,
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
САМОРЕГУЛИРУЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВАКУУМИРУЕМОЙ ПЕСЧАНОЙ ФОРМЕ ПРИ ЛИТЬЕ ПО ОДНОРАЗОВЫМ МОДЕЛЯМ
Проблемы широкого внедрения технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) в производство во многом основываются на недостаточной осведомленности литейщиков и промышленников об этом способе литья, слабом понимании ими довольно несложных принципов замещения модели расплавом металла, роли вакуумируемой песчаной формы в этой операции, его экологических и экономических преимуществ. Вероятно, когда об ЛГМ-процессе будут знать как о сырой формовке и задействуют его в цехах, то он с выгодой для заводов обеспечит не менее 30% тоннажа выпускаемых отливок.
Например, 1 м3 пенополистирола модели весит 25 кг, он замещается 7 т жидкого чугуна, при этом на 1 т литья расходуется 25/7=3,6 кг полимера. Тогда как в формах из смоляных ХТС при потреблении 3% связующего в смеси на 3 т смеси на 1 т литья расход составляет 0,03х3000=90 кг полимерного связующего, или в 90/3,6=25 раз больше. Причем, при ЛГМ форма вакуумируется, и почти все продукты разложения полимера отсасываются из формы, традиционные формы дымят в помещении как ни вентилируй рабочую зону цеха.
В ряде случаев ЛГМ-процесс обладает саморегулирующими свойствами, например, в момент заливки металла, когда перепад давлений уплотняет песок формы и удерживает его от осыпания. Этот перепад состоит из давления газов от газификации модели в полости формы и разрежения 50±10 кПа, обычно создаваемого в толще песка вакуумированием формы. Саморегулирование заполнения формы состоит в том, что, если при заливке в запертой литниковой системе металл слишком быстро газифицирует модель, то рост давления газов от модели тормозит подачу металла внутрь формы, а если газификация медленная, то вакуум формы подсасывает заливаемый металл. Причем, последнее явление вполне пригодно для литья вакуумным всасыванием алюминиевых сплавов при ЛГМ с нижним подводом из печи металла, когда применяемого разрежения в форме достаточно как для удержания песка, так и подъема металла на высоту до 2 м.
Изучение процессов литья по ледяным моделям (ЛЛМ), тающим в полости формы и впитывающимся в песок, освобождая эту полость перед заливкой металла, в ряде случаев позволяет моделировать процессы ЛГМ из пенопластов, которые для алюминиевых сплавов до 80% по массе также впитываются в песок в жидком виде. Разработка нового процесса ЛЛМ на данном этапе следует в концепции ЛГМ, те же пресс-формы помещают в холодильник и замораживают в них воду, получая модели. Однако операция таяния модели в форме происходит под атмосферным давлением, для чего полость формы сообщена каналом выпора с атмосферой.
Наблюдение за таянием модели в вакуумируемой форме под потоком воздуха, засасываемого формой извне, показало, что капельки жидкости почти не стекают с модели, а преимущественно сдуваются струей воздуха и уносятся воздухом к участкам поверхности формы, которые обладают наибольшей газопроницаемостью (эффект присасывания). Далее жидкие продукты модели впитываются и движутся в порах вакуумируемого песка формы также по пути наибольшей проницаемости. При этом, увлажняя наиболее проницаемые места свыше 3%, влага постепенно все больше закупоривает их, и потоки жидкости «ищут» другие проницаемые каналы. Это приводит к тому парадоксу, что, хотя вакуум-фильтр в форме расположен в песке ниже модели, влага в значительной мере поднимается в верхние, менее уплотненные слои песчаной формы.
Такое явление саморегулирования пропитки, когда закупоривается там, где наибольшая пористость, использовали при добавке связующего в замораживаемый модельный материал, что намного усилило залечивающий эффект при уплотнении пористых мест. Крупные молекулы и их конгломераты (мицеллы) клея (декстрина, КМЦ) значительно эффективнее уплотняют песчаные поры, прочно склеивая поверхностный слой песка полости формы, а избыток воды отжимается вакуумом вглубь песка и постепенно высушивается. Так из ледяной модели (за несколько минут для модели до 0,5 кг) получается оболочковая форма, процесс ускоряет повышение разрежения и подача теплого воздуха на модель.
Описанные явления саморегулирования при ЛГМ и ЛЛМ выгодно отличают эти технологии и дают им преимущества для распространения в литейных цехах.
