Литье стали по газифицируемым (выжигаемым) моделям ЛГМ

Литье стали по газифицируемым (выжигаемым) моделям ЛГМ
Заказ литья стали на http://точноелитье.рф
promlitye@mail.ru
По качеству отливки и простоте литье стали по газифицируемым (выжигаемым) моделям ЛГМ является одним из наиболее выгодных, а потому в промышленности он широко применяется. Особенно литье стали применяется для получения точных отливок.

. Преимущество метода в том, что он позволяет производить отливки без ограничений по массе и размерам. Пенопласт, применяемый при стальном литье, имеет специфику, связующую песчаную смесь набивают в опоку под давлением примерно в 50 кПа. Чаще всего данный метод практикуется, когда необходимо сделать детали массой от 100 граммов до двух тонн. Но жестких ограничений на размер деталей нет. Отливки могут использоваться для корабельных двигателей, которые никогда «скромными» размерами не отличались. На каждую тонну металлического сырья расходуется:
1. Песка кварцевого мелкого — 50 кг.
2. Особое противопригарное покрытие — 25 кг.
3. Гранулированный пенополистирол — 6 кг.
4. Плотная полиэтиленовая пленка — 10 кв. м.
Вся формовочная смесь — чистый кварцевый песок без каких-либо дополнительных присадок и добавок. Он может быть примерно на 95−97% использован повторно, что существенно повышает экономичность и снижает себестоимость процесса. Цена литье стали по ЛГМ низкая.
Литье нержавеющий стали по газифицируемым моделям.

Литье стали по ЛГМ. Особенности

Эту технологию можно отнести к группе способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям. Но в отличие от ранее рассмотренных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, замещая испаряющуюся модель, занимает освободившееся пространство в полости формы. Современные варианты технологического процесса заключаются в следующем.
Разовые пенополистирольные модели изготавливают либо засыпкой в специальные металлические пресс-формы (массовое и крупносерийное производство) суспензионного полистирола в виде подвспененных гранул, либо механической обработкой нормализованных пенополистирольных плит (мелкосерийное, единичное производство). Сложные модели делают по частям. Отдельные части и литниковую систему соединяют в единый блок склеиванием или сваркой. Собранную модель окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистирольной моделью (рисунок 7.1, а).
Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу

Схема изготовления отливки стали по газифицируемой модели

Схема изготовления отливки по газифицируемой модели: а — пенополистирольная модель отливки; б — форма, подготовленная к заливке; в — заливка формы, газификация модели; г — отливка с элементами литниковой системы
При изготовлении сложных отливок контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04 — 0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющие жидкоподвижные или сыпучие формовочные смеси.
Приготовленную форму заливают жидким металлом (рисунок 7.1, в). Температура газификации пенополистирола близка к 560 °C, поэтому под действием теплоты заливаемого расплава модель газифицируется. При этом полость формы постепенно освобождается и заполняется металлом.
После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель отделяется от отливки и высыпается, после чего отливка направляется на финишные операции (рисунок 7.1, г). В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.
Главная особенность способа (применение неразъемной формы) определяет основное его преимущество для качества готовых отливок — повышение точности отливок благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а, следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы. Точность отливок при литье по газифицируемым моделям в песчаные формы без связующего и с ним согласно ГОСТ 26645–85 (изм. № 1, 1989) соответствует точности отливок, полученных в кокиле или в облицованном кокиль со стержнями.
В настоящее время литье по газифицируемым моделям чаще всего используется со следующими целями:
изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;
изготовление сложных отливок из черных и цветных сплавов массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства. К таким отливкам можно отнести, например, отливку типа «блок цилиндров» для автомобильного двигателя.
Модельные материалы. Материалом для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетический полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. Применяемые для изготовления моделей гранулы вспенивающегося полистирола представляют собой полупрозрачные или белые непрозрачные шарики диаметром до 3,2 мм с внешней твердой полистирольной оболочкой, внутри которой находится жидкая фаза — изопентан. Чем тоньше стенки модели, тем мельче должны быть гранулы вспенивающегося полистирола. При нагреве до 27,9оС изопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80 — 90оС полистирольная оболочка размягчается и под действием давления газа деформируется. При этом объем гранул увеличивается в 10 — 40 раз. Этот процесс называется «вспениванием гранул полистирола». При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную массу, точно воспроизводящую конфигурацию ограничивающей ее рост конструкции.
Для изготовления отливок по газифицируемым моделям пенополистирол должен обладать следующими свойствами:
при плотности 20 — 30 кг/м3 иметь достаточную технологическую прочность (0,1 — 0,2 МПа), чтобы сохранять размеры и конфигурацию моделей в процессе их изготовления, хранения, транспортирования и формовки;
на всех стадиях технологического процесса иметь минимальную и стабильную усадку (0,15 — 0,2%);
обладать достаточной скоростью газификации, чтобы заливаемый металл успевал заполнять полость формы до начала его затвердевания;
при газификации разлагаться с минимальным содержанием коксообразующих продуктов во избежание появления засоров в отливках.
Изготовление газифицируемых моделей. Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание исходных гранул вспенивающегося полистирола в свободном состоянии и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы — получение модели.
Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью), которая определяет прочность модели и качество поверхности. Вспенивающая способность гранул заданной дисперсности определяется температурой и временем тепловой обработки (рисунок 7.2).
Рисунок 7.2 — Увеличение объема гранул пенополистирола (V) в зависимости от температуры (цифры у кривых) и продолжительности подвспенивания (t): сплошные линии — начальный размер гранул 2,5 мм; пунктирные — 1,5 мм
С увеличением продолжительности тепловой обработки объем гранул увеличивается и, соответственно, уменьшается насыпная масса подвспененных гранул. Повышение температуры обработки приводит к сокращению времени, при котором гранулы достигают максимального объема. Но при температурах выше 95оС процесс становится нестабильным и передержка гранул приводит к потере их активности и усадке. Это связано с увеличением скорости деформации полистирольной оболочки гранул при повышении температуры, в результате чего стенки отдельных ячеек гранул разрушаются и происходит потеря порообразователя.
На предприятиях с небольшим объемом производства предварительное вспенивание целесообразно проводить в горячей воде. Для этого исходные гранулы полистирола помешают в воду при температуре 95 — 100оС и выдерживают в течение 1 — 10 мин при постоянном помешивании, чтобы обеспечить равномерность тепловой обработки и исключить слипание гранул. После выдержки, необходимой для подвспенивания гранул до заданной насыпной массы, их извлекают и засыпают на стеллажи с сетчатым дном для просушивания и выдержки на воздухе.
Для нагрева гранул при предварительном вспенивании применяют также обработку паром и токами высокой частоты. В условиях крупносерийного и массового производства чаще всего используют перегретый пар.
После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 суток. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается. Для сокращения времени выдерживания подвспененных гранул можно использовать выдержку их при повышенном до 0,2 — 0,3 МПа давлении.
Изготовление моделей в пресс-формах. Процесс заключается в повторном нагреве подвспененных и активированных гранул полистирола, помещенных в пресс-форму, в результате которого они окончательно вспениваются и спекаются между собой, образуя пенополистирольную модель отливки.
Подготовленные гранулы засыпают или задувают сжатым воздухом в смазанную специальной смазкой рабочую полость пресс-формы так, чтобы они полностью заполнили ее объем. Смазками служат: раствор синтетического термостойкого каучука, силиконовая жидкость, глицерин.
Нагрев гранул в крупносерийном и массовом производстве целесообразно проводить способом так называемого «теплового удара»: перегретый пар с температурой 125 — 135оС под давлением 0,2 — 0,35 МПа подают непосредственно в пресс-форму, заполненную гранулами полистирола. Проходя между гранулами, турбулентный поток пара интенсивно вытесняет воздух, находящийся в порах засыпки, и равномерно по всему объему нагревает полимерный материал, который окончательно вспенивается. Образующийся конденсат под действием расширяющихся гранул отжимается к стенкам пресс-формы и удаляется через специальные дренажные отверстия.
