Статьи

Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)

Мы рассмотрели специфические процессы образования дефектов, присущие для вакуумно-пленочной формовки, при условии, что все необходимые требования и рекомендации к оборудованию, материалам, технологии и условиям эксплуатации выдержаны.

Для ликвидации таких дефектов как пригар, пористость, газовые раковины, засор, обвал формы и другие, рекомендуется применять разработанные автором способы:

— способ предварительной термической обработки рабочей поверхности формы;
— способ формовки по спаренным моделям;
— способ изготовления стержней по технологии вакуумно-пленочной формовки;
— способ литья по вакуумно-пленочным моделям;
— способ производства отливок без стержней с использованием пенополистироловых вставок.

Способ предварительной термической обработки рабочей поверхности формы

Технология вакуумно-пленочной формовки, разработанная с использованием синтетической пленки, контактирующей с жидким металлом в форме в процессе ее заливки, предполагает поверхностное загрязнение металла продуктами ее разложения.

Предлагаемый способ предварительной термической обработки рабочей поверхности формы, предназначенный для предотвращения прямого контакта жидкого металла с облицовочной пленкой в процессе его заливки (Рис. 1), позволяет многократно снизить вероятность появления таких дефектов как, пористость, пригар, засор, снизить вероятность размыва и местного разрушения формы.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 1. Процесс заливки металла в форму.

Предлагаемый способ предварительной термической обработки формы, предполагает введение дополнительной операции при изготовлении формы — оплавление облицовочной пленки рабочей поверхности формы (полуформы). Оплавление пленки производится путем нагрева рабочей поверхности формы с использованием, к примеру, существующего нагревателя пленки и возможной доработкой труднодоступных мест поверхности вручную, к примеру, высокотемпературными (до 200-300 градусов) тепловентиляторами, либо продувкой горячим воздухом внутренней полости собранной формы.

Через поры противопригарного покрытия, за счет вакуума, расплавленная масса проникает в внутренний поверхностный слой формы и на холодных зернах песка кристаллизуется, образовывая, вместе с противопригарным покрытием, герметичную корку (оболочку) толщиной до 5мм. При засасывании продуктов разложения пленки вместе с ней удаляются скопления разделительного слоя, попавшие в пленку при облицовке модели.

Термическая обработка поверхности проводится кратковременно для избегания глубинного нагрева формовочного песка и засасывания продуктов разложения (оплавления) пленки в вакуумную систему, что может привести к разгерметизации формы. Термическая обработка в процессе изготовления формы позволяет визуально определять время необходимое для удаления пленки с каждого участка формы, что очень важно из-за наличия разных толщин облицовочной пленки и противопригарного покрытия на поверхности формы, а также не одинаковой пористости слоя противопригарного покрытия. При появлении дефектов литья в одних и тех же частях поверхности полости формы, рекомендуется производить термическую обработку только этих проблемных участков, для устранения предпосылок образования в них дефектов.

Кроме этого, для повышения прочности и термостойкости проблемных участков полости формы, местная термическая обработка может выполняться с дополнительным наложением мерных кусков облицовочной пленки (местной облицовки) на проблемные места, для создания более толстого (до 10мм.) защитного слоя оболочки (смола + формовочный песок + противопригарное покрытие). Куски мерной облицовочной пленки рекомендуется применять темного (черного) цвета, для обеспечения ее преимущественного местного разогрева (по отношению к основной облицовочной пленки светлого цвета) до пластического состояния.

Скорость разогрева черной пленки примерно в 3-4 раза быстрее скорости разогрева прозрачной пленки, в виду ее повышенной теплоаккумулирующей способности.

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 2. Процесс заливки металла в форму после термической обработки ее внутренней полости.

При заливке формы с термически обработанной полостью, металл контактирует непосредственно с противопригарным покрытием (Рис. 2). Застывший продукт оплавления синтетической пленки (смола), находящийся в слое формовочного песка и противопригарного покрытия, нагревается медленней, чем облицовочная пленка в форме без термической обработки. Увеличивается температурная стойкость формы, то есть повышается время герметизации формы при заливке ее металлом, предотвращая возможные разрушения формы от ее разгерметизации (обвал формы), повышая стойкость поверхностного слоя к проникновению жидкого металла в его поры (пригар).

Продукты последующего разложения материала синтетической пленки (выделяющийся газ и смола), образующиеся в поверхностном слое формы, под действием высокой температуры и вакуума, беспрепятственно удаляются в вакуумную систему. Выделяющийся газ не контактирует с жидким металлом, что предотвращает возможность их смешивания, приводящего к образованию дефекта пористость. Кроме этого, за счет предварительной термической обработки формы происходит дополнительная сушка противопригарного покрытия и удаляется из него остаточная влага, что снижает вероятность выделения газов из противопригарного покрытия в полость формы.

Улучшается жидкотекучесть металла, снижающая скорость образования поверхностной корки металла внутри формы, что улучшает процесс переноса остатков продуктов термического разложения пленки, потоком металла, из зоны кристаллизации.

Время и температура термической обработки подбираются опытным путем, так как они напрямую зависят от свойств, используемых при формовке расходных материалов, конструкций применяемого оборудования и оснастки, разработанной литейной технологии и существующих режимов производства.

Способ формовки по спаренным моделям (ФСМ)

Использование вакуума в сочетании с сыпучими формовочными материалами без связующих в литейном производстве привело к созданию новых направлений технологических разработок для создания условий получения большой номенклатуры качественного литья.

Развитие и совершенствование основополагающих литейных технологий, использующих вакуум и сухой формовочный материал без связующих, таких как «Вакуумно-пленочная формовка» и «Литье по газифицируемым моделям», имеющих целый ряд преимуществ перед существующими технологиями, уже на сегодняшний день, позволяют на практике дополнительно использовать, новые, ранее не применявшиеся литейщиками, способы получения форм и стержней.

Предлагаем рассмотреть новый способ производства литейных форм, разработанный при участии автора: — «Вакуумно-пленочная формовка по спаренным моделям».

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 3. Подмодельная плита со спаренными моделям.

Способ «Вакуумно-пленочной формовки по спаренным моделям» основан на применении специальной подмодельной плиты с двумя моделями, размещенными соосно с противоположных сторон плиты и вакуумных полуконтейнеров (вместо опок). Подмодельная плита с моделями представляет собой пустотелую двухкамерную плиту с вентами (щелями) (Рис. 3).

Подвод вакуума к каждой из камер осуществляется отдельно. Подмодельная плита закреплена подвижно на центральной оси, с возможностью ее поворота не менее чем на 180 градусов С. Поочередно поворачивая подмодельную плиту и подключая вакуум к камерам, облицовывают модели пленкой с двух сторон. Затем производят окраску поверхностей противопригарным покрытием и его сушку. Подмодельную плиту поворачивают вертикально и с двух сторон к ней подводят полуконтейнера (Рис. 4). Полуконтейнеры и подмодельная плита базируются между собой с помощью штырей и втулок.

Полуконтейнера скрепляют между собой. В образовавшийся пустотелый ящик (контейнер), состоящий из двух полуконтейнеров и подмодельной плиты между ними, загружают формовочный материал и виброуплотняют его. Подключают вакуум к полуконтейнерам и сверху укладывают пленку контр лада. Затем разрезают пленку контр лада по торцу верхней части подмодельной плиты. Отключают вакуум от камер подмодельной плиты и подсоединяют их с атмосферой. Раскрепляют полуконтейнера и разъединяют друг от друга. Получаем полуформы (оттиски моделей) (Рис. 5).

Освободившуюся подмодельную плиту с моделями удаляют c места формовки. Готовые полуформы собирают вместе без подмодельной плиты и скрепляют между собой. Форма готова к заливке металлом (рис. 6). При необходимости, перед сборкой, в формы устанавливают стержни, либо другие необходимые элементы литниковой системы формы. При транспортировке залитых форм на выбивку вакуум не требуется.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 4. Сборка подмодельной плиты с полуконтейнерами.

Значительное снижение трудовых и материальных затрат при производстве литья, улучшение условий без дефектного формирования отливок, высокая экологическая безопасность производства — основные показатели данного способа формовки.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 5. Готовая полу форма.
Рисунок 6. Форма в сборе.

Рассмотрим, какие факторы влияют на улучшение условий без дефектного, экономичного формирования отливок, при заливке форм, полученных по спаренным моделям:

  1. Повышение размерной точности отливки без смещения и перекосов в виду точной базировки моделей на одной подмодельной плите и ее одновременной фиксации по штырям и втулкам двух полуконтейнеров (по которым впоследствии собирается форма), при загрузке их формовочным песком .
  2. Полуконтейнера в сборе (литейная форма) представляет собой прямоугольную емкость, вакуумируемых с пяти сторон (с четырех стенок полуконтейнеров и их дна). При заливке формы металлом, происходит равномерное выгорание облицовочной пленки внутри двух полуконтейнеров и одинаковое, не значительное падение вакуума, так как, подсос воздуха в форму происходит только через случайный прожиг верхней пленки контр лада (при отсутствии литниковой чаши, либо отсутствия теплоизолирующего покрытия на поверхности формы) и внутреннего прожига пленки рабочей полости формы. Кроме этого, дополнительный подсос воздуха в форму происходит через зазоры пленок (облицовочной и контр лада) с поверхностями полуконтейнеров (опок). При данном способе формовки, в сравнении с традиционными способами, по технологии вакуумно-пленочной формовки, имеется более плотный контакт пленки с поверхностями полуконтейнеров в виду наличия принудительного прижатия полуконтейнеров к подмодельной плите, что способствует не допущению попадания частиц песка в процессе виброуплотнения формовочного материала между ними. Все это значительно снижает потери вакуума в форме в процессе ее заливки металлом, а также, в дальнейшем, при выдержке формы до отключения вакуума.
  3. В связи с не значительным падением вакуума в форме снижается вероятность обрушения формы (обвал).
  4. При заливке формы металлом используется низкий вакуум, что предотвращает вероятность появления дефекта — пригар, без риска получить обвал формы.
  5. При вертикальном разъеме формы подвод жидкого металла в полость формы осуществляют, как правило, снизу, что позволяет плавно заполняет полость формы. При этом создаются условия меньшего контакта металла с продуктами разложения облицовочной пленки. Выделяющиеся газы удаляются по выпорам и частично отсасываются через стенки формы в вакуумную систему, что снижает риски образования дефектов — пористость, засор.
  6. Сокращается количество пленок на форму — необходимы две облицовочные и одна пленка контр лада (вместо 4х при обычной формовке методом ВПФ)/
  7. Применение способа предварительной термической обработки полости формы, позволит дополнительно повысить стойкость рабочей части формы и снизить вероятность появления всевозможных дефектов литья.
  8. Для получения такой формы:
— требуется только одна формовочная машина;
— вместо операции кантовки полуформ применяется только их наклон;
— применение полуконтейнеров, вместо опок, позволяет осуществлять транспортировку формы на выбивку без подключения к ней вакуума;
— допускается хранение (охлаждение) залитых форм после отключения вакуума в любом доступном месте одна на другой;
— снижается трудоемкость процесса получения литейных форм;
— упрощаются конструкции используемого оборудования и оснастки, а также их необходимое количество, в сравнении с обычной формовкой;
— снижаются производственные площади для размещения участка ВПФ;
— снижается расход вакуума при транспортировке форм на заливку.

Низкая себестоимость производства форм, высокое качество получаемого литья,

экологическая безопасность производства, не высокая стоимость технологического оборудования и оснастки — основные аргументы при выборе необходимого способа формовки.

Способ изготовления стержней по технологии вакуумно-пленочной формовки.

Применение V-процесса, при изготовлении стержней, обеспечивает высокую точность сохранения размеров, благодаря высокой прочности стержня, а также возможности регулирования его необходимой податливости для создания условий нормальной усадки отливки. Снижается вероятность появления таких дефектов как, трещины и коробление.

Это  необходимо при производстве отливок с высокими требованиями к их механическим свойствам — корпуса задвижек, работающих под высоким давлением; крупногабаритные изложницы, основным критерием которых является количество заливов до выхода из строя; корпусные изделия для насосов, двигателей, буксы; гильзы цилиндров и т.п.

Процесс изготовления стержней с использованием технологии вакуумно-пленочной формовки не значительно отличается от процесса изготовления вакуумно-пленочных форм. Главными достоинствами использования таких стержней являются: возможность использования одних и тех же формовочных и расходных материалов, одни и те же подходы для устранения возникающих дефектов, отсутствие сложных для понимания проблем, возникающих на стыке разных технологий (к примеру, ВПФ и ХТС), получение отливок с однородной поверхностью. При этом получаем резкое сокращение времени на выбивку и очистку отливок.

Решаем проблему засоренности формовочного песка отходами стержней, что, в конечном итоге, влияет на качество получаемых отливок. Исключаем возможность появления дефектов литья свойственных, только для других технологий. Получаем отливки с высокой чистотой наружных и внутренних поверхностей. Получаем отливки с минимальными припусками на механическую обработку. Сокращаем объемы выбросов газов и т.д.

Рассмотрим типовую технология изготовления стержней :

(при производстве стержней методом вакуумно-пленочной формовки используют стержневые ящики с вакуумными камерами.)
— Наносят разделительный слой на рабочую поверхность частей стержневого ящика (как минимум двух).
— Подключают вакуум к вакуумным камерам частей стержневых ящиков и облицовывают их рабочую поверхность синтетической пленкой, разогретой до пластического состояния.
— Красят облицованные поверхности противопригарным покрытием и сушат его.
— Производят сборку и скрепление частей стержневого ящика, с одновременной установкой внутреннего фильтра и выводом под соединительного клапана наружу.
— Поворачивают собранный стержневой ящик загрузочной горловиной вверх и производят загрузку формовочного песка с уплотнением его вибрацией. Герметизируют открытую часть горловины (к примеру — пленкой и скотчем).
— Подключают вакуум к клапану внутреннего фильтра стержневого ящика.
— Отключают вакуум от вакуумных камер стержневого ящика и соединяют камеры с атмосферным воздухом (либо подают в камеры воздух под давлением)
— Раскрывают стержневой ящик и вынимают готовый стержень (Рис. 7; Рис. 8; Рис. 9; Рис. 10).
— Производят сборку формы с подключением фильтра к вакуумной системе цеха, либо опоки (Рис. 11; Рис. 12).
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 7. Стержень для отливки «Корпус задвижки».
Рисунок 8. Стержень для отливки «Гильза дизеля».

 

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 9. Крупногабаритный вакуумируемый стержень.
Рисунок 10. Вакуумируемый стержень для корпусной отливки.

При заливке металлом формы с таким стержнем практически исключается вероятность выделения газов, что препятствует образованию пористости и газовых раковин, отпадают предпосылки появление засоров (разве что, от размыва стояка при не грамотной заливке металла, либо не правильно разработанной литниковой системе). Снижаются риски образования дефекта — пригар. Условия формирования отливки после заливки формы металлом, при отключенном вакууме и наличии сыпучего формовочного песка, позволяют максимально снизить вероятность трещинообразования и коробления проблемных мест отливки (Рис. 13; Рис. 14; Рис. 15).

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 11. Форма низа на «Корпус задвижки» с вакуумируемым стержнем.
Рисунок 12. Форма низа на «Гильза дизеля» с вакуумируемым стержнем.

 

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 13. Отливка «Гильза дизеля» полученная с использованием вакуумируемого стержня.
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 14. Отливка «Гильза дизеля» после выбивки.

Внедрение дополнительной операции термической обработки поверхности такого стержня, аналогично для вакуумных форм, позволит повысить его стойкость при заливке формы металлом, снизить вероятность появления в отливках всевозможных дефектов.

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 15. Отливка «Корпус задвижки», полученная с использованием вакуумируемого стержня.

Способ литья по вакуумно-пленочным моделям (ВПМ)

Каждая из известных нам литейных технологий предназначена для получения определенного типа отливок. В настоящее время нет ни одной универсальной технологии, позволяющей получать всю существующую номенклатуру литья. В каждой технологии есть свои ограничения: по размерам, по геометрической точности получаемого литья, по повышенным требованиям к хим. составу отливок, по плотности и т. п.

Существует достаточно много востребованных технологий, успешно используемых на наших предприятиях; литье под давлением, по выплавляемым моделям, по выжигаемым моделям, ХТС, ВПФ, ЛГМ и другие. Применение вакуума и сыпучего формовочного песка при производстве форм, привело к созданию новых способов формования, предназначенных для получения качественного и дешевого литья для определенных групп отливок.

Способ литья по вакуумно-пленочным моделям — процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (высыпанию) формовочного материала из модели (из полости формы), полученной методом вакуумно-пленочной формовки и установленной в форме в сыпучем материале.

Вакуумно-пленочные модели изготавливают путем сборки не менее 2х модельных плит с моделями, покрытыми (облицованными) специальной пленкой типа «сэвилен» (Рис. 16), с установкой внутренних вакуумных фильтров, с заполнением и виброуплотнения полученной полости между моделями сыпучим формовочным материалом (к примеру — песок). После уплотнения формовочного материала, полость между моделями вакуумируется через специальный вакуумный фильтр.

Производится отключение вакуума от модельных плит и одновременно осуществляется подача в них воздуха. После чего подмодельная плиты раскрывают и извлекают полученную модель. Модель красят антипригарным составом и сушат. В дальнейшем, к модели подсоединяют литниковую систему: приклеиванием, припаиванием, обмоткой, или механическим креплением (Рис. 17). Устанавливают модель с литниковой системой в форму (контейнер). Засыпают в контейнер сыпучий формовочный материал и виброуплотняют его. К контейнеру подключают вакуум и отключают вакуум от модели.

Удаляют из модели вакуумные фильтра и модельные части литниковой системы. Затем, путем переворачивания готовой формы, удаляют (высыпают) формовочный материал из модели. Очищают (продувают) полость модели сжатым воздухом от остатков сыпучего материала. Форму поворачивают обратно (Рис. 18). После этого производят заливку формы металлом.

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 16. Подмодельная плита с оттисками моделей, облицованная синтетической пленкой.

В случае необходимости допускается хранение форм без вакуума и без нарушения ее целостности, при условии, что последние операции по удалению вакуумных фильтров, модельных частей литниковой системы и формовочного материала из модели, будут производиться непосредственно перед заливкой форм.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 17. Модель с фильтром и литниковой системой.
Рисунок 18. Контейнер с моделью.

При изготовлении сложных форм моделей, технология ВПМ позволяет использовать элементы других литейных технологий, традиционных и вакуумируемых стержней (Рис. 19).

Данная технология позволяет получать разнообразные модели, к примеру, собираемые из нескольких частей.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 19. Контейнер с моделью и стержнем.

Все остальные технологические операции после заливки форм металлом: выбивка форм, охлаждение и регенерация формовочных материалов производится существующими способами.

Применение сухого песка без связующих, тонкой облицовочной пленки, с одновременным вакуумированием форм при заливке их расплавленным металлом, позволяет обеспечить экологическую безопасность технологического процесса как внутри цеха, так и за его пределами. При этом выбросы газов в цех полностью отсутствуют. Расход облицовочной пленки при технологии ВПМ в два раза меньше, чем при технологии ВПФ. При сравнении с технологией ЛГМ, использующей похожий принцип формования, где полость модели полностью заполнена полистирольной массой, объем выделяемых газов многократно превышает показатели литья по ВПМ.

Формы, изготовленные по данному способу, позволяют осуществлять подвод жидкого металла в любое место будущей отливки, для осуществления равномерного и плавного заполнения полости формы металлом. При этом, создаются условия объемного вакуумирование формы, позволяя эффективно удалять не значительные продукты разложения пленки, снижая вероятность образования пористости. Использование низкого вакуума (условия лучше, чем при формовке по спаренным моделям), позволяет снижать риски появления таких дефектов, как пригар, обвал формы, засор.

Каковы же основные достоинства предложенной технологии литья по вакуумно- пленочным моделям:

— низкая себестоимость получаемого литья — минимальный расход материалов на единицу продукции, простота получения моделей;
— одна из самых экологически чистых литейных технологий;
— высокая точность получаемых отливок — выше, чем при технологиях ВПФ и ФСП, так как отсутствует вероятность смещения полуформ при сборке, кроме того, модель перед установкой в контейнер подвергается визуальному осмотру и устранению возможных нарушений ее конструкции;
— возможность хранения форм в контейнере без вакуума;
— отсутствие загрязнения формовочного материала продуктами горения и остатками использованных моделей;
— возможность получения отливок из черных и цветных металлов и их сплавов без науглероживания и без примесей;
-минимальный расход основных используемых материалов — облицовочная пленка, антипригарная краска, формовочный песок;
— необходимость в небольших основных и вспомогательных производственных площадях — по аналогии с технологией ВПФ.

Основная область применения ВПМ:

— использование данной технологии в литейном производстве наиболее эффективно при получении ответственных, крупных и средних отливок, как при мелкосерийном, так и при массовом производстве;
— при высоких требованиях к их качеству;
— при высоких требованиях к экологической безопасности производства.

Способ производства отливок без стержней с использованием пенополистироловых вставок

Основным элементом литейной технологии является литейная форма, обеспечивающая получение необходимой конфигурации и размеров отливки. Типовые решения разработки литейных технологий для отливок сложной формы, а также пустотелых отливок, предполагают использование стержней, формирующих сложные элементы модели, а также внутреннюю поверхность пустотелых отливок.

Стержни, во время заливки расплава в форму и формирования отливки, со всех сторон окружены металлом и испытывают его тепловое и силовое воздействие, поэтому к стержням предъявляют высокие требования по прочности, податливости, газопроницаемости, огнеупорности и выбиваемости. При этом, стержни, изготовленные по традиционным технологиям, являются носителями вероятного образования целого ряда дефектов, таких как: пригар, пористость, газовые раковины, засоры и т.д.

При использовании стержней, изготовленных методом ВПФ, стойкость формы к образованию дефектов отливок значительно возрастает. К сожалению, использовать такие стержня для единичного и мелкосерийного производства экономически не целесообразно из-за необходимости изготовления опок с специальными местами вывода или подключения вакуумных фильтров стержней к цеховой вакуумной системе либо вакуумной камере опоки. Кроме этого, производство большого количества стержней не большой массы и размеров с подключением их к вакуумной системе технически организовать сложно.

Литье по газифицируемым моделям позволяет получать отливки без стержней, путем использования объемных, пенополистироловых моделей необходимой формы и размеров.

Основными недостатками этой технологии являются:

  1. При прямом контакте жидкого металла с пенополистирольной моделью может произойти возгорание полистирола в полости литейной формы при значительных выделениях газообразных продуктов и сажистого углерода, что приводит к появлению газовых раковин, пористости, а при литье стали еще и к объемному науглероживанию металла.
  1. Требуется дополнительная операция дожигания газа в слое катализатора с учетом того, что объем выделяемого газа из формы, при заливке ее металлом, многократно превышает объем существующей пенополистирольной модели, что крайне негативно отражается на экологической составляющей производства.
  1. Пенополистирольные модели (особенно габаритные), в виду их не значительной прочности и жесткости, при заполнении формы песком и уплотнении его вибрацией, имеют склонность к деформации, что может привести к искажению формы получаемых отливок.

Предлагаемый способ производства отливок без стержней, разработанный при участии автора и апробированный в реальном производстве, соединяет достоинства двух технологий: «Вакуумно-пленочная формовка» и «Литье по газифицируемым моделям».

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 20. Гидроблок.

Рассмотрим последовательность производство форм для пустотелых отливок без стержней на примере отливки «Гидроблок» (Рис. 20).

При проектировании модельной оснастки линию разъема модели (Рис. 21) располагают так, что бы большая часть формы получалась простым смыканием полуформ. Эту часть модели размещают в нижней форме. Вторую часть модели (меньшего размера) изготавливают из пено полистирола. Для формирования внутренней поверхности большей части отливки изготавливают модель верха (методом ВПФ) с учетом установки в ней пенополистирольной части модели (вставки) (Рис. 22).

Форма низа представляет собой полу форму, изготовленную методом вакуумно-пленочной формовки. Для получения формы верха, перед заполнением опоки формовочным песком, на облицованную пленкой модель устанавливают пенополистирольную часть модели. Загрузка песка во внутреннюю часть формы происходит через открытые места («окна») пенополистирольной части модели.

, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 21. Разделение модели по линии разъема формы.

При смыкании форм верха и низа в форме образуется полость, повторяющая форму большей части отливки, а пенополистирольная часть модели, образует не достающую часть отливки (Рис. 23). В случае необходимости, для равномерного поддержания вакуума в полости верхней полуформы, через «окна» пенополистирольной части модели, в форму вводятся дополнительные вакуумные фильтра, подключенные к вакуумной системе опоки.

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
, Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 22. Форма верха с пенополистирольной вставкой.
Рисунок 23. Форма в сборе с пенополистирольной вставкой.

Известно, что температура плавления полистирола находится в пределах 80-120 градусов С, а температура его газификации примерно 560 градусов С. При заливке такой формы, жидкий металл, нагретый до температуры не менее 1200 градусов С, поступает в нижнюю часть формы, и за счет выделяющегося тепла, еще до контакта с пенополистирольной частью модели, находящейся в верхней части формы, расплавляет ее.

За счет отрицательного давления (вакуума) в форме, продукты разложения пенополистирольной части модели всасываются в тело формы, при этом освобождая место для жидкого металла. Продукты разложения пено полистирола, проникая во внутреннюю часть формы, связывают поверхностный слой песка вокруг полости модели в корку, что позволяет упрочнить рабочую часть формы. Стойкость формы, при образовании такой корки, от воздействия на нее потока жидкого металла, возрастает. Это особенно важно для верхней полуформы, получающей прожиг пленок по всей поверхности при заливке форм жидким металлом.

Резкое падение уровня разряжения в форме, а также применение стержней, изготовленных по традиционным технологиям, приводят к появлению разного рода литейных дефектов — обвалы, засоры, нарушение геометрии отливок, газовые раковины, и т.д.

При разработке литейных технологий для целого ряда отливок с высокими требованиями к качеству, в изготовлении которых используются стержни, предлагается вместо стержней использовать пенополистирольные вставки, позволяющие максимально использовать достоинства двух технологий ВПФ и ЛГМ.

Рассмотрим пример отливки «Колесо электровоза», где были применены два разных вида вставок с установкой их, непосредственно на не облицованную часть модели и, уже, на облицованную пленкой модель (Рис. 24).

 , Анализ условий возникновения дефектов литья при вакуумно-пленочной формовке и известные способы их устранения (продолжение)
Рисунок 24. Модель отливки «Колесо электровоза» с пенополистирольными вставками.

В верхней части модели расположен выступающий элемент в виде кольца, не позволяющий производить свободный разъем модели с полу формой. Для получения данного выступа, из пено полистирола изготавливается кольцо соответствующей геометрической формы и размеров. Перед облицовкой модели пленкой, кольцо устанавливается (одевается) на выступающую часть модели. Для формирования средней части модели, имеющей несколько узких, глубоких пазов, также изготавливается пенополистирольная вставка соответствующей формы и размеров. Установка этой вставки производится уже после облицовки модели пленкой, то есть на пленку, и дальнейшие операции по покраске, сушке и загрузке опоки песком, производятся совместно.

При производстве отливок такого типа с использованием традиционных технологий, применяются сложные, массивные стержни, при этом, получить отливки высокого качества практически не возможно. Из-за низкого качества получаемого литья, при существующих методах формования, операции, по выбивке форм и дальнейшей механообработки полученных отливок, имеют высокую трудоемкость.

Использование пенополистирольных вставок, при получении формы отливки «Броня конусная» (Рис. 25), позволяет: значительно снизить трудоемкость производства форм; создать максимальные условия для получения бездефектного литья, основанного на не использовании традиционных стержней; повысить качество поверхности отливки; ускорить процесс очистки отливки после выбивки и снизить трудоемкость окончательной мех обработки отливки.

Рисунок 25. Модель отливки «Броня конусная» с пенополистирольными вставками.

Главным условием применения пенополистироловых частей модели при производстве таких форм, является их расположение в форме. Как и при производстве пустотелых отливок без стержней, расположение вставок (пенополистироловых частей модели) должно быть в верхней части формы, для того, чтобы не допустить прямой контакт жидкого металла с пенополис��ирольной частью модели и его возгорание, и как следствие, появления таких дефектов литья, как науглероживание и пористость.

Применение пенополистирольных вставок при производстве форм позволит полностью отказаться от использования традиционных стержней по целому ряду сложных отливок, снизить трудоемкость работ при сборке и выбивке форм, улучшить геометрическую точность получаемого литья, повысить качество отливок, снизить стоимость литья, повысить экологическую чистоту процесса. Кроме этого, происходит повышение жесткости пенополистирольной части модели (в сравнении с ЛГМ), что значительно снижает риск возможной ее деформации.

К сожалению, отсутствие  достоверной информации по результатам эксплуатации такого оборудования и оснастки, а так же отсутствие центров обучения специалистов, не позволяют литейщикам получать необходимые знания по использованию этих, действительно перспективных технологий.

%d такие блоггеры, как: