ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПАО «КАМЕТ» г.Киев ООО «Симбирские печи» г.Ульяновск ХII cъезд литейщиков России Технологические особенности производства стального литья методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) с использованием нового оборудования Андерсон В.А. к.т.н. Котович А.В. инж. г. Нижний Новгород cентябрь 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 пеноматериалысополимеры, 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: (СН8О2)-m В настоящее время для ЛГМ производится две марки сополимера: CLEAPOR 500A(производитель Япония); STMMA (производитель Китай). . 4 Подвспенивание сополимера Специально для подвспенивания 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, поддержавая рабочую температуру камеры автоклава. 5 Задув и спекание подвспененных гранул сополимера Для качественного задува подвспененных гранул было изготовлено новое задувное 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 покрытие использовании должно обладать сополимера высокой противопригарное 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 52-54С и высокий теплообмен, обеспечивающий влажность не более 16 (см.фото). 8 Выводы: 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 24-26 г/л и содержание пентана в подспененных гранулах не менее 6,8-7,0 ; выбранные параметры задува 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 52-54С и равномерную просушку краски; оптимально разработана литниковая система,которая позволяет получить хорошую проливаемоть блока. правильный (кластера) выбор обеспечивает конструкции его модельного жесткость при блока 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, распоположеный 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 пескооборота 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 книжнему 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 – 1000х1120х1100 мм. Опыт эксплуатации показал, что на данной линии можна 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…0,04С, 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 карбокерамики составляет 420-450 ед.по сравнению с кварцевым песком-250-280 ед. 21 Высокая термостойкость данного материала обусловлена наличием в нем минерала мулита. Данные преимущества позволяют качественно заполнить все полости пеномодели и получить высокое качество поверхности. Проведенные нами промышленные испытания сополимера и карбокерамики 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 (2часа). 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 качественные ЛГМ стальные взамен ЛВМ отливки при позволяет строгом получить 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» г. Киев, Украина Андерcон В. А. Моб.: +38 067 736 45 93 Тел.: +38 044 422-51-30; Тел/факс:+38 044 400 10 94; E-mail: [email protected] ООО «Симбирские печи» г. Ульновск, РФ Котович А.В. Моб.: 8-905-349-20-71 E-mail:[email protected]; www.simbirsk-furnace.ru 31