ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПАО «КАМЕТ» ООО «Симбирские печи» г.Киев г.Ульяновск ХII съезд литейщиков России Технологические особенности производства стального литья методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) с использованием нового оборудования Андерсон В.А. Котович А.В. к.т.н. инж. г. Нижний Новгород сентябрь 2015 г. 1

Процесс ЛГМ постепенно находит широкое распространение в литейных цехах в России. Наибольшее распространение ЛГМ получил при производстве серого чугуна и алюминиевых сплавов. При применении ЛГМ в стальном литье возникает существенный недостаток-науглероживание до 0,15-0,2% С. Учитывая сталелитейную направленность литейного производства в России, проблема получения качественных отливок методом ЛГМ весьма актуальна. При этом нужно учесть, что процесс ЛГМ в России применяют в небольших литейных цехах. Исходя из этого, целью нашей работы была разработка оптимальных параметров отдельных этапов техпроцесса для стального литья и применение для этих целей нового оборудования и, самое главное, разработка методов контроля на каждом из этапов технологии. 2

Процесс ЛГМ Процесс ЛГМ состоит из двух этапов: получение качественных пеномоделей и сборки их в кластеры; виброуплотнение кластеров наполнителем заливка жидким металлом под вакуумом. Нами была поставлена задача – разработать оптимальные параметры на всех стадиях этих двух этапов и их контроль в условиях мелкосерийного производства, что является крайне сложным по сравнению с массовым автоматизированным производством. 3

I. Технология получения качественных пеномоделей (кластеров) для стального литья При использовании традиционного пенополистирола, благодаря высокому науглероживанию +0,15-0,2 С, получить качественные стальные отливки весьма проблематично. В этой связи наиболее приемлемым являются новые пеноматериалы- сополимеры, которые в своем составе содержат полимер метилметакрилат (РММА) и полистирол (EPS). В состав РММА входит кислород, поэтому при взаимодействии с жидким металлом он сразу же превращается в газ, исключая образование «жидкой фазы», что устраняет указанный дефект - науглероживание Формула РММА: (С Н8О2)-m В настоящее время для ЛГМ производится две марки сополимера: CLEAPOR 500A(производитель Япония); STMMA (производитель Китай).. 4

Подвспенивание сополимера Специально для полвспенивания гранул сополимера и дальнейшего спекания пеномоделей разработано компьютерное управление стандартного автоклава ГП- 100-ПМ. (см.фото) Основным назначением данной системы автоматического управления (САУ) является реализация интерфейса и автоматическое поддержание рабочих режимов пара в стерилизаторе. Данная система позволяет управлять процессом, поддерживая рабочую температуру камеры автоклава. 5

Задув и спекание под вспененных гранул сополимера Для качественного задувка под вспененных гранул было изготовлено новое надувное устройство, которое позволяет равномерно заполнять полости прессформ (см. фото). Склейка моделей В случае простых разъемов моделей целесообразно соединять стыковочные поверхности путем их расплава. Для сложных поверхностей применяется специальный термопластический клей с минимальной газотворностью, что особенно важно для сополимера. 6

Требования к противопригарным покрытиям для стальных отливок При использовании сополимера противопригарное покрытие должно обладать высокой термостойкостью и газопроницаемостью. Таким требованиям отвечает покрытия ASK (Германия) марки Polytop FS3. Равномерность покрытия и оптимальная его толщина достигается путем применения новой краскомешалки, в которой происходит непрерывное перемешивание краски. 7

Технологи я сушки От качества сушки противопригарного покрытия зависит качество отливки.После просушки краска не должна иметь остаточной влажности и трещин. Для выполнения этих требований был разработан специальный сушильный шкаф, в котором достигается необходимая температура С и высокий теплообмен, обеспечивающий влажность не более 16 (см.фото). 8

В ыводы: 1. Разработана и освоена технология и новое оборудование для ручного изготовления качественных моделей из сополимера, а также выбраны параметры контроля на всех стадиях процесса. 2. Оптимальными параметрами процесса являются: качественное подспенивание исходных гранул сополимера до плотности не более г/л и содержание пентана в подспененных гранулах не менее 6,8-7,0 ; выбранные параметры задувка для различных пеномоделей обеспечивают равномерное заполнение гранулами полостей прессформ и качественную структуру моделей после их спекания в автоклаве; 9

правильно подобранное противопригарное покрытие и метод окраски обеспечивают оптимальную толщину краски и ее газопроницаемость; специальное оборудование для сушки окрашенных моделей обеспечивает температуру не менее С и равномерную просушку краски; оптимально разработана литниковая система,которая позволяет получить хорошую проливаемоть блока. правильный выбор конструкции модельного блока (кластера) обеспечивает его жесткость при заполнении наполнителем и последующим виброуплотнением. 10

Комплект оборудования для ручного изготовления пенополистироловых моделей 11

II. Технология формовки и заливки сополимерных кластеров жидким металлом. Выбор оптимальных параметров формовки Цель формовки-равномерно заполнить наполнителем все полости пеномоделей, чтобы обеспечить высокое качество поверхности отливки. Специально для ЛГМ был разработан вакуумный контейнер для формовки и заливки кластеров (см. фото). Контейнер имеет необходимую жесткость, благодаря которой вибрация вибростола эффективно передается на находящийся внутри контейнера наполнитель. Подвод вакуума к контейнеру осуществляется через специальный клапан, распо- положенный в его днище. 12

