УДК 621.74.045
, *****@***ru
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ОТ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ ПО ПЕНОПЛАСТОВЫМ МОДЕЛЯМ К ЛИТЬЮ ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ
Литейное производство металлических заготовок является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса, и от его развития зависят темпы развития машиностроения в целом. Привлечение криотехнологии в литейное производство прежде всего связано с заменой органических материалов для изготовления одноразовых литейных моделей, либо связующих для песчаных литейных форм, на лед в целях повышения экологической безопасности производства. Параллельно с совершенствованием технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ, Lost Foam Casting Process) из пенополистирола во ФТИМС НАНУ (г. Киев, Украина) под руководством проф. разрабатывается концептуально связанный с ЛГМ (использующий ту же модельную и формовочную оснастку) способ получения металлотливок по одноразовым моделям изо льда как конструктивного или матричного материала с незначительными добавками или примесями.
В ходе создания научных основ криотехнологии модельного производства и технологического процесса пропитки жидкостью растаявшей модели песка формы (при сохранении очертаний литейной полости на месте растаявшей модели) проводятся исследования тепломассообменных, и физико-химических процессов. На основании исследований гидродинамики проникновения жидкого продукта деструкции ледяной модели в толщу сухого песка вакуумированной формы под действием перепадов газового или гидростатического давления и концентрации модельного материала предложены три способа изготовления оболочковых форм с использованием связующих холоднотвердеющих композиций. В первом - модель служит носителем связующего, а облицовочная или единая песчаная смесь содержит отвердитель. Во втором - модель служит носителем отвердителя, а песок - связующего. В третьем - модель состоит из чистой воды (наиболее экологически благоприятный вариант), и расплав модели не вступает в реакции, приводящие к отверждению формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего (например, в виде порошка), но без него эти реакции не идут. При засыпке песка в контейнер с моделью, виброуплотнении и последующим получении такими способами оболочковых форм в состав оболочки достаточно вводить 0,3...0,4% связующего от массы песка в контейнере, что примерно на порядок меньше, чем имеется в традиционных формах из холоднотвердеющих песчаных смесей.
Разработка составов замораживаемых водных связующих композиций, один компонент которых находится в модели, а другой в окружающей ее песчаной смеси показала приемлемую технологичность получения оболочек для ледяных моделей из раствора жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 при содержании в песчаной смеси быстротвердеющего цемента. Продолжительность твердения оболочки с начала таяния модели составляет от 6 мин. и более, она лимитируется временем полного расплавления модели, после чего остаток модельной композиции можно вылить из формы с затвердевшей оболочкой, а оболочковую форму направить на подсушку, либо заливку металлом в вакуумируемой форме.
Разработанные способы нанесения на ледяные литейные модели синтетической пленки или получение коркообразных покрытий как оболочковых форм с герметизирующими и противопригарными свойствами позволили достичь условий стабильной устойчивости песчаной поверхности рабочей полости формы (изначально получаемой из сыпучего несвязанного песка) после растаяния модели. Получены из черных и цветных металлов отливки шестерен и полумуфт как при формовке одной ледяной модели со стояком, так и блока из двух моделей. Такое применение криотехнологии для литья металлов по одноразовым моделям исключает или минимизирует расход связующего в литейной форме, исключает органические (газифицируемые или выплавляемые) модели заменой из на ледяные и позволяет отнести разработки такой технологии к тематике работ благоприятствующих сохранению окружающей среды.
