Особенности технологии вакуумно-пленочной формовки для литейного производства
ART 85449
П.
В. ГлуховБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Глухов
П.
В.,
Валеев
И.
Э.,
Шапарев
А.
В. Особенности технологии вакуумно-пленочной формовки для литейного производства // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
2241–2245. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85449.htm.
Аннотация. В наше время в литейном деле при формовке сталкиваются с проблемами, такими как невысокая размерная точность отливок, износ используемых моделей, сложность изготовления тонкостенных отливок, большие припуски на механическую обработку, образование раковин в отливках и т. д. Целью нашей работы является исследование технологии вакуумно-пленочной формовки и предотвращение вышеуказанных проблем, что позволит улучшить качество отливок для последующей механической обработки.
Текст статьи
Валеев Ильнар Эдуардович,Студент кафедры «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. Туполева КАИ, г. Набережные Челныdemanolog009@gmail.com
Шапарев Александр Васильевич,Кандидат технических наук, доцент кафедры«Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. Туполева
КАИ, г. Набережные Челны
savin.ia@kaichelny.ru, Shaparev@mail.ru
Глухов Петр Васильевич,Студент кафедры «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. ТуполеваКАИ, г. Набережные ЧелныVirip@yandex.ru
Особенности технологии вакуумнопленочной формовки
для литейного производства
Аннотация.В наше время в литейном деле, при формовке сталкиваются с проблемами такими как: не высокая размерная точность отливок, износ используемых моделей, сложность изготовления тонкостенных отливок, большие припуски на механическую обработку, образование раковин в отливках и т.д. Целью моей работы является исследование технологии вакуумнопленочной формовки и предотвращение вышеуказанных проблем, тем самым улучшить качество отливок для последующей механической обработки.Ключевые слова:формовка, литьё, модель,вакуум.
Технология вакуумноплёночной формовки (ВПФ) медленно завоёвывает своё место среди других литейных технологий. В наше время в литейном деле, при формовке сталкиваются с проблемами такими как: не высокая размерная точность отливок, износ используемых моделей, сложность изготовления тонкостенных отливок, образование раковин в отливках и т.д. Целью данного исследования является изучение технологии вакуумнопленочной формовки и предотвращение вышеуказанных проблем, тем самым улучшить качествоотливок для последующей механической обработки.Данную технологию также называют как Vпроцесс. Важнейшей характеристикой данной технологии является использование сухого кварцевого песка без связующего, а также тонкой пластичной пленки при давлении вакуума от 0,3 до 0,6 бар. Отливки, полученные по Vпроцессу, характеризуются, прежде всего, высоким качеством поверхности и превосходной размерной точностью. При определенных условиях возможен также отказ от обычно необходимого уклона на модели. В отдельных, частных случаях это может устранить необходимость трудоемкой обработки.Описание вакуумнопленочной формовки.Рис.1 Технология ВПФ.
На закрытую камеру, из которой впоследствии удаляется воздух (пустотелый корпус формовочного стола), устанавливается плитас моделями отливки и элементами литниковой системы. Над натянутой на раму термопластичной пленкой (модельной пленкой) находится нагревательное устройство. Подогретая и поэтому пластичная пленка опускается на модель. В формовочном столе, устанавливается вакуум в 0,50,6 бар; пленка натягивается на модель, в точности повторяя ее контуры. После этого сверху на пленку пульверизатором наносится циркониевая противопригарная краска на спиртовой основе.Двустенная, оснащенная вакуумными трубами и всасывающими окнами (с внутренней стороны) опока опускается на модельную оснастку.Опока наполняется обычным сухим песком без связующего пластификата. Контрлад полуформы покрывается полиэтиленовой пленкой. Затем песок уплотняется между двумя слоями пленки посредством вакуума.После отключения вакуума в формовочном столе часть формы, с обеих сторон «закрытая» пленкой и далее удерживаемая вакуумом, снимается с модельной оснастки. Нижняя полуформа изготовляется и поворачивается аналогичным образом. Проставляются необходимые стержни; обе части формы собираются в готовую форму.Для получения отливки полой цилиндрической формы, отдельно в стержневых ящиках, изготавливают стержни. Внутрь засыпают смесь песка и смолы и продувают амином. Такой процесс называют «CoolBoxпроцессом».Пониженное давление поддерживается в процессе заливки и на начальном этапе затвердевания жидкого металла. При заливке пленка испаряется, либо сгорает под влиянием заливаемого металла. Под воздействием вакуума остатки пленки проникают в краску формы и вместе с частицами песка образуют тонкую оболочку, которая упрочняет поверхностный слой формы. Далее этот процесс поддерживается наносимым слоем краски.Для выбивки опоки вакуум отключается, песок «самотёком» высыпается, отливка освобождается для дальнейшей транспортировки.Преимущества вакуумнопленочной формовки:1.Отсутствие износа моделей.2.Возможность изготовления тонкостенных отливок.3.Использование оборотного формовочного песка без связующих.4.Уменьшение припусков на механическую обработку.5.Высокая размерная точность отливок.6.Низкие затраты на зачистку.7.Экологически чистая технология.Недостатки вакуумнопленочной формовки:1.Сложный процесс изготовления литейной формы.2.От начала и до конца технологического процесса используется вакуум.3.Отливки из стали имеют пригар (пенитрация).4.Процесс требует строгого соблюдения всех параметров технологического процесса.5.При механической обработке выявляются газовые раковины (обычно внизу отливки).К великому сожалению, царящий хаос знаний в области вакуумноплёночной формовки, отсутствие не всегда достоверной информации по результатам эксплуатации такого оборудования, отсутствие центров обучения специалистов и необходимого технологического сопровождения предприятий поставщиками оборудования либо специализированными организациями, шаг за шагом разрушает и до того ещё не окрепшее мнение литейщиков о целесообразности внедрения этой, действительно перспективной технологии, имеющей неоспоримые преимущества перед целым рядом других современных литейных технологий.Использование технологии вакуумноплёночной формовки впередовых предприятиях России и других странах уже на сегодняшний деньпозволило организовать выпуск сложных, ответственных отливок высокого качества, таких как отливки запорной арматуры и отливки для РЖД, разработатьуникальные, высокоэффективные литейные технологии на целый ряд отливок пользующихся спросом у потребителей, значительно снизить себестоимость выпускаемого литья и дальнейшей его механической обработки, уйти от использования дорогостоящих стержней, повысить культуру производства, в разы снизить уровень загрязнения производственных помещений и окружающей среды.Тщательная проработка технологий получение отливок, профессионализм при подборе необходимого литейного оборудованиявот залог получения качественного литья. Нельзя одну и ту же, ранее для когото разработанную технологию, слепо использовать в другом месте для получения своих отливок без их детальной технологической проработки, даже если она гдето хорошо работает.Самый распространённый дефект на отливках при литье ВПФ –это газовые раковины внизу отливки, которые вскрываются при механической обработке. Без специальной технологии, брак достигал свыше 50%.Рассмотрим данный дефект на примере отливки «Корпус буксы», отливка изготавливается по ВПФ.
Рис.2 Корпус буксы.
Характер дефекта следующий:
газовая пористость вскрывается после механической обработки;
расположение дефектатолько в нижней части отливки;
газовая пористость чистая, не имеет неметаллических включений;
раковины округлой формы, но разные по диаметру (от 2мм до 8мм).Основные предполагаемые причины возникновения газовой пористости:
высокая дозировка смолы в стержневой смеси;
не раскислённый металл;
переход заливки форм с чайникого на стопорный ковш, увеличение скорости заливки.Методом проб и ошибок пришли к следующему выводу:
газовая пористость никаким образом не связана со стержнями, с качеством металла, с влажностью формовочного песка или краски. Причина была в литниковой системе, в турбулентном течении металла в системе.
