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.

Скачать презентацию

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.

 

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 пеноматериалы-сополимеры, 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: (С8Н8О2)-m

В настоящее время для ЛГМ производится две марки сополимера:

• CLEAPOR 500A (производитель Япония);
• STMMA (производитель Китай).

 

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, поддерживая рабочую температуру камеры автоклава.

 

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.

 

Требования к противопригарным покрытиям для стальных отливок

При использовании сополимера противопригарное покрытие должно обладать высокой 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.

 

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 52-54°С и высокий теплообмен, обеспечивающий влажность не более 16% (см.фото).

 

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;
• правильно подобранное противопригарное покрытие и метод окраски обеспечивают оптимальную толщину краски и ее газопроницаемость;
• специальное оборудование для сушки окрашенных моделей обеспечивает температуру не менее 52-54°С и равномерную просушку краски;
• оптимально разработана литниковая система,которая позволяет получить хорошую проливаемоть блока.
• правильный выбор конструкции модельного блока (кластера) обеспечивает его жесткость при заполнении наполнителем и последующим виброуплотнением.

Комплект оборудования для ручного изготовления пенополистироловых моделей

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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...0,04%С, 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%.

 

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.

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».

 

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.

 

Заключение

1. Отработаны технологические параметры техпроцесса ЛГМ на всех его стадиях в условиях мелкосерийного производства и введено в эксплуатацию новое оборудование.
2. Технология ЛГМ взамен ЛВМ позволяет получить качественные стальные отливки при строгом 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.

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