Современная технология производства металлических отливок ЛГМ

Аннотация

Данная статья посвящена производству металлических отливок, а также литью по газифицируемым моделям. В ней рассматриваются виды отливок, экологическую безопасность. Также освящены вопросы безопасности пенопластовых моделей.

Ключевые слова: Отливки, модели, безопасность, производство, станки.

Annotation

This article is devoted to the production of metal castings, as well as casting according to gasified models. It considers types of castings, environmental safety. Safety issues of foam models are also consecrated.

Key words: Castings, models, safety, production, machine tools.

Развитие реального производства при сокращении временных и материальных затрат стремится к наукоемким технологиям по выпуску изделий с высокой добавленной стоимостью, т. к. именно они в наибольшей мере используют «человеческий капитал» и позволяют сохранить природные ресурсы.

Литейные цеха обычно относят к наиболее загрязняющим экологию промышленным производствам. В России свыше 77% отливок металлических деталей получают в песчаные формы, которые при традиционных технологиях дают основные выделения газов, загрязняющих атмосферу цеха и в основном состоящих из продуктов испарения и горения связующих материалов формовочного песка, сыпучие отходы формовочных смесей доходят до 4-6 т на 1 т получаемых отливок. По технологии ЛГМ, англоязычное название Lost Foam Casting Process, модели изготовляют из пенополистирола (реже из других пенопластов) и помещают в формы из сухого песка без связующего. За 50 лет со времени своего возникновения годовой объем выпуска отливок в мире этим способом приближается к 1,5 млн. тонн. Хотя этот способ по традиции относят к специальным видам литья, ЛГМ, заимствуя достижения вакуумной формовки и технологии самотвердеющих смесей (ХТС), сегодня имеет отработанную практику получения отливок развесом от 0,1 кг до нескольких тонн, успешно конкурируя и покрывая зону действия всех видов песчаной формовки.

Рыночные отношения жесткой конкуренции в литейном бизнесе с быстрым обновлением продукции вместо массового производства вызывают спрос на мелкие и средние серии отливок с повышенной размерно -весовой точностью. Развитие литейного производства большей частью сопровождается созданием самостоятельных некрупных цехов с гибкими технологиями получения отливок высокой точности и сложности, когда метод ЛГМ оказался наиболее подходящим вместо литья в песчано-глинистые формы, по выплавляемым моделям, в металлические формы или других способов.

В этом способе литья получить модель отливки означает уже наполовину получить саму отливку из металла. Пенопластовая модель отливки на вид похожа на упаковку от телевизора, или разовую пищевую тарелку, которые штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов. По схожей технологии для серии отливок модели производят из порошка полистирола в легких алюминиевых пресс-формах при их нагреве до 130° С. Для разовых и крупных отливок (иногда весом до нескольких тонн) подходит вырезание моделей из плит пенопласта, а также вырезание на гравировально-фрезерных станках с ЧПУ, большое количество модификаций которых появилось по доступной цене на рынке в последнее время. Модель и полученная по ней отливка имеют высокую точность и конкурентный товарный вид, чему способствует окраска модели быстросохнущей краской с порошком- огнеупором.

Свободно можно видеть 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). Обычно литейщики не привыкли к таким возможностям технологии ЛГМ и качеству литья, стереотипы, заученные еще в институтах, тормозят понимание потенциала этой технологии. По сути, разъемная литейная форма как бы «исчезла» в ее традиционном понимании, ее заменила литейная форма в виде засыпки модели сухим песком в ящике (контейнере). При заливке этой формы металл испаряет модель и собой ее замещает.

Экологическая безопасность технологического процесса обеспечивается исключением из применения токсичных связующих, большого объема формовочных и стержневых песчаных смесей, транспортировки их и выбивки отливок. Например, 1 куб. м пенополистирола модели весит 25 кг, если он замещается 7 т жидкого чугуна, то при этом на 1 т литья расходуется 25/7=3,6 кг полимера. Тогда как в формах из смоляных холодно-твердеющих смесей (ХТС) при потреблении 3% связующего в смеси на 3 т смеси на 1 т литья расход составляет 0,03х3000=90 кг полимерного связующего, или в 90/3,6=25 раз больше. Чтобы пенопластовая модель не дымила в цех, при заливке металла в форму и в период его затвердевания из контейнера отсасывают насосом все газы - разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы. Затем эти газы через трубу вакуумной системы подают для обезвреживания в систему термокаталитического дожигания, где они окисляются до уровня не менее 98% и в виде водяного пара и двуокиси углерода выбрасываются в атмосферу за пределами помещения цеха. Традиционные формы после заливки металлом дымят в помещении как ни вентилируй рабочую зону цеха.

Такое удаление газов из сухого песка формы согласно проведенным измерениям концентраций примесей в воздухе цеха в 10-12 раз снижает показатели загрязнений атмосферы рабочей зоны цеха по сравнению с литьем в традиционные песчаные формы. Формовочный кварцевый песок после извлечения из формы отливок, благодаря его высокой текучести, обычно транспортируют по закрытой системе трубопроводов пневмотранспорта, исключающей пыление его в воздухе цеха. Песок поступает в установку терморегенерации, где освобождается от остатков конденсированных продуктов деструкции пенополистирола, а затем после охлаждения в проходных закрытых охладителях подается опять на формовку при использовании около 97% оборотного песка.

Значительную часть бункеров, трубопроводов и оборудования комплекса по охлаждению и складированию оборотного песка обычно монтируют за пределами помещения цеха у внешней его стены, при этом сухой песок, который не боится мороза, быстрее охлаждается на открытом воздухе. Изолирование в закрытых трубопроводах потока песка, отсасывание из формы и последующее дожигание газов в сочетании с весьма чистым модельным производством дает возможность создать экологически чистые цеха высокой культуры производства. На фотографиях модельного цеха видно, что он похож на консервный или фармацевтический завод, формовочный участок на фото тоже мало похож на «литейку как маленькую шахту».

Технологические потоки и пространственное размещение моделей в объеме контейнерной формы удобно компьютеризировать, а при изготовлении модельной оснастки все чаще применяют 3D-графику для программирования станков с ЧПУ. Возрастающий поток патентной информации свидетельствует о серьезном интересе к этой технологии практически всех ведущих машиностроительных компаний. Созданы, проектируются и внедряются в производство десятки видов конвейерных, оснащенных манипуляторами и линий непрерывного действия, которые хорошо зарекомендовали себя в автотракторном моторостроении, литье трубоарматуры и деталей насосов, корпусов электродвигателей, деталей коммунального машиностроения и др. Однако, чаще создаются небольшие производственные цеха, состоящие из модельного, формовочного, плавильного и очистного участков. Они оснащаются простым оборудованием одинаковым для черных и цветных сплавов.

На первый план развития литейного производства металлических заготовок для индустрии выходят аспекты качества продукции, экологии и повышения уровня технической культуры производства. Промышленники слабо знакомы с одной из перспективных металлургических технологий машиностроения с высокими показателями экологической безопасности - литьем по газифицируемым моделям.

Использованные источники

металлический отливка экологический безопасность

1. Жуковский, С.С. Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси: учеб. пособие для вузов/ С.С. Жуковский, А.Н. Болдина, А.И. Яковлева, А.Н. Поддубного, В.Л. Крохотина. Под ред. С.П. Дорошенко. - Брянск: Издательство БГТУ, 2002. - 470 с.

2. Котиков, Г.А. Основы литейного производства: учебник для вузов/ Г.А. Котиков. Под ред. Г.А. Котиков. - Санкт - Петербург: Высшая школа, 2002. - 204 с.

3. Титов, Н.Д. Технология литейного производства: учебник для машиностроительных техникумов. / Н.Д. Итов, Ю.А. Степанов. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1978. - 432 с.

4. Рощин, М.И. Методическая разработка к практическим занятиям по теории литейных процессов для студентов/ М.И. Рощин, А.Н. Грачёв. - Н.Новгород: НГТУ, 2002. Ч.1. - 27 с. ”

Размещено на Allbest.ru