Производство по Сейатцу-процессу тонкостенных чугунных отливок с требованиями герметичности на примере секций котлов

 Мельников И.А.

Не секрет, что Россия – страна с особым климатом, годовая амплитуда температуры, т. е. разность в температурах самого теплого и холодного месяца в году, здесь может составлять 50 и более градусов. Так, на западной окраине Европейской территории России она равна 23—25°, в Западной Сибири 40—45°, в Восточной Сибири 45—55°, а в районе Верхоянска (Якутия) 60—65°. На берегу Охотского моря годовая амплитуда снижается до 30—35°, в районе Владивостока — до 28—30°.

По этой причине проблема отопления особенно актуальна и ее необходимо постоянно решать в первоочередном порядке, т.к. «зима опять наступит неожиданно». Одна из основных деталей системы отопления – котел, который в т.ч. состоит из нескольких наборных секций-теплообменников. Эти секции в свою очередь представляют собой литые чугунные детали, получаемые в песчано-глинистых формах (рис.1).  При этом секция котла – это деталь, периодически требующая замены, ведь они могут выходить из строя по причине образования накипи (из-за повышенной жесткости воды), прогорания межсекционных уплотнителей или термического шока котла (т.е. образования микротрещин за счет резкого перепада температур из-за попадания в разогретый чугунный котловой блок - теплообменник холодной воды). Если этот процесс пустить на самотек, то, в конце концов, это грозит разрывом котла.

Известно, что по общеевропейской практике «львиную долю» чугунных отливок (а в Германии ок. 80 %)  потребляют заводы мирового «автопрома». Так, автоматические формовочные линии (АФЛ) фирмы HWS-Sinto, Германия по Сейатцу-процессу работают на литейных заводах по выпуску автокомпонентов для ведущих автоконцернов мира, напр. FritzWinter(ок. 600.000 тонн отливок в год), Luitpoldhütte (ок 60.000 т/год на 500 сотрудников, оборот 90 млн. Евро), EisenwerkBrühl (ок. 250.000 т/год на 1460 сотрудников, оборот 267 млн. Евро), Tupy (ок. 800.000 т/год), GeorgFischer (более 600.000 т/год на ок. 4.500 сотрудников), Brembo, Volvo и др. [1-4] Но широкий спектр чугунных отливок, получаемых по технологии формообразования Сейатцу-процесс, не ограничивается только лишь литыми автокомпонентами. Один из важных сегментов – это производство тонкостенных чугунных отливок секций котлов (рис.1) и радиаторов отопления квартир. Фирма HWS-Sinto, Германия модернизировала или поставила новые современные АФЛ на многие ведущие заводы по производству этих ответственных отливок.

Рис.1: Отливка (GIFA2007) и соответствующая полуформа секции крупного котла завода Buderus, Германия, полученная по технологии Сейатцу-процесс на АФЛ фирмы HWS-Sinto, Германия

Только опыт заводов – лидеров мирового литейного производства по конкретной номенклатуре отливок дает гарантированный ответ и рекомендации по вопросу выбора самой эффективной технологии изготовления разовых песчано-глинистых форм.

Анализ большого числа литейных заводов Европы, которые обеспечивают отливками сборочные предприятия по производству котлов, показал, что они в основном оборудованы АФЛ по технологии предварительного уплотнения воздушным потоком с последующим многоплунжерным прессованием (Сейатцу-процесс). К котельным тонкостенным отливкам предъявляются специальные требования, которые обеспечиваются на современных АФЛ – например, по точности сборки форм во избежание разностенности, качеству поверхности и др.

Преимущества Сейатцу-процесса для обеспечения качества литейных форм по ПГС:

• Равномерно высокая твердость формы является предпосылкой для изготовления отливок высокой размерной точности. Сравнение между встряхиванием с подпрессовкой (а тем более с нижним прессованием) наглядно показывает более равномерное уплотнение по объему формы полученной по Сейатцу-процессу.
• Меньше стержней. Во многих местах форм возможна формовка сложных контуров моделей и крайних болванов из-за равномерной твердости формы.
• Уменьшение формовочного уклона. Расход металла и затраты на механическую обработку отливок уменьшаются по причине уменьшения формовочных уклонов на 0,5° и меньше (иногда без уклонов).
• Лучшее использование плоскости разъема отливками. Возможно более плотное расположение моделей на подмодельной плите, т.к. допускаются меньшие расстояния между моделями и опокой - больше отливок в одной форме.
• Уменьшение затрат на очистку и окончательную обработку отливок. Это обусловлено тем, что методом Сейатцу производятся высококачественные отливки с равномерным качеством в серии, с прекрасной поверхностью, точные по размерам и почти без брака поверхности, заусенцев и т.д.
• Сейатцу-процесс – гуманная технология. Воздушный поток полностью заменяет встряхивание, поэтому уровень шума снижается ниже отметки 85дБ(А). Способ Сейатцу работает без динамических нагрузок на фундамент. Это значит: снижение затрат на фундамент, уменьшение повреждений и снижение затрат на техобслуживание.
•  Нет износа моделей, так как воздушный поток по поверхности модели создает эффект "псевдосмазки"

Завод Buderus, Германия

Немецкая компания Buderus является символом качества, долговечности и престижа. История компании началась в 1731 году с производства на небольшом заводе чугуна для его дальнейшей переработки, а также чугунных элементов для печей и очагов. В конце 19-го века завод начинает производство секционных чугунных котлов. В течение 20-го столетия Buderus, постоянно расширяя номенклатуру выпускаемой продукции, стал одним из крупнейших европейских производителей отопительной техники. Котлы фирмы Buderus отличаются высокой стойкостью к внешним агрессивным факторам и обладают достаточным качеством, чтобы прослужить не один десяток лет.

Рис.2: Завод Buderus. Типовая модельная плита с вентами для отливки крупной секции котла на АФЛ с технологий уплотнения форм по Сейатцу-процессу

Рис.3: Расположение двух типов моделей средних секций на АФЛ по Сейатцу-процессу завода Buderus; полуформы на участке простановки стержней, жеребеек и фильтров; готовая секция котла на выставке Литмаш 2014 на фоне корпуса электродвигателя высотой 950 мм завода Olsberg

В зависимости от размера детали, на литейном заводе Buderus (сегодняшнее название: BoschThermotechnik) ее отливают на одной из двух формовочных линиях HWS-Sinto, Германия по Сейатцу-процессу с размерами опок 1120х880х220/220 мм или 2000х1500х250/250 мм (рис. 2,3). Развес производимых отливок – от 7 до 300 кг.

Рис.4: Различные отливки по Сейатцу-процессу завода Buderus (сейчас BoschThermotechnik) 

Стоит отметить, что Buderus (BoschThermotechnik) специализируется не только на производстве секций котлов, но и выпускает напр. вентилируемые тормозные диски, корпусное литье, отливки для судостроения, сельхозтехники и пр. (рис.4) Таким образом, следует учитывать максимальную гибкость и универсальность АФЛ по Сейатцу-процессу, а главное - независимость от конъюнктуры рынка отливок. Это особо ярко демонстрируется примером выпускаемой номенклатуры отливок следующего рассматриваемого литейного завода Olsberg, который выпускает не только секции котлов, но и одновременно является лидером по выпуску отливок ребристых корпусов электродвигателей высотой до 900 мм. Это наиболее сложные отливки без применения внутренних и наружных стержней - по уплотнению форм и их протяжке.

Olsberger Hütte,Германия

Литейный завод OlsbergerHütte со своей многовековой историей (первое упоминание завода в г. Ольсберг относится к 1495 году) является одним из самых старых семейных предприятий Германии. Литейные цеха Olsberg предоставляют обширному кругу своих клиентов литые детали серийного и единичного ручного производства из серого и высокопрочного чугуна весом от 1 до 8.000 кг. Сегодня Olsberg - один из ведущих производителей в Германии по широкому ряду различных видов продукции. Спектр поставок охватывает как простые отливки, так и конструктивные группы вплоть до смонтированных узлов (рис.5).

Литейные цеха Olsberg изготавливают отливки из чугуна с пластинчатым и шаровидным графитом большими, средними и малыми сериями. Завод Olsberg специализируется на сложном тонкостенном литье, таком как корпуса электродвигателей, коробки передач и насосов с чистой, гладкой поверхностью.

Рис.5: Тонкостенные (до 4 мм) отливки (завода Olsberg) секций корпусов котлов Viessmann. Схема замены секции завода Buderus

Серийное производство отливок 100…500 кг (рис.6) на заводе Olsberg осуществляется на двух автоматических формовочных линиях фирмы HWS-Sinto, Германия (рис.7). Первая формовочная линия с размером опок 965x715x260/260 мм была поставлена в 1977 году и модернизирована в 1987. Производительность этой линии составляет 140 форм в час. Вторая формовочная линия с размером опок 1500x1100x500/500 мм была поставлена фирмой HWS-Sinto в 1994 и модернизирована в 2004 году. В настоящее время ее производительность составляет 35 форм в час.

Рис.6: Секция крупного котла и другие отливки завода Olsberg, Германия полученные на АФЛ фирмы HWS-Sinto по Сейатцу-процессу

Производство Olsberg признано профессиональным и в области использования стержней для изготовления различных литых изделий. Предпосылкой к этому является высокопроизводительный стержневой участок с пескострельными автоматами, которые работают без простоев и дают отличное стабильное качество поверхности стержней, производимых с высшей повторяемостью точности и других параметров. Стержни для серийного производства изготавливаются по технологии Coldbox-амин-процесс по «холодным» ящикам, что и гарантирует производство стержней с соответствующими заданными параметрами размерной точности. В стержневом отделении работают стержневые пескострельные автоматы производства фирмы Laempe, Германия на 12,  25, 100 литров, соответственно моделей L12, L25 и L100.

Рис.7: Современный литейный цех OlsbergerHütte: АФЛ по Сейатцу-процессу (опока 1500x1100x500/500 мм, 35 ф/ч) для чугунных отливок до 500 кг. Девять ветвей многоэтажного охладителя литейных форм.

WESO, Германия

Weso(входит в группу Viessmann) – один из ведущих литейных заводов Германии с более чем 125-летней историей, специализирующийся на отливках из серого чугуна. Площадь завода: 20.000 м², На производстве занято ок. 420 сотрудников, вкл. обслуживающий персонал, в год предприятие производит 27 тыс. тонн годного литья. Годовой оборот – 61,1 млн. Евро.

Завод имеет очень широкую специализацию - помимо отопительной техники Weso производит детали и компоненты для сельскохозяйственной и железнодорожной техники, моторостроения, насосного оборудования и водопроводной арматуры.

Литейный цех оборудован формовочной линией HWS-Sinto по Сейатцу-процессу с размером 1100x900x200/200 мм и высокой производительность (180 ф/ч); на этой линии производятся чугунные отливки весом до 150 кг.  Фирма Laempe, Германия поставила для завода Weso за последние почти 30 лет современное стержневое оборудование LKV25;  LF40 HB // LM1.5; LF40 HB // LM1.5; L20(40)/LG/LM3 CB/CO2; LL20 CB

Завод Viadrus, Чехия

VIADRUS является традиционным чешским изготовителем чугунных изделий, прежде всего отопительной техники – котлов и радиаторов. На заводе занято 700 сотрудников, готовой оборот составляет 1,5 млд. Крон – с такими показателями завод является важнейшим чешским производителем отопительной техники. История завода берет начало в 1888 г., когда были созданы первые чугунные радиаторы.

Как традиционный производитель отливок из чугуна, завод Viadrusпроизводит чугунные радиаторы, котлы, чугунные каминные вставки, печи с чугунной топкой и др. (рис.8). Существенную часть производимой продукции составляют чугунные теплообменники OEM и отливки из чугуна по индивидуальным заказам. Сегодня кoтлы и радиаторы марки VIADRUS относятся к наиболее продаваемым отопительным изделиям в средней Европе – они успешно продаются в более чем 40 странах мира.

Завод оборудован АФЛ по Сейатцу-процессу с размером опок 1850x1400x300/300 мм и производительностью 20 ф/ч. Для завода Viadrus фирмы Laempe поставила современные 100-литровые стержневые автоматымодели L100H.

Рис.8: Отливки секций котлов и пр. по Сейатцу-процессу чешского завода Viadrus

Кроме того, можно привести еще несколько примеров заводов, где производят чугунные отливки секций колов и радиаторов по Сейатцу-процессу:

 Remeha Fabrieken B.V., Голландия

Опока 1200x725x156/156 мм, 25 ф/ч

BAXI France(бывш. C.I.CH.), Франция

Опока 1200x850x250/250 мм, 15 ф/ч

Georgius Politis and Co. EE Cast Iron Boilers Manufacturing, Греция

Опока 700x600x150/150 мм, 20 ф/ч

ЛЛМЗ – Луганский литейно-механический завод, опока 1020x850x200/200 и 350/200 мм, 240 ф/ч  (рис.9,10) многие другие не представленные заводы.

Рис.9: Новые готовые отливки тонкостенных чугунных радиаторов ЛЛМЗ, г.Луганск, изготовленные по Сейатцу-процессу на наиболее современной и технически совершенной сверхпроизводительной линии немецкой фирмы HWS-Sinto

На фоне бесспорных преимуществ заводов Европы особо следует отметить современный опыт модернизации отечественного литейного завода в г.Луганск по производству тонкостенных чугунных радиаторов и автокомпонентов. Предприятие ЛЛМЗ ни в чем не уступает заводам Европы, а даже превосходит многие из них по эффективности и конкурентоспособности, располагая в качестве «инструмента» самой передовой в техническом плане из всех перечисленных АФЛ, а соответственно и потенциальными возможностями получения самых качественных отливок.

Особо следует отметить, что литейное производство в г.Луганск являлось и вновь подтвердило статус «пионера» модернизации и освоения самых современных литейных технологий - теперь уже по внедрению самых скоростных опочных АФЛ по ПГС, как и ранее во времена еще СССР освоением одной из первых на европейском континенте АФЛ по ВПФ (вакуумно-пленочной формовки концерна Sinto, 1984 год, опока 1500х1500х400мм). Тогда на базе данной линии ВПФ была создана лаборатория, результаты которой легли в основу развития вакуумной технологии на многих заводах СССР, в том числе оборонного комплекса как, например, «Курганмашзавод», где затем была запушена линия ВПФ на 45 ф/час. Для иллюстрации таких интересных фактов литейных заводов города как лидеров модернизации литейного производства по двум технологиям (ПГС и ВПФ) необходимо показать историю и традиции инновационного развития промышленности в г.Луганск.

Рис.10:  ЛЛМЗ, г.Луганск, Украина. Участок простановки стержней на АФЛ по Сейатцу-процессу производительностью 240 ф/ч на базе одного формовочного автомата, опока 1020x850x200/200 и 350/200 мм

Луганск (укр. Луганськ), население на 1 января 2014 года составила 424 113 человек. Луганск расположен в красивом месте слияния реки Луга?ни с рекой Ольхово?й. Поэтому, вопросы экологии при выборе линии ВПФ играли важное значение. Современные шаги по развитию литейного производства в г.Луганск имеют исторические корни. Еще в 1790 г. приглашённый на российскую службу шотландский инженер Карл Гаскойн выполнил поручение и заверил правительство, что «найденные прииски железной руды и каменного угля по освидетельствованию обещают богатейшее количество сих минералов в наилучшем качестве».

14 ноября1795— Екатерина II издаёт указ об основании тоже первого на юге империи чугунолитейного завода, с сооружением которого в долине реки Лугань и связано возникновение города. Сёла Каменный Брод и Вергунка были первыми населёнными пунктами, принявшими строителей и рабочих Луганского литейного завода. В 1797г. посёлок, возникший вокруг завода, получил название «Луганский завод». Рабочие и специалисты привлекались из внутренних российских губерний, частично из-за границы. Основной костяк составили мастеровые, поступившие с Олонецкого и Липецкого заводов, а также особо квалифицированные рабочие с Александровского пушечного завода, плотники и каменщики из Ярославской губернии. Весь основной административно-технический персонал состоял из англичан, приглашённых инженером Карлом Гаскойном.

В период войны с Наполеоном Луганский завод стал одним из основных поставщиков пушек и боеприпасов для русской армии. 3 сентября1882 император утвердил положение Комитета министров Российской империи об основании на базе посёлка Луганский завод с присоединением селения Каменный Брод города Луганска. В 1900 г. из Луганска вышел на железнодорожные магистрали первый построенный здесь товарный паровоз. В начала 20-го века Луганск представлял собой крупный промышленный центр России. Здесь насчитывалось 16 фабрик и заводов, около 40 ремесленных предприятий. 31 октября 1931 в Луганске был выпущен первый в СССР тяжёлый грузовой паровоз, а в 1934 г. - пущен первый трамвай.

Герб города Луганска состоит из золотого щита, расположенного на пересечении двух окрашенных в светло-серый цвет кирок, и обрамлённого красной лентой. Над щитом — изображение сложенной из серого кирпича короны-крепости. Поле щита имеет жёлтую окраску. В левом верхнем углу щита на квадрате синего цвета располагается личный вензель императрицы Екатерины II, окружённый девятью золотистыми звёздами. На поле щита изображены доменная печь (большая заводская труба тёмно-серого цвета и малая труба из чёрного кирпича с языками червлёного пламени над срезом обеих труб). Слева и справа от печи расположены два чёрных молотка.

Как продолжение славных исторических шагов созидательной деятельности - современный неполный перечень построенных заводов города Луганск:

ПО «Луганский тепловозостроительный завод» (сейчас ПАО «Лугансктепловоз»); Луганский авиационно-ремонтный завод; ПрАТ «Лугцентрокуз» имени С. С. Монятовского; Луганский машиностроительный завод имени А. Я. Пархоменко, АП «Луганский завод коленчатых валов»; Завод горноспасательной техники «Горизонт»; Луганский автосборочный завод;

Станкостроительный им. Ленина (первая в СССР линия ВПФ); Луганский литейно-механический завод (первая в СНГ скоростная опочная линия по ПГС); ПАО «Луганский электроаппаратный завод»; Луганский ремонтно-механический завод; ОАО «Луганскгормаш»; ПАО «Луганский трубный завод»; Луганский завод трубопроводной арматуры, ЧАО (ТМ Маршал); ЧАО «Луганский патронный завод»

Рис.11: Сейатцу-процесс позволяет производить самый широкий ассортимент отливок

Выводы:

Во-первых. Доказано, что АФЛ по Сейатцу-процессу обеспечивает возможность получения универсальной номенклатуры отливок (рис.11), включая тонкостенные секции котлов и радиаторы [5, 6].

Во-вторых. Заводы мировые лидеры литейного производства отливок секций котлов применяют АФЛ по Сейатцу-процессу (практически как базовую технологию - современный стандарт отрасли).

В-третьих. Отливки секций котлов и радиаторы являются ответственными, но и даже более сложные ребристые корпуса электродвигателя, отливаемые вертикально без стержней, получают по Сейатцу-процессу [7]. Поэтому данный способ уплотнения форм обеспечивает требования по качеству тонкостенных отливок секций котлов с гарантированным «запасом». 

По вопросам модернизации литейного производства на базе современных АФЛ по Сейатцу-процессу обращайтесь в представительство фирмы HWS-Sinto, Германия в Украине: +7499907-5000, 907-5255, e-mail: hws-moscow@nln.ru 

Литература:

1. Буданов Е.Н. Пример модернизации производства отливок по Сейатцу-процессу на заводе Tupy, Бразилия // Литье Украины. -2012. – №02
2. Буданов Е. Опыт модернизации ведущего литейного производства Германии – завода FritzWinter // Литейное производство. – 2005. - №5. – С.26-30.
3. Афонаскин А.В. Самая крупная опочная линия в Европе и эффективное литейное производство GeorgFischer. // Литейщик России. – 2007. – №9
4. Голенков Ю.В. Три проекта по Seiatsu-процессу для Mercedes-Benz концерна DaimlerChrysler. // Литейщик России. – 2007. – №9
5. Мельников И. Отливки гидравлики по Сейатцу-процессу на двух формовочных линиях HWS-Sinto – компания BoschRexroth // Литье Украины. -2011. – №12
6. Буданов Е.Н., Мельников И.А. Производство алюминиевых отливок по Сейатцу-процессу на заводах Голландии // Литье Украины. -2009. – №12
7. Буданов Е.Н. Производство наиболее сложных отливок по ПГС – ребристый корпус электродвигателя // Литье Украины. -2011. – №03.