Получение отливок упоров УП1К и УЗ1К с конкурентными себестоимостью и качеством по специальной технологии ЛГМ

Морозов В.А.

В настоящее время пользователями ЛГМ-технологии после ряда неудачных попыток в 90-е годы начинается освоение отливок "Упор передний УП1К" и "Упор задний УЗ1К" для грузовых ж.д. вагонов. Преимущества, даже визуально, очевидны.

На основании практического опыта в данном вопросе, автор приводит технологию получения отливок УП1К и УЗ1К с конкурентными себестоимостью и качеством. Для обеспечения этого применяются специальные технологии ЛГМ с их возможностями и преимуществами без дополнительных затрат.

Все начинается с модельного производства. Пеномодели изготавливаются из полистирола R 240 (R 160), масс а пеномодели должна составлять для: УП1К - 255...270 г, У31К- 195...210 г. Задув пенополистирола обязательно производится в предварительно прогретые до температура 40...55 °С пресс - формы с целью предотвращения появления в них при спекании конденсата. Режимы спекания пеномоделей - общепринятые. Литниково-питающая система (ЛПС) из пустотелых пенополистирольных элементов с базовым диаметром 50 мм. Очень важно при этом обеспечивать равную плотность пеномодели в разных ее частях и составных элементах, особенно в тупиковых зонах по вектору подъема металла. ЛПС выполняется с вакуумным мультипликатором жидкого металла. Коэффициент мультипликации составляет 2,5..3 в зависимости от целостности верхней пленки в период заливки. Окраска пеномоделей и ЛПС производится краской ДС-1 с добавлением перлита по общеизвестной рецептуре. В розетке УП1К и по свей поверхности моделей выполняют наколы O 0,3 мм. Цилиндрическую часть воронки вакуумного мультипликатора возможно выполнять отдельно и устанавливать при формовке с пришпиливанием к самой воронке. Все вышеуказанное обеспечивает низкую себестоимость изготовления кустов пеномоделей и закладывает базу для получения литья высокого качества.
Отличительной особенностью получения отливок УП1К и У31К является обеспечение заданных наружных размеров для обрабатываемых поверхностей по всей их плоскости. Для этого формовка кустов упоров производится в шаблонах, снижающих коробление боковых поверхностей. Засыпка песка и его виброуплотнение производится послойно через 150...200 мм высоты слоя песка. В остальном формовка производится по общепринятой методике для двух пленочного варианта. 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 предсказуемой 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 достигало более ±1% соответственно изменению температуры заливки.

Для обеспечения эффективной работы ЛПС с вакуумным мультипликатором необходимо применять контейнеры моделей 911 или 912. Данный принцип построения ЛПС в сочетании с указанными контейнерами позволяет не применять традиционные прибыли для стального литья (см. Рис.1). Такую ЛПС можно прировнять к прибыли под избыточным давлением, согласно классической технологии ПГФ. В результате применения вышеуказанного, распределения масс отливки и ЛПС приведены в таблице 1.

Таблица 1

Используя технологические возможности контейнеров моделей 911 или 912 в форму, при заливке и кристаллизации жидкого металла, подается азот и кислород. Кислород создает среду CO₂ что снижает науглераживание отливки, а азот - производит объемное азотирование отливки, что повышает ее механические характеристики.
Для обеспечения вышеуказанного в контейнер необходимо подавать порядка 5 дм³/мин (но не менее 3 дм³/мин) кислорода и 15 дм³/мин (но не менее 9 дм³/мин) азота. Это обеспечивается контейнерами моделей 900-й серии в автономном режиме без участия рабочего, равнораспределенно на каждую отливку. Кроме указанного, потоки азота и кислорода, 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 и 8632. В противном случае возможен прорыв жидкого металла в наполнитель формы и, соответственно, опасная ситуация для обслуживающего персонала.
Для гарантированной работы вакуумного мультипликатора в реальных условиях применен технологический прием двух пленок. Этот прием хорошо зарекомендовал себя в зимний период работы для стабилизации уровня вакуума в контейнере. Заливка формы производится под вакуумом 0,45...0,55 кг/см² в течении 30...40 сек. Выдержка под вакуумом после окончания заливки - 2...3 мин. Для обеспечения указанных выше режимов система вакуумирования должна быть настроена на отбор газов из контейнера с производительностью не менее 5 м3/мин для каждого контейнера, находящегося под заливкой и в процессе выдержки под вакуумом. Кроме того, после окончания выдержки отливок под вакуумом, вакуумная 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 4-х часов. Сквозняки в зоне выбивки не допустимы. В итоге все вышеизложенное обеспечивает конкурентное качественное литье при низкой себестоимости.

Примечания:

1. Для реализации вышеизложенного необходимы специализированные контейнеры моделей 911 ли 912 и двухтактный вибростол модели 622 или 8632. Манипуляции с азотом, кислородом и вакуумным мультипликатором'в контейнерах общего назначения опасны и непредсказуемы.

2. Вышеуказанная технология с успехом применена для отливок корпусов поглощающих аппаратов ПМКП - 110; АПМ - 120 Т1, что обеспечивает увеличение до 230...240 тонн усилия пресса при периодических прочностных испытаниях. В случае применения этой технологии, необходимо пересчитать необходимую массу пеномодели пропорционально массе отливки.

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №10 (158) 2013 г.