Векторная технология ЛГМ

Морозов В.А.

До настоящего времени не существует какой - либо целостной концепции влияния вакуума на качество литья по ЛГМ технологии. Все исследования на эту тему имеют фрагментарный характер и мало применимы в реальном производстве.

Как известно, для стального литья основным «науглераживателем» является газ СН4 (метан).  В форме из сухого песка с кустом пеномоделей без наложения на неё вакуума газ по элементарным законам физики будет двигаться вертикально в верх, что совпадает с направлением фронта подъёма заливаемого метала. При подъёме металла между фронтами зеркала металла и плавления с газификацией пеномодели, как известно, образуется «зазор» с газообразными продуктами деструкции полистирола. Давление этой газообразной смеси в «зазоре» может достигать 0,1 Мпа. При отсутствии воздействия вакуума малая часть этих газов уходит через поры противопригарной краски, а остальная имеет идеальные условия для взаимодействия жидким металлом да ещё и под избыточным давлением практически до окончания заливки.  Теперь на основании вышеизложенного перейдём к самой векторной технологии. Вектор фронта подъёма жидкого металла в форме при заливке всегда имеет вертикальное направление в верх и изменить его с помощью вакуума невозможно. Вектор же того же жидкого металла в стояке или объёме воронки тоже имеет всегда вертикальное направление, но в низ и кардинально его тоже нельзя изменить с помощью вакуума. Можно только усилить его действие с помощью вакуумного мультипликатора, обеспечивая при этом дополнительную «накачку» жидкого металла в объём будущей отливки. По воздействию это можно сравнить с прибылью под избыточным давлением в ПГФ. Из изложенного видно, что единственным элементом, имеющим возможность к воздействию, является та самая газообразная фаза продуктов деструкции полистирола между фронтами зеркала жидкого металла и плавления с газификацией полистирола. Не стоит забывать, что эта газообразная фаза находится под определённым избыточным давлением с основным вектором в верх. А теперь подключим к форме вакуум. Общепринятый уровень вакуума - 0,05Мпа. При этом его воздействию подвержен практически только объём указанной газообразной фазы. Исходя из общей реальной практики применения контейнерной оснастки возможны три варианта направления вектора вакуума: вертикально в низ в сторону донных фильтров контейнера; горизонтальный в сторону боковой стенки контейнера с фильтром и вертикально в верх. Всё зависит от расположения вакуумных фильтров в контейнере. При векторе вакуума вертикально в низ вся газосодержащая фаза объёма «зазора» с помощью вакуума будет «внедряться» в зеркало жидкого металла, за исключением крайних зон отливки. Здесь газы будут частично уходить через поры краски.  В результате чего в отливке обнаружится довольно большое науглеражавание, несколько спадающее по краям прошедшего фронта газификации модели. А при горизонтальном векторе вакуума газосодержащая фаза «зазора» из - за перепада уровней вакуума сместится в сторону фильтров контейнера. В соответствии этому и науглераживание отливки будет больше у стенки контейнера, чем в противоположном её конце согласно прошедшего фронта «зазора».  Результаты этих исследований приведены на рис.1. Здесь можно, с какой-то степенью достоверности, проследить зависимость степени науглеражиания от ширины отливки по направлению вектора вакуума. Этот «недостаток» можно использовать и как преимущество для получения отливок с дифференцированным содержанием углерода в противоположных частях отливки. Из перечисленного ранее остался последний вариант направления вакуума - вертикально в верх. Вектор вакуума вертикально в верх совпадает с вектором подъёма зеркала жидкого металла в отливке и вектором естественного движения газовой фазы известного «зазора» по всей её высоте. В этом варианте основная газовая фаза в «зазоре» с помощью вакуума постоянно прижимается к кромке фронта газификации пеномодели, а не к зеркалу жидкого металла, как в первом варианте. В результате чего предпосылок для науглераживания зеркала жидкого металла значительно меньше. Важным моментом этого варианта является стабилизация процесса газификации пеномоделели по всей её высоте в период заливки. Это возможно при постоянстве температуры зеркала заливаемого металла. Такой температурный режим может обеспечить только верхний подвод металла к отливке. При всём указанном, верхний подвод жидкого металла в начальный момент заливки «прожигает» канал от воронки до объёма пеномодели, обеспечивая таким образом дополнительную возможность для выхода газов из «зазора». Приведенная автором векторная технология, при всей её простоте, обеспечила постановку на производство отливок третьей группы ГОСТ 977 и отливок спецназначения. Оптимальным развесом литья для данной технологии является 50...250 кг. Для мелкого литья необходимы соответственно и малые контейнеры, что не всегда оправдано. При крупных отливках не всегда возможно, без применения специальных мероприятий, выдержать все требования технологии из - за производственного ограничения по габаритам контейнера. Неотъемлемым приложением данной векторной технологии являются: технология газовакуумных полей и векторная технология газоходных каналов в пеномодели, освещение которых не входит в объём данной статьи.

Примечание: Автор умышленно упростил изложенное для понимания в широких кругах литейщиков. Для реализации же указанной технологии необходимо иметь двухтактные вибостолы с частотой виброуплотнения 100 Гц, обеспечивающие плотность 1,75...1,8 т/м3  и двухконтурные контейнеры 900 - серии, а также набор соответствующих технологических приёмов для каждой группы отливок. Кроме указанного ещё необходимо привлечение компетентных специалистов, имеющих практический опыт работы с этой технологией. Но достигаемые при этом 2...3% брака для стального литья третьей группы ГОСТ 977 оправдывают все усилия.