lp8_2015

П Р О И З В О Д С Т В О

ISSN 0024-449X

FOUNDRY. TECHOLOGY & EQUIPMENT

Редакционно-издательский совет

Бех Н. И.Председатель Редакционно-издательского совета

ЯскевИч И. А.Заместитель председателя, Главный редактор журнала

АлексАНдРов Н. Н.

АфоНАскИН А. в.

БАст Ю.

БИБИков А. М.

ГАвРИлИН И. в.

евстИГНеев А. И.

куРАков Ю. Г.

МельНИков А. П.

НАйдек в. л.

НеМеНеНок Б. М.

ПАНфИлов Э.в.

ПИРАйНеН в. Ю.

ПоддуБНый А.Н.

софРоНИ л.

ткАчеНко с. с.

ШИНскИй о.И.

ПРОИЗВОДСТВО

МЕЖДУНАРОДНЫЙ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ

ЖУРНАЛ№82015

Издательский дом

«ЛИТЕЙНОЕ пРОИзвОДСТвО»

объявляет подписку на электронные версии журналов

«ЛИТЕЙНОЕ пРОИзвОДСТвО»,

«МЕТАЛЛУРгИя МАшИНОСТРОЕНИя»

«БИБЛИОТЕЧКА ЛИТЕЙщИКА»

(подробнее www.foundrymag.ru )

Литейные сплавы. Отливки

Болдырев Д.А., Сафронов Н.Н. технологические особенности получения чугунов с компактным графитом• Boldyrev D.A., Safronov N.N. Technological features of making compacted graphite iron

Литье в песчаные формы

Иванова Л.А., Наумов В.И., Чернышов Е.А., Кузнецов С.А. свойства жидкостекольных смесей при модифицировании жидкого стекла ПАв• Ivanova L.A., Naumov V.I., Chernyshov Y.A., Kuznetsov S.A. Properties of waterglass-bonded sands when modifying waterglass with surface-active substances

Иванов В.Г., Кузовов А.Ф., Малый А.В., Каргинов В.П., Колос А.А., Дорошенко А.В. универсальная добавка для улучшения выбиваемости жидкостекольной смеси • Ivanov V.G., Kuzovov A.F., Maliy A.V., Karginov V.P., Kolos A.A., Doroshenko A.V.Universal admixture for improving the shaking-out of soluble-glass sand mixture

Грузман В.М. Зачем формовочной смеси газопроницаемость?• Gruzman V.M. Why moldable mixture needs gas permeability?

Васенин В.И., Богомягков А.В., Шаров К.В. определение величины напора в потоке жидкого металла в коллекторе литниковой системы• Vasenin V.I., Bogomjagkov A.V., Sharov K.V. Measurement of head in flow liquid metal in the collector of the gating system

Специальные способы литья

Материалы международной научно-технической конференции «литье 2015»• Proceedings of the international scientific-and-technical conference «Metalcasting 2015»

Кузнецов Р.В., Мартынов К.В., Гоциридзе А.В. Новое алюмосиликатное покрытие для получения качественных кокильных заготовок• Kuznetsov R.V., Martynov K.V., Gotsiridze A.V. New silica-alumina covering for receiving qualitative chill preparations

Бурцев Д.С., Пономарев А.А. Проба для определения жидкотекучести литейных сплавов в ювелирном производстве• Burtsev D.S., Ponomarev A.A. Sample for determining the castability of foundry alloysin making jewelry

CAD/CAM литейных процессов

Марширов В.В., Марширов И.В. Моделирование температурных полей при формировании биметаллических отливок• Marshirov V.V., Marshirov I.V. Simulation of temperature fields during the formationof bimetallic castings

Организация производства

Голенков Ю.В. стержневые технологии и оборудование Laempe на чугунолитейном заводе Германии Fritz Winter• Golenkov Y.V. Core-making technology and equipment by leading iron foundryFritz Winter in Germany

Информация. Хроника

Виктор Борисович Поль. К 80-летию со дня рождения

2

6

10

13

16

18

27

30

33

36

40

с о д е р ж а н и е • C O N T E N T S

ИзДАЕТСя С 1930 г.

2ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО №8/2015


УДК 621.74.02: 669.13

D.A. Boldyrev,N.N. Safronov

Д.А. Болдырев, Н.Н. Сафронов

технологические особенностиполучения чугуновс компактным графитомTechnological features of making compacted graphite iron

На примере чугунолитейного производства ОАО «АвТОвАз» обобщен опыт получе-ния разных марок чугуна с компактным графитом. показано, что получение чугуна вЧ50 со степенью сфероидизации графита (ССг) ≥ 80% гарантировано обеспечивается при соблюдении базового химсостава без легирования и термо-обработки. показано, что соответствующий базовому химсоставу вЧ50, чугун со смешанным графитом – ЧСг (шаровидным и вермикулярным), по меха-ническим свойствам близок к ковкому чугуну (КЧ), а, в отдельных случаях, не уступает высокопрочному вЧ50.

Ключевые словавысокопрочный чугун, модифицирование, микролегирование, микроструктура, механические свойства, отжиг, нормализация.

By an example of the Iron Foundry at OAO “AVTOVAZ” the experience of making various grades of compacted graphite iron has been generalized. It is shown that the production of grade VCh50 iron with a graphite spheroidization degree of ≥ 80% is ensured at observing the basic chemical composition without alloying and heat treatment. It is shown that iron with mixed graphite shapes (spheroidal and vermicular) corresponding to the basic chemical composition of VCh50, by its mechanical properties, is close to malleable iron, and in some cases is not inferior to high-strength VCh50.

Key wordsHigh-strength cast iron, inoculation, microalloying, microstructure, mechanical properties, annealing, normalization.

Аннотация

Summary

В чугунолитейном производстве оао «аВТоВаЗ» ба-зовый чугун для отливок с компактными формами гра-фита – ВЧ50. именно этот чугун послужил основой при решении вопросов диверсификации в материаловедче-ской проблеме выбора чугуна с компактным графитом для производимых отливок. В статье приведён ряд ре-зультатов исследовательской работы по получению раз-ных марок чугуна.

ВЧ50 в чугунолитейных производствах и цехах рос-сийских машиностроительных предприятий – самая

распространённая марка высокопрочного чугуна, так как это продукт наиболее простой и, как следствие, с эконо-мичной технологией получения. Химсостав этого чугуна характеризуется наличием только основных, классиче-ских элементов – C и Si. другие элементы присутствуют в чугуне в ограниченном количестве: Mn – до 0,3%, P – до 0,010% и S – до 0,012%.

Тем не менее, это не препятствует получению требуе-мых параметров микроструктуры: ссГ ≥ 80%, содержа-ние феррита в феррито-перлитной металлической осно-

3 ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО№8/2015


ве ≥ 75% и механических свойств: σ

в ≥ 500 МПа, δ ≥ 7%. Указанные

параметры качества ВЧ50 достига-ются без дополнительного введения в шихтозавалку в процессе приго-товления расплава чугуна и его вне-печной обработке других элементов. отсутствует также необходимость в последующей т е р м о о б р а б о т к е (То) отливок как упрочняющей (нор-мализации), так и пластифицирую-щей (отжига).

из всех марок чугуна ВЧ50 об-ладает наименьшим значением нижнего предела ссГ, а именно – 80%. жёсткость требования высоких значений ссГ для остальных марок ЧШГ обусловлена проблемами ста-бильности получения нормируемых показателей относительного удли-нения в марках ВЧ35 (≥ 22%), ВЧ40 (≥ 15%) и временного сопротивле-ния в ВЧ60...ВЧ100.

другая положительная особен-ность ВЧ50 – его восприимчивость к возможным разновидностям и моди-фикациям базовой технологической схемы ковшового сфероидизирую-щего модифицирования «лёгкими» лигатурами – «сэндвич»-процесса. В чугунолитейном производстве оао «аВТоВаЗ» был апробирован ряд технологических схем, представлен-ных на рис. 1, а...в. исследования показали, что все схемы обеспечили стабильное получение ВЧ50 в отлив-ках [1].

анализ результатов проведённой работы определил заливку сверху и модифицирование в плавящемся контейнере оптимальными техноло-гическими схемами (рис. 1, г, д) [2] из-за низкой трудоемкости и малых затрат на организацию обработки расплава чугуна в ковше «лёгкой» лигатурой.

ряд чугунных отливок, для ко-торых требуются повышенные пла-стические свойства, производят из ВЧ35 и ВЧ40. однако нормируемые значения остаточного удлинения в чугуне этих марок в литом состоянии

получить проблематично, даже при ферритной металлической основе и ссГ ≥ 90%. стабильно высокая пластичность чугунов ВЧ35 и ВЧ40 (δ ≥ 15%) достигается только по-сле То – смягчающего отжига. Параметры режима отжига опреде-ляются особенностями конструкции и габаритов отливок.

для получения деталей кулак по-воротный (рис. 2, а) и корпус под-шипника ступицы заднего колеса (рис. 2, б) легкового автомобиля из ВЧ40, подобран следующий ре-жим смягчающего отжига: 750°C, 2 ч, обеспечивающий стабильное формирование требуемых параме-

Рис. 1. Технологические схемы ковшового сфероидизирующего моди-фицирования ЧШГ «лёгкими» лигатурами (а...в), заливкой сверху (г) и модифицированием в плавящемся контейнере (д)

а

г

б в

д

тров микроструктуры и механиче-ских свойств, что выше эвтектоид-ной температуры - линии ас

1 (PSK).

Практика показала, что именно такая разность температур обеспечивает полное разложение «островков» перлита (≤5%) за 2 ч в пространстве промышленной печи с разбросом температуры ±10°C.

особенности технологического процесса получения чугуна более вы-соких марок ВЧ60...ВЧ100, обеспечи-вающие стабильность показателей структуры и свойств, – дополнитель-ное микролегирование расплава чу-гуна в печи или ковше экономичны-ми и, в то же время, упрочняющими

Рис. 2. отливки: а – кулак поворотный, б – корпус подшипника ступицы заднего колеса

а б



элементами, такими, как Mn и Cu, при раздельном или со-вместном их введении, либо проведение То – нормализа-ции. Такая постановка вопроса характерна для ВЧ60 и ВЧ70.

При получении ВЧ80 и ВЧ100 эти особенности тех-нологии реализуются совместно. ранее было показано [2], что процесс микролегирования может быть частично или полностью совмещён с операцией сфероидизирую-щего модифицирования при обработке расплава чугуна «тяжёлыми» (Ni–Mg, Cu–Mg, Cu–Ni–Mg) или «полутя-жёлыми» (Cu–Si–Mg, Fe–Cu–Si–Mg) лигатурами. если сфероидизирующее модифицирование проводится «лёг-кими» (Fe–Si–Mg) лигатурами, то микролегирование при обработке расплава чугуна выполняется автономно.

В чугунолитейном производстве оао «аВТоВаЗ» проведена исследовательская работа по изготовлению опытных партий отливок коробка дифференциала» (рис. 4, а) для перспективных моделей автомобиля из ВЧ60 и ВЧ70. По её результатам разработана технология, вклю-чающая приготовление расплава чугуна с базовым хим-составом ВЧ50 и ковшовую обработку с модифицирова-нием и микролегирование Mn и Cu [3].

При усовершенствовании технологии получения такой ответственной отливки как вал коленчатый (рис. 3) рас-плав чугуна готовили с базовым химсоставом ВЧ50. По полученным результатам ковшовое модифицирование и микролегирование расплава чугуна Mn и Cu и проведение нормализации отливок от температуры аустенизации Т

а =

860°C позволили достичь стабильных параметров микро-структуры и показателей механических свойств на уровне требований, предъявляемых к ВЧ75. Модифицирование «полутяжёлой» лигатурой Cu-Si-Mg-Ca-рЗМ позволило получить в литом состоянии ВЧ80, а после нормализации отливок от Т

а = 900°C – ВЧ100 [5].

В теории и практике получения чугунов с компактным графитом распространено мнение, что чугун с содержа-нием шаровидного графита ≤ 80% уже не определяется как высокопрочный, но и не классифицируется как чугун с вермикулярным графитом. Это ч у г у н с о с м е ш а н -н ы м г р а ф и т о м (ЧсГ) – вермикулярным и шаровид-ным – который является примитивным продуктом не-стабильной, неотработанной технологии. однако следует отметить, что ЧсГ, тем не менее, может быть применён для изготовления некоторых деталей автомобиля, тре-бующих, прежде всего, повышенных теплофизических

свойств. Пример такой детали – коллектор выпускной (рис. 4, б), используемый в некоторых моделях автомо-билей ВаЗ.

ранее эта деталь, работающая в условиях действия термомеханических нагрузок, изготовлялась из ВЧ50, однако всесторонний анализ позволил принять решение получать коллектор выпускной из ЧсГ. основанием тако-го решения были следующие а р г у м е н т ы :

• вермикулярный графит, по сравнению с шаровид-ным, придаёт чугуну более высокие теплофизические характеристики;

• технология получения ЧсГ – наиболее простая как в аппаратурном оформлении, так и с точки зрения непри-хотливости в использовании любых Mg-содержащих ли-гатур («тяжёлых», «полутяжёлых» или «лёгких»);

• нежёсткие требования к расходу лигатуры при един-ственном ограничении, исключающем формирование в микроструктуре чугуна пластинчатой формы графита.

результаты стендовых натурных и дорожных ресурс-ных испытаний убедительно доказали равнозначную ра-ботоспособность выпускных коллекторов из ВЧ50 и ЧсГ.

В рамках исследовательской работы в качестве ма-териала для изготовления отливки вал коленчатый был применён ЧсГ (см. рис. 3). с этой целью был снижен ков-шовый расход полутяжёлой лигатуры Cu-Si-Mg-Ca-рЗМ до 0,64%. исследование механических свойств чугуна в отливках, отобранных с 1-й и последней формы залитого ковша, показало следующие результаты, соответственно: нВ – 195...211 и 187...211; σ

в – 56 и 55 кгс/мм2; δ – 6,8 и

6,0%. результаты свидетельствуют, что по механическим свойствам чугун в литом состоянии не соответствует ка-кой-либо марке высокопрочного чугуна по ГосТ 7293-85. однако среди марок ковкого чугуна по ГосТ 1215-79 есть чугун КЧ55-4, механические свойства которого идентич-ны таковым для полученного чугуна. Таким образом, ЧСГ по своим механическим свойствам, главным сдаточным характеристикам готовой товарной продукции, идентичен КЧ и отличается от него только морфологией графитных включений.

Рис. 4. отливки: а – коробка дифференциала,б – коллектор выпускной

а б

Рис. 3. отливка вал коленчатый



Сведения об авторахБолдырев Денис Алексеевич – д-р техн. наук, профессор тольяттинского государственно-го университета. тел.: +79297147877. E-mail: [email protected]

Сафронов Николай Николаевич – д-р техн. наук, профессор Набережночелнинского ин-ститута казанского (Приволжского) феде-рального университета. тел.: +79179113733. E-mail: [email protected]

Выводы• расплав чугуна с химсоставом, соответствующим

наиболее распространённой марке высокопрочного чугу-на ВЧ50, может служить базой для получения широкой номенклатуры марок высокопрочного чугуна с меньшей механической прочностью, но большей пластичностью (ВЧ35, ВЧ40), а также с большей механической прочно-стью, но с меньшей пластичностью (ВЧ60...ВЧ100). Это достигается за счёт избирательного использования опе-раций ковшовой микролегирующей обработки расплава чугуна и То отливок.

• Чугун со смешанным (шаровидным и вермикуляр-ным) графитом обладает конкурентными преимущества-ми в технологии его получения и может быть использован взамен КЧ, а в отдельных случаях и высокопрочного чу-гуна ВЧ50, если к конструкционному материалу предъяв-ляют только требования по механическим свойствам, без оговорки его микроструктуры.

Список литературы1. Болдырев Д.А. новые эффективные моди-

фикаторы и технологии модифицирования чугунов // Литейное производство. – 2006. – №12. – с. 9-13.

2. Болдырев Д.А., Давыдов С.В. «Тяжёлые» лига-туры для получения отливок из высокопрочного чугуна высоких марок и их особенности // Заготовительные про-изводства в машиностроении. – 2008. – №10. – с. 13-18.

3. Болдырев Д.А. освоение производства высо-ких марок высокопрочных чугунов для отливок деталей «Коробка дифференциала» КПП перспективных силовых агрегатов автомобилей ВаЗ // Литейное производство. – 2013. – №4. – с. 24-29.

Выставки и конференции19…22 окт. оборудование и технологии обработки конструкционных материалов «ТЕХНОФОРУМ 2015» (Москва).

21…23 окт. 23-я Международная научно-техническая конференция «Литейное производство и металлургия 2015» (Минск, Респ. Бела-русь).

27…30 окт. Международная специализированная выставка «Маши-ностроение 2015» (Москва).

10…13 ноября Международная промышленная выставка «Металл-Экспо» (Москва).

2…4 дек. 15-я международная специализированная выставка «Ма-шиностроение. Металлообработка» (казань).

2…4 дек. Международная специализированная выставка «Машино-строение. Металлообработка – 2015» (казань).

3…4 дек. литейный консилиум №9 «Отливка. Путь превращения в изделие» (челябинск).



УДК 621.74.02: 621.742.48

L.A. Ivanova, V.I. Naumov, Y.A. Chernyshov,

S.A. Kuznetsov

Л.А. Иванова, В.И. Наумов, Е.А. Чернышов, С.А. Кузнецов

свойства жидкостекольныхсмесей при модифицировании жидкого стекла ПАвProperties of waterglass-bonded sands when modifying waterglass with surface-active substances

показано влияние модифицирования жидкого стекла (ЖС) поверхностно-активными веществами (пАв) на прочностные и технологические свойства ЖС-смесей во влажном и сухом состоянии. Раскрыты механизмы воздействия мо-дификаторов на прочностные характеристики ЖС-связующего. Обоснован принцип выбора модифицирующих добавок. Установлено, что наибольшее влияние на проч-ность ЖС-смесей в сухом состоянии оказывают лаурилсульфат натрия и глицерин.

Ключевые словаЖидкое стекло, жидкостекольная смесь, модификаторы, прочность смеси, адгезия, когезия, граница контакта жидкое стекло – кварцевый песок, механизм упрочнения.

Shown is the effect of waterglass modification with surface-active substances on the strength and process properties of waterglass-bonded sands in wet and dry state. Re-vealed are the mechanisms of action of modifiers on the strength characteristics of the waterglass binder. Substantiated is the principle of choosing modifying additives. It is established that the greatest influence on the strength of waterglass-boned sands in dry state is exerted by sodium lauryl sulfate and glycerol.

Key wordsWaterglass, waterglass-bonded sand, modifiers, sand strength, adhesion, cohesion, waterglass/quartz sand contact boundary, strengthening mechanism.

Аннотация

Summary

В россии, по данным литейных предприятий, при-веденным на сайте раЛ за 2014 г., из 240 заводов 22 продолжают применять технологии изготовления форм и стержней с использованием жс. жс-смеси нетоксичны, недефицитны, сравнительно дешевы, экологически без-опасны, обладают хорошими показателями механической прочности, термостойкости и газотворной способности. основные н е д о с т а т к и : остаточная прочность и пло-хая выбиваемость, что сдерживает их применение.

За рубежом, например, в Японии, жс-смеси исполь-зуют с модификатором связующего – полиэфирами,

которые придают таким смесям необходимые техноло-гические свойства, но значительно повышают себесто-имость отливок. По этой причине актуальна разработка эффективных жс-составов с модификаторами жс, спо-собными улучшить их технологические и экономические показатели.

Цель работы – исследование прочностных свойств жс-смесей и выяснение механизмов упрочнения при модифицировании жс разными добавками, с учетом их структуры, химических и физических свойств. на основе проведенных испытаний органических и неорганических



модификаторов жс сделана попытка выяснить механиз-мы реализации прочностных характеристик холоднотвер-деющих и подсушенных смесей.

Методика экспериментаВ контрольную смесь (1, см. ниже) вводили 3,5% жс

(М = 2,2; r = 1520 кг/м3). наполнитель – 99% кварцевый песок 1К

2о

303, 1% огнеупорной каолинитовой средне-

прочной глины с2 (ГосТ 3226-93). Модификаторы вво-дили в смесь перед добавлением жс (в общем количе-стве 0,5%).

«сырую» прочность при сжатии образцов опреде-ляли сразу после приготовления смеси на стандартных цилиндрических образцах. Прочность на растяжение на образцах – «восьмерках» измеряли после их 1-ч нагрева при 180°C и последующего охлаждения на воздухе (ГосТ 23409.7-78).

Ниже приведены модификаторы исследуемых сме-сей 2...6. Выбранные в качестве модификаторов добавки – это ПаВ, которые применяют в производстве эмульга-торов, моющих средств, смазочных материалов, а также в бытовой химии и косметике, относительно дешевы, не-токсичны и экологичны.

1.................................. Без модификатора

2.................................. олигоэфир на основе жирных кислот рапсового масла

3.................................. олеиновая кислота

4.................................. Лаурилсульфат натрия

5.................................. Полифосфат натрия

6.................................. Глицерин

на рис. 1 – типичная зависимость кинетики нарас-тания прочности жс-смесей во времени при выдержке на воздухе смеси 1. Зависимости кинетики прочности в смесях с другими добавками – аналогичны, их отличает лишь темп нарастания и предельные значения прочно-сти. Видим, что на первоначальном коротком участке о–а (~ 1 ч) прочность резко нарастает, после чего наклон уменьшается, и на участке а–б это нарастание можно принять линейным в интервале 1...15 ч. При t ≥ 16 ч достигается предельная прочность, которая сохраняется практически неделю (уч. в–г).

Линейная зависимость на участке а–б – свидетель-ство того, что реакция, обеспечивающая рост прочности образцов, имеет порядок, равный нулю. аналогичные линейные зависимости прочности от времени выдержки на воздухе ранее наблюдали при введении в жс феррох-ромного шлака, гипса-ангидрита и буры.

нулевой порядок реакции характерен для случаев, когда скорость диффузии реагентов в зону реакции, или наоборот, отвода продуктов реакции из зоны реакции меньше скорости их химического превращения. известно, что жс-смесь отверждается за счет полимеризации жс, и этот процесс сопровождается отводом влаги. нулевой порядок реакции связан с замедленной диффузией воды, образующейся в результате реакций, сопровожда-ющихся образованием силоксановых связей.

Процесс отвода влаги из объема жс продолжается до достижения равновесия с парами воды, содержащимися в воздухе, что подтверждается замедлением нарастания прочности при росте влажности окружающей среды, при этом, абсолютные значения прочности, из-за неполной полимеризации стекла, становятся ниже. Такие же ре-зультаты получены при продувке смеси сухим воздухом, отбором влаги адсорбентами или при вакуумировании.

После сушки при 180°C предельные значения проч-ности достигаются за 10...15 мин, что связано с увеличе-нием скорости испарения воды и диффузии ее в массе жс-смеси с повышением температуры. Все это позволя-ет считать одинаковым механизм упрочнения ЖС-смесей во всех перечисленных случаях. Таким образом, набор прочности жс осуществляется за счет взаимосвязанных п р о ц е с с о в : физического – диффузии воды и химиче-ского – полимеризации связующего, из которых физиче-ский процесс – лимитирующий.

Поскольку поверхность, как жс, так и кремнезема, всегда насыщена образующимися в результате реакции гидроксильными группами, которые удаляются с поверх-ности только при Т > 300°C, эти группы на поверхности жс и песка химически активны и способны вступать в разные реакции обмена, с образованием в объеме жс мостиковых кислородных связей и на границе ЖС – пе-сок по одному механизму.

Поэтому в «сырых» смесях при приложении напряже-ний может наблюдаться адгезионный, когезионный или смешанный – когезионно-адгезионный тип разрушения смесей, реализация которого зависит, прежде всего, от

Рис. 1. Влияние времени выдержки на воздухе на проч-ность смеси при сжатии

σСЖ,МПа

а

б в г

0



соотношения работ когезии жс и его адгезии к кварце-вому песку.

Перечислим другие факторы, влияющие на реализа-цию того или иного механизма. из сказанного следует, что адгезия между песком и связующим определяется прочностью мостиковых кислородных связей, на которые ПаВ непосредственно влиять не могут, поэтому снижение прочности смеси может проявиться либо через сокраще-ние поверхности контакта ЖС – песок (блокировкой ПаВ части поверхности песка), либо через появление менее прочных адсорбционных связей ПаВ на поверхности пе-ска и (или) жс.

работа когезии зависит только от поверхностного натяжения жс. Введение ПаВ приводит к снижению поверхностного натяжения жс в результате адсорбции, что, с одной стороны, уменьшает работу когезии, а с другой – увеличивает текучесть жс и, соответственно, площадь контакта ЖС – песок, что повышает прочность смеси. Какие из этих эффектов доминируют, до конца не изучено. Поэтому в работе сделана попытка прояснить действие механизмов упрочнения сырых и высушенных жс-смесей в случае введения разных ПаВ, для чего ис-следования разделили на две части.

Часть I работы посвящена исследованию влияния природы ПаВ на прочность сырых смесей (рис. 2), и на этой основе сделана попытка объяснить полученные ре-зультаты, с точки зрения структуры и химических свойств модифицирующих добавок, так как в этих условиях до-бавки не подвергают терморазрушению, а жс, в основной своей массе, только начинает полимеризоваться. Часть II посвящена изучению прочности при растяжении после 1-ч сушки образцов при 180°C, когда жс представляет из себя полимер и смесь приобретает предельную проч-ность, характерную для этих условий (рис. 3).

В качестве известных своим действием органических ПаВ использовали: олигоэфир (эфир глицерина, со-держащий три линейных остатка миристиновой кислоты с

13н

27COOH), олеиновую кислоту (с

17н

33соон), а также

лаурилсульфат натрия (C12

H25

SO4Na). У двух последних –

практически одинаковые молекулярный вес и площадь, занимаемая молекулой. Этот ряд ПаВ дополнен глице-рином – трехосновным спиртом с малым молекулярным весом с высокой способностью поглощать воду (до 40%) и растворять щелочь.

В качестве неорганического ПаВ использовали плен-кообразователь и энергичный поглотитель влаги – поли-фосфат натрия.

из рис. 2 следует, что добавки 2...4 снижают проч-ность примерно одинаково с контрольной смесью 1; глицерин ее уменьшает, но меньше, чем добавки 2...4, а смесь 5, наоборот, повышает ее. Видим, что у добавок 2...4 примерно одинаковые поверхностно-активные и пе-нообразующие свойства, но мольное их количество, вво-димое в смесь, разное.

Пересчет на 100 г смеси показал, что число частиц олигоэфира в ~ 3 раза меньше, но олигоэфир, в силу сво-его строения, занимает в 3 раза большую площадь, чем добавки 3 и 4, что, видимо, и выравнивает их воздействие на прочность. В этом же ряду и глицерин, так как его ча-стиц в 3 раза больше, чем у добавок 3 и 4, а площадь молекулы в 3 раза меньше.

но, в отличие от добавок 2...4, глицерин хорошо по-глощает влагу, что несколько ускоряет полимеризацию жс, и поэтому при введении глицерина прочность жс-смесей несколько выше, чем в случае использования добавок 2...4. Полученные результаты свидетельствуют о том, что основное влияние на прочность сырых смесей оказывает уменьшение площади контакта ЖС – песок

Рис. 2. Влияние модификаторов на прочность смеси при сжатии

σСЖ,МПа

1 2 3 4 5 6

0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

0

Рис. 3. Влияние модификаторов на прочность сухих смесей при растяжении

σР ,МПа

1 2 3 4 5 6

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0



вследствие адсорбции органических добавок на поверх-ности наполнителя.

Полифосфат натрия, наоборот, увеличивает проч-ность, по сравнению с эталонной смесью 1, что вызвано несколькими причинами, оценить вклад каждой из кото-рых пока не представляется возможным.

на рис. 3 представлена прочность при растяжении образцов после 1-ч сушки жс-смесей при 180°C, что от-личается от прочности при сжатии, полученной на «сы-рых» образцах (см. рис. 2), поскольку «сырые» образцы жс только начинают полимеризироваться, а сухие уже набрали прочность. К тому же выдержка при повышенной температуре может изменять, как состав жс-смесей, на-пример, за счет растворения добавок, так и природу ад-сорбционных связей в них.

Видим, что самая низкая прочность – у смеси, содер-жащей олигоэфир. олеиновая кислота также понизила прочность, по сравнению с контрольной смесью, но в меньшей степени, а лаурилсульфат натрия, полифосфат и глицерин, наоборот, ее повысили.

низкая прочность смеси с олигоэфиром, вероятно, связана с низкой температурой самовоспламенения ми-ристиновой кислоты – основы олигоэфира. При 1-ч вы-держке при 180°C олигоэфир успевает разложиться и насытить полимерную стеклянную пленку и поверхность песка газообразными продуктами горения, что снижает сцепление жс с песком и когезию жс-смеси, а это при-водит к снижению прочности. олеиновая кислота также снижает прочность смеси, но в меньшей степени, чем олигоэфир, и при этих температурах, как известно, не подвергается термодеструкции.

из рис. 3 видно, что глицерин увеличивает прочность смеси при растяжении, по сравнению с контрольным со-ставом, более чем в 2 раза, поскольку при повышенных температурах в молекуле глицерина OH-группы становят-

ся химически активными и, в отличие от сырых смесей, способны образовывать сшивающие прочные мостики между песком и жс.

добавки полифосфата ненамного увеличивают проч-ность, по сравнению с контрольной смесью, так как при нагреве > 65°C полифосфат начинает отдавать ранее абсорбированную при формовке и выделяющуюся в процессе полимеризации влагу, что, с одной стороны, увлажняет смесь и тормозит процесс полимеризации, а с другой, приводит к образованию жидкостных хорошо смачивающих перемычек между песчинками, содержа-щими, как полифосфат натрия, так и жс.

длительный 1-ч нагрев при 180°C, в конечном итоге, дегидратирует оба связующих, что приводит к отвержде-нию и повышению прочности смеси. Это отличает по-лифосфат натрия от глицерина, дегидратация которого наблюдается при больших температурах и при наличии в смеси сильных водоотнимающих реагентов.

Сведения об авторах

Иванова Людмила Александровна − ст. препод. ка-федры «Материаловедение и металлургические процес-сы» Чувашского госуниверситета.Наумов Владимир Иванович – д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой общей химии нижегородского госунивер-ситета им. р.е. алексеева.Чернышов Евгений Александрович – д-р техн. наук, проф. кафедры «Металлургические технологии и обо-рудование», там же. Тел.: 8 (831) 436-03-02. E-mail: [email protected]Кузнецов Сергей Алексеевич – канд. техн. наук, инж. кафедры «Материаловедение и металлургические про-цессы» Чувашского госуниверситета.

Наши журналы Вы найдете в каталогах : «Литейное «Металлургия «Литейное производство» производство» машиностроения» и «Библиотечка литейщика» (комплект) полугодие / год полугодие / год полугодие / годкаталог «Роспечать», индекс 70491 / 47310 80468 / – 81292 / –объединенный каталог «Пресса России», индекс 42306 / 42422 42207 / 42423 42208 / 42440

П о д п и с к у т а к ж е м о ж н о о ф о р м и т ь в р е д а к ц и и . для правильного оформления документов в назначении платежа укажите ваш юридический адрес, адрес доставки, контактное лицо.

Адрес: 111394, Москва, Мартеновская ул., д.39, корп. 2, офис 4.

Тел./факс: +7 (495) 303-85-81; e-mail: [email protected]

вН

ИМ

АН

Ие

!



УДК 621.742.45: 669.1

V.G. Ivanov, A.F. Kuzovov, A.V. Maliy, V.P. Karginov,

A.A. Kolos, A.V. Doroshenko

универсальная добавкадля улучшения выбиваемости жидкостекольной смеси

Universal admixture for improvingthe shaking-out of soluble-glasssand mixture

Аннотация

Summary

В.Г. Иванов, А.Ф. Кузовов (ЗНТУ, г. Запорожье), А.В. Малый, В.П. Каргинов, А.А. Колос (ООО «УРП «СОЮЗ»), А.В. Дорошенко (ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе»)

представлены результаты применения добавки СК-3у «Деструктора» в жидкостекольные смеси. показано, что разработанная добавка технологична, не ухудшает санитарно-гигиенические условия приготовления смесей, при этом, существенно уменьшает трудоемкость выбивных операций.

Ключевые словаЖидкое стекло, выбиваемость, формовочная смесь.

Presented are the results of applying CK-3y «Destructor» admixture for soluble-glass mixtures. Developed admixture has been proved to be technological and it does not worsen sanitary and hygienic conditions while mixtures preparations and with this it significantly decreases labor consumption in shaking-out operations.

Key words Liquid glass, shaking-out, molding sand.

ж и д к о е с т е к л о (жс) – одно из наиболее рас-пространенных связующих в современном литейном производстве. Это связано с его нетоксичностью, отно-сительно низкой стоимостью, возможностью применения ускоренных технологий изготовления форм и стержней, упрочняющихся за счет введения специальных добавок – отвердителей и т.д. однако существенный недостаток жс – затрудненная выбиваемость смесей из отливок вслед-ствие расплавления силикатов натрия при нагревании форм металлом и последующего спекания формовочной смеси при охлаждении, приводящее к значительному упрочнению. Большой вклад в разработку составов фор-мовочных смесей на жс с улучшенной выбиваемостью внесли П.П. Берг, A.M. Лясс, К.и. Ващенко, с.с. жу- ковский, и.В. рыжков, с.П. дорошенко, д.М. Кукуй и др.

интерес к этому вопросу не ослабевает до настоящего времени [3...5].

один из наиболее простых способов улучшения выби-ваемости формовочных и стержневых смесей – введение в смесь специальных добавок [1, 2], которые можно раз-делить на органические (кероген непылящий, эмульсии, содержащие полистирол и т.д.) и неорганические (вспу-ченный перлит и вермикулит и т.д.).

однако и в этом случае достижение желаемого ре-зультата сдерживается определенными факторами. например, органические добавки повышают газотворную способность смеси, снижают прочность смеси при тепло-вой сушке ввиду их частичного выгорания, могут приво-дить к науглероживанию поверхности, образованию труд-ноотделимого пригара, ухудшению санитарно-гигиениче-



Качество поверхности отливок, полученных по опытной (а) и традиционной (б) технологии

ских условий труда. Неорганические, в свою очередь, при небольших добавках (до 6%) малоэффективны, а повы-шение их содержания приводит к снижению исходной прочности смеси.

согласно данным [1, 2], температура нагрева смеси до 500...600°C соответствует минимуму работы выбивки, а при 800°C, наоборот, наблюдается максимум, вслед-ствие образования легкоплавкой эвтектики в системе Na

2O-SiO

2. на практике только мелкие стержни, омыва-

емые со всех сторон жидким металлом, прогреваются до 800°C и выше. Крупные, в свою очередь, нагреваются в объеме до более низких температур, а максимум нагрева наблюдается только в поверхностных слоях. При этом, не-смотря на минимальную работу выбивки при 500...600°C, удаление стержней – весьма трудоемкий и проблематич-ный процесс.

Поэтому в задачи авторов входила разработка та-кой разупрочняющей добавки, которая обеспечивала бы минимум работы выбивки, как при низких, так и при вы-соких температурах нагрева жс-смеси. для этих целей было предложено создать комплексную добавку, где каждый входящий в ее состав компонент обеспечивал бы минимальную работу выбивки в определенном тем-пературном интервале. Такая смесь, получившая назва-ние «деструктор» (сК-3у), содержит Al

2O

3, SiO

2, а также

CaO и MgO, которые были введены с целью охрупчивания пленки связующего.

для оценки выбиваемости жс-смеси применили широко распространенный метод ЦнииТМаШ, когда вы-биваемость смесей оценивали по работе, затраченной на пробивку стандартного цилиндрического образца из ис-следуемой смеси. Было изготовлено четыре комплекта образцов с использованием стандартной жс-смеси, ор-ганической добавкой «Кероген непылящий» и с матери-алом «деструктор» (сК-3у), рецептура которой, масс.ч., приведена ниже. разупрочняющие добавки давали сверх 100% сыпучих компонентов, при этом, корректировали содержание жс (М = 2,6).

Образцы 1 / 2 / 3 / 4

«Кероген непылящий»..................... – / 2 / – / –

«деструктор» (сК-3у)....................... – / – / 2 / 4

жс...................................................... 6 / 6,1 / 6,1 / 6,2

П р и м е ч а н и е . Песок кварцевый – 100 масс.ч.

изготовленные образцы предварительно высушивали в печи 1 ч при 200...220°C, затем прокаливали 1 ч при 500, 600 и 800°C, охлаждали и испытывали. Прочность на разрыв всех образцов после сушки была высокой и со-ставляла 1,5...2,0 МПа. наименьшие показатели были от-

мечены у образца, содержащего «Кероген непылящий», что связано с частичным выгоранием добавки.

После прокаливания при 500, 600 и 800°C образцы разрушали. результаты приведены ниже.

Выбиваемость образцов 1 / 2 / 3 / 4,кол-во ударов бойка

500°C................. 99 / 60 / 60 / 35

600°C................. 87 / 44 / 25 / 18

800°C................. 282 / 96 / 48 / 17

Видим, что наименьшая работа выбивки соответству-ет добавке 4% «деструктора», причем, при всех темпе-ратурах. органическая добавка «Кероген непылящий» обеспечивает снижение работы выбивки при 500...600°C, хотя и в меньшей степени, чем «деструктор». При 800°C этот показатель повышается, вследствие выгорания до-бавки, начиная с 220°C. Это приводит к выводу о неце-лесообразности применения «Керогена непылящего» при производстве мелких стержней для стальных отливок.

исследования позволили установить оптимальную добавку «деструктора» (сК-3у) для улучшения выби-ваемости, которая составила 2...4% от массы сыпучих. Эта добавка прошла промышленное опробование на дП «днепродзержинский сталелитейный завод», ооо «рКЭТ», оао «днепротяжмаш», рУП «Гомельский центролит», оао «Полтавский ГоК», «сумское нПо им. М.В. Фрунзе» и др.

на рисунке представлены результаты применения добавки в условиях литейного цеха оао «сумское нПо им. М.В. Фрунзе» при изготовлении стержней для отлив-ки диафрагма из стали 20ГЛ. стержни, изготовленные из жс-смеси CO

2-процессом, окрашивали самовысыхаю-

щим противопригарным покрытием и выдавали на сборку формы.

операция сушки стержней исключалась. остальные операции (заливка формы, охлаждение, выбивка, очист-ка) выполняли согласно действующей на заводе техноло-гической инструкции. Количество сК-3у составляло 3,2% от массы сыпучих.

а б



Сведения об авторахИванов Валерий Григорьевич – канд. техн. наук, доцент, докторант кафедры «Машины и техно-логии литейного производства» Запорожского национального технического университета, г. За-порожье. тел.: +038 (061) 769-82-93. E-mail: [email protected]Кузовов Алексей Федорович – канд. техн. наук, до-цент той же кафедры. тел.:: +038 (061) 769-82-93.Каргинов Владимир Петрович – ген. директор ооо «уРП «соЮЗ», г. Запоржье. тел.: +38 (056) 231-42-89.Малый Александр Валентинович – техн. директор, там же. тел.: +38 (061) 787-53-77.Колос Алексей Анатольевич – вед. специалист, там же.Дорошенко Александр Владимирович – началь-ник литейно-термической лаборатории уГМет оАо «сумское НПо им. М.в. фрунзе». тел.: 0542-250-539.

После гидроабразивной очистки проводили визуаль-ное сравнение качества поверхности отливок, полученных по опытной и традиционной технологиям. наблюдали су-щественное уменьшение пригара и снижение работы вы-бивки в труднодоступных местах отливок, полученных с применением «деструктора» (рисунок, а), по сравнению с отливками, полученными по традиционной технологии.

ВыводТаким образом, разработанная разупрочняющая до-

бавка «деструктор» (сК-3у) способствовала снижению прочности стержней после заливки металлом и может быть рекомендована для практического применения в жс-смесях с целью уменьшения трудоемкости выбивных и очистных операций, для стержней и форм любой кон-фигурации и массы.

1. Литейные формовоч-ные материалы: Формовочные, стержневые смеси и покры-тия: справочник / Болдин а.н., давыдов н.и., жуковский с.с. и др. – М.: Машиностроение, 2006. – 507 с.

2. Дорошенко С.П. Формувальні суміші: навч. посібник. – К.: ІЗМн, 1997. – 140 с.

3. Нефедов К.Е. Легковыбиваемые жидкостеколь-ные формовочные и стержневые смеси // Литейное про-

изводство. – 2004. – №1. – с.18.4. Маслов К.А., Леушин И.О., Миронычев А.Е. Пути

повышения технологичности жидкостекольных смесей // Заготовительные производства в машиностроении. – 2010. – №2. – с. 8–11.

5. Задов А.Е. о механизме формирования остаточной прочности жидкостекольных смесей // Литейное произ-водство. – 2000. – №9. – с.38.

СпИСОК ЛИтерАтУры

Выставки и конференции19…22 окт. оборудование и технологии обработки конструкционных материалов «ТЕХНОФОРУМ 2015» (Москва).

21…23 окт. 23-я Международная научно-техническая конференция «Литейное производство и металлургия 2015» (Минск, Беларусь).

27…30 окт. Международная выставка «Машиностроение 2015» (Москва).

10…13 ноября Международная выставка «Металл-Экспо» (Москва).

2…4 дек. 15-я международная специализированная выставка «Машинострое-ние. Металлообработка» (казань).

2…4 дек. Международная выставка «Машиностроение. Металлообработка – 2015» (казань).

3…4 дек. литейный консилиум №9 «Отливка. Путь превращения в изделие» (че-лябинск).

«ИНТЕМА Групп»

ООО “ИНТЕМА Групп” Россия, Москва, Т/ф: +7/495/357-25-50 E-mail: [email protected] www.intema.su * – принятая в России терминология; не принадлежит “ИНТЕМА Групп”



УДК 621.74.041: 669.1

V.M. Gruzman

В.М. Грузман

Зачем формовочной смеси газопроницаемость?Why moldable mixture needsgas permeability?

С помощью оригинальных экспериментов показано направление движения газов в сторону расплава в первые моменты заливки даже при максимальной газопрони-цаемости формы. Установлено допустимое для предупреждения выброса расплава содержание влаги в сырой песчаной форме. прогнозируется возможность про-мышленного использования сырых песчаных форм с повышенным содержанием огнеупорной глины и, соответственно, воды.

Ключевые словавлажность, песчаная форма, кокиль, стержень, глина, газоотвод.

With the help of original experiments was shown the direction of the movement of gases towards melt at the first moments of filling even at the maximum gas permeability of a form. It set the valid percent of the moisture content in the wet sandy-clay form to prevent ejection of the melt. It projected the using in the industrial production of raw sandy-clay forms with a high content of refractory clay and, consequently, of water.

Key wordsGas permeability, leak, melt, direction, humidity, distribution, continuity, discretion, water saturation, porosity.

Аннотация

Summary

Подавляющее большинство опрошенных литейщиков вероятно ответит: «Чтобы удалить газы, что-бы они не попали в расплав, что-бы его не выбросило из формы». однако один из крупнейших специ-алистов по формовочным матери-алам проф. П . П . Б е р г писал: «Газопроницаемость является од-ним из наиболее распространённых показателей качества формовочных смесей. Вместе с тем, значение этого показателя во многих случаях явно преувеличено, если он рассматри-вается как единственный критерий

качества, связанный с образовани-ем газовых раковин в отливках» [1]. Проф. Я . и . М е д в е д е в , автор классической монографии о газовых процессах [2], говорил, что, по его расчётам, один или несколько искус-ственных газоотводов, проделанных душником, превышают естественную проницаемость всей стенки песчаной формы.

Форма газопроницаема, однако, чтобы газ прошел сквозь форму, а не в металл, нужно, чтобы давление газа было не больше металлостати-ческого напора. считается, что такие

Рис. 1. схема образца с эксцентрич-ным газоотводом



условия довольно часто имеют место после заполнения формы расплавом. но на практике обеспечение направ-ленного газового потока сквозь стенку формы весьма затруднительно.

Приведенные выше суждения, подтвержденные результатами специальных экспериментов автора [3], наглядно показывают, куда уходят газы, выделяемые стержнями и формой. отливали втулку (рис. 1), внутрен-нюю поверхность которой выполняли стандартным об-разцом для испытаний на сжатие (цилиндр высотой 50 мм, ∅ 50 мм). Внутри стержня была выполнена эксцен-тричная полость-газоотвод.

стержневой крепитель содержал мочевину, гаранти-рующую образование азотных газовых раковин в сталь-ных отливках. для контроля отливку условно разбили на

пять равных секторов. далее с её внутренней поверхно-сти снимали по 1 мм металла, и фиксировали количество газовых раковин на данном расстоянии от поверхности стержня.

ожидали, что в секторе 1 (рис. 1) газовых раковин не будет потому, что тонкая стенка стержня почти не окажет сопротивления отходящим газам, и они свободно уйдут через нее в газоотвод. но оказалось, что газовые рако-вины есть во всех пяти секторах отливки, отличие лишь в их местонахождении. В секторе 1 газовые раковины были расположены глубже, чем в секторах 3 и 4. Таким образом, для удаления газов естественной газопроница-емости стенки формы недостаточно, необходимы допол-нительные искусственные газоотводы.

Во втором эксперименте сырую песчаную форму от-ливки, представляющую собой параллелепипед с осно-ванием 12×8 и высотой 22 см, заливали расплавленной сталью. Через определенное время дно формы быстро удалялось, и жидкая часть металла сливалась. на стенках оставалась тонкая корка мгновенно закристаллизовавше-гося металла. Тем самым фиксировалось состояние по-верхности жидкого металла в разные моменты времени после заливки.

Видим, что при удалении дна через 3 с поверхность сплошь усеяна раковинами, а через 6 с тот же металл имеет гладкую поверхность, рассеченную неглубокими прямолинейными бороздами, расположенными по вер-тикали, что указывает на попытку эвакуации газа вдоль стенки формы. Таким образом, в начальные моменты после заполнения газы не фильтруются сквозь стенку песчаной формы, а устремляются в сторону расплава. Так почему же они не выбрасывают его из полости формы?

Главный источник газа во втором опыте – вода. При литье в кокиль его подогревают для того, чтобы изба-виться от влаги, которая конденсируется на внутренней поверхности кокиля, и при заливке её испарения способ-ны вызвать выброс металла из формы. исследование осаждения влаги из атмосферного воздуха на охлаж-дённую металлическую поверхность показали, что, даже при самых благоприятных реальных условиях, количество конденсата ≤ 1,6 мг/см2 [4]. В стенке сырой песчаной полуформы для серийной стальной отлив-ки с площадью поверхности 2760...1360 мм находится 25...30 кг воды.

но при заливке в сырые формы, имеющие на не-сколько порядков больше влаги, выброса не происходит. дело – не в количестве влаги, а в характере её распреде-ления по поверхности.

В металлической форме влага распределяется в виде тонкой непрерывной пленки на всей поверхности, а в пес-чаной ненасыщенной влагой форме, пока все поры еще не заполнены водой, дискретно, в виде отдельных микро-

Рис. 2. состояние поверхности расплава через 3 (а) и 6 с (б) после заливки

ба

Рис. 3. отливки кольцо, полученные в формах с влажно-стью 8, 10, 14 и 20% – а...г, соответственно

ба

гв



Сведения об автореГрузман В.М. – д-р техн. наук, проф. кафедры «Металлургические технологии» НтИ (ф) урфу, г. Н. тагил.

капель, и испаряется не сплошным фронтом, а отдельны-ми разобщёнными участками. и образовавшиеся газы, как иглы, пронизывают толщу расплава.

деталь кольцо отливали в сырой песчаной форме с влажностью w = 8...20% (рис. 3). Выброс расплава из формы произошёл только при 20%-ной влажности смеси. никаких крайне негативных признаков на поверхности от-ливок не наблюдали (даже при w = 14%), вплоть до 20%-ной влажности смеси. содержание глины в смеси 15% от массы песка: естественно, пористость уплотнённой смеси находилась в области 20%.

Таким образом, существует реальная возможность из-готовления сырых песчаных форм из смесей с повышен-ным содержанием огнеупорной глины и, соответственно, высокой влажностью.

Список литературы

1. Берг П.П. Качество литейной формы. – М.: Ма-шиностроение, 1971.

2. Медведев Я.И. Газовые процессы в литейной фор-ме. – М.: Машиностроение,1980.

3. Грузман В.М. основные пороки отливок. – ека-теринбург: УГТУ УПи, 2001.

4. Грузман В.М. Замороженные формы. – ека-теринбург: УГТУ УПи, 2004.

На юбилейном 30-м Американском форумеизобретений и новых продуктов «INPEX-2015»

(г. Питтсбург, шт. Пенсильвания)д-р техн. наук профессор сибГИу

Афанасьев Владимир Константиновичполучил гран-при за

«Водородную платформу Периодической системы элементов»,которая была представлена Ассоциацией

«Российский дом международного научно-техническогосотрудничества»,

действующей под эгидой Минобрнауки Рф.Награда выдана всемирной организациейинтеллектуальной собственности WIPO.

Это вторая награда проф. Афанасьева в.к.На 64-й Международной выставке IENA-2012

«Идеи – Изобретения – Новые продукты»(г. Нюрнберг, Германия)

его «Водородная платформа...»была удостоена Золотой медали.

От редакции. статьи «Водородная платформа Периодической системы элементов» были впер-вые опубликованы в журнале «Металлургия ма-шиностроения» №2-2011, №3-2012. Практиче-ское применение этой теории нашло отражение в журналах «литейное производство» и «Метал-лургия машиностроения» в 2015 г.



УДК 21.74.041: 621.744.3

V.I. Vasenin,A.V. Bogomiagkov,

K.V. Sharov

В.И. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров

определение величины напорав потоке жидкого металлав коллекторе литниковой системыMeasurement of headin flow liquid metal in the collector of the gating system

приведено описание лабораторной кольцевой литниково-питающей системы (ЛпС) системы. Изложены результаты экспериментального определения напоров в движущемся в коллекторе Al-сплаве, в зависимости от количества одновременно работающих питателей. получено хорошее соответствие расчетных и опытных данных. подтверждена на жидком металле возможность применения уравнения Бернулли к сечениям потока с разными расходами, то есть для ЛпС с количеством питателей, больше одного.

Ключевые словаСтояк, коллектор, питатель, скорость, напор, расход.

The description of laboratory ringshaped gating system is provided. Results of experimental determination of head in moving in collector liquid aluminium alloy depending on the quantity of at the same time working feeders are stated. A good agreement between the calculated and experimental data is presented. It is confirmed possibility use equation Bernoulli to section flow with different expenses, or else for the multiple-gate runner system.

Key wordsSprue, collector, feeder, head, stream speed, consumption of liquid.

Аннотация

Summary

В любом сечении ЛПс при течении жидкого металла напор, отсчитываемый от уровня жидкости в литниковой чаше до данного сечения, состоит из пьезометрического и скоростного напоров и потерь напора до этого сечения. Это справедливо и при числе питателей, больше одного, хотя уравнение Бернулли выведено для частного случая – потока жидкости с постоянным расходом, то есть для ЛПс с одним питателем. Как производится расчет напора в каналах ЛПс изложено в статье [1], а цветные фото-графии напоров, в зависимости от количества работаю-щих питателей при заливке подкрашенной марганцовкой водой, приведены здесь (http://vestnik.pstu.ru/mj/about/inf/). В этой работе сделана попытка измерения напора в движущемся металле в коллекторе ЛПс.

В начале заполнения формы, когда жидкий металл течет по коллектору (шлакоуловителю), давление в по-токе равно атмосферному, или чуть выше его, и металл затекает немного в полости для пьезометров. Максимума в пьезометре уровень жидкости достигает, когда процесс установится. При установившемся процессе уровень в пьезометре не изменяется. Теперь надо просто металл за-морозить в пьезометре до момента прекращения заливки.

на рисунке показана в масштабе отливка, затвердев-шая в кольцевой ЛПс при одновременной работе всех трех питателей. система состоит из литниковой ворон-ки, стояка, коллектора и трех одинаковых питателей I...III. Продольные оси коллектора и питателей находятся в одной горизонтальной плоскости. Уровень жидкости H –



расстояние по вертикали от сечения 1–1 в воронке до продольных осей коллектора и питателей – поддер-живался постоянным: H = 375 мм. диаметр стояка – 24 мм. диаметр кольцевого коллектора – 225 мм. размеры поперечных сечений кол-лектора и питателя – 16,1×10,8×15,0 и 9,4×6,6×8,0 мм. на рисунке се-чения коллектора и питателей по-казаны в виде прямоугольников. жидкость выливается сверху из пи-тателей в ковши. В форме над сече-ниями коллектора 5–5, 6–6, 7–7, 8–8 и 9–9 были выполнены пьезометры – отверстия ∅ 16 мм. использова-ли Al-сплав аК12 при температуре заливки 720°C. В песчаной форме было 5% глины и 5% воды.

Время истечения жидкости из каждого питателя после установле-ния уровня в литниковой воронке составляло 8...18 с, в зависимости от количества одновременно работаю-щих питателей. За это время металл в отверстии формы под пьезометр затвердевал на всю толщину, или оставалась на стенках толстая короч-ка. результаты расчетов и экспери-ментов (в скобках) приведены ниже. сам расчет и эксперименты на воде в кольцевой ЛПс из трёх питателей при различном количестве работаю-щих и размыкании гидравлической цепи в разных сечениях ЛПс под-робно описаны в статье [2].

Как видно, полученные резуль-таты мало отличаются от расчетных.

Таким образом, возможно из-мерение напора в потоке движуще-гося металла весьма простым спо-собом. изложенная ранее теория расчета L-образной, разветвлен-ной, комбинированной, крестовин-ной, ярусной, горизонтальной и вертикальной кольцевых ЛПс, ос-нованная на использовании урав-нения Бернулли для сечений пото-ка с разными расходами и прове-ренная на тысячах экспериментов на воде, находит подтверждение и при литье жидких металлов.

надо иметь в виду, что без рас-чета и измерения напоров в стояке и коллекторе и скоростей истече-ния жидкости из каждого питателя заниматься исследованиями лит-никовых систем не имеет смысла.

Список литературы

1. Васенин В.И., Щелконогов М.Ю. исследование разветвленной литниковой системы // Литейное производство. – 2010. – №8. – с. 17–20.

2. Vasenin V.I., Bogo-miagkov A.V., Sharov K.V. Investigation into a ringshaped gating system // European Applied Sciences. – 2014. – №9. – P. 55–66.

3. Васенин В.И. Эксперимен-тальное определение коэффициен-тов местных сопротивлений литни-ковой системы // Литейное произ-водство. – 2009. – №1. – с. 22–25.

отливка – кольцевая ЛПсс пьезометрами

Работающие питатели Q, см3/с H5 / H6 /H7 /H8 /H9 , мм

I.................................... 126,3 (125,0; +1,0%) 340,1 (344,0; –1,1%) / 312,5 (312,0; +0,2%) / 332,4 (335,0; –0,8%) / 360,1 (349,0; +3,2%) / 360,1 (351,0; +2,6%)

II................................... 125,2 (129,5; –3,3%) 340,7 (356,0; –4,3%) / 323,8 (335,5; –3,5%) / 321,7 (332,5; –3,2%) / 321,7 (336,5; –4,4%) / 323,8 (340,5; –4,9%)

I, III............................... 214,2 (206,0; +4,0%) 274,6 (261,5; +5,0%) / 224,9 (213,0; +5,6%) / 239,2 (223,5; +7,0%) / 239,2 (225,0; +6,3%) / 224,9 (211,0; +6,6%)

I, II, III........................... 264,9 (278,1; –4,7%) 221,5 (236,0; –6,1%) / 145,5 (154,0; –5,5%) / 159,6 (170,0; –6,1%) / 159,6 (168,5; –5,3%) / 145,5 (156,0; –6,7%)

П р и м е ч а н и е . Гидравлическая цепь разомкнута между сечениями 7–7 и 8–8.

а ведь коэффициенты сопротивле-ний поворота из стояка в коллектор и из коллектора в питатель специально для песчаной формы и трапецеи-дальных сечений коллектора и пита-телей не определялись, а были взяты из статьи [3] для стальных коллектора и питателей круглого сечения.

После ответвления части пото-ка в питатель напор после питателя возрастает (см. рисунок и ниже), хотя кажется, что он должен упасть, так как скорость уменьшилась в кол-лекторе почти в 2 раза, а скорост-ной напор – почти в 4 раза. однако расчеты и эксперименты на воде и Al-сплаве подтверждают этот неожи-данный факт.



УдК 621.714.3: 658.56

Влияние ликвации экзогенныхвключений на качествоцентробежнолитых трубС.И. Губенко, В.Н. Беспалько, Ю.И. Балева(Национальная металлургическая академияУкраины, г. Днепропетровск)

для изготовления качественных ц е н т р о б е ж н о -л и т ы х (ЦЛ) труб необходимо контролировать весь ком-плекс металлургических и литейных параметров, начиная от расплавления стали в печи до извлечения готовой трубы из горизонтальной центробежной машины, т.к. они оказывают значительное влияние на свойства выпускае-мой продукции. н е м е т а л л и ч е с к и е в к л ю ч е н и я (нМВ) – один из главных показателей качества готовой продукции, поэтому необходим всесторонний анализ их влияния на структурные параметры стали.

исследовали качество ЦЛ-труб из углеродистой стали St 52.0, которые имели трещины на внешней и внутренней поверхности. для выявления причин низкого качества труб промышленных плавок, полученных в дуговой печи, анализировали химсостав плавок, а также содержание и распределение нМВ. Химсостав стали St 52.0 соответ-ствовал требованиям DIN 1629. нМВ идентифицировали металлографическим методом в светлом и темном поле, поляризованном свете, а также путем микрорентгенно-структурного анализа.

Поскольку образование трещин может быть связано с химической неоднородностью отливок, был проведен анализ распределения химических элементов, который показал, что стали плавок, из которых получили трубы

низкого качества, отличались повышенным содержанием C, S и P.

Трещины присутствовали, преимущественно, в участ-ках, прилегающих к переднему концу ЦЛ-трубы, где силь-нее выражена ликвация C и примесей S и P. В сегрега-ционных слоях наблюдали повышенное или граничное, а иногда и превышающие допустимое (согласно DIN 1629) содержание этих элементов.

Ликвация Si и Mn была выражена в меньшей степени. Микроструктурный анализ образцов показал, что в ЦЛ-стали присутствует небольшое количество эндогенных нМВ в виде Fe–Mn-сульфидов, силикатов и мелких ок-сидов. общее количество эндогенных включений ≤ 1,0 балла. отмечено значительное количество экзогенных включений разных размеров, попавших в сталь из изо-ляционного покрытия изложницы, которые нарушают сплошность металла, понижают его прочность, являясь причиной концентраций напряжений.

Кроме того, вибрация кокиля при заливке металла в машину ЦЛ-117 и кристаллизации стали приводит к по-явлению дополнительных напряжений в отливке, способ-ствуя образованию трещин по межфазным границам и по границам зерен феррита.

Макро- и микротрещины образуются в зонах располо-жения грубых экзогенных включениях округлой формы, расположенных в виде «закрученных» цепочек или от-дельных скоплений (рисунок), которые располагаются по границам первичных дендритов, где еще присутствуют ликваты в зонах кристаллизации и остаточной части рас-плава и могут проникать вглубь отливки.

Таким образом, на образование трещин в ЦЛ-трубах из стали St 52.0 влияет химическая и структурная неодно-родность, которая возникают при кристаллизации отливок. Неудовлетворительное качество песчаного покрытия и ших-товых материалов, применяемых при литье, приводит к об-* г. Запорожье, Украина, 26…28 мая 2015 г.

Материалы международной научно-техническойконференции "литье 2015"*

Proceedings of the international scientific-and-technical conference "Metalcasting 2015"



разованию грубых экзогенных включений. Микротрещины образуются на экзогенных включениях, которые располо-жены, преимущественно, на границах раздела участков, обогащенных и обедненных вредными примесями.

УдК 621.74.042

Покрытия на основе синтетическихсвязующих для центробежного литьячугунных заготовокМ.О. Матвеева, Б.В. Климович, Е.А. Дворникова(НМА Украины, г. Днепропетровск)

Теплофизические параметры литейной формы, опре-деляющие в процессе кристаллизации структуру и свой-ства металла ц е н т р о б е ж н о л и т ы х (ЦЛ) заготовок и их качество, в значительной мере зависят от физико-химических и тепловых параметров защитных покрытий. Широко применяемые в настоящее время защитные по-крытия на основе пульвербакелитных смесей обеспечи-вают необходимое тепловое сопротивление формы, од-нако приводят к загрязнению наружного слоя заготовок песочными включениями, что увеличивает припуск на механообработку и затрудняет ее выполнение.

для выбора перспективных направлений синтеза по-крытий для элементов формы при ЦЛ валков на этапе I проведены промышленные исследования применявших-ся ранее покрытий с целью получения их минимальной теплоаккумулирующей способности и теплопроводности. с лучшими экспериментальными покрытиями отлита опытно-промышленная партия валков.

для оптимизации опытных составов применен сим-плексный метод планирования эксперимента, хорошо зарекомендовавший себя в исследованиях систем состав – свойства. анализ результатов доказывает, что при за-мене традиционно используемых связующих полиами-доимидом теплопроводность красок заметно, в 1,3–2,6 раза, снижается. При этом, обеспечивается плавный, без теплового удара прогрев защищаемой поверхности. Близкими параметрами обладает 3-мм покрытие из ог-неупорной смеси. Углеродистое волокно может быть ре-

комендовано для усиления теплозащиты футерованных торцовых крышек изложниц.

В условиях днепропетровского завода прокатных вал-ков способом ЦЛ на машине с горизонтальной осью вра-щения отлили партию двуслойных валков-роликов. По-крытие наносили на кокиль, подогретый до 120...130°C. Металл заливали по принятой технологии. Полученные 12 роликов, исполнения ТПХн-60, для Первоуральского новотрубного и никопольского южнотрубного заводов, ∅ 315 мм и длиной 122 мм имели твердость на глуби-не рабочего слоя в 10, 20, 30 мм (в ед. Шора): 62,0±2,0; 56,0±2,0; 54,0±2,0, соответственно, что отвечало требова-ниям ТУ. Гладкая, без дефектов по засорам в рабочем слое валка, поверхность заготовок доказывает целесоо-бразность применения покрытий на основе синтетических связующих, как наиболее технологичных.

УдК 621.74.02: 621.74.045

Расширение возможностей литьяпо газифицируемым моделямИ.А. Шалевская, П.Б. Калюжный(Восточно-украинский национальный университет им. В. Даля, г. Северодонецк)

Технология л и т ь я п о г а з и ф и ц и р у е м ы м м о д е л я м (ЛГМ) позволяет получать отливки практи-чески любой формы и сложности. несмотря на все свои преимущества, способ имеет некоторые ограничения в применении. один из недостатков ЛГМ – более дли-тельное время охлаждения отливок в форме. но ускорить процесс охлаждения отливки в вакуумируемой форме из сухого песка достаточно просто, например, применением разных хладагентов (жидких или газообразных), которые вводятся в песок формы.

другой подход к повышению скорости охлаждения от-ливки – способ1, согласно которому охлаждение отливок проводится непосредственно в литейной форме в псевдо-ожиженном слое, который создается путем продувки песка воздухом в вертикальном направлении.особенность ЛГМ – отсутствие стержней, что позволяет исключить их уте-пляющее воздействие, способствующее увеличению пере-падов температур по сечению отливки при ее охлаждении и, соответственно, остаточных напряжений.

При охлаждении отливок предлагаемым способом, за счет псевдоожижения песка, происходит его интенсив-ное перемешивание и выравнивание его температуры по всему объему формы, за счет чего уменьшается темпе-

Экзогенные включения в стали St 52.0: а – ×150; б – ×500

ба

1 Пат. 97151 Украины, МПК B22D 27/04. способ охлажде-ния отливок в литейной форме / П.Б. Калюжный, а.н. Голофаев. – опубл. 10.03.2015. – Бюл. №5.



ратурный перепад по сечению отливки и, соответственно, снижаются остаточные напряжения. охлаждение отливок в псевдоожиженном слое даст возможность управлять структурой и механическими свойствами отливок. новый способ позволит изготовлять отливки из сплавов, ис-пользование которых в ЛГМ ранее было ограничено низ-кой скоростью охлаждения.

исследованиями установлено, что, приведя песок в псевдоожиженное состояние, процесс охлаждения Al-отливки в форме из сухого песка можно ускорить в 10 раз. Таким образом, применение псевдоожиженного слоя при ЛГМ позволяет расширить возможности способа, а также сократить время техпроцесса и повысить качество отливок.

УдК 669.018.45

Применение выжигаемых моделейпри литье деталей ГТДА.В. Нейма, Е.В. Михнян(ФТИМС НАН Украины, г. Киев)

на предприятиях энергомашиностроения, как в Украине так и за рубежом, литые сложнопрофильные лопатки ГТд традиционно получают литьем в многослой-ные о б о л о ч к о в ы е ф о р м ы (оФ) с выплавляемыми восксодержащими моделями (способ ЛВМ). однако этот способ имеет ряд недостатков, ограничивающих габариты получаемых отливок, в частности, из-за низкой темпера-туры размягчения модельной массы.

Применение литья по газифицируемым пенопо-листироловым (ППс) моделям (способ ЛГМ) в слу-чае отливок из низкоуглеродистых жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для деталей ГТд, ограничено опасностью появления специфических дефектов поверх-ности, в частности, науглероживания. Технологически перспективна замена восксодержащих моделей удаляе-мыми методом выжигания, для чего используют матери-алы, сгорающие на воздухе или в кислородной среде с низкими газотворностью и зольностью (ППс разных ти-пов, канифоль, порошки на основе целлюлозы). однако недостатки этого способа – возможное растрескивание форм в процессе выжигания и насыщение металла про-дуктами деструкции.

Цель работы – определение оптимальных т е м п е -р а т у р н о - в р е м е н н ы х п а р а м е т р о в (ТВП) про-цесса выжигания ППс-моделей и удаления продуктов их деструкции из оФ, полученных из комплексно модифи-цированной керамики повышенной прочности, разрабо-танной во ФТиМс нанУ. В литейной практике встречают-ся три основных с п о с о б а выжигания модели из фор-мы: нагревом в сушильной печи, ацетиленкислородным пламенем, струей кислорода.

В нашем случае для оценки трещиноустойчивости разовых форм при выжигании и установления основных ТВП процесса выжигания ППс-моделей была изготов-лена экспериментальная партия многослойных форм на жидкостекольном связующем. отвердитель – порошок хлористого аммония (ТУ 6-09-2540-87). использовали образцы нескольких типов ППс марки ПсБ-25 плотно-стью 25 кг/м3 и более прочного экструдированного ППс марки 4000 CS плотностью 35 кг/м3 для деталей больших габаритов, применяемых для изготовления моделей объ-емом 34 и 103 см3.

для повышения стойкости к трещинообразованию оФ при удалении моделей использовали двухэтапное выжигание. Низкотемпературный этап, в сочетании с от-жигом форм, выполняли в камере электрошкафа сноЛ 67/350, при постепенном повышении температуры от 20 до 150°C, для термокомпактирования ППс-моделей, со-провождаемого первичным газовыделением.

Высокотемпературную фазу выжигания проводили в печи сопротивления сноЛ 7,2/900, одновременно с от-жигом оФ по режиму: нагрев до 700X750°C со скоростью 120X130°C/ч и последующей 2-ч выдержкой, что иници-ировало при 500X550°C остаточное выделение газовых продуктов деструкции ППс. Такой способ поэтапного инициирования процесса газовыделения снижал сте-пень динамической нагрузки на внутренние слои оФ, что позволило избежать растрескивания, особенно при использовании ППс-моделей низкой плотности с мень-шим газовыделением, в сравнении с экструдированными марками ППс.

Визуальный осмотр внутренней поверхности опытной партии оФ, изготовленных с применением обоих типов ППс для деталей разных габаритов, показал практиче-ское отсутствие продуктов сгорания (зольного осадка, сажи). Это позволяет избежать газовой пористости и науглероживания приповерхностной зоны отливки для деталей ГТД со строго контролируемым содержанием углерода и повысить КИМ, за счет минимизации механи-ческой обработки изделий, по сравнению с аналогичными отливками, полученными методом ЛВМ.

УдК 621.74.02: 621.74.045

Влияние технологических параметровна качество отливокО.И. Пономаренко, М.А. Ступарь(НТУ «Харьковский политехнический институт»)

одна из наиболее точных технологий получения от-ливок в современном машиностроении – ЛГМ, основные преимущества которой, по сравнению с современными ме-тодами литья в песчаные, металлические и керамические



формы, в уменьшении : расхода формовочных и стерж-невых материалов (на 80...85%), трудоемкости (в 1,5–2 раза), капитальных затрат (в 2–4 раза), производственных площадей (на 50...100%), массы отливок (на 15...20%), а ее шероховатости – до 12,5...40 мкм, при этом, увеличи-ваются : их размерная точность – на 3...4 кл., КиМ – до 0,85...0,95; выход годного – на 15...20%, что, в целом, сни-жает себестоимость отливок не менее, чем на 20%.

Процесс ЛГМ в к л ю ч а е т :• разработку чертежа детали и отливки;• расчет литниково-питающей системы;• изготовление пенополистироловой модели и пита-

ющей системы;• окраску, сушку противопригарной краски;• изготовление и заливку формы;• охлаждение отливки в форме;• выбивку формы;• очистку, обрубку, контроль отливки.один из главных этапов – проектирование самой от-

ливки.Цель исследования – конструкторско-технологиче-

ское моделирование отливки замок из стали 25Л, изго-товляемой ЛГМ на ооо «армаПром». В работе устанав-ливали закономерности влияния технологических пара-метров на качество отливок.

К отливке, которая является частью механизма сце-пления автосцепки тепловоза, предъявляют повышенные требования по прочности, износостойкости, твердости и ударным нагрузкам.

для исследования, которое включает создание 3D-модели, компьютерное моделирование процесса за-ливки формы, установление мест дислокации дефектов усадочного характера, оптимальный расчет прибыли, ис-пользовали программные продукты CAD/CAE, с исполь-зованием пакетов программ SolidWorks для создания 3D-модели детали, отливки и оснастки и LVMFlow для моделирования процесса заливки металла и выявления дефектов и расчета прибылей.

УдК 621.74.02 : 621.74.045

Новое в технологии и оборудованиидля вакуумно-аммиачной сушки формв литье по выплавляемым моделямМ.А. Лихолет, Е.В. Рыбка, О.И. Пономаренко(НТУ «Харьковский политехнический институт»,ДП ПФ «БМР-сервис», г. Харьков)

одна из самых ответственных операций при из-готовлении керамических о б о л о ч к о в ы х ф о р м (оФ) – их сушка, от условий которой во многом зависят

эксплуатационные свойства форм и качество отливок. Производство отливок при изготовлении оФ связано с расходом дорогостоящих материалов, что выдвигает требования максимальной стабилизации условий выпол-нения всех технологических операций, включая сушку от-дельных слоев форм.

Применяемая в настоящее время воздушно-тепло-вая сушка производственных условий не обеспечивала. Поэтому на предприятии дП ПФ «БМр-сервис» была спро-ектирована, изготовлена и введена в эксплуатацию уста-новка вакуумно-аммиачной сушки, которая позволяет получать равномерную сушку слоев, и которая содержит:

• вакуумную камеру с внутренними размерами 1000×1000×2000 мм;

• две тележки, на каждой из которых могут разме-щаться, в зависимости от габаритов, до 60 модельных блоков;

• тепловентилятор мощностью 6 кВт и производи-тельностью 400 м3/ч;

• вакуум-насос аВ320д, мощностью 2,2 кВт и произ-водительностью 20 л/с;

• систему подачи аммиака в камеру;• пневмопривод клапанов;• систему управления параметрами процесса сушки.Предложенный процесс сушки форм включает про-

дувку форм перед вакуумированием, ее вакуумирование, обработку покрытия аммиаком, продувку для выветрива-ния аммиака и подготовки форм для нанесения следую-щего слоя. Цикл сушки первых двух слоев ~ 40...45, для последующих слоев 55...60 мин.

о с о б е н н о с т и установки:• имеющийся ресивер позволяет использовать недо-

рогой вакуум-насос малой производительности, вместо дорогих мощных насосов на установках-аналогах;

• на установках-аналогах аммиак подается в камеру в газообразном виде непосредственно из баллонов, в то время, как, согласно требованиям техники безопасности и пожаровзрывобезопасности, необходимо обеспечить транспортировку баллонов спецтранспортом, хранение баллонов в обогреваемых спецпомещениях.

на введенной в эксплуатацию установке вместо газо-образного аммиака применяется безопасная аммиачная вода. В специальном устройстве, установленном непо-средственно на установке, практически полностью извле-ченный аммиак подается в камеру сушки. на один цикл сушки расходуется ≤ 1,5 л аммиачной воды. После об-работки форм аммиаком остаток воды практически не со-держит аммиака и можно без его нейтрализации сливать в канализацию.

работа организована следующим образом: пока одна тележка с формами находится в камере, наносится оче-редной слой формы.



Таким образом, за две неполные смены на участке изготовляются с применением двух тележек до 120 пя-тислойных форм.

использование аммиачной воды в процессе сушки п о з в о л и л о :

• отказаться от применения газообразного аммиака в баллонах и необходимости выполнения мероприятий, связанных с его применением;

• резко сократить стоимость аммиака, расходуемого на сушку форм;

• существенно улучшить условия труда на участке из-готовления форм;

использование установки п о з в о л и л о :• стабилизировать условия сушки форм, независимо

от погодных условий;• сократить время сушки слоев форм до 1 ч;• повысить качество отливок.

УдК 621.74+617.3

Изготовление литьемдеталей коленного протезаВ.П. Самарай (НТУУ «КПИ», г. Киев)

для изготовления трех деталей протеза коленного су-става литьем необходимо решить четыре основных в о -п р о с а , которые будут согласованы между требования-ми конструирования и возможностями технологий.

• Материал отливки и, соответственно, готовой детали. Предполагается испытать несколько материалов.

Углеродистые стали 30, 40 и 45. их п р е и м у щ е -с т в а : дешевизна; возможность закалки для увеличения твердости. н е д о с т а т к и : они корродируют; невозмож-ность организовать массовое или крупносерийное произ-водство л и т ь е м п о д д а в л е н и е м (ЛПд); большая плотность сплава.

Коррозионно-стойкие стали. П р е и м у щ е с т в а : не корродируют; относительно дешевы. н е д о с т а т к и : дороже углеродистой стали; невозможность организо-вать массовое или крупносерийное производство ЛПд; большая плотность сплава.

Алюминиевые сплавы типа силумина аК12 или дру-гие. П р е и м у щ е с т в а : не корродируют; дешевы; ма-лая плотность – легче стали и высокопрочного чугуна; возможность организовать массовое или крупносерий-ное производство ЛПд. н е д о с т а т к и : прочность ниже, чем у углеродистой стали.

Высокопрочный чугун. П р е и м у щ е с т в а : имеет плотность меньшую, чем сталь и, соответственно, мень-ший вес. По прочности не уступает стали и даже превос-ходит ее. н е д о с т а т к и : невозможность организовать

массовое или крупносерийное производство методом ЛПд; большая плотность сплава.

Магниевые сплавы. П р е и м у щ е с т в а : легкий сплав; льется под давлением. н е д о с т а т к и : тяжело лить – легко возгорается – огнеопасен.

Титановые сплавы. П р е и м у щ е с т в а : легкие; не корродируют. н е д о с т а т к и : очень дорогие; не льются под давлением.

• Методы литьяЛПД. П р е и м у щ е с т в а : самое высокое качество

поверхности и всей отливки; производительность; воз-можности автоматизации ЛПд. н е д о с т а т к и : самая высокая стоимость изготовления п р е с с - ф о р м ы (ПФ); дороже обслуживание оборудования.

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ). П р е и м у щ е с т в а : низкая стоимость изготовления ПФ; возможность литья любых сплавов, в т.ч. легких (Al- и Mg-сплавов) и тяжелых (углеродистой и коррози-онно-стойкой стали и высокопрочного чугуна, Ti-сплава). н е д о с т а т к и : малая производительность; большое ко-личество дополнительных материалов.

Литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). П р е и м у щ е с т в а : низкая стоимость изготовления ПФ; производительность выше, чем при ЛВМ; возможность литья любых сплавов. н е д о с т а т к и : экологические ограничения и ухудшенные санитарно-гигиенические ус-ловия; производительность ниже, чем при ЛПд.

• Доработка толщины стенок (согласованное уменьшение) и конфигурации отливок, в соответ-ствии с требованиями литейной технологии: литейные уклоны, припуски на механообработку, изменение кон-фигурации нетехнологичных частей, литейные радиусы, согласование разъема между полуформами.

• Проектирование и изготовление оснастки (ПФ) для процессов ЛПД, ЛВМ и ЛГМ

Будут изготовлены: литые детали протеза из всех ука-занных сплавов и оснастка, опробованы все три метода литья с целью:

– оценки целесообразности использования каждого из методов литья для каждого из сплавов;

– сравнения качества отливки – литейных, прочност-ных и пластических свойств, твердости;

– отработки каждого из способов для литья каждого конкретного сплава;

– иметь запасные уже отработанные способы изготов-ления отливки.

В перспективе, при необходимости, возможно изго-товление отдельных деталей протезов методами порош-ковой металлургии. Конечная цель – создание «интел-лектуальных» протезов с биоуправлением от импульсов мозга.



УдК 621.74.043

Использование огнеупорныхзакладных элементовдля формообразующей оснасткиО.И. Воронова, Д.В. Воробьёв (Одесский националь-ный политехнический университет)

Высокая стоимость и сравнительно низкая стойкость п р е с с - ф о р м (ПФ) при литье под давлением тормозят развитие и широкое применение этого прогрессивного процесса. При исследовании процессов, происходящих при запрессовке жидкого металла в рабочую полость ПФ, определяли причины выхода ее из строя, среди которых можно выделить основные: формоизменение, износ и термическая усталость.

основной метод повышения стойкости вставок ПФ – правильный выбор материала и способа его химико-тер-мической обработки. для вставок ПФ обычно используют сложнолегированные инструментальные стали. но даже они подвергаются быстрому разрушению в наиболее на-груженных местах литниковой системы и неровностях рельефа. Поэтому предложено оформлять такие места сменными закладными элементами из футеровочных шамотно-муллитных смесей, входящих в класс алюмо-силикатов и содержащих 30...40% оксидов Al и Ti. Эти материалы обладают высокой термостойкостью (темпе-ратура деформации ~ 1400°C) и низким коэффициентом терморасширения 5,4’10-6 1/град.

В качестве связующего материала для получения за-кладных элементов из шамота и муллита применяли ком-позицию ортофосфорной кислоты – порошкообразный отвердитель 2сао·SiO

2, обладающую повышенной тер-

мостойкостью. Полимеры отверждаются под действием термообработки, с образованием кристаллических про-дуктов твердой фазы.

исследовали составы, различающиеся содержани-ем огнеупорной и связующей композиций, при разном времени контакта закладного элемента с расплавом. для определения оптимального состава смеси при изготов-лении закладного элемента с высокой термостойкостью применили метод математического планирования экс-перимента, при варьировании двух уровней типа 2n-1. наилучшие показатели термостойкости получены при со-ставе, %: шамот – 0,2...2,5 и 0,16...2,5; муллит – 0,2...2,5 и 0,16...2,5; н

3ро

4 – 5,5; порошкообразный отвердитель

2сао·SiO2 – 3.

Невысокая стоимость и доступность этих материалов, а также применение сменных вкладышей выбранного со-става позволяют повысить термостойкость и продлить срок службы ПФ, а следовательно, снизить себестои-мость отливок на 12...15%.

УдК 621.74.02 : 621.74.043

Улучшение качества отливокиз магниевых сплавовпри литье под низким давлениемТ.В. Лысенко, К.А. Крейцер, Е.А. Пархоменко(ОНПУ, г. Одесса)

автомобильный диск – одна из самых ответственных и сложных отливок в литейном производстве. именно Mg-сплавы обеспечивают оптимальные технические харак-теристики этой отливки. с одной стороны, минимальную массу, с другой – лучшие динамические характеристики, отвечающие требованиям надежности и безопасности.

Л и т ь е п о д н и з к и м д а в л е н и е м (Лнд), наи-более эффективная промышленная технология, только частично зависит от человека и хорошо подходит для ав-томатического программирования его отдельных техноло-гических фаз. В связи с тем, что заполнение формы проис-ходит без завихрений на ламинарном потоке, практически гарантируется отсутствие пористости в получаемых отлив-ках. однако недостаточно просто отработать техпроцесс в одном цикле литья, более сложно – сохранить полученный результат, как от цикла к циклу, так и во времени.

для обеспечения технологической надежности нами была создана адаптивная с и с т е м а у п р а в л е н и я (сУ) процессом литья, которая учитывает взаимное вли-яние разных факторов техпроцесса. В качестве инерци-онных факторов приняты температура сплава и темпера-тура формы. При постоянном времени кристаллизации, в качестве отклика принята температура извлеченной от-ливки. Задача состоит в том, чтобы отливка извлекалась вовремя, независимо от колебаний температуры сплава и формы, что позволяет обеспечить стабильную размерную точность – основной параметр динамики колеса. нами был выполнен комплекс работ для повышения качества литья Mg-сплава МЛ5 с термообработкой Т4, на ответ-ственной детали – колесо для автомобиля ВаЗ серии 8.

В соответствии с адаптивной сУ приняты следующие параметры техпроцесса. Характеристика отливки: сплав – МЛ5(AZ91); масса – 4,3 кг; оборудование – машина Лнд У95; масса заливаемой порции сплава – 4,73 кг; темпе-ратура: формы – 260, металла – 650°C; время подрыва кокиля – 3 с; скорость заливки – ламинарный поток < 1 м/с; время кристаллизации – 8 с.

По ТУ, для диска из Mg-сплава допускались: группо-вые дефекты в ступице и диске колеса – до 20 мм2 на по-верхности в 400 мм2, при наименьшем расстоянии между группами дефектов – 10 мм; в соединительной части меж-ду диском и полкой обода групповые раковины – до 4 мм общей площадью до 100 мм2 на каждый соединительный элемент. недопустимые дефекты:



• микрорыхлоты выше среднего балла, в соответ-ствии с типовыми эталонными;

• единичные раковины в зоне отверстий для болтов, в радиусе 20 мм вокруг отверстий;

• трещины;• раковины диаметром > 1,5 мм, глубинной > 0,7 мм

(> 10 шт.);• флюсовые включения.При испытании разработанной адаптивной сУ полу-

чена партия отливок. Исследования отливок на газовую пористость показали, что количество брака по газовой по-ристости уменьшилось в 4 раза.

УдК 669.131.622: 669.74

Влияние содержания углерода в сталина время затвердеванияцилиндрических отливок в кокилеВ.Е. Хрычиков (НМА Украины, г. Днепропетровск)

известные методы расчета продолжительности за-твердевания отливок (по уравнению «квадратного корня» с уточненными по формуле н.и. Хворинова коэффици-ентами затвердевания; с помощью уравнений стефана-Шварца; методом интегрального теплового баланса; по способу а.и. Вейника и др.) имеют ряд известных недо-статков.

современные программы компьютерного модели-рования ProCast, AFSolid (SolidCast), Magma, Simulor (Pamcast), LVMFlow, Полигон позволяют рассчитать на ПК продолжительность затвердевания реальной отлив-ки со сложной трехмерной конфигурацией за время, ко-торое определяется функциональными возможностями, типом генерируемой сетки (способом разбиения геоме-трической модели на элементарные объемы) и разме-рами ячеек.

Кроме приведенных методик, для производства тре-буется простой инженерный метод расчета продолжи-тельности затвердевания, основанный на эксперимен-тальных данных и не требующий длительных расчетов.

Б.Б. Гуляевым разработана методика использования критерия Фурье aт/R2 в виде симплекса т/R2. Величина температуропроводности a для одинаковых литейных материалов может быть введена в масштабе соответству-ющих диаграмм.

обработка экспериментальных данных процесса за-твердевания отливок из разных металлов и сплавов в формах из разных материалов, произведенная Б.Б. Гуляевым и н.и. Хвориновым, показала плодотворность применения безразмерных координат вида х/R и т/R2. рассчитана продолжительность затвердевания в кокиле

цилиндрических отливок из стали с содержанием C, %: 0,04; 0,1; 0,4; 0,93 и 1,42.

По полученной кривой можно определить продол-жительность затвердевания отливки с 0,04...2,0% C. используя гипотезу приведенных толщин, можно за не-скольких минут рассчитать продолжительность затверде-вания стальной отливки простой конфигурации.

УдК 621.74.043.1: 621.744.3

Физико-химические процессы наповерхности отливок при литьев керамизированные кокилиТ.В. Лысенко, В.В. Ясюков, О.В. Цыбенко(ОНПУ, г. Одесса)

изготовление технологической формообразующей оснастки – задача актуальная. ее решение требует больших материальных затрат, высокой квалификации специалистов, применения инновационных техноло-гий. В себестоимости изделий стоимость оснастки мо-жет достигать 40...45%. В отличие от механообработки широко применяется способ литья элементов оснастки в керамизированные формы, позволяющий получать сложные поверхности с неровностями > 6 кл. по ГосТ 2789-95. Малые неровности поверхности отливок улуч-шают их механические свойства, уменьшают термона-пряжения и коррозию.

При множестве достоинств, у литья оснастки в ке-рамизированные формы есть и недостатки: поверхность отливки, контактирующая с керамикой, окисляется и обезуглероживается на разную глубину, зависящую от температуры металла, его химсостава и материала фор-мы. Это обстоятельство может свести на нет достоин-ства способа, так как рабочая поверхность отливки (как правило, со сложной гравюрой) не подвергается меха-нообработке.

исследованиями установлено, что скорость охлажде-ния поверхности, как функция температуры и исходного содержания углерода, определяется свободной конвек-цией воздуха к поверхности. обезуглероживание поверх-ности отливок происходит, как за счет взаимодействия углерода металла с кислородом воздуха, так и с кремне-земом формы при температурах > 1070К.

Более существенное снижение содержания углерода на поверхности отливки наблюдается при температурах > 1673К, т.е. процесс интенсифицируется, что доказыва-ется присутствием карбида кремния в керамике.

изучение этих процессов позволило наметить и осу-ществить следующие м е т о д ы предотвращения недо-статков.



• Холодноогеливаемая керамика в виде суспензии состоит из дисперсной фазы (огнеупорного порошка) и дисперсионной среды – связующего в виде гидроли-зованного раствора этилсиликата. При гидролизе идет процесс замещения этоксильных групп с

2н

5о на гидрок-

сильные (он) по упрощенной реакции. для уменьшения вероятности обезуглероживания поверхности отливки рекомендуется заменять кварцевый порошок химически стойким электрокорундом Al

2O

3, который, не вступая во

взаимодействие с углеродом расплава, обеспечивает ка-чественную поверхность отливок из высоколегированных сталей.

• Защитить поверхность от окисления и обезуглеро-живания можно обработкой залитой формы углеводо-родными газами, которые диффундируют к поверхности отливок, разлагаются, с отложением в порах и на границе с металлом пиролитического углерода, который блокиру-ет взаимодействие металла с материалом формы, кисло-родом воздуха и препятствует образованию видоизме-ненного слоя отливки, что позволяет увеличить чистоту поверхности гравюры на 1...2 кл. (6...7 кл. ГосТ 2789-95).

• Ускоренное охлаждение жидкого металла при кри-сталлизации позволяет резко снизить скорость процесса окисления и обезуглероживания поверхностного слоя от-ливок. Поэтому в ряде случаев целесообразно использо-вать керамизированные кокили.

• для повышения содержания углерода в поверх-ностном слое отливки можно также использовать хими-ко-термическую обработку. Хорошие результаты дает одновременное насыщение поверхности стали углеродом и азотом (нитроцементация), поскольку азот способствует диффузии углерода, что позволяет понизить температу-ру диффузионного насыщения до 1123К. В этом случае уменьшается рост зерна аустенита, в диффузионной зоне образуются карбонитриды. Такой слой хорошо сопротив-ляется термонапряжениям, износу и коррозии.

УдК 621.74.024: 621.74.043.1

Основы теории проектированиялитейной оснасткиТ.Л. Тринева (ФТИМС НАН Украины, г. Киев)Тел./факс: (044) 424-12-80, моб.050-204-10-79,e-mail: [email protected]

Проблема снижения массы отливок – одна из причин выбора того или иного способа литья. определившись с видом литья, следует решить вопрос проектирования литейной оснастки, от конструкции которой зависит не только масса получаемой отливки, но также ее точность, плотность, шероховатость формообразующих поверхно-

стей и т.д. современное производство литейной оснастки неотъемлемо связано с автоматизированным производ-ством, позволяющим по предоставленным 3D-моделям изготовлять на n-координатных станках литейную оснаст-ку, что позволяет сократить срок ее изготовления.

однако не надо забывать о том, что функция литейной оснастки – еще и ее долговечность, и качество получа-емых отливок, и тогда время изготовления оснастки от-ходит на второй план. Практика показывает, что сборная литейная оснастка работает дольше, а элементы венти-ляционных каналов, расположенные на поверхности со-пряженных элементов, позволяют значительно улучшить качество отливок. Так, пресс-форма для Лнд Al-отливки корпус имеет вентиляционные каналы глубиной 0,3 мм, с допуском – 0,15 мм.

УдК 621.746.043.1

О регулировании теплоотводав системе затвердевающая отливка – облицованный кокильВ.А. Мамишев, Л.А. Соколовская (ФТИМС НАНУ)

При получении отливок с разной толщиной стенок в высокотеплопроводных кокилях возникают две техноло-гические п р о б л е м ы , связанные с опасностью ухуд-шения качества литой структуры отливок из-за высокой интенсивности теплоотвода от кристаллизующегося рас-плава в стенки кокилей. Первая проблема вызвана за-трудненной заполняемостью полости кокиля расплавом, так как при очень быстром охлаждении металла его вяз-кость резко увеличивается, что препятствует качественно-му заполнению тонких сечений отливки. Вторая проблема заключается в возможности получения неблагоприятного кристаллического строения отливок при интенсивном те-плообмене в зоне теплового контакта отливки с кокилем.

например, при ЛК чугуна часто в поверхностных слоях затвердевающей отливки возникает отбел, что за-трудняет механообработку литых заготовок. аналогично, при ЛК стали в тонкостенных участках отливки возможно возникновение структуры закалки в пристеночном слое отливки, что также ухудшает ее механообработку.

Чтобы устранить эти недостатки и предотвратить получение некачественной структуры литого металла в поверхностных слоях отливок, применяют способ литья в облицованный кокиль. для улучшения качества от-ливок и повышения физико-механических свойств ли-того металла перед заливкой расплава можно охладить или заморозить облицованный рабочий слой кокиля из кварцевого песка в широком диапазоне изменения его начальной температуры (от +30 до -60°C), что позволяет



регулировать интенсивность внешнего теплообмена в си-стеме затвердевающая отливка – облицованный кокиль – окружающая среда.

Литье в полупостоянные двуслойные песчано-метал-лические формы (облицованные кокили) возможно при предварительном замораживании низкотеплопроводного слоя из увлажненного кварцевого песка. Эффективность регулирования внешнего теплоотвода от затвердевающей отливки к стенкам кокиля достигается за счет последо-вательно протекающих фазовых переходов в заморожен-ном песчаном слое облицованного кокиля. Плавление межзеренных прослоек льда и испарение образующихся пленок воды сопровождается теплопоглощением в усло-виях нагрева облицованного песчаного слоя тепловым потоком от затвердевающей кокильной отливки.

Кроме того, для повышения качества отливок и фи-зико-механических свойств литого металла появляется возможность рационального совмещения технологиче-ских схем литья в облицованный кокиль с замороженным песчаным слоем с технологическими схемами суспензи-онного литья, при интенсивном внутреннем теплоотводе к микрохолодильникам, введенным в перегретый над тем-пературой ликвидуса кристаллизующийся расплав.

Таким образом, использование облицованных коки-лей с замораживанием их рабочего слоя, в сочетании с введением в расплав микрохолодильников, при их пере-мешивании с жидким металлом, повысит эффективность ЛК для получения отливок высокого качества.

УдК 669.715:538.12:62-405

О затвердевании алюмотитановыхсплавов в кокиле под действиемпостоянного магнитного поляА.В. Косинская, В.А. Середенко (ФТИМС НАНУ)е-mail: [email protected]

Проблемы измельчения зерна литейных сплавов постоянно сохраняют свою актуальность, так как обра-зование крупнозернистой ориентированной структуры – причина возникновения межкристаллитных трещин, порождает анизотропию свойств в литом металле. Тре-буемое структурное состояние можно достичь модифи-цированием, либо применением разного рода внешних воздействий на затвердевающий металл. один из таких способов – действие слабых (до 1 Тл) постоянных м а г -н и т н ы х п о л е й (МП), что экологически безопасно, не требует дополнительных энергозатрат и электрооборудо-вания при работе с недорогим постоянным магнитом.

для установления степени комплексного модифици-рования (одновременного действия Ti и слабого МП на затвердевающие в кокиле расплавы) исследовали бинар-ные сплавы доперитектической и перитектической частей диаграммы состояния системы Al–Ti, для чего использо-вали слабое однородное постоянное МП индукцией 0,25 Тл, силовые линии которого направлены перпендикуляр-но гравитационной силе. из технически чистого Al (а6) и сплавленной Al–Ti-лигатуры получили образцы 1...3 с содержанием Ti – 0,04...0,05; 0,17...0,18 и 0,23%, соот-ветственно. сплавы массой 120...130 г готовили в графи-товых тиглях в печи сопротивления. После расплавления, стабилизации температуры, 15...20-мин выдержки при 860°C расплав из одного ковша заливали в две графи-товые формы идентичной конфигурации и размеров. Температура форм 20°C. одну из форм перед заливкой устанавливали в зазор постоянного магнита. образцы остывали вместе с формами. Во всех экспериментах тем-пературный и временной режимы, условия разливки и за-твердевания расплавов выдерживали постоянными. По-лученные слитки имели ∅ 25 и длину 50 мм. В 20 мм от их дна отрезали образцы для дальнейших исследований.

Металлографические исследования позволили уста-новить, что сплав 1 доперитектического состава и близ-кого к перитектике 2 имеют микрокристаллическое стро-ение. сложены зернами a-твердого раствора Al, которые имеют микротвердость, уменьшающуюся при увеличении содержания Ti с 19,9...20,7 кг/мм2 (1) до 17,6...17,9 кг/мм2 (2). Воздействие МП на кристаллизующиеся расплавы способствует некоторому измельчению структуры, умень-шению размера зерен a(Al): в образцах – 1 с 20...30 до 10...15 мкм, а 2 – с 75 до 50 мкм.

образцы 3, содержащие 0,23% Ti, имеют разную структуру. В сплаве, затвердевшем вне действия МП, на фоне микрокристаллического строения выделяются ден-дритные образования a-твердого раствора Al размером 100...300 мкм (Hm = 15,7 кг/мм2), в основном, вблизи центральной части. При кристаллизации того же расплава под действием МП, в материале формируется равномер-нозернистая микрокристаллическая структура, с умень-шенным до 30...50 мкм размером зерен и практически не изменяющейся микротвердостью – 15,8 кг/мм2.

Таким образом, наблюдаемое измельчение зерен в исследуемых сплавах происходит не в результате из-вестного модифицирующего влияния тугоплавких частиц алюминида титана, выполняющих роль зародышей, а под действием на кристаллизующийся расплав постоянного МП. При этом, МП усиливает эффект измельчения даже в сплавах доперитектического состава, в которых, по ли-тературным данным, оно не наблюдается.



УДК 621.74.02: 621.74.043.1

R.V. Kuznetsov,K.V. Martynov,A.V. Gotsiridze

Новое алюмосиликатное покрытие для получения качественных кокильных заготовок

New silica-alumina coveringfor receiving qualitativechill preparations

Аннотация

Summary

Р.В. Кузнецов, К.В. Мартынов, А.В. Гоциридзе

в статье определяли технологические свойства противопригарных покры-тий (пп), предназначенных для нанесения на металлические формы. выявлен ряд закономерных зависимостей изменения технологических свойств изучаемых покрытий от концентрации огнеупорного наполнителя. предложен оптимальный состав опытного пп на водном связующем.

Ключевые словапротивопригарные покрытия, водные растворы кремнезоля, цеолит, литьё в кокиль.

In article a row of techniques of determination of technological properties the non-stick coating of the coverings intended for plotting on metal forms is described. A row of natural dependences of change of technological properties of the studied coverings on concentration of a flameproof filler is revealed. The optimum composition of an experimental covering on the water binding is offered.

Key words Non-stick coating, water solutions of silica-sol, zeolite, casting in the chill mold.

Повышение качества литых заготовок всегда было и остаётся одним из важнейших вопросов в машинострое-нии. В связи с этим не прекращаются попытки модерни-зации, казалось бы, отработанных десятилетиями техно-логических процессов производства, что, отчасти, стано-вится возможным только благодаря освоению ранее не используемых в отрасли материалов.

на предприятии ВПК оао сПб «Красный октябрь» продолжаются работы по снижению брака по наружным дефектам на кокильных заготовках ответственного на-значения из антифрикционных Cu-сплавов. Ввиду малой серийности производственной программы по этим по-зициям отказ от используемой кокильной технологии не целесообразен, поэтому решено было обратиться к опыту нир кафедры МТ и оЛП сПбГПУ создания нового ПП.

Проведенные авторами исследования1 показали це-лесообразность использования в качестве основы для кокильного ПП кислого кремнезольного связующего от-ечественного производства. Водный раствор кремнезоля представляет собой стабилизированную кремниевую кис-лоту. Термостойкость связующего до 1500°C.

В качестве связки выступает гель, образующийся при удалении растворителя (воды). сближение частиц золя приводит к образованию кремниевого полимера, кото-рый и связывает частицы огнеупорной основы. Близкую природу образования полимера имеют ЭТс. однако ко-

1 Кузнецов Р.В., Мартынов К.В. опыт применения водных противопригарных покрытий с мелкодисперсными наполните-лями // Литейное производство. – 2015. – №2.



нечный продукт, кремнегель, сильно отличается по про-странственной структуре. При нагреве до 800°C гель, по-лученный из водного раствора кремнезоля, дает двойную структуру: кристаллы аморфного кварца и пленку натри-евого силиката.

Также было доказано, что технологические свойства покрытия в той или иной степени зависят от дисперсности используемого наполнителя и геометрии его зерна.

Все исследованные составы показали удовлетво-рительные результаты, но, при прочих положительных свойствах, имели и н е д о с т а т к и , выявленные как в процессе приготовления, так и во время промышленного апробирования. исходя из сказанного, были сформули-рованы следующие з а д а ч и дальнейших исследований:

• выбор приоритетного материала наполнителя;• определение оптимальной фракции наполнителя;• расчёт оптимального соотношения наполнителя и

связующего;• оценка пригодности полученного состава для ко-

кильной технологии получения отливок в производствен-ных условиях.

Главные критерии выбора наполнителя – его доступ-ность, огнеупорные свойства и химическая инертность по отношению к связующему. Всем поставленным условиям удовлетворяют минералы группы цеолитов. Цеолиты – это кристаллические вещества, состоящие, преимущественно, из алюмосиликатов. Широкий диапазон химсостава и воз-можность синтеза позволили использовать уникальные физико-химические свойства цеолитов в ряде отраслей.

наиболее широко его применяют в качестве адсор-бентов, детергентов, молекулярных сит и среды для кре-кинга нефти. ежегодная мировая добыча и синтез цеоли-та в 2011 г. превысила 3 млн т в год, что свидетельствует о его доступности, востребованности и перспективности.

опыт предыдущих исследований помог определить оптимальную фракцию наполнителя в 5 мкм, что полу-чило подтверждение при исследовании технологиче-ских свойств опытных образцов суспензии. Качественно оценку пригодности огнеупорной композиции состава кремнезоль – цеолит проводили в два этапа: исследуя технологические свойства в лаборатории и параллельно апробируя ее непосредственно на производстве.

наиболее наглядный критерий предельно допустимой концентрации наполнителя – условная вязкость, которую определяли по классической методике. Материалы как реологические объекты характеризуются, главным обра-зом, упругостью, вязкостью, прочностью и другими кон-стантами.

их изменения трудно оценивать, исходя из числен-ных значений условной вязкости вещества. одна из наи-более достоверных эмпирических методик определения природы суспензии и влияния методики её приготовления

на свойства – динамическая вязкость, структурно чувстви-тельный параметр жидкого состояния, который выражает-ся в количественной характеристике сопротивления жидко-сти или газа смещению одного слоя относительно другого.

Вязкость измеряли с помощью вискозиметра на базе лаборатории ооо «института Гипроникель». В основе работы прибора – стандартный принцип ротационной ви-скозиметрии.

исследование по выбранной методике показало, что, при схожих значениях условной вязкости и равном гра-нулометрическом составе, композиции цеолит – кремне-золь и кварц – кремнезоль относятся к разным реологи-ческим подклассам.

несмотря на то, что на вязкость материалов не вли-яла продолжительность механического воздействия и обе суспензии характеризуются как ярко выраженные неньютоновские жидкости, композиция цеолит – кремне-золь показала псевдопластичные свойства (в отличие от дилантных свойств композиции кварц – кремнезоль), что позволяет говорить о предпочтительности этого состава в качестве ПП.

для определения оптимального количества наполни-теля при использовании ПП на гладкой поверхности ко-киля проводили измерения по методике остатка веса на плите американской химической компании DuPont. Такие замеры позволяют оценить изменения вязкости даже при неизменных показателях вискозиметра. Методика заслуживает особого внимания, ввиду своего удобства и простоты проведения, вследствие чего она популярна в условиях реального производства.

одна из основных проблем, возникающих на пред-приятии при нанесении ПП, – его стекание под действием гравитационных сил, поэтому в дальнейшем определяли адгезионные качества опытного покрытия. исследование связи между поверхностными слоями двух разнородных тел проводили в лабораторных условиях по методике, описанной в монографии2. для сведения к минимуму погрешности измерения для каждой точки эксперимен-та проводили по три измерения, за результат принимали средне арифметическое значение.

анализ и аппроксимация результатов всех исследо-ваний позволили определить следующий оптимальный состав ПП для использования на поверхности кокиля при литье тяжелых цветных сплавов:

алюмосиликатный цеолит......................................

58...61%

Золи кремниевой кислоты (кремнезоль)...........................

39...42%

2 Сварика А.А. Покрытия литейных форм. – М.: Машино-строение, 1977.



Сведения об автореКузнецов Руслан Валерьевич – аспирант с.-Петербургского государственного политехниче-ского университета. Тел.: (812) 296-25-41. E-mail: [email protected]

Мартынов Константин Викторович – канд. техн. наук, доцент, там же. Тел.: (812) 542-71-22. E-mail: [email protected]

Промышленное апробирование показало, что при та-ком соотношении компонентов покрытие имеет оптималь-ный баланс огнеупорных качеств и адгезионных свойств. однако полученный состав, при всех положительных качествах, имеет достаточно невысокую седиментацион-ную устойчивость, что, в большей степени, объясняется гранулометрическим составом наполнителя и губчатым строением его зерна. Эта проблема не критична и может быть решена несколькими путями.

Выводы

• итог проведенной работы – получение нового ко-кильного ПП, удовлетворяющего требованиям литей-но-заготовительного производства сПб оао «Красный октябрь» и превосходящего серийное, как по технологи-ческим свойствам, так и по качеству полученных загото-вок.

• В качестве перспективной научно-исследователь-ской работы можно выделить повышение седиментаци-онных качеств полученного защитного состава и исследо-вание возможности его применения в других технологи-ческих процессах литейного производства.



УДК 621.739: 621.74.08

D.S. Burtsev,A.A. Ponomarev

Д.С. Бурцев, А.А. Пономарев (Московский государственный машиностроительный университет)

Проба для определенияжидкотекучести литейных сплавов в ювелирном производствеSample for determiningthe castability of foundry alloysin making jewelry

проведен анализ существующих проб для определения жидкотекучести литейных сплавов, с точки зрения их применения в ювелирном производстве, на основе ко-торого спроектирован и изготовлен вариант пробы, адаптированной к современ-ным технологическим процессам получения ювелирных изделий.

Ключевые словаЖидкотекучесть, форма, литейные свойства, технологическая проба, заполняе-мость, спиральная и шариковая пробы, модельный состав.

There have been analyzed the existing samples for determining the castability of foundry alloys in terms of their application in making jewelry, on the basis of which analysis a sample variant has been designed and produced that is adapted to the modern processes of making jewelry.

Key wordsCastability, mold, foundry properties, process sample, fillability, spiral and ball samples, pattern compound.

Аннотация

Summary

В настоящее время на рынке ювелирных изделий небольшие литейные мастерские, наряду с крупными литейными предприятиями, имеют в своем распоря-жении доступное высокотехнологичное оборудование (3d-принтеры, фрезерные станки с ЧПУ, вакуумные ли-тьевые машины) и современные CAD-программы для мо-делирования ювелирных изделий (Gemvision Matrix 3d, RhinoGOLD и т.п.).

Все это позволяет им изготовлять прецизионные от-ливки высокой сложности. однако при разработке тех-нологии получения художественных отливок небольшой массы не всегда учитываются литейные и технологиче-

ские свойства сплава, в том числе, жидкотекучесть, что, в основном, вызвано отсутствием теоретической подготов-ки и небольшим производственным опытом литья тонко-стенных отливок.

известны три основные технологические п р о б ы для определения жидкотекучести сплавов: клиновая, шарико-вая и спиральная. на основе их анализа разработана спе-циальная компактная проба для оценки жидкотекучести сплавов при производстве прецизионных и ювелирных изделий наиболее часто применяемым способом – ли-тьем по выплавляемым моделям в монолитные формы на основе кристобалита.



Рис. 1. Проба на жидкотекучесть

Рис. 2. Трехмерная модель пробы на жидкотекучесть

Рис. 3. схема напайки модельного блока

При разработке конструкции новой пробы решено со-вместить существующие пробы двух типов: спиральную и клиновую, уменьшив основные размеры спиральной пробы в 3,3 раза.

В ювелирном производстве для закрепления камней используют крапаны и корнеры – выступающие столби-ки разных толщины и длины. В стандартную спиральную пробу, кроме сферических выступов, были добавлены специальные столбики длиной 1, 2 и 3 мм и толщиной 0,3; 0,5; 0,7 и 0,9 мм для определения проливаемости тонких элементов отливок. общая длина пробы на жидко-текучесть 500 мм, при максимальном диаметре спирали 65 мм (рис. 1).

После определения размеров пробы в системе авто-матизированного проектирования ювелирных изделий Gemvision Matrix 3d была создана ее трехмерная модель (рис. 2), необходимая для написания управляющей про-граммы изготовления прототипа пробы из специального пластика на четырехкоординатном фрезерном станке с ЧПУ.

По пластиковому прототипу изготовляли силиконо-вую пресс-форму. с помощью вакуумного инжектора под давлением 0,5 кг/см2 получали выплавляемые мо-дели спиральной пробы, которые собирали в модельный блок на резиновом башмаке со стояком ∅ 6 мм (рис. 3). Пробы паяли на разном уровне крапанами вверх (на рис. 3 крапаны не показаны). По высоте заполненных рас-плавом столбиков можно определить действие металло-статического напора и расстояния от начала питания на

заполняемость в одной литейной форме при заливке из одного тигля.

Были изготовлены литейные формы 1, 2 и 3. После напайки выплавляемых моделей на башмак ставили пер-форированную опоку с фланцем, отверстия которой закры-вали скотчем. В опоки заливали жидкоподвижную формо-вочную массу, состоящую из химически чистого кристоба-лита, высокопрочного гипса, воды (40% от массы смеси), а также модифицирующих веществ (замедлителей), регу-лирующих скорость затвердевания гипса. Приготовленную массу вакуумировали и заливали в опоку.

для предотвращения подмешивания воздуха при ее заливке в опоку форму вакуумировали повторно. После затвердевания формовочной массы форму 2 ч выдержи-вали на воздухе.

на этапе I термообработки печь предварительно на-гревали до 180°C. Формы помещали чашей вниз для вытопки модельного состава. После чего проводили их термообработку по заданному режиму (рис. 4).



для исследования был выбран сплав оловянной бронзы Бро12, наиболее часто применяемый в ювелир-ном производстве при изготовлении мастер-моделей. Бронзу плавили в резистивной печи с графитовым 200-мл тиглем. на этапе I тигель нагревали до 900°C, после чего в него загружали чистую бескислородную медь и засыпали прокаленным углем. После расплавления меди для предотвращения окисления дорогостоящего олова ее раскисляли 10%-ной фосфористой медью (0,2% от ос-новной массы металла).

После ввода олова и перемешивания металла за-ливали литейные формы методом вакуумного всасыва-ния при температуре расплава 1100°C. Затвердевшие и

охлажденные до температуры выбивки отливки извле-кали из формы и очищали пескоструйной обработкой. Полученные блоки отливок представлены на рис. 5. Пробы проверяли на наличие дефектов и записывали номер последнего пролившегося индикатора и крапана. результаты см. ниже.

Показатель жидкотекучести, x/h...d

Проливаемость, %

1...... 2 / 2 / 2/1...0,7 / 2 / 1/2...0,9 22,2 / 22,2 / 23,3 /22,2/ 15,3

2...... 2 / 2/3...0,7 / 3 / 3/1...0,5/ 3 22,2 / 22,5 / 33,3 / 33,8/ 33,3

3...... 3 / 2/3...0,7 / 3/1...0,5 / 3/2...0,9 / 4/1...0,9

33,3 / 22,5 / 33,8 / 35,5/ 45,5

П р и м е ч а н и я . 1 Приведены данные для проб 1...5. 2. x/h – основной индикатор/высота крапана индикатора; d – диаметр крапана индикатора.

обработка экспериментальных данных выявила уве-личение проливаемости проб по очерёдности заливаемых форм, что, видимо, связано с уменьшением количества металла после каждой заливки и большем перегреве оставшегося в тигле сплава.

Вывод

В разработанной пробе получен незначительный раз-брос результатов, что позволяет использовать ее для вы-явления причин дефектов, связанных с недостаточной жидкотекучестью сплава и заполняемостью литейной формы.

Рис. 4. режим термообработки литейных форм на основе гипсового связующего

Рис. 5. спиральные пробы, полученные заливкой методом вакуумного всасывания


Бурцев Д.С. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производ-ства им. П.Н. Аксенова» Московского государ-ственного машиностроительного университета (МАМИ).

Пономарев А.А. – канд. техн. наук, доцент той же кафедры


СAD/CAM литейных процессов

УДК 621.74.01: 621.74.08

V.V. Marshirov,I.V. Marshirov

Моделирование температурных полей при формировании биметаллических отливок

Simulation of temperature fieldsduring the formationof bimetallic castings

Аннотация

Summary

В.В. Марширов, И.В. Марширов

Разработана и программно реализована математическая модель (ММ) для расчета охлаждения и затвердевания сплавов при формировании биметал-лических (БМ) отливок. Модель охватывает широкий диапазон граничных и начальных значений. в статье рассмотрено влияние температурных и временных условий на теплообмен при последовательной заливке двух сплавов. Модель общедоступна и размещена на сервере http://e-sim.nn2000.info.

Ключевые словаБиметаллическая отливка, нестационарный теплообмен, моделирование затвер-девания.

The authors have developed and implemented programmatically a model for calculating the cooling and solidification the alloys during formation of bimetallic castings. The model covers a wide range of boundary and initial values. The article considers the influence of temperature and time conditions on the heat transfer in sequential pouring of two alloys. The model is public and available on the server http://e-sim.nn2000.info.

Key words Bimetallic casting, нестационарный теплообмен, simulation of solidification.

снижение расхода высоколегированных дорогосто-ящих сплавов при производстве отливок, используемых при экстремальных нагрузках и при интенсивном износе, повышение ресурса и надежности изделий и одновре-менное снижение их стоимости достигается применением БМ-отливок, которые широко применяют при изготовле-нии дробильно-размольного оборудовании, для полу-чения фрикционных пар. Часто применяют следующие пары сплавов: белый чугун – высокопрочный чугун, сталь – чугун, чугун – бронза, сталь – бронза.

БМ-отливки получают центробежным литьем и ли-тьем в кокиль. При производстве БМ-отливки центро-

бежным литьем [1] разогревают изложницу, на ее рабо-чую поверхность наносят защитное покрытие толщиной в несколько мм и заливают сплав, который формирует 1-ый слой. Затем, с определенным временным интерва-лом, заливают жидкий металл для 2-го слоя. Теплота с внешней поверхности формы отводится металлической формой (изложницей), со свободной открытой поверхно-сти – излучением и конвекцией. При литье в водоохлаж-даемый кокиль, например, при получения БМ-штампов [2] обеспечивают направленную кристаллизацию со сто-роны формируемой гравюры. сначала заливают ферри-то-карбидную сталь и затем, после ее затвердевания на



30...80%, подают Al-чугун, выполня-ющий функцию опорного слоя.

опыт показал, что при получении БМ-отливок важны технологические режимы, которые обеспечивают не-обходимые структуры сплавов и формирование качественной пере-ходной зоны между слоями. Зона должна представлять собой участок, где в процессе затвердевания сплав-ляются (свариваются) сплавы, раз-личающиеся по химсоставу.

очевидно, что для эффективной реализации возможностей литей-ных технологий при получении БМ-отливок особенно важны техноло-гические режимы, обеспечивающие с л е д у ю щ е е .

• определенный интервал зна-чений теплового потока от отливки к форме задает скорость охлажде-ния затвердевающего металла, что особенно важно в диапазонах тем-ператур, при которых происходит формирование первичной структу-ры. например, при получении отбе-ленного слоя для отливок из изно-состойкого чугуна. Тепловой поток, в свою очередь, существенно зависит от толщины слоя заливаемого ме-талла, а также материала, начальной температуры, толщин формы и те-плоизоляционного покрытия.

• Подача металла для 2-го слоя должна создавать условия для соз-дания или существования зоны,

ным моделированием, для чего по-строена ММ, учитывающая влияние основных технологических литейных факторов на процесс затвердевания. разработанная и программно реали-зованная авторами модель учитыва-ет следующие п а р а м е т р ы :

• теплофизические свойства материалов формы и металлов БМ-отливок;

• толщину формы, 1-го и 2-го слоев заливаемых металлов;

• начальные температуры фор-мы и 1-го и 2-го слоев;

• условие подачи 2-го слоя (по температуре открытой поверхности 1-го слоя и по доле твердой фазы в открытой поверхности твердого слоя);

• термическую проводимость и толщину покрытия формы.

Моделировали процесс теплооб-мена методом конечных разностей [3], который был протестирован и использован в работе [4]. При реа-лизации поставленной задачи ранее разработанная ММ [3, 4] дополнена определением времени начала за-ливки 2-го слоя металла на открытую поверхность 1-го слоя.

Время заливки металла для 2-го слоя можно определить по двум у с -л о в и я м :

• по доле твердой фазы, которая образуется на открытой поверхности металла, и по текущей температуре открытой поверхности металла отно-сительно температуры солидуса;

• второе условие необходимо, если предполагается подплавление 1-го слоя или если возможно разру-шение затвердевшего слоя потоком падающего металла.

для детального анализа про-цесса теплообмена в модели про-изводится расчет и вывод в файл изменений температур на гранич-ных поверхностях 1-го и 2-го слоев, а также изменение температуры и доли твердой фазы в одной из за-даваемых точек отливки.

Рис. 1. изменения температур на граничных поверхностях слоев БМ-отливки:1-ый слой, контакт с формой 2-ой слой, контакт с 1-ым слоем1-ый слой, контакт со 2-ым слоем открытая поверхность 2-го слоя

представляющей перемешанный расплав двух металлов. Возможны следующие в а р и а н т ы создания такой зоны:

– на частично затвердевший 1-ый слой подают металл с температурой плавления Т

пл, близкой или более

низкой, чем Тпл

металла 1-го слоя – в этом случае фронт затвердевания последовательно перемещается от охлаждаемой поверхности;

– на незатвердевший 1-ый слой подают металл с более высокой Т

пл

– в этом случае возможно встреч-ное затвердевание обоих слоев и образование усадочных дефектов в отливке;

– после затвердевания 1-го слоя на него подают 2-ой слой – здесь не-обходимы температуры, при которых произойдет частичное подплавление 1-го слоя и последующее переме-щение фронта затвердевания по на-правлению ко 2-му слою.

режимы, обеспечивающие вы-полнение этих условий, можно по-добрать экспериментально, но для этого необходимы соответствующее технологическое оборудование и возможность проведения экспери-ментов, определяющих допустимые параметры по материалам и толщи-нам форм, покрытиям и температу-рам заливаемых металлов.

Вместе с тем, перечисленные режимы можно определить числен-

ба



Эти данные представляются в виде графиков. В пред-ставленном примере (рис. 1) используется стальная фор-ма толщиной 40 мм; 1-ый слой – чугунный, толщиной 20 мм, 2-ой – стальной, толщиной 20 мм, толщина защитно-го покрытия 2 мм.

на рис. 1, а доливка стали произведена из условия снижения температуры в поверхностном слое до темпе-ратуры ликвидуса и в момент начала образования твер-дой фазы. Моделирование показало, что время достиже-ния этого условия 160 с. на рис. 1, б доливка выполнена из условия полного затвердевания открытой поверхности, время – 195 с.

Температурные кривые показывают, что на внутрен-ней поверхности 1-го слоя наблюдается резкое повыше-ние температур, а на поверхности слоя, контактирующего с формой, повышение температур не достигает темпера-туры солидуса. соответственно, химсостав и первичная структура в приповерхностном слое не изменяются.

на рис. 2 приведены изменения температур и доли твердой фазы в 0,8 мм от поверхности, которая контак-тирует с формой. Видим, что после заливки 2-го слоя температура повышается, но не достигает температуры затвердевания сплава.

Важно отметить, что получаемые расчетные данные – ориентировочные, так как не учитывают механическое воздействие потока металла, который может размывать уже затвердевшую корку.

Поэтому для уточнения результатов рекомендуется, используя любой доступный способ литья, последова-тельно залить два сплава, затем, при аналогичных усло-виях, провести численное моделирование и определить температуру открытой поверхности, при которой были получены удовлетворительные результаты, и ее значение

использовать для моделирования условий формирова-ния БМ-отливок выбранным способом при разных гра-ничных и начальных условиях.

Разработанная модель программно реализована и общедоступна, с возможностью использования в on-line режиме. Размещена на http://e-sim.nn2000.info. Модель может быть использована для исследований процессов теплообмена при затвердевании сплавов и для отработки технологических режимов литья БМ-отливок.

1. Бахметьев В.В., Цыбров С.В., Авдиенко А.В. и др. Производство прокатных биме- таллических валков Зао «Меха-норемонтный комплекс» для ооо «МнК» // Литейное произ- водство. – 2007. – №1. – с. 11–13.

2. Остащенко Б.И., Бикулов Р.А., Колесников М.С. и др. о производстве биметалических штампов горячего деформирования // Литейное производство. – 2012. – №8. – с. 5–6.

3. Марширов В.В., Марширова Л.Е. Численное моделирование затвердевания сплавов при интенсив-ном сопряженном теплообмене // сибирский журнал ин-дустриальной математики. – 2013. – Т. XVI. – №4. – с. 111–120.

4. Марширов В.В. Моделирование литья под давле-нием высокотемпературных сплавов // Литейное произ-водство. – 2013. – №5. – с. 36–39.

Рис. 2. изменения температур и доли твердой фазы в от-ливке в 0,8 мм от поверхности, контактирующей с формой: 1 – температура в заданной точке, 2 – доля твердой фазы

1

2


Марширов Виктор Викторович – канд. техн. наук, доцент кафедры информационных систем и технологий Национального исследовательско-го университета «высшая школа экономики», г. Н. Новгород. тел.: +7-908-160-53-16. E-mail: [email protected]

Марширов Игорь Викторович – канд. техн. наук, доцент кафедры машиностроительных тех-нологий и оборудования Алтайского государ-ственного технического университета им. И.И. Ползунова, г. Барнаул. тел.: +7-960-944-86-90. E-mail: [email protected]

СпИСОК ЛИтерАтУры


О рганизация производства

УДК 621.74.02: 621.743.06

Y.V. Golenkov

Ю.В. Голенков («Русская промышленная компания»)

стержневые технологиии оборудование Laempeна чугунолитейном заводеГермании Fritz WinterCore-making technologyand equipment by leading iron foundry Fritz Winter in Germany

в статье дается оценка производству отливок в германии (объемы, особенности, техническая оснащенность), а также проиллюстрирован опыт сотрудничества одного из самых крупных литейных заводов мира Fritz Winter и фирмы Laempe по поставкам современного стержневого оборудования.

Ключевые словаСовременные технологии изготовления стержней, Cold box amin-процесс, показа-тели эффективности литейного производства.

The article provides an overview of casting production in Germany (volume, characteristics, equipment level), and shows the cooperation experience of one of the biggest foundries worldwide Fritz Winter and Laempe in delivering of modern core-making equipment.

Key wordsModern technologies of core-making, Cold box amin-process, efficiency factors.

Аннотация

Summary

Состояние литейнойпромышленности Германии

По объему выпускаемой литейной продукции (5,2 млн т) Германия заняла в 2012 г. V место в мире, отставая только от Китая, сШа, индии и Японии – 44,5; 12,3; 9,8 и 5,5 млн т, соответственно. особенности ли-тейной промышленности Германии – высокий уровень инноваций, автоматизации и рентабельности (100...130 т отливок и, соответственно, € 130...320 тыс. на сотрудни-ка). В результате сбыта литейной продукции Made in Ger-many капиталооборот в 2012 г. превысил € 12 млрд. По

среднему выпуску отливок, в тоннах на одного сотрудни-ка литейного производства, Германия сильно опережает остальные «литейные» страны.

Прогноз общества немецких литейщиков тенден-ций развития литейной промышленности Германии в 2015...2020 гг. – стабильность производства в номи-нальном производственном режиме, при среднем уровне загруженности производственных мощностей 75...85%, с ожидаемым годовым ростом производства 1...3%. основной потребитель отливок Made in Germany – ав-томобильная промышленность. сбыт в автомобильной промышленности находят ≥ 60% всех произведенных в



Германии отливок из черных и ≥ 75% отливок из цветных сплавов, в основном, из Al-сплавов. остальные отрасли, которые массово применяют литые заготовки, – арматур-ная и электротехническая промышленность, общее маши-ностроение, энергетика.

Технологии и оборудование Laempeна литейных заводах Германии

За последние 25 лет группа Laempe поставила на за-воды Германии > 3000 ед. стержневого оборудования, а также десятки автоматизированных стержневых участков. соответственно, для передового уровня оснащенности литейного производства в других странах со сравнимыми объемами производства отливок также необходимо до-стичь таких показателей и по числу стержневых центров Laempe, например, ~ 3000 ед. для россии.

Бесспорен вклад Laempe в развитие литейного маши-ностроения и автоматизации технологических процессов. Так, еще в 2003 г. фирма получила приз от концерна ABB за самое массовое применение роботов ABB в литейной промышленности. огромен вклад фