Преимущества процессов COLD BOX и NO BAKE по сравнению с процессами горячего отверждения при производстве стержней и системой ПГС при производстве форм

До недавнего времени внедрению холоднотвердеющих смесей на литейных производствах России, Украины, Беларуси препятствовало то, что не была решена проблема обеспечения связующими и вспомогательными синтетическими материалами отечественного производства, имеющими мировой технический уровень. Решением этой проблемы явилось образование в 2006 году в Нижнем Тагиле совместного российско-итальянского предприятия ООО "УРАЛХИМПЛАСТ-КАВЕНАГИ". Предприятие специализируется на выпуске синтетических материалов для литейной производства. Учредите-лями СП стали ОАО "Уралхимпалст" и итальянская компания Cavenaghi S.p.A. Компания "Cavenaghi S.p.A.", имеет значительный опыт по выпуску литейных связующих и вспомогательных материалов Компании принадлежат около 60 % итальян-ского рынка литейных смол. Компания экспортирует продукцию в страны Европы и Азии, Украину, Белоруссию. Ее потреби-телями являются Ferrari, FIAT/Renault, Voest-Alpine и многие другие ведущие производители отливок. Со своей стороны Уралхимпласт более 40 лет занимается производством и поставками синтетических смол для литейного производства России, доминирует на российском рынке. Продукция объединенной компании производиться на двух производственных площадках: в Лаинате (Италия) и модернизированном производстве в Нижнем Тагиле. Продукция реализуется через сеть дистрибуции Уралхимпласт со складов в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Тольятти, Ростове-на-Дону. Официальным представителем СП "Уралхимпалст-Кавенаги" на Украине является фирма ДП "Промтехпостач", имеющая офис и склады в городе Сумы.

В последнее время литейной промышленности России, Украины, Беларуси предсказывают большие технологические изменения, которые включают формовку стержней и форм с использованием очень широкого выбора связующих систем. Данная тенденция способна удовлетворить самые разные производственные требования литейных предприятий при относительно ограниченных инвестициях, меньших расходах на управление, отличном качестве литья, улучшениях экологи-ческих условий. Высокоавтоматизированные линии формовки no bake, настреливающие машины с меньшим временем цик-ла, автоматические линии заливки, автоматы для проведения операций отделки литья - вот несколько примеров инвестиций, которые дают возможность оптимизации производства при меньших затратах. В данной статье мы рассмотрим аспекты, которые следует учитывать при оценке преимуществ феноло-уретановой системы cold box в сравнении с системами горячего отверждения при призводстве стержней, и no-bake процессов химического отверждения по сравнению с системой ПГС при произвосдтве форм.

Технические характеристики феноло-уретановой системы cold box (c аминкатализатором) в сравнении с системами горячего отверждения

Используемые в настоящее время системы горячего отверждения включают процессы hot box и shell. Оба данных процессах подходят для крупносерийного производства.

В первом случае используются как фенольные так и фурановые смолы, время цикла относительно короткое в случае производства стержней небольшой толщины, но количество стержневого брака очень большое с момента съема стержней, когда смола еще недостаточно полимеризировалась. В случае стержней весом более 10 кг время обжига значительно увеличивается для достижения прочности достаточной для съема.

В случае процесса shell время обжига существенно удлиняется, но количество стержневого брака очень низкое. В обоих случаях используются чугунные стержневые ящики что, следовательно, увеличивает их стоимость; кроме того, по причине нагрева очень высока стоимость техобслуживания.

В случае феноло-уретанового процесса cold box отверждение стержня происходит при комнатной температуре практически сразу же после того, как катализатор - третичный амин- попадает в песчаную смесь.

Преимущества данной системы по сравнению с двумя предыдущими:

• отсутствие нагрева;

• быстрая химическая реакция и, следовательно, лучшая производительность;

• размерная точность стержней;

• легкая замена не нагретых стержневых ящиков;

• отсутствие непродуктивного времени необходимого для нагрева стержневого ящика на этапе запуска производства;

• отсутствие непродуктивного времени необходимого для охлаждения в случае замены стержневого ящика;

• возможность использования стержневых ящиков с подвижными частями и, следовательно, возможность формовать очень сложные стержни;

• возможность заливать стержни через очень короткое время после формовки;

• отличная поверхность литья, в некоторых случаях, возможно избежать покраски стержней;

• лучшая сыпучесть песчаной смеси;

• лучший съем стержней;

• меньшая стоимость стержневых ящиков и более продолжительное время их службы;

• меньшие затраты на техобслуживание;

• лучшие рабочие условия вследствие отсутствия нагрева и отсутствие травм, вызванных ожогами.

Потенциальная экономия при использовании феноло-уретанового процесаа cold box

Стоимость песчаной смеси только одна из статей расходов при производстве стержней; помимо нее следует учитывать:

• лучшую производительность и, следовательно, уменьшение количества настреливающих машин и меньшее использование прямой рабочей силы;

• существенно меньшую стоимость стержневых ящиков;

• меньшую стоимость их техобслуживания;

• небольшое количество стержневого брака;

• небольшое количество литейного брака;

• меньшее количество операций по очистке литья;

• экономия электроэнергии;

• сокращение количества операций по отделке и сбору стержней;

• высокую размерную точность стержней и, следовательно, возможность уменьшения допусков литья с последующим меньшим удалением металла при механической обработке;

• возможность использования стержневых ящиков с большим количеством фигур;

• возможность формовки более сложных и монолитных стержней без или с меньшей сборкой.

Более важным преимуществом феноло-уретановой системы cold box остается в любом случае высочайшая производительность и, следовательно, меньшие инвестиции на приобретение настреливающих машин, меньшее занимаемое ими пространство, меньшее использование рабочей силы. Кроме того, возможность использования более легких стержневых ящиков, например алюминиевых, с наплавками в критических точках, обеспечивающими износостойкость, позволяет использовать менее массивные устройства для смены стержневых ящиков, что, как сказано выше, является более легкой операцией по причине отсутствия нагрева.

Меньший вес стержневых ящиков часто дает возможность использования настреливающих машин более легкой конструкции и, следовательно, менее дорогих.

Очевидно, что сопоставление отдельных вышерассмотренных положений, должно производиться от случая к случаю, и что невозможно обобщить проблематику, по причине того, что невозможно найти хотя бы две совершенно одинаковых задачи. Оценка производится раз от раза в случае:

• преобразования существующих линий производства стержней;

• приобретения новых линий;

• улучшения существующих линий;

• неизменности существущей ситуации.

Данные вопросы не всегда просты, и уместно прийти к ответу только после тщательного финансового анализа по-средством использования соответствующих программ, способных определить финансовые показатели, такие как: период окупаемости, рентабельность инвестиций, чистая приведенная стоимость и т.д.

Общие аспекты формовки ПГС и No Bake

В мировой практике в течение многих лет практически все крупноразмерное литье производится с применением различных химических процессов No Bake. За последние 20 лет благодаря улучшениям характеристик данных систем (в частности это касается времени до протяжки) и совершенствованиям производственных линий химической формовки, небольшое и среднее литье часто производится с использованием данных технологий. Сторонники формовки ПГС утверждают, что низкая стоимость данной системы уравновешивает и аннулирует преимущества, предлагаемые химической формовкой, а именно:

• лучшее качество литья;

• сокращение количества литейного брака;

• меньшие допуски;

• меньшие инвестиционные расходы.

В настоящее время, если проблема не стоит для крупносерийного производства, где несомненно формовка ПГС обладает б?льшими преимуществами, то в случае мелко- и среднесерийного производства необходимо проводить точный анализ, потому что практически всегда приходишь к противоположному заключению.

Потенциальная экономия, достижимая при использовании химической формовки

Стоимость песчаной смеси (песок и смола) несомненно, выше по сравнению с ПГС, но это, очевидно, не является единственным параметром, который следует учитывать, так как химическая формовка предлагает следующую экономию:

• существенно меньшие начальные инвестиционные расходы;

• сокращение имеющейся мощности и необходимых энергоносителей;

• сокращение расходов на техобслуживание;

• сокращение необходимого пространства и, следовательно, построек;

• лучшая размерная точность и, следовательно, меньшие допуски с последующим меньшим удалением металла при ме-ханической обработке;

• лучший выход литья при небольших расширениях форм при заливке;

• лучшая поверхность литья при меньшей шлифовке, сварке и дробеструйной очистке;

• значительно меньшее соотношение песок-металл;

• возможность использовать менее квалифицированную рабочую силу;

• возможность не использовать опоки.

В частности, мы хотели бы обратить внимание на тот факт, что значительно меньший объем необходимого песка существенно сокращает его потребление, потери при погрузочно-разгрузочных работах и количество песка на утилизацию.

Объемы необходимого песка меньшие, так как при химической формовке соотношение песок-металл можно сократить до 1/3 по сравнению с соотношением в ПГС. Обычно потери на формовочных линиях ПГС составляют 10-30% от веса залитого металла, и снижаются до 5% в случае химической формовки.

Вторым важным пунктом является то, что при химической формовке в течение заливки часто образуется среда с восстановительной атмосферой, которая способствует приданию поверхности литья лучшего вида наравне с гранулометрией песка, и следовательно, сокращается как время, так и материалы, используемые на этапе отделки литья. В результате выход годного литья составляет в среднем на 15% больше по причине большей жесткости форм и, следовательно, стоимость литья существенно ниже. Даже в этом случае формовки стержней, как и в предыдущем, оценка не всегда проста, и уместно обратиться к математическим компьютеризированным моделям.

Заключение

Мы считаем возможным предвидеть, что большее применение как феноло-уретановой системы cold box для произ-водства стержней, так и химической формовки no bake на украинских литейных предприятиях приведет к более качествен-ным результатам при низких экономических затратах, и позволит данным системам за короткое время достигнуть стандартов совершенства.

Сведения об авторах:

• Власов Александр Травневич - директор ДП "Промтехпостач", т.: +38 (0542) 21-00-79; 21-01-50; e-mail: pts@chereda.net.

• Грехов Андрей Валерьевич - коммерческий директор ООО "УРАЛХИМПЛАСТ-КАВЕНАГИ", т.: +7 (3435) 346-840, 346-495, 346-264.

• Коршаков Александр Геннадьевич - ген. директор ООО "УРАЛХИМПЛАСТ-КАВЕНАГИ", т.: +7 (3435) 346-840, 346-495, 346-264.

• Поляков Сергей Сергеевич - менеджер ДП "Промтехпостач", т.: +38 (0542) 21-00-79; 21-01-50; e-mail: pts@chereda.net.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №11 (87) 2007 г.