Рис.3 Литниковая система (1 вариант с фильтрами)
Рис.4 Литниковая система (1 вариант без фильтров)
Первый поток металла, проходящий через всю литниковую систему, протекает в турбулентном режиме. В некоторых местах он перетекает в ламинарное течение за счёт шлаковика и их тупиков. Но сам гидравлический удар, в момент попадания его в полость формы, ничем заглушить не возможно. В этот момент происходит разбрызгивание жидкой стали, начинает сгорать плёнка и в этовремя поступает огромный поток атмосферного воздуха. В эти первые секунды происходит окисление брызг жидкой стали атмосферным воздухом. В тех местах, где произошло окисление, там и выявляются газовые раковины.После заполнения жидким металлом определеннойчасти отливки, поток металла постепенно превращается в ламинарное течение. По этой причине в верхней части отливки дефектов не наблюдаются.
Рис.5 Литниковая система (2 вариант с фильтрами)
Решение проблемы установить внизу отливки промывник (резервуара для принятия первой порции холодного, окислённого металла и успокоения турбулентного потока). На основе этих выводов литниковая система для отливки «Корпус буксы» была изменена. Процент брака по газовой пористости резко сократился:1.За счёт конструкции литниковой системы, создание оптимальных условий по ламинарному заполнению полости формы (установление промывника).2.За счёт установления оптимального времени и температуры заливки форм жидким металлом. Температура заливки форм не ниже 1580 С.
Ссылки на источники1.MULTIBEST CORPORATION LTD [Электронный ресурс]. —Режим доступа: http://multibest.ru/page103, свободный. Загл. сэкрана. 2. Yam, K. L.,"Encyclopedia of Packaging Technology", John Wiley & Sons, 2009.3. Савин И.А., Акст Е.Р., Савина А.И. Радиационноиндуцированные процессы в чугунах, облучённых потоками ионов азота // Современные научные исследования и инновации,2014.№11[Электронныйресурс].URL:http://web.snauka.ru/issues/2014/11/39532 (дата обращения: 13.11.2014).4. Савин И.А., Методика теоретического расчета поверхностного натяжения металлических расплавов на основе физической модели энергетического состояния жидкости/ Савин И.А., Марков В.В. Нищенков А.В. Плохов С.В. //"Справочник. Инженерный журнал" (с приложением) Издательский дом «Спектр» г.Москва ISSN 0203347X № 5. 2014г. с.4852
Шапарев Александр Васильевич,Кандидат технических наук, доцент кафедры«Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. Туполева
КАИ, г. Набережные Челны
savin.ia@kaichelny.ru, Shaparev@mail.ru
Глухов Петр Васильевич,Студент кафедры «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. ТуполеваКАИ, г. Набережные ЧелныVirip@yandex.ru
Особенности технологии вакуумнопленочной формовки
для литейного производства
Аннотация.В наше время в литейном деле, при формовке сталкиваются с проблемами такими как: не высокая размерная точность отливок, износ используемых моделей, сложность изготовления тонкостенных отливок, большие припуски на механическую обработку, образование раковин в отливках и т.д. Целью моей работы является исследование технологии вакуумнопленочной формовки и предотвращение вышеуказанных проблем, тем самым улучшить качество отливок для последующей механической обработки.Ключевые слова:формовка, литьё, модель,вакуум.
Технология вакуумноплёночной формовки (ВПФ) медленно завоёвывает своё место среди других литейных технологий. В наше время в литейном деле, при формовке сталкиваются с проблемами такими как: не высокая размерная точность отливок, износ используемых моделей, сложность изготовления тонкостенных отливок, образование раковин в отливках и т.д. Целью данного исследования является изучение технологии вакуумнопленочной формовки и предотвращение вышеуказанных проблем, тем самым улучшить качествоотливок для последующей механической обработки.Данную технологию также называют как Vпроцесс. Важнейшей характеристикой данной технологии является использование сухого кварцевого песка без связующего, а также тонкой пластичной пленки при давлении вакуума от 0,3 до 0,6 бар. Отливки, полученные по Vпроцессу, характеризуются, прежде всего, высоким качеством поверхности и превосходной размерной точностью. При определенных условиях возможен также отказ от обычно необходимого уклона на модели. В отдельных, частных случаях это может устранить необходимость трудоемкой обработки.Описание вакуумнопленочной формовки.Рис.1 Технология ВПФ.