Оптимальные параметры виброуплотнения Успех данной операции зависит от следующих факторов: жесткой конструкции вакуумного контейнера и его гидравлического прижима к вибростолу; наличия пневмоподушек, на которых происходит виброуплотнение контейнера; специального вибростола, который обеспечивает высокую текучесть наполнителя при вибрации; наличия специального передвижного бункера-дозатора, при помощи которого происходит послойное заполнение. 13

Засыпное устройство Засыпное устройство представляет собой стационарный бункер с шиберным затвором для регулировки потока песка и передвижной дозатор, с помощью которого происходит послойное заполнение контейнера. Количество слоев-от 3 до 5 в зависимости от конструкции. кластера. Данное устройство позволяет контролировать процесс получения постели, установку модельного блока и процесс вибрации. 14

Вибростол Данный вибростол позволяет стабильно добиваться высокой текучести наполнителя при послойном заполнении контейнера. Конструкция данного стола позволяет: производить вибрацию контейнера с использованием гидравлических прижимов к вибростолу в процессе его работы; система управления параметрами вибростола позволяет выбрать оптимальные параметры вибрации, в том числе и амплитуду. Нами были отработаны оптимальные параметры вибрации: коэффициент ускорения - 1,3; частота вибрации - 60 Гц. 15

Система песка оборота Система включает: два камерных пневмонасоса; охладитель-классификатор; систему трубопроводов; шкаф управления. Система полностью работает в автоматическом режиме. Данная система позволяет стабилизировать температуру песка после его заливки жидким металлом, надежно удалять пылевидную фракцию для поддержания высокой газопроницаемости наполнителя.. 16

Вакуумная система Перед заливкой контейнер с наполнителем накрывается пленкой и книжному клапану контейнера подключается вакуумная система. Величина вакуума -0,6-0,8 атм. Вакуум создается системой, состоящей из: вакуумного насоса ВВН1-12; вакуумного ресивера; системы вакуумопроводов для подсоединения вакуума к контейнеру. 17

Комплексно-механизированная линия ЛГМ Все технологические особенности формовки и заливки были нами отработаны на комплексно-механизированной линии, которая была введена в эксплуатацию на новом литейном комплексе ОАО «Сарапульский электрогенераторный завод» (Удмуртская Республика) (см.фото). Производительность – 6 форм/час; Размеры контейнера – 1000 х 1120 х 1100 мм. Опыт эксплуатации показал, что на данной линии можно получить 16 опок в смену с выходом 500 кг годного стального литья. Линией управляет 1 рабочий. 18

19

Анализ результатов качества отливок, полученных по новой технологии На линии была отработана оптимальная технология стальных отливок пяти наименований. Материал-сталь 45Л. Для пеномоделей применяли пенополистирол марки Т185 и китайский сополимер марки $ТММА. Исследования показали, что при использовании сополимера науглероживание составляет +0,03…0,04 С, т.е. науглероживание снижается практически в 10 раз. Отливки имели равномерную структуру и отсутствие карбидов. Сравнительный анализ отливок, полученных методом ЛГМ и ЛВМ, показал практически равноценное качество их поверхности: отсутствовали типичные дефекты ЛГМ, такие, как песчаные и газовые раковины и остатки жидкой фазы. Брак составляет не более 1. 20

Применение новых наполнителей процесса ЛГМ для стального литья Нами были проведены опытные производственные испытания нового перспективного наполнителя для ЛГМ – добыче нефти. Был использован материал CARBOACCUCAST, выпускаемый Копейским ГОКом. Данный материал имеет несколько существенных преимуществ перед кварцевым песком: высокая термическая стойкость; высокая текучесть; округлость гранул составляет 0,9 единиц по сравнению с 0,7 единиц кварцевого песка; отсутствие пылевидной фракции и, как следствие, высокую газопроницаемость. Газопроницаемость карбо керамики составляет ед.по сравнению с кварцевым песком ед. 21

Высокая термостойкость данного материала обусловлена наличием в нем минерала муллита. Данные преимущества позволяют качественно заполнить все полости пеномодели и получить высокое качество поверхности. Проведенные нами промышленные испытания сополимера и карбо керамики подтвердили высокое качество отливок. Были изготовлены отливки из стали 40Х и из высокопрочного чугуна ВЧ50. Отливки из ВЧ50 выдержали давление в 500 атм. В ближайшее время данная технология будет внедрена на Рязанском заводе «Тяжпрессмаш». 22

Экономическая эффективность новой технологии технологию ЛВМ целесообразно применять для отливок массой до 0,5 кг, а отливки по ЛГМ от 0,5 до 30 кг. длительность циклов полученных отливок снижается в 8 раз для ЛВМ (16 часов) и для ЛГМ (2 часа). С учетом стоимости исходных материалов себестоимость отливок, полученных методом ЛГМ в 3-5 раз дешевле ЛВМ. 23

Заключение 1. Отработаны технологические параметры техпроцесса ЛГМ на всех его стадиях в условиях мелкосерийного производства и введено в эксплуатацию новое оборудование. 2. Технология ЛГМ взамен ЛВМ позволяет получить качественные стальные отливки при строгом соблюдении отработанных параметров и их тщательного контроля. 3. Применение сополимерас карбокерамикой делает процесс ЛГМ для стальных отливок и высокопрочного чугуна весьма перспективным. 4. Количество рабочих на участке ЛГМ составляет 4-5 чел. в смену. 24

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ 25

Фотографии моделей отливок, полученных по технологии ЛГМ 26

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ 27

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ 28

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ 29

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ 30

Спасибо за внимание ! ПАО «КАМЕТ» ООО «Симбирские печи» г. Киев, Украина г. Ульновск, РФ Андерcон В. А. Котович А.В. Моб.: Моб.: Тел.: ; Тел/факс: ;