Технологические приемы при изготовлении вакуумно-пленочной формы.

Само использование многообещающей технологии вакуумно-пленочной формовки (ВПФ) без понимания процессов происходящих внутри такой формы, а так же знаний технологических отличий и особенностей вакуумируемых форм, не гарантирует улучшение качества производимого литья. Анализ результатов работы целого ряда существующих литейных производств, использующих технологию вакуумно-пленочной формовки, показал, в целом, отсутствие необходимых знаний для возможности организации высококачественного производства.

Одним из принципиальных отличий вакуумируемых форм, от остальных, является ее высокая прочность под вакуумом и, практически, нулевая без вакуума. Все это создает особые условия ее «поведения» в общем процессе производства отливок, поэтому, необходимо знать правила построения литниковой системы для ВПФ и влияние некоторых (на первый взгляд незначительных) технологических переходов, используемых при их изготовлении. При разработке литейных технологий на разные виды отливок, необходимо учитывать особенности вакуумируемой формы, изготовленной из сухого песка и пленки.

На примере отливки «Трак» (звено гусеничное), рассмотрим вариант конструирования литниково питающей системы при использовании технологии вакуумно-пленочной формовки (Рис.1) и некоторые технологические приемы, позволяющие существенно улучшить условия производства отливок.

                                  Рис.1 Модель на отливку «Трак».

Поддержание «герметичности» литейной формы в процессе заполнения ее расплавом, является одним из основных требований для бездефектного формирования тела отливки. Существующие литниково питающие системы, разработанные для форм с использованием связующих материалов вместо вакуума, в вакуумируемых формах создают условия нарушения ее герметичности и подсоса воздуха в период движения расплава по каналам формы, что недопустимо при ВПФ. Не зависимо от вида используемой системы - сужающейся или расширяющейся, в период от начала заливки до завершения заполнения полости формы расплавом до верхнего уровня питателей, каналы формы представляют собой проточный участок. Процесс заполнения этой части формы характерен образования хаотического, турбулентного движения расплава, местным оголением стенок каналов, захватом и подсосом воздуха (газов из формы), вымыванием частиц формы, оголением стенок полости формы, засасыванием газов через каналы выпоров и, как следствие, резким падением разряжения в полуформе верха. При заполнении полости формы выше верхнего уровня питателей, создается противодавление, позволяющее стабилизировать поток расплава внутри каналов формы.

Для обеспечения герметичности формы, особенно в первоначальный момент ее заливки расплавом, необходимо использовать специальный вид литниково питающей системы, позволяющий гарантированно поддерживать уровень расплава в литниковых каналах без его хаотического продвижения. Для создания таких условий заливки необходимо превратить каналы полуформы верха (литниковая чаша, стояк, шлаковик), как бы, в «накопительную емкость» позволяющую, после ее полного заполнения, производить плавный слив жидкого расплава в полуформу низа. Отличием описываемой литниковой системы от существующих систем, является расположение самого узкого ее сечения (S1) в месте перехода литниковых каналов с верхней части формы в ее нижнюю часть. При этом рекомендуется использование запорных элементов (к примеру – легкоплавких вставок) (Рис.2, Рис.3), позволяющих предотвратить поступление расплава в технологическую часть отливки до полного им заполнения и герметизации «накопительной емкости».

Рис.2 Литниковая система для отливки «Трак» с использованием легкоплавких вставок.

1. Легкоплавкая вставка – расположена в самом узком сечении литниковых каналов (S1).
2. Технологическая часть отливки – комплекс литниковых каналов, расположенных за легкоплавкой вставкой.
3. Сечение питателей (S2) – S2»S1.
4. Сечение питателей (S3) – S3»S1.

Рис.3 Расположение литниковой системы на модели верха.

 Установка запорных элементов в самом узком месте (S1) литниковых каналов, позволяет создать в каналах полуформы верха постоянный объем жидкого металла без завихрений и захватов воздуха, с последующим спокойным сливом расплава в нижнюю часть формы и полноценной его очисткой от любых твердых и газообразных  включений. Кроме того, особенностью описываемой литниковой системы является образование стабильного (не меняющегося) гидравлического напора расплава при заполнении им полуформы низа и переменного при заполнении полуформы верха - происходит плавное перетекание жидкого металла из «накопительной емкости» через узкое сечение литниковых каналов в верхнюю часть формы в режиме сообщающихся сосудов. Такое перетекание расплава устраняет любые возможные загрязнения и нарушения движения потока металла, герметизируя собой полость «накопительной емкости». Поддержание уровня металла в «накопительной емкости», при дозированном сливе расплава через узкое сечения каналов, расположенных по плоскости разъема полуформ, создается за счет доливания металла с заливочного ковша.

Литниковые хода, расположенные за запорными элементами, представляют собой расширяющуюся систему каналов и являются технологической частью отливки, при этом, каждый из питателей (S2,S3) по сечению полностью обеспечивает прохождение всего объема поступающего в форму расплава. Такое решение позволяет осуществлять плавное само перераспределение металла в каналах формы, предотвращая его хаотическое движение в теле отливки, создает условия дополнительной очистки металла от шлаков и газов, поступающих в первоначальный период заливки формы, за счет их выделения в технологической части литниковых ходов. Кроме этого, конструкция литниковых каналов дает возможность подвести питатели в другие места отливки, с перенаправлением горячего расплава в проблемные зоны, а так же в ее верхние слои, создавая условия направленной кристаллизации металла.

Ранее в статьях были описаны конструктивные особенности построения такой литниковой системы для разных типов отливок, состоящей из «накопительной емкости» и ее технологической части (система литниковых каналов).

Поддержание необходимой герметичности верхней полуформы не возможно без решения проблем, возникающих при спайке облицовочной и герметизирующей пленок в процессе съема (отделения) элементов литниковой системы (стояк, выпора, прибыли). Как правило, спайка пленок производиться с использованием нагревающих приборов (чаще всего - паяльника). В виду невозможности полной очистки спаиваемых поверхностей от формовочного песка (особенно при использовании дозаторов), сложно создать герметичный стык пленок. На практике, для устранения этой проблемы дополнительно производят склейку мест стыка скотчем. Но не все знают, что кроме невозможности полноценной герметизации стыков скотчем, при заливке форм металлом, за счет термического воздействия и существующих разных усадочных свойств пленок (облицовочной, герметизирующей и скотча), происходит их отслоение друг от друга. Нарушение целостности (герметичности) стыков пленки верхней полуформы, создает условия интенсивного подсоса воздуха и, как следствие, падения в ней разряжения. Заклеивание порывов облицовочной пленки скотчем, так же является причиной разгерметизации формы при заливке ее горячим расплавом. Такая проблема существует, практически, на каждом из литейных предприятий.

Использование съемных технологических заглушек, устанавливаемых на уже облицованные элементы литниковой системы, позволяет полностью исключить попадание частиц формовочного песка на спаиваемые поверхности и выполнить герметичную спайку пленок без дополнительного использования скотча (Рис.4).

Рис.4 Герметизация стыков с использованием съемных технологических заглушек.

1. Полуформа верха – формовочный песок.
2. Элемент литниковой системы – выпор, стояк, прибыль.
3. Съемная технологическая заглушка.
4. Облицовочная пленка.
5. Герметизирующая пленка.

Для герметизации мест стыка пленок (облицовочной и герметизирующей) на стояке, как вариант, рекомендуется применение определенного вида литниковых воронок (литниковых чаш), позволяющих устранить дефекты спая пленок без применения технологических заглушек (Рис.5), путем обжима мест спайки пленок наружной поверхностью литниковых воронок. Одним из дополнительных достоинств использования таких литниковых воронок является, предотвращение размыва стояка струей поступающего в форму расплава.  

Рис.5 Герметизация мест спая пленок литниковой воронкой (литниковая чаша).

1. Полуформа верха – формовочный песок.
2. Литниковая воронка (литниковая чаша).
3. Облицовочная пленка.
4. Герметизирующая пленка.

Описанные выше технологические решения позволяют:

- значительно снизить потери вакуума (разряжения) в форме (особенно в полуформе верха) в процессе ее заливки горячим расплавом,

- предотвратить вероятность образования дефектов, связанных с загрязнением отливок формовочным материалом,

- исключить вероятность разрушения форм от резкого падения вакуума,

- исключить образование турбулентного потока металла внутри каналов формы,

- обеспечить плавное заполнение полости формы металлом,

- исключить ремонтные работы с использованием скотча,

- исключить попадание струи металла на стенки полости формы,

- исключить растекание металла по плоским поверхностям полости формы в первоначальный период ее заливки.

Знание технологических приемов при изготовлении форм и получении отливок с использованием вакуумно-пленочной формовки, позволяют наладить выпуск качественной литейной продукции, снизить затраты производства, в сравнении с технологией ХТС, на 15-20%.

Литература:

1. Захлыпа Ю.М., Прокопенко А.А., Макеев Н.П., Близнюк-Квитко А.Л. // Проектно-технологический институт машиностроения имени xxvi съезда кпсс (министерство тяжелого и транспортного машиностроения), // Технологические рекомендации по изготовлению отливок методом вакуумно-пленочной формовки. - 1981. - 69с.
2. Феклин Н.Д. // ИТБ "Литье Украины", // Базовые основы разработки литейной технологии на отливку «боковая рама». Технология вакуумно-пленочной формовки. - 2018. - №5(213).
3. Глухов П.В.., Валеев И.Э.., Шапарев А.В. // Научно-методический электронный журнал «Концепт», «Современные научные исследования. Выпуск 3», // Особенности технологии вакуумно-пленочной формовки для литейного производства.
4. Феклин Н.Д.., // ИТБ«Литье Украины», // Вакуумно-пленочная формовка. Особенности разработки литейных технологий. - №4 (176) 2015. - №4.(176). - с. 40-42.
5. Феклин Н.Д., Медведчук С.А., // ИТБ«Литье Украины», // Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки. – ИТБ «Литье Украины». - 2018. - №7(215).
6. Феклин Н.Д.., Медведчук С.А.., // «Вестник арматуростроителя», // Универсальная технология производства отливок запорной арматуры. Вакуумно-пленочная формовка. – 2019

ИТБ "Литьё Украины",- 2019 г.- №8 (228)- с. 14-18