При небольших объемах производства чаще используют более простые, но менее производительные способы:
ванный, когда пресс-форма с подвспененными гранулами помещается в ванну с водой, нагретой до кипения. По окончанию процесса пресс-форму охлаждают в проточной воде;
автоклавный, когда перфорированная пресс-форма, заполненная гранулами, помещается в автоклав, куда подается «острый» пар под давлении 0,13 — 0,145 МПа при температуре 105 — 115оС. Перфорация пресс-формы в виде отверстий в стенках диаметром 0,35 — 1,5 мм, а лучше щелей шириной 0,25 — 0,5 мм служит для подачи пара внутрь пресс-формы, а также для удаления воздуха и конденсата во время расширения и спекания гранул.
Изготовление моделей из пенополистирольных плит. В качестве материала используют готовые пенополистирольные плиты марки ПС-Б и ПС-БС с габаритами до 1000 * 700 * 100 мм. Плотность плит 20 — 25 кг/м3, напряжения на изгиб 0,09 — 0,23 МПа при 5%-ной деформации; остаток после испарения образца не более 2 мас. %; скорость плавления около 25 мм/с.
Пенополистирол легко обрабатывается на обычных деревообрабатывающих станках. Чистовую обработку ведут при больших скоростях резания и малых подачах, используя инструмент с мелкой насечкой, тонкие наждачные круги и шлифовальную шкурку.
Одним из способов обработки пенололистирола является обработка горячей электронагреваемой нихромовой проволокой. Температура нагрева режущей проволоки должна находиться в пределах 300 — 450оС. Преимущество данного способа заключается в том, что гранулы пенополистирола не выкрашиваются, а оплавляются по поверхности разреза и закрывают поры.
Обычно сложные модели изготовляют из отдельных частей простой геометрической формы с последующим их склеиванием, термической сваркой или сваркой растворением пенополистирола.
Термическая сварка осуществляется с помощью струи воздуха, нагретого до 105 — 130оС. В качестве присадочного материала используют прутки из пенополистирола. Наплывы в местах сварки устраняют заглаживанием нагретым инструментом.
Для сварки растворением пенополистирол растворяют в стироле, толуоле, дихлорэтане до достижения консистенции киселя. Полученный состав наносят тонким слоем на соединяемые поверхности, при этом материал модели несколько растворяется. После соединения поверхностей и выдержки в течение 8 — 10 мин под небольшим давлением образуется прочный однородный с материалом модели соединительный шов.
Пенополистирольные модели значительно дешевле деревянных, что особенно важно в единичном производстве. Время, затрачиваемое на их изготовление, в 2 — 3 раза меньше, при этом не расходуется древесина высокого качества.
Собранные модели и модельные блоки покрывают противопригарной краской или суспензией толщиной 0,2 — 2,0 мм. После сушки покрытие предохраняет отливку от пригара и повышает прочность модели.

Литье металла по газифицируемым моделям

Литье металла по газифицируемым моделям — конкурентоспособный производственный бизнес. Инвестиции в новое производство дают прибыль, когда оно основано на новых технологиях. В литейном деле набирает популярность удобная технология, когда получить модель отливки означает уже наполовину получить отливку. Модель отливки — пенополистироловая, такая, как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которых штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов.
По схожей технологии для серии отливок модели производят задуванием порошка полистирола в легкие алюминиевые пресс-формы (весьма простые в изготовлении и часто многоместные) с последующим вспениванием гранул при нагреве пресс-форм. Для разовых и крупных отливок (иногда весом до нескольких тонн) подходит вырезание моделей из плит полистирола нагретой нихромовой проволокой, например, по шаблонам. Модель, затем полученная по ней отливка, имеют высокую точность и конкурентный товарный вид.
Свободно можно видеть, «пощупать» отливку в модели, промерять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок просто не сделать. Отсутствует смещение стержней и форм при сборке (так как отсутствуют сами стержни). Модели красят быстросохнущей краской с огнеупорным порошком, собирают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом. При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. А чтобы модель не дымила в цех при заливке, из контейнера отсасывают насосом газы — разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы.
Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием. Вся формовка состоит из засыпки сухого песка без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм. Акцент внимания перенесен на производство моделей — этих «легчайших игрушек» с плотностью материала 25…27 кг/куб. м, которое обычно «доверяют» женским рукам, часто располагая на втором и выше этажах зданий. Оборотное охлаждение песка ведут в пневмопотоке. Для черных и цветных сплавов используется одинаковое оборудование, которое, благодаря своей несложности, без затруднений производят в Украине (для других видов формовки качественное оборудование надо везти с Запада). Таким способом можно получать отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике на «елке» можно сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве.
Цеха и участки с этой гибкой технологией множатся по всему миру — от Америки до Китая, на заводах General Motors, Ford Motors, Fiat. Сегодня в мире по пенополистироловым моделям производят ~1,4% от всего количества литья (~1 млн. т/год), прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10…20% мирового литья. Институт ФТИМС, г. Киев, десятки лет совершенствуя в этом деле «фирменную» специализацию, спроектировал и запустил ряд участков в России, поставил и внедрил такое оборудование в Польше и Вьетнаме, из последних объектов — цех на 400 т/месяц на ДЗТЛ в Днепропетровске.
Низкие затраты на материалы (всего 4 вида, не применяется в форме связующие) экономит не менее 100 дол./т литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает выход годного 70…85%, экономию по шихте металла на 250…300 кг, электроэнергии 100…150 кВт.ч., массы отливок на 10…20% по сравнению с традиционной опочной формовкой. Особенно крупная экономия при литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественное литье. Капитальные затраты на организацию производства сокращаются в 2…2,5 раза, также как и сроки ввода производства в эксплуатацию.
Опыт запуска цехов до 50…150 т/месяц показал срок окупаемости 9…12 месяцев, притом, что набор оборудования для цехов 10…80 т/месяц отличается мало. Легко разместить такие участки при кузнях, термичках, ремонтных и других цехах. Если создавать или реконструировать литейную, то технология литья по газифицируемым моделям — тот бизнес, в котором металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в высокотехнологичный наукоемкий товар. Не вечно же нам металлолом и чушки продавать за рубеж, имея здесь только сборку и торговлю. Не только в Китае машиностроение поднимается.
В Киеве льют черные и цветные металлы развесом до 500 кг. Литейный цех производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов (латунь, бронза) до 40 т в месяц и выполняет заказы на серийные и разовые детали. Институт ФТИМС проектирует цеха и участки, разрабатывает технологию, поставляет оборудование и оснастку для этих цехов полного комплекта литейного оборудования «под ключ». Принимают заказы для цеха-партнера, 400 т в месяц — точное литье деталей массы (0,2…2000 кг) с минимальной механообработкой без ограничений на форму отливки. Выполняется пуско-наладка всего комплекса поставленного оборудования и внедрение технологии, обучается персонал.
Лучшие технологии конца 20-го века, совершенствуясь, прочно стают на промышленную основу, дают прибыль и привлекают инвестиции в новое производство, определяя его конкурентоспособность.
Металлургическая переработка металлов и литейное производство на постсоветском пространстве имеют давнюю традицию и солидный инженерный опыт. Россия и Украина в конце второго тысячелетия занимали лидирующие позиции в производстве металла и отливок на душу населения. Сейчас выпуск литья уменьшился в несколько раз. Редкостью стали научно-технические институты, которые сохранили инженерные наработки, опыт внедрения конкурентоспособных технологий от проектирования и изготовления литейного оборудования до поставки этого отечественного оборудования заказчику под ключ с выполнением пуско-наладки и отработки технологии в производственных условиях.
Среди созданных в последние десятилетия технологий в литейном деле набирает популярность удобная технология, когда получить модель отливки означает уже наполовину получить саму отливку. Модель отливки производят из пенополистирола, в обиходе чаще называемого пенопластом. Она получается такая, как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которые прочно вошли в наш быт, их штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов. Пенополистирол относится к твердым пенам (как хлеб, например), которые в физической химии определяются как дисперсия газа в твердом веществе, или точнее, ячеисто-пленочная дисперсная система. В нашем случае матрицей служит полистирол, а диспергируется («дробится» и «рассеивается») газ.
По схожей технологии (как при производстве упаковки) для серии отливок модели производят задуванием порошка полистирола в легкие алюминиевые пресс-формы (весьма простые в изготовлении и часто многоместные) с последующим вспениванием и склеиванием гранул при нагреве пресс-форм до 1200 С. Для разовых и крупных отливок, иногда весом до нескольких тонн, подходит вырезание моделей из плит пенопласта нагретой нихромовой проволокой, которая, например, по шаблонам из картона «как по маслу» режет блочный пенопласт. Модель, затем полученная по ней отливка, имеют высокую точность (соответственно, низкую металлоемкость) и конкурентный товарный вид.
Свободно можно видеть, «пощупать» отливку еще в модели, промерять ее стенки, чего при обычной формовке «в опоках в землю» для сложных с несколькими стержнями отливок просто не сделать. Отсутствует смещение стержней и форм при сборке (так как отсутствуют сами стержни), что способствует повышению размерной точности отливок до уровня 7 — 9 класса ГОСТ 26645–85, а шероховатости их поверхности до 12,5…25,0 мкм. Модели красят быстросохнущей краской с огнеупорным противопригарным порошком (обычно получают покрытие толщиной 0,4 — 0,8 мм), собирают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом.
При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. В этой операции замены одного на другое — весь «фокус» или ноу-хау технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ), который определяет ее название по принятой терминологии в литейном производстве и делает ее уникальной. Во всех других способах формовки по модели присутствует предварительная операция ее удаления перед заливкой, а в таком отсутствии удаления модели из формы кроется и «секрет» точности получаемых отливок. Что заформовали, то и отлили в неподвижном окружающем песке. Снятие «копии» с модели происходит одновременно с «превращением» модели в отливку, что шутя можно сравнить с выполнением «фотографии» путем «убиения» оригинала, или как в шахматной партии с жертвой пешки (модели) для выигрыша туры (отливки). Такой подход к литью часто малопонятен отечественным машиностроителям, наши литейщики к такому не привыкли, стереотипы, заученные еще в институтах, не дают увидеть новых возможностей литья, что тормозит распространение ЛГМ.
Чтобы модель не дымила в цехе при заливке, из контейнера обычно отсасывают насосом газы — разрежение поддерживают небольшое, примерно пол-атмосферы в течение до 15 мин. После отключения отсоса газов из формы производят охлаждение отливок в форме обычно еще в течении 10 — 30 мин., а затем отливки с песком высыпают их контейнера и подают для выполнения финишных операций. Можно также лить и без отсоса газов, например, для разовых отливок (крупногабаритных штампов для кузовов автомобильного производства и т. п.) при формовке в жидкостекольные смеси используют трубчатые газовыводные каналы с поджиганием выходящего их них газа от термодеструкции моделей, чем практически полностью переводят этот газ путем горения в двуокись углерода и пары воды без выделения дыма в цех.
Участки модельного производства обеспечиваются модернизированными автоклавным оборудованием с объемом камеры 100…400 л, аналогичные автоклавы чаще всего применяют в фармацевтической и медицинской промышленности. Разработанные усовершенствования по сравнению с серийно выпускаемыми моделями позволяют сократить время спекания моделей до 1,5…2 мин. при температуре 115…1350 С и толщине стенки получаемой по моделям в последующем отливки 5.10 мм и выше. Таким оборудованием сейчас оснащено ряд цехов в Украине.
Для серийного производства отливок поставляются полуавтоматы, цикл производства пенопластовых моделей на которых составляет около 2…3 мин. и которые «взяты» из упаковочной отрасли, где их задействуют для производства фасонной упаковки, легкой тары, а также декоративных, шумо- и теплоизолирующих панелей, декоративных элементов фасада. Практика показывает, что указанное модельное оборудование в действующих литейных цехах нашей страны является наиболее загруженным и часто эксплуатируется в три смены.
Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием (наиболее сложным является упомянутое модельное). Вся формовка состоит из засыпки сухого песка с вибрацией контейнера до одной минуты без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм, свойственных традиционным видам формовки. Акцент внимания перенесен на производство моделей — этих «легчайших игрушек» с плотностью материала 25…27 кг/куб. м, которое обычно «доверяют» женским рукам, часто располагая на втором и выше этажах зданий. Качество выполнения модели в основном определяет качество отливки.
Оборотное охлаждение сухого песка ведут в пневмопотоке, псевдокипящем слое или в более простых проходных охладителях с повторным использованием песка ~97%, а также применяют термическую регенерации песка путем нагревания его в пределах 300…4000 С, при котором происходит дожигание и испарение остатков деструкции пенопласта, осевших на поверхности песчинок. Потери оборота песка составляют просыпи и отсев мелкой фракции для предотвращения его избыточного запыления. Кроме того, применят осаждение в циклонах пыли при прохождении отсасываемых газов из формы и дожигание этих отходящих газов в термокаталитических установках со степенью обезвреживания 98% при выделении в атмосферу газовой смеси из 85% N2, 5% O2, 10% CO2, в которой следы углеводородной составляющей не превышают 0,001%, что в 10 — 15 раз меньше предельно допустимых норм выбросов и, как следствие, существенно улучшает экологию производства.
Для черных и цветных сплавов используется одинаковое модельно-формовочное оборудование, которое, благодаря своей несложности, без затруднений производят в Украине (для других видов формовки качественное оборудование обычно импортируют). Таким способом можно получать отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике на «елке» можно сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве, что служит еще одним «козырем» для литья по пеномоделям.
Создание технологии литья по газифицируемой модели связано с научно-техническая революцией второй половины прошлого века наряду с такими процессами, как вакуумная формовка, непрерывное литье, литье под низким давлением, импульсная формовка и др. Все эти технологии на сейчас подъеме, а цеха и участки с гибкой технологией литья по пеномоделям (Lost Foam Casting — такое ее название на английском) сегодня множатся по всему миру — от Америки до Китая. На заводах General Motors, Ford Motors, Fiat и др. успешно эксплуатируются полуавтоматические и автоматические линии.
В начале истории создания этого способа литья у нас в стране лежит авторское свидетельство СССР № 136014 на изобретение одного из вариантов этого способа, которое в 1961 г. получил наш соотечественник одессит А. Р. Чудновский. С тех пор более полусотни отечественных изобретений «защищают новизну» технологии. В наше время в мире по пенополистироловым моделям производят ~1,4% от всего количества литья — свыше 1,5 млн. т/год, прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10…20% мирового литья. Значительным резервом выглядит рынок стран СНГ, где выпуск литья этим способом не превышает 100 тис. т, а также рынок России, где в 2005 г. произведено этим способом всего 0,1% отливок.

Изготовление пресс-форм для литья стали

Институт ФТИМС НАН Украины (г. Киев), под руководством проф. О. И. Шинского десятки лет совершенствуя эту технологию, как «фирменную» специализацию и одно из направлений научно-технических наработок института, поставляет для литейных цехов типовые комплекты оборудования производительностью 150…5000 т отливок в год.
Расчеты показывают, что созданные литейные комплексы оборудования для литья по газифицируемым моделям только на заводах Министерства Промполитики Украины позволят при монтаже их на реконструируемых литейных предприятиях создать производственные мощности с суммарным выпуском литья свыше 150 тыс. тонн/год, в частности, отливок для авто — тракторной техники, техники для АПК, нефтегазовой промышленности, арматуро- насосостроения и военной техники.
Это оборудование показало стабильную производительность при эксплуатации в цехах Украины, России, поставлено и внедрено такое оборудование в Польше, Румынии и Вьетнаме, из последних объектов — цех на 5000 т/год в Днепропетровске. Технология постоянно совершенствуется, сейчас проектируется оснастка для литья стальных надрессорных балок весом до тонны и габаритами до трех метров в цехе серийного литья деталей вагоностроения для железно-дорожного транспорта. Потенциал технологии настолько значителен, что она позволяет лить не только металлы и сплавы, но и композиты, которые обладают повышенными в несколько раз (по сравнению с простыми сплавами) служебными свойствами, например, триботехническими. Эти новые литые материалы и технологии дают существенное снижение металлоемкости и себестоимости продукции, на что ориентируется современное машиностроение.
Практика эксплуатации организованных институтом производств показывает, что низкие затраты на материалы (всего 4 вида, не применяется в форме связующие) экономят не менее 100 дол. на тонну литья, а размещение отливок по всему объему контейнера сокращает расход шихты металла на 150…250 кг, электроэнергии на 100…150 кВт.ч. Технология литья по пеномоделям имеет следующие технико-экономические показатели, отличающиеся в лучшую сторону от традиционного литья в песчаную опочную форму:
коэффициент использования металла 80−98%
выход годного 65−80%
повышение механических характеристик материала отливок на 10−15%
снижение массы отливок на 15−25%
снижение расхода шихтовых материалов и ферросплавов на 15−25%
снижение расхода формовочных и стержневых материалов на 80 -90%
снижение капитальных затрат, раз 2−2,5
уменьшение производственных площадей, раз 3−4
уменьшение трудозатрат на 30−50%
Трудоемкость финишных операций сокращается на 10…20% при единичном и на 40…60% при серийном производстве. Особенно крупная экономия при литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественные, парковые и другие отливки.
По данным General Motors при производстве блока цилиндров масса его уменьшилась на 15% и трудоемкость механической обработки на 50% по сравнению с традиционным литьем в стержнях, количество головок и блоков цилиндров для автодвигателей, отлитых описываемым способом, достигло 8 миллионов штук. Промышленное освоение серийного литья чугунных блоков автомобильных двигателей стоит на повестке дня отечественного двигателестроения. Технологи ФТИМС сейчас отрабатывают технологию литья по спроектированной оснастке на два вида головок и блоков цилиндров двигателей из алюминиевых сплавов и чугунов.
Для проектирования и изготовления пресс-форм все шире применяют компьютеры, когда по чертежу литой детали с экрана компьютера, благодаря программному обеспечению, в котором заложены нормы и типовые решения проектирования, сразу вырезают из блока на обрабатывающим центре пенопластовую модель пресс-формы, продолжительность операции занимает буквально часы. Затем по этой модели отливают алюминиевую пресс-форму, часто не требующую механической обработки. То есть, таким же способом точного литья получают пресс-форму, каким затем по ней производят модели, и далее отливки.
В Киеве специалисты института льют черные и цветные металлы развесом до 500 кг. Литейный цех опытного производства производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов (латунь, бронза) до 40 т в месяц и выполняет заказы на серийные и разовые детали. Институт ФТИМС комплектует и поставляет оборудование и оснастку для литейных цехов и участков в технологические «цепочки» различной конфигурации, отрабатывает технологию у себя и передает в цех заказчика, где внедрил такое точное литье деталей массой 0,1…2000 кг с минимальной механообработкой без ограничений на форму отливки. Выполняется пуско-наладка поставленного литейного оборудования и шеф-монтаж. Изготовление пресс-форм для моделей (особенно художественных) часто выполняют точным литьем.
Опыт запуска цехов до 50…150 т/месяц показал срок окупаемости 9…12 месяцев, притом, что набор оборудования для мелких цехов 10…80 т/месяц отличается мало. Легко разместить такие участки при кузнях, термических, ремонтных и других цехах. Для предпринимателей, желающих создавать или реконструировать литейный цех, подчеркнем, что технология ЛГМ может стать тем бизнесом, в котором металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в высокотехнологичный наукоемкий товар. ЛГМ относится к высоким литейным технологииям, которые ломают стереотип, что высокие технологии — это обязательно сложные малодоступные производства, и которые позволяют опередить на шаг конкурентов в направлении укрепления собственного машиностроения.
К сожалению, крупные металлургические державы Россия и Украина продолжают продавать за рубеж много металла в чушках, слябах и массивных заготовках, а также лом. Тогда как Германия в 2004 г. экспортировала 31% отливок, полностью импортируя руду и металл. Однако статистика последних лет показывает опережающий рост (на уровне до 25% в год по Украине) обрабатывающей промышленности, что объективно стимулирует переход от продажи металла как сырья к углубленной его переработке, когда без высокоточных металлозаготовок не обойтись. Тем более это выгодно для немногочисленных стран с замкнутым металлургическим циклом, к которым относится Украина. Возрождение отечественного машиностроения базируется на понимании того, что, чем раньше мы станем в детали и машины переводить свой металл, тем быстрее достигнем европейского уровня благосостояния.
promlitye@mail.ru