Пористое литье. Решение есть!

Несмотря на развитие технологий производства, в деталях, отлитых из различных сплавов, возникает пористость. В зависимости от области применения данных деталей, например, в корпусах коробок передач, картерах, головках цилиндров, клапанах или различных видах гидравлических и пневматических узлов, указанные изделия могут придти в негодность. Во всех сферах производства, где к деталям предъявляются требования герметичности для жидкостей и газов, пористость может стать серьёзной проблемой.

В зависимости от материала и способа литья внешний контур детали застывает быстрее, и поэтому при охлаждении металла внутри детали образуется усадочная пористость. Пористость под герметичной литейной коркой может быть обнаружена лишь при обработке резанием. Это означает, что, принимая во внимание стоимость изготовления и расходы по обработке, при обнаружении брака в изделиях компания понесёт значительные убытки.

Рис. 1. Оборудование для вакуумной пропитки металлических изделий

Экономичным решением данной проблемы служит пропитывание. В прошлом существовал ряд способов, различавшихся в основном по используемым материалам, например, силикат натрия (жидкое стекло), эпоксидная смола или полиэфирная смола. В наше время данные способы применяются лишь в единичных случаях, так как они обладают различными недостатками.

Компания Ing. Hubert Maldaner GmbH, занимающаяся с 1962 г. пропиткой синтетическими смолами, проектированием установок для пропитки и реализацией полимеров, осуществляет постоянное совершенствование систем пропитки. Современные искусственные смолы на основе метакрилата поставляются производителем, тесно сотрудничающим с нашим предприятием - компанией Internationalen Metall Impragnier GmbH.

Во время пропитки методом компании Maldaner происходит заполнение открытых сквозных и односторонних пор. Поры, заключённые внутри литого изделия, не могут быть заполнены, что может привести к возникновению проблемы, когда при последующей обработке деталей после пропитки произойдёт раскрытие пор.

Процедура пропитки

Непосредственно перед процедурой пропитки литые изделия должны быть очищены и высушены с учётом их характеристик, чтобы герметизирующее средство могло беспрепятственно проникнуть в пустые поры и заполнить их.

Рис. 2. Поры с примесями воздуха	Рис. 3. Создание вакуума

Высушенные обезжиренные детали помещаются в загрузочный короб в соответствии со своими размерами и степенью обработки (Рис. 1 поз. 1). Затем короб помещается в пустой резервуар для пропитки (Рис. 1 поз. 2).

После закрытия крышки резервуара при помощи вакуумного насоса в нём создаётся вакуум не менее 10 мбар, и таким образом из открытых пор удаляется воздух.

После этапа ""вакуумной сушки"" открывается заливной клапан, и пропиточная смола подаётся из резервуара хранения (Рисунок 1 позиция 3) в резервуар для пропитки до тех пор, пока загрузочный короб не будет полностью покрыт ею. Вакуумный насос продолжает работу для поддержания высокого вакуума.

Уже во время подачи смолы открытые поры частично заполняются для предотвращения воздушного сопротивления. Кроме того, смола впитывается в поры благодаря капиллярному эффекту.

Рис. 4. Пропиточная смола под вакуумом	Рис. 5. Пропиточная смола при атмосферном давлении

По окончании этапа ""вакуумного увлажнения"" прекращается создание вакуума и восстанавливается атмосферное давление. Из-за разницы давлений вакуума в порах и атмосферного давления в резервуаре происходит полное заполнение открытых пор вплоть до мельчайших разветвлений.

По окончании этапа ""восстановления давления"" смола всасывается вакуумом обратно в запасной резервуар. Затем открывается крышка резервуара для пропитки, загрузочный короб извлекается и перемещается в зону стекания (Рисунок 1 позиция 3). В резервуар для пропитки сразу же можно поместить новую загрузочную партию. В зоне стекания происходит удаление излишков смолы с поверхности обрабатываемых деталей путём вращения короба. Стекающая смола подаётся обратно в резервуар хранения и может быть использована для последующих операций. Для сложных деталей с небольшими глухими отверстиями и резьбой рекомендуется применять центрифугу, таким образом можно сберечь до 30% пропиточной смолы.

