работы с указанными упорами автор приводит технологию получения отливок упоров У3О1К с конкурентными себестоимостью и качеством. Для обеспечения этого применяются специальные технологии ЛГМ с их возможностями и преимуществами.

Как всегда все начинается с модельного производства. Пеномодель изготавливается из полистирола R160 (R240). Масса пеномодели упора должна быть 255...280г, это достигается режимом предварительного вспенивания и задува вспененных гранул в прессформу. Прессформа при этом должна быть прогрета до 40...55°С. Режимы спекания пеномоделй — общепринятые. Пеномодель упора необходимо изготавливать из минимального количества элементов. Плотность пенополистирола в модели должна быть равнораспределенной по всему объему в каждом элементе. Это очень важно, так как на основании проведенных исследований выявлено проявление усадочных трещин в отливке в местах локального повышения плотности пеномодели.
В зоне высокой плотности пеномодели усадка металла увеличивается в 1,5...2,5 раза, что при сложной конфигурации отливки создает зоны высоких внутренних напряжений и соответственно усадочных трещин.

Сборку пеномодели упора обязательно производить в кондукторах до полного отвержения клея. Литниково-питающая система (ЛПС) имеет соотношение площадей стояка, литникового хода и питателей как 1:2:4.Вакуумный мультипликатор имеет коэффициент мультипликации жидкого металла равный 2...3 в зависимости от целостности верхней пленки. Компоновка куста в контейнере обеспечивает минимальную площадь покрытия зоны дойных фильтров. Это обеспечивает минимальный эффект азотирования стали 20ГЛ, но при сохранении условий создания искусственной среды СО₂. Среда СО2 обеспечивает минимальное науглераживание стали при сохранении заданных мех. свойств. Окраска пеномоделей и ЛПС производится краской ДС-1 с добавлением перлита по общеизвестной рецептуре. В нижней части упора (см. рис.1) по поверхности необходимо произвести 40...50 наколов по краске проволокой O0,3 мм. Все вышеуказанное обеспечивает низкую себестоимость изготовления кустов пеномоделей и закладывает базу для получения качественного литья.

Отличительной особенностью получения отливки УЗО1К является обеспечение заданных наружных размеров для обрабатываемых поверхностей в верхней части по всей их плоскости. Для этого формовка кустов производится с применением П-образных шаблонов для каждрй пеномодели, что снижает коробление боковых поверхностей в процессе виброуплотнения. Засыпка песка и его виброуплотнение производится послойно через 200...250 мм высоты слоя песка. Шаблоны снимаются по мере подъема песка до них. Очень важно засыпку песка производить механизмом 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. Для гарантированной эффективности работы вакуумного мультипликатора жидкого металла применен метод двух пленок. В сочетании со специальными контейнерами моделей 921, 922 ЛПС с мультипликатором позволяет не применять традиционные прибыли для стального литья. Работу такой ЛПС можно прировнять к прибыли под избыточным давлением согласно классической технологии ПГФ.

Заливка форм производится из стопорного ковша, что обеспечивает, кроме общеизвестных преимуществ, высокое давление в полости отливки и дополнительно усиливает действие вакуумного мультипликатора жидкого металла в форме.
С целью обеспечения предсказуемости усадки температура заливаемого металла должна быть в пределах 1620...1640°С. При отклонениях температуры в любую сторону изменяется и усадка. В реальной практике, на основании проведенных исследований, отклонение температуры заливки металла от указанной, влекло за собой и изменение процента усадки металла в отливке. В отдельных частях отливки изменение усадки более ±1% сверх заданного соответственно изменению температуры заливки.

Используя технологические возможности контейнеров моделей 921 или 922 в форму, при заливке и кристаллизации жидкого металла, подается азот и кислород. Кислород создает среду СО₂, что снижает науглераживание отливки, а азот производит объемное азотирование отливки низкого уровня, что улучшает ее механические характеристики. Для достижения более высокого уровня азотирования контейнер легко переформатируется на нужный режим. Это заложено и в контейнерах моделей 911 и 912 для упоров УП1К и УЗ1К. С целью обеспечения вышеизложенного в контёйнер необходимо подавать порядка 5 дм3/мин кислорода и 15 дм³/мин азота. Это обеспечивается конструктивом контейнера в автономном режиме без участия рабочего в заданных объемах контейнера. Кроме указанного, потоки подаваемых газов имея вертикальный вектор «вверх», обеспечивают направленную кристаллизацию отливок снизу вверх, за счет охлаждения этими потоками.

Применяемая компоновка куста с вакуумным мультипликатором 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 или 8632 в двухтактном режиме с частотой виброуплотнения 100 Га. В противном случае возможен прорыв жидкого металла в наполнитель формы и, соответственно, опасная ситуация для рабочих. Особенностью указанных вибростолов является плавный переход с режима двухтактного виброуплотнения с частотой 100 Гц в режим однотактного встряхивания с частотой 50 Гц при превышении массы формы. Переход на новый режим и возврат в исходный происходит автоматически без участия рабочего. Это заложено конструктивом вибростола, что очень важно при массовом производстве. Заливка формы производится под вакуумом 0,45...0,55 кг/см в течение 40...50 сек. Выдержка под вакуумом после заливки 2...3 мин. Для обеспечения указанных выше режимов система вакуумирования должна быть настроена на отбор газов из контейнера с производительностью 6...7м³/мин для каждого контейнера, находящегося под заливкой и в процессе выдержки под вакуумом. Кроме того, после окончания выдержка отливок под вакуумом, вакуумйая система должна обеспечивать отбор газов от каждого контейнера на уровне 0,05...0,1 м³/мин. Это исключает распространение взрывоопасных газообразных продуктов разложения полистирола в окружающую среду в зоне продолжающейся заливки контейнеров.

Время охлаждения отливок в контейнере не менее 6 часов. Сквозняки в зоне выбивки недопустимы. Дробеочистку литья необходимо производить в проходных или тупиковых камерах на подвесках. Представленная технология получения отливок упоров УЗО1К является составной частью технологии для УП1К и У31К и предназначена для применения в общем потоке массового производства ЖД-литья для автосцепного устройства грузовых вагонов.

Примечание:

1. Самостоятельные манипуляции с азотом, кислородом и вакуумным мультипликатором в контейнерах общего разначения взрывоопасны.

2. Описанная выше технология получения стального литья с улучшенными механическими характеристиками является процессом внутриформенного азотирования стали в среде СО₂ с использованием общеизвестных методов ЛГМ, так как это позволяет максимально упростить применяемое оборудование и оснастку. Приведенные режимы и характеристики ЛГМ подчинены требованиям процесса азотирования.

Указанное является основополагающим для всех элементов автосцепного устройства, использующих процесс азотирования с применением общеизвестных элементов ЛГМ.

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №08 (156) 2013 г.