На закрытую камеру, из которой впоследствии удаляется воздух (пустотелый корпус формовочного стола), устанавливается плитас моделями отливки и элементами литниковой системы. Над натянутой на раму термопластичной пленкой (модельной пленкой) находится нагревательное устройство. Подогретая и поэтому пластичная пленка опускается на модель. В формовочном столе, устанавливается вакуум в 0,50,6 бар; пленка натягивается на модель, в точности повторяя ее контуры. После этого сверху на пленку пульверизатором наносится циркониевая противопригарная краска на спиртовой основе.Двустенная, оснащенная вакуумными трубами и всасывающими окнами (с внутренней стороны) опока опускается на модельную оснастку.Опока наполняется обычным сухим песком без связующего пластификата. Контрлад полуформы покрывается полиэтиленовой пленкой. Затем песок уплотняется между двумя слоями пленки посредством вакуума.После отключения вакуума в формовочном столе часть формы, с обеих сторон «закрытая» пленкой и далее удерживаемая вакуумом, снимается с модельной оснастки. Нижняя полуформа изготовляется и поворачивается аналогичным образом. Проставляются необходимые стержни; обе части формы собираются в готовую форму.Для получения отливки полой цилиндрической формы, отдельно в стержневых ящиках, изготавливают стержни. Внутрь засыпают смесь песка и смолы и продувают амином. Такой процесс называют «CoolBoxпроцессом».Пониженное давление поддерживается в процессе заливки и на начальном этапе затвердевания жидкого металла. При заливке пленка испаряется, либо сгорает под влиянием заливаемого металла. Под воздействием вакуума остатки пленки проникают в краску формы и вместе с частицами песка образуют тонкую оболочку, которая упрочняет поверхностный слой формы. Далее этот процесс поддерживается наносимым слоем краски.Для выбивки опоки вакуум отключается, песок «самотёком» высыпается, отливка освобождается для дальнейшей транспортировки.Преимущества вакуумнопленочной формовки:1.Отсутствие износа моделей.2.Возможность изготовления тонкостенных отливок.3.Использование оборотного формовочного песка без связующих.4.Уменьшение припусков на механическую обработку.5.Высокая размерная точность отливок.6.Низкие затраты на зачистку.7.Экологически чистая технология.Недостатки вакуумнопленочной формовки:1.Сложный процесс изготовления литейной формы.2.От начала и до конца технологического процесса используется вакуум.3.Отливки из стали имеют пригар (пенитрация).4.Процесс требует строгого соблюдения всех параметров технологического процесса.5.При механической обработке выявляются газовые раковины (обычно внизу отливки).К великому сожалению, царящий хаос знаний в области вакуумноплёночной формовки, отсутствие не всегда достоверной информации по результатам эксплуатации такого оборудования, отсутствие центров обучения специалистов и необходимого технологического сопровождения предприятий поставщиками оборудования либо специализированными организациями, шаг за шагом разрушает и до того ещё не окрепшее мнение литейщиков о целесообразности внедрения этой, действительно перспективной технологии, имеющей неоспоримые преимущества перед целым рядом других современных литейных технологий.Использование технологии вакуумноплёночной формовки впередовых предприятиях России и других странах уже на сегодняшний деньпозволило организовать выпуск сложных, ответственных отливок высокого качества, таких как отливки запорной арматуры и отливки для РЖД, разработатьуникальные, высокоэффективные литейные технологии на целый ряд отливок пользующихся спросом у потребителей, значительно снизить себестоимость выпускаемого литья и дальнейшей его механической обработки, уйти от использования дорогостоящих стержней, повысить культуру производства, в разы снизить уровень загрязнения производственных помещений и окружающей среды.Тщательная проработка технологий получение отливок, профессионализм при подборе необходимого литейного оборудованиявот залог получения качественного литья. Нельзя одну и ту же, ранее для когото разработанную технологию, слепо использовать в другом месте для получения своих отливок без их детальной технологической проработки, даже если она гдето хорошо работает.Самый распространённый дефект на отливках при литье ВПФ –это газовые раковины внизу отливки, которые вскрываются при механической обработке. Без специальной технологии, брак достигал свыше 50%.Рассмотрим данный дефект на примере отливки «Корпус буксы», отливка изготавливается по ВПФ.
Рис.2 Корпус буксы.
Характер дефекта следующий:
газовая пористость вскрывается после механической обработки;
расположение дефектатолько в нижней части отливки;
газовая пористость чистая, не имеет неметаллических включений;
раковины округлой формы, но разные по диаметру (от 2мм до 8мм).Основные предполагаемые причины возникновения газовой пористости:
высокая дозировка смолы в стержневой смеси;
не раскислённый металл;
переход заливки форм с чайникого на стопорный ковш, увеличение скорости заливки.Методом проб и ошибок пришли к следующему выводу:
газовая пористость никаким образом не связана со стержнями, с качеством металла, с влажностью формовочного песка или краски. Причина была в литниковой системе, в турбулентном течении металла в системе.
Рис.3 Литниковая система (1 вариант с фильтрами)
Рис.4 Литниковая система (1 вариант без фильтров)
Первый поток металла, проходящий через всю литниковую систему, протекает в турбулентном режиме. В некоторых местах он перетекает в ламинарное течение за счёт шлаковика и их тупиков. Но сам гидравлический удар, в момент попадания его в полость формы, ничем заглушить не возможно. В этот момент происходит разбрызгивание жидкой стали, начинает сгорать плёнка и в этовремя поступает огромный поток атмосферного воздуха. В эти первые секунды происходит окисление брызг жидкой стали атмосферным воздухом. В тех местах, где произошло окисление, там и выявляются газовые раковины.После заполнения жидким металлом определеннойчасти отливки, поток металла постепенно превращается в ламинарное течение. По этой причине в верхней части отливки дефектов не наблюдаются.
Рис.5 Литниковая система (2 вариант с фильтрами)
Решение проблемы установить внизу отливки промывник (резервуара для принятия первой порции холодного, окислённого металла и успокоения турбулентного потока). На основе этих выводов литниковая система для отливки «Корпус буксы» была изменена. Процент брака по газовой пористости резко сократился:1.За счёт конструкции литниковой системы, создание оптимальных условий по ламинарному заполнению полости формы (установление промывника).2.За счёт установления оптимального времени и температуры заливки форм жидким металлом. Температура заливки форм не ниже 1580 С.
Ссылки на источники1.MULTIBEST CORPORATION LTD [Электронный ресурс]. —Режим доступа: http://multibest.ru/page103, свободный. Загл. сэкрана. 2. Yam, K. L.,"Encyclopedia of Packaging Technology", John Wiley & Sons, 2009.3. Савин И.А., Акст Е.Р., Савина А.И. Радиационноиндуцированные процессы в чугунах, облучённых потоками ионов азота // Современные научные исследования и инновации,2014.№11[Электронныйресурс].URL:http://web.snauka.ru/issues/2014/11/39532 (дата обращения: 13.11.2014).4. Савин И.А., Методика теоретического расчета поверхностного натяжения металлических расплавов на основе физической модели энергетического состояния жидкости/ Савин И.А., Марков В.В. Нищенков А.В. Плохов С.В. //"Справочник. Инженерный журнал" (с приложением) Издательский дом «Спектр» г.Москва ISSN 0203347X № 5. 2014г. с.4852
