Статьи

Производство пустотелых отливок без стержней

Правильное использование существующих приемов при разработке технологических процессов изготовления отливок (литейных технологий), является залогом получения литья высокого качества и низкой себестоимости.

Основным элементом литейной технологии является литейная форма, обеспечивающая необходимуюконфигурацию и размеры отливки. Типовые решения разработки литейной технологии для пустотелых отливок, предполагают размещение стержня в форме, которые совместно формируют рабочую  полость отливки необходимой конфигурациии заданных размеров. Стержни, во время заливки расплава в форму и формирования отливки, со всехсторон окружены металлом и испытывают его тепловое и силовое воздействие, поэтому к стержнямпредъявляют высокие требования по прочности, податливости, газопроницаемости, огнеупорности и выбиваемости.

Стержни усложняют форму, увеличивают опасность возникновения брака, повышают стоимость изготовления формы и очистки отливок. Кроме этого, использование стержней при производствеотливок может привести к пригару (при литье черных сплавов), существуют сложности в отводе газов,влияющих на качество отливки (особенно у стержней большой массы) и т.д.

Использование отъемных частей модели вместо стержней — возможно, но только на не большой группеотливок имеющей не значительные поднутрения, выступы и т.п., и не приемлемо при литьекорпусных отливок. При этом применение отъемных частей снижает точность отливок, увеличиваеттрудоемкость получения форм и не рекомендуется для крупносерийного и массового производства.

Рассматривая различия существующих современных технологий: вакуумно-пленочной формовки (ВПФ) илитья по газифицируемым моделям (ЛГМ),  использующих вакуум в процессе получения форм, проанализируем ихдостоинства и недостатки при производстве пустотелых отливок. А именно:

1.       Вакуумно-пленочная формовка:

Предполагает использование традиционных стержней, либо стержней изготовленных по этой жетехнологии ВПФ, что позволяет получать качественное литье, со всеми возможными негативнимипоследствиями их применения в традиционных формах и без таких последствий. При использованиистержней изготовленных вакуумно-пленочной формовкой, с одной лишь важной оговоркой, чтооборудование для производства таких стержней основные производители оборудования для ВПФ непроизводят (требуется разработка специального оборудования, либо усовершенствование ужесуществующего).

2.       Литье по газифицируемым моделям:

Позволяет получать отливки без стержней, путем использования объемной пенополистироловоймодели необходимой формы и размеров. Разовая пенополистироловая модель удаляется(газифицируется) из формы в процессе заливки металлом, который замещает испаряющуюся модель,занимая освободившееся пространство, повторяя конфигурацию и размеры модели.

Основными недостатками этой технологии являются:

— При прямом контакте жидкого металла с п.моделью может произойти возгорание полистирола в полости литейной формы. Горение полистирола происходит со значительным выделением газообразных продуктов и сажистого углерода, что приводит к появлению газовых раковин, а при литье стали -к увеличению объемного науглероживания металла.

— Требуется дополнительная операция дожигания газа в слое катализатора с учетом того, чтообъем выделяемого газа многократно превышает объем пенополистироловой модели.

— П.модели (особенно габаритные), в виду их не значительной прочности и жесткости, при заполнении формы песком иуплотнении его вибрацией, имеютсклонность к деформации, что может приводить к отклонениям от заданных размеров отливки.

Для максимального использования достоинств технологий ВПФ и ЛГМ при производстве пустотелыхотливок, а также устранения их основных недостатков, предлагаем новый принцип конструированиялитейных форм.

Рассмотрим вариант разработки литейной технологии на отливку — «Корпус гидроцилиндра».

(Для упрощения демонстрации технологических переходов, на эскизах не отображены: литниковаясистема, вакуумные фильтра, части модельной и опочной оснастки).

, Производство пустотелых отливок без стержней

Для типовой технологии определяем поверхность разъема формы и модели, расположение и форму стержней.

, Производство пустотелых отливок без стержней

Как видно, при заливке формы жидким расплавом, такая отливка будет формироваться пропорциональнов двух полуформах. Выход газов из стержня, расположенного в полости формы, может происходитьтолько по линии разъема формы в знаковых частях, что явно не достаточно для такого массивногостержня (относительно объема отливки). Кроме этого, процесс выбивки и очистки такого стержня изотливки будет достаточно долгим и трудоемким.

