УДК 621.74.019
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗОВЫХ РАКОВИН В УСЛОВИЯХ ЗАВОДА
,
КузГТУ
Научный руководитель – преподаватель
Проблема повышения качества машиностроительной продукции имеет большое значение в связи с возрастающими требованиями конкурентоспособности. Качество изделий закладывается уже на этапе изготовления заготовок. Именно на эту стадию технологического процесса приходится большая доля брака. Особого внимания требует проблема образования газовых раковин.
Целью исследований стало устранение данной проблемы в условиях литейного цеха завода .
При литье на данном заводе в основном используется сталь 35, а также в небольшом количестве чугун и алюминий. Это объясняется тем, что основная продукция предприятия – анкерная гайка изготавливается из стали 35, а отходы при ее производстве служат материалом для литья.
На данном предприятии применяется технология литья по газифицируемым моделям (ЛГМ).
Технология литья по газифицируемым моделям состоит из следующих этапов [1]:
1) Изготовление модели из полистирола;
2) Окраска модели противопригарным покрытием (возможна предварительная сборка моделей в блоки путем склеивания или припаивания);
3) Формовка модели в опоку на вибростоле (в данном методе литья в качестве формовочной смеси применяется песок);
4) Вакуумирование формы (поверх формы накладывается полиэтиленовая пленка, с помощью вакуумного насоса и системы очистки газов формовочный песок спрессовывается)
5) Заливка металла в форму (стояки также выполняются из полистирола, расплавленный металл газифицирует полистирольную модель (или блок) и занимает ее место);
6) Охлаждение отливки;
7) Чистка полученной отливки.
Литье по газифицируемым моделям является наиболее недорогим и мало загрязняющим окружающую среду способом получения точных отливок. Точность размеров и качество поверхности во много раз выше, чем при литье традиционными способами в формы, полученные в парных опоках. Это достигается путем получения более точной (с учетом усадки металла) одноразовой модели в качественных металлических пресс-формах, соблюдения технологических операций при отсутствии снижающих точность отливки сборки формы и протяжки модели при формовке. Пенополистироловая модель дает точное воспроизведение отливки, позволяет проверить предъявляемые к детали требования по ее размерам и геометрии и без затрат средств до запуска детали в производство ввести необходимые конструкторские коррективы. Особенно такое преимущество ЛГМ проявляется при получении деталей с криволинейными поверхностями, свойственными лопаткам турбин, деталям насосов, коронкам зубьев и др. Еще одним преимуществом является возможность изготовления сложной и/или крупной пенопластовой модели поэлементно несложной сборкой в цельную модель [3].
Гибкость техпроцесса также характеризуется возможностью выбора способа получения пенополистироловых моделей. На заводе модели изготавливают 2 способами:
1) Вырезанием горячей струной из блочного полистирола;
2) Выпеканием в автоклавах. Схема технологических операций получения моделей наиболее распространенным для серийного производства автоклавным способом показана на рис. 1.
Рис. 1 Последовательность технологических операций получения модели автоклавным способом
Как видно из выше изложенного, использование ЛГМ на данном предприятии экономически выгодно и обосновано. Но в процессе литья появились проблемы, а именно газовые раковины. И если в процессе литья из чугуна и алюминия этот дефект проявляется в небольших количествах (менее 5 %), то при использовании основного сырья (стали 35), количество брака с этим дефектом несколько больше (10-70 %). Количество брака варьируется от размеров отливок (только для стали 35, при литье из чугуна и алюминия, размеры отливок на качестве не сказываются). Например, для мелких отливок процент брака составляет 10%, а для деталей, типа фланцев (колец диаметром 50-60 см), процент брака составляет порядка 70 %.
Попробуем разобраться, в чем причина, и почему такое количество брака получается именно при литье из стали.
Как было сказано выше, модели изготавливаются из полистирола. Полистирол под действием тепла жидкого металла переходит в газообразное состояние (частично в жидкое и твердое состояние), в объеме, превышающем объем модели в сотни раз [3]. Значит, основным поставщиком газов, из-за которых возникают раковины, является полистирол. Возникает вопрос, если причина в полистироле, почему же тогда при литье из чугуна и алюминия процент брака небольшой? Ответ на данный вопрос заключается в том, что количество выделения газа полистиролом зависит от температуры [2]. При температуре 800 ºС выход газа составляет 165-175 куб. см, а при температуре 1200 ºС выход газа составляет уже 689-738 куб. см. Температура плавления алюминия 660 ºС, у чугуна 1100-1200 ºС, у стали 1500-1600 ºС. Следовательно, при литье стали выделяется больше всего газов. Кроме того, по представленной ниже формуле, количество выделения газов, зависит от размеров модели [2].
где Q – количество газов;
a – коэффициент выделения газов;
F - площадь поверхностного взаимодействия между металлом и моделью;
T – время заливки.
Таким образом, при литье стали выделяется гораздо больше газов, чем при литье алюминия и чугуна, и используемая на система вытяжки газов (за нее отвечает вакуумный насос), является причиной появления газовых раковин. Вакуумный насос не успевает удалять газы, и чем больше модель, тем больше процент брака.
Для устранения данной проблемы было сделано несколько предложений.
1. Замена вакуумного насоса на более мощный. Но литейное производство на данном предприятии не является основным, и это предложение посчитали не целесообразным.
2. Уменьшение количества выделяемых газов. Для этого были выбраны два способа:
2.1. Уменьшение скорости заливки. Этот способ положительного эффекта не дал, так как заливка происходит в ручную, и существенно уменьшить скорость заливки не удалось.
2.2. Выжиг модели. Этот способ заключается в том, что перед заливкой полистироловую модель, протыкают раскаленным прутом (в данном случае, тем прутом, которым собирают шлак с поверхности раскаленного металла), в результате модель сгорает, газы удаляются вакуумным насосом. Одновременно он затягивает воздух в образовавшиеся пустоты и не дает осыпаться формовочному песку, то есть сохраняет форму. Затем происходит заливка металла. Этот способ оказался довольно эффективным. В результате процент брака, из-за газовых раковин, при литье крупных деталей удалось снизить с 70% до 10-12%.
Результаты данных исследований были использованы на предприятии .
Список литературы
1. Семенова проблем внедрения технологии литья по газифицируемым моделям на предприятии ТРУД» / , // Ползуновский альманах. - 2012. - № 1. - С. 162-164
2. Шуляк по газифицируемым моделям. – СПб.: НПО «Профессионал», 2007. – 408 с.
3. УДК 621.744.072.2 , «Модернизация литейного цеха для производства отливок по газифицируемым моделям».