После стекания или центрифугирования партия деталей помещается в моечный резервуар (Рисунок 1 позиция 4), где она многократно с разных сторон целиком погружается в воду и вынимается из неё, для очистки деталей от остатков прилипшей смолы. В виду того, что пропиточное средство образует эмульсию с водой, оно может быть легко смыто с поверхности или из отверстий при помощи воды. Последующая дополнительная промывка или обработка изделия не потребуются. Тем не менее, смола удерживается в центральной части изделия, а также в тонких порах благодаря капиллярному эффекту.

После промывки загрузочный короб помещается в резервуар для ополаскивания (Рисунок 1 Позиция 5), где он погружается с двух сторон в чистую воду, для споласкивания промывочной воды и обеспечения отсутствия поверхностной плёнки.

Для отверждения оставшейся в порах пропиточной смолы детали помещаются в резервуар для полимеризации (Рисунок 1 позиция 6), наполненный горячей водой с температурой 90°C там они должны находиться около 10 минут. В течение этого времени бывшая ранее текучей смола становится твёрдым однородным веществом, которое принимает форму пор и таким образом прочно закрепляется в них.

Рис. 6. Промывка

Рис. 7. Отверждение

После полимеризации смолы процедура завершается, и детали могут быть проверены на герметичность или отправлены в сборочный цех. Тем не менее, рекомендуется просушить детали с глухими отверстиями в вакуумной сушилке (Рисунок 1 позиция 7) для предотвращения возникновения коррозии из-за остаточной влажности.

Если проведена надлежащая обработка пропитанных деталей и они герметичны, то их также можно применять в качестве изделий с плотной отливкой. Это объясняется хорошей химической устойчивостью акриловой смолы против нефтепродуктов, кислот, растворителей и газов, а также её термостойкостью в пределах от -55°C до +200°C. Затвердевшая в порах пропиточная смола сохраняет эластичность при предельных нагрузках в результате смены давления и температуры - она не растрескивается и не крошится.

Пропиточное средство

Описанное выше пропиточное средство представляет собой модифицированный для производственных целей полимер на акрилатной основе с кодом продукта IM 3000. Пригодность данного средства к использованию доказана его испытаниями в суровых условиях, что подтверждается многочисленными международными разрешениями и сертификатами следующих организаций:

• GWI Институт газа г. Эссен e. V.

• Институт гигиены, г. Гельзенкирхен, Рурская область (соответствие стандарту KTW).

• NSF International, Мичиган.

• ""Регистр Ллойда"", Лондон.

• Военно-морское министерство США, Вашингтон.

• а также большинством автопроизводителей и поставщиков.

Область применения

Область применения пропитки литых деталей акриловой смолой ограничена её использованием только для работы с микропористостью. Крупные дефекты литья, такие как усадочные раковины или трещины, не могут быть герметизированы, так как при таких дефектах пропиточное средство может быть вымыто, либо трещина раскроется при испытании давлением или иных подобных нагрузках.

Пористые литые изделия, прошедшие пропитку, в большинстве случаев остаются герметичными при воздействии избыточного и пониженного давления, но показатели их прочности при этом не повышаются поэтому изделия с ослабленной структурой не подлежат пропитке.

С 2007 года на территории России, Украины и Белоруссии компанию ""Ing. Hubert Maldaner"" GmbH представляет Международный Технологический Центр ""Политег-Мет"", осуществляя технические консультации, поставку оборудования и необходимых технологических материалов (www.polyteg-met.ru).

Сведения об авторах:

• Гюнтер Малданер - ген. директор компании ""Ing. Hubert Maldaner"".

• Заварзин С.Н. - вед. специалист МТЦ ""Политег-Мет"", г. Москва, т.: +7 (495) 921-37-47 e-mail: info@polyteg-met.ru.

Опубликовано: ИТБ ""Литьё Украины"", №3 (103) 2009 г.

"