Вспомним забытые технологии: об изготовлении легковыбиваемых стержней при производстве ажурных, тонкостенных отливок типа тормозных дисков и изоляторной арматуры

Если иметь в виду крупномасштабные объемы производства тормозных дисков для автомобилей, привязанные к крупным заводам автомобильной отрасли, то для этого существуют ранее отработанные и хорошо зарекомендовавшие себя технологии, как привило, на базе «hot-box process» или «cold-box process». И мы не собираемся оспаривать целесообразность их применения в вышеупомянутых ситуациях.

Но могут быть и бывают ситуации, когда автомобильные диски необходимы в небольших объемах, например для ремонтных целей или их замены при износе. Для их производства в этом случае экономически невыгодно применять классические технологии, положительная экономичность которых связана с большими объемами производства этих отливок. Но если объемы производства будут небольшими, то производство таких дисков может быть убыточным.

Описываемая в настоящей публикации технология как раз касается такой ситуации.

Для изготовления автомобильного тормозного диска требуется очень высокопрочный стержень по следующим причинам:

- сам по себе стержень (его конструкция) очень ажурный со множеством радиальных отверстий для циркуляции воздуха и охлаждения диска во время движения автомобиля. Охлаждение диска необходимо в связи с непрерывным периодическим торможением, особенно во время езды в городе в тёплое время, так как торможение связано с трением неподвижных тормозных колодок о подвижный диск, вращающийся вместе с колесом;

- во время изготовления стержня и сборки формы под заливку стержень подвергается весьма чувствительным с точки зрения поломки и манипуляциям. Защитой против возможных поломок стержня является его очень высокая прочность. Достаточной для этого прочностью смеси для стержня является значение ее σр после тепловой сушки или другого способа отверждения порядка 15-20 кгс/см2. Такую прочность могут обеспечить:

- современные синтетические смолы, главным образом в варианте hot-box process;

- высококачественные сорта олифы;

- связующее 4ГУ (П), которое в достатке производится в Украине.

Использование олифы и связующего 4ГУ(П) связаны с необходимостью тепловой сушки стержней.

Отверждение в варианте hot-box process производится теплом, предаваемым отверждаемой смеси от нагретого стержневого ящика при контакте с вдуваемым смесью.

Возможны также и другие варианты связующих, например сочетание лигносульфоната технического (далее ЛСТЖ) и поливинилового спирта (далее ПВС).

Синтетические смолы, обеспечивая очень высокую прочность, вместе с тем как при изготовлении стержней, так и при заливке форм с установленными в них стержнями выделяют весьма токсичные газы в больших объемах.

Ужесточение действующих законов в области охраны окружающей среды, а также постепенная реализация их на практике, все более требуют учитывать экологические аспекты при оценке перспективности предполагаемых для использования литейных технологических прогрессов.

До последнего времени проблема удаления токсичных веществ рассматривалась лишь с точки зрения обеспечения необходимых санитарно-гигиенических условий на рабочем месте, где изготавливаются формы или стержни. С этой целью созданы мощные вентиляционные системы, всевозможные укрытия, средства механизации, различные технологические приемы и технологические добавки, снижающие степень вредного воздействия выделяющихся веществ, но не уменьшающие суммарные объемы вентиляционных выбросов. Вместе с отходами токсичные вещества попадают в почву и в почвенные воды.

В силу исторически сложившихся условий большая часть машиностроительных предприятий с литейными цехами расположена в густонаселенных районах крупных городов. Инфраструктура литейного производства в Украине по своему характеру является открытой системой, основанной на трудоемких, высокоотходных и загрязняющих биосферу технологиях

Состояние воздуха и водного бассейна в литейном производстве практически не контролируется или плохо контролируется, концентрации вредных веществ во много раз превышают допустимые санитарные нормы. После разового употребления свежего песка литейные предприятия вывозят в отвалы большие объемы отработанных смесей, которые содержат остатки неразложившиеся или частично разложившиеся органических смол и других материалов, загрязняющих почву и водоемы.

Вывозимые в отвалы отходы отработанных формовочных смесей, в разной степени подвергавшиеся температурной обработке, качественно расширяют гамму выделяющих токсичных веществ, что в значительной мере затрудняет их идентификацию и требует более разнообразных средств и затрат на детоксикацию вредных выделений.

Созданию прогрессивных технологий сопутствовала постоянная химизация процессов формообразования при отсутствии должного внимания к экологическим проблемам, в результате чего в процессах формообразования широко применяют органические связующие, синтетические смолы, хромсодержащие компоненты и другие соединения, оказывающие вредное влияние на здоровье человека.

Так, на арматурно-изоляторном заводе в г. Славянске (далее АИЗ) в литейном цехе в свое время применялось связующее для стержневых смесей «КО», которое имеет устойчивый запах в процессе изготовления, большую газотворную способность в процессе заливки форм металлом и другие побочные выделения при термодеструкции смесей.

Целью настоящей работы было изыскание экологически чистого связующего, которое бы заменило крепитель «КО» без ухудшения физико-механических и технологических свойств стержней и качества отливок.

В литейном цехе предприятия «Донецкгормаш» в своё время было организовано производство автомобильных тормозных дисков.

После многочисленных экспериментов технологическая служба предприятия с нашим участием изыскала эффективную технологию изготовления тормозных дисков с использованием в качестве связующих других материалов.

После информационного анализа и поиска было решено, что в настоящее время самыми экологически чистыми связующими, применяемыми для изготовления стержневых смесей, отверждаемых тепловой сушкой, являются поливиниловый спирт (далее ПВС) и азотнокислый аммоний (далее АКА) в сочетании с ЛСТЖ.

На основании этих связующих в лабораторных условиях были испытаны физико-механические и технологические свойства более 20 составов смесей. Из двух отобранных оптимальных рецептур смесей были изготовлены стержни по оснастке Славянского АИЗа и «Донецкгормаша». На экспериментальной базе НИИПТмаша были проведены производственные испытания отработанных смесей, получены качественные отливки.

Сотрудниками института на Северодонецком и Невинномысском химических комбинатах были приобретены четыре партии технологических проб ПВС марок ШЛ, В-I-Н, 40/2 и Б-2, и произведены технологические испытания этих марок ПВС с целью разработки рекомендаций по применению  ПВС с учетом его технологических способностей и его практического использования. Произведена технологическая подгонка стержневых ящиков.

Как было отмечено выше, в результате лабораторных исследований были выбраны оптимальные рецептуры смесей.

Составляющие стержневой смеси приводятся ниже.

 Смесь № 1, мас. час.:

Стержневая смесь охарактеризовалась следующими физико-механическими свойствами:

Для центровых стержней использовалась Смесь № 2, мас. час.:

Физико-механические свойства смеси:

Составляющие смеси № 3 для центровых стержней, мас. ч.:

Физико-механические свойства:

Стержневые смеси, изготовленные по вышеприведенным рецептурам, прошли испытания на экспериментальной базе НИИПТмаша. Отливки, полученные с применением вышеуказанных смесей, были годными. Но мы в нашем поиске пошли дальше.

При лабораторных испытаниях было использовано связующее ПВС высокого качества, применявшееся в литейном производстве оборонной отрасли бывшего Советского Союза, обеспечившее прочность σр после тепловой сушки 20 кгс/см2.

Этот же вариант ПВС был использован и в производственных условиях.

Использование комбинированного связующего в виде ЛСТЖ, ПВС и АКК позволило получать ажурные тормозные диски и изоляторную арматуру очень высокого качества.

Авторы:

Канд.техн.наук, почетный литейщик Украины Белобров Е. А., инженеры Карпенкова О.Л.,

Белобров Л.Е., Белобров К.Е., Белобров Е. Л.

КНПП «Формовочные материалы Украины», г. Краматорск

Литье Украины, №4, 2020, с.19-22