Для того, чтобы объяснить подход к разработке новой технологии на эту же отливку, выполним рядтехнологических переходов:

1. Проведем линию разъема по отливке так, чтобы самую большую ее часть можно было получить в форме простым смыканием двух полуформ, а меньшую (вторую часть) изготовить из пенополистирола.

, Производство пустотелых отливок без стержней

2. Отливка в форме должна максимально располагаться в нижней полуформе, поэтому для формированиянаружной поверхности большей части отливки, проектируем модель низа.

, Производство пустотелых отливок без стержней

3. Для формирования внутренней поверхности большей части отливки разрабатываем модель верха сучетом установки в ней пенополистироловой модели меньшей части отливки.

, Производство пустотелых отливок без стержней

4. Полуформа низа представляет собой типовую полуформу изготовленную методом вакуумно-пленочной формовки. Дляполучения полуформы верха, перед заполнением опоки формовочным песком, на облицованную пленкой модель, в специально предусмотренные в ней места, устанавливаем пенополистироловую часть модели. Загрузка песка во внутреннюю часть полуформы запенополистироловую часть модели(в данной конструкции)  происходит через отверстия в ней.

, Производство пустотелых отливок без стержней

5. Готовая полуформа верха содержит в себе пенополистироловую часть модели.

, Производство пустотелых отливок без стержней

6. При смыкании полуформ верха и низа образуется полость, повторяющая форму большей части модели(отливки) «Корпуса гидроцилиндра», а пенополистироловая часть модели, расположенная в верхнейполуформе, образует не достающую меньшую часть модели.

, Производство пустотелых отливок без стержней

, Производство пустотелых отливок без стержней

7. Для равномерного поддержания вакуума в полости верхней полуформы (особенно за п.моделью)в единичном производстве рекомендуется установка внутренних пустотелых фильтров.

, Производство пустотелых отливок без стержней

Для крупносерийного и массового производства необходимо применение специальных стационарных фильтров, подключенных к вакуумной системе опоки.

, Производство пустотелых отливок без стержней

Каковы же преимущества такого способа получения пустотелых отливок в сравнении с такимитехнологиями как ВПФ и ЛГМ? Давайте рассмотрим:

Известно, что температура плавления пенополистирола находится в пределах 80 — 120 градусов С,а температура его газификации — примерно 560. При заливке формы жидким металлом (нагретогоболее 1200 градусов С), пенополистироловая часть модели, расположеная в верхней полуформе,исключает прямой контакт с металлом. В таком процессе пенополистироловая часть модели, отвыделяющегося тепла рассплава, практически мгновенно превращается в жидкую фазу и за счетотрицательного давления (вакуума) в форме, всасывается в поверхность формы (как при вакуумно-пленочной формовке). При этом надо учесть, что размер части п.модели в форме намного меньшепо объему, чем при ЛГМ на эту же отливку, что значительно снижает ее возможное газовыделение.

Кроме этого, жидкая фаза п.модели за счет вакуума поступает как во внутреннюю часть отливки(«стержня»), так и в наружную, образуя на первом этапе заливки, герметичную корку,предотвращающую форму от возможного разрушения при резком падении вакуума.

Что же мы получаем?

— Отпадает необходимость в дорогостоящих стержнях и уходят проблемы по качеству отливок,связанные с их использованием.

— Ускоряется операция по выбивке отливок от формовочной смеси.

— Значительно снижаются объемы выделяемых газов и объемы их последующего дожига.

— Отсутствует прямой контакт металла с полистироловой моделью, что исключает воз��ожностьвозгорания полистирола, и устраняет основные последствия его горения (газовые раковины и объемное науглераживание металла).

— Увеличивается жесткость полистироловой модели (в сравнении с ЛГМ), что снижает рискдеформации п.модели при формовке (особенно для больших объемных моделей).

Таким образом, при разработке технологических процессов изготовления ответственных отливок, особенно длякрупносерийного и массового производства, необходимо максимально использовать современныетехнологии и новые технические решения, что позволит получать отливки высокого качестваи низкой себестоимости.

(К стати, использование элементов пенополистироловых моделей (ЛГМ) при вакуумно-пленочной формовке в реальном производстве показало очень хорошие результаты).

Опубликовано: ИТБ «Литье Украины», №1 (173) 2015 г.
Стр. 4-7
%d такие блоггеры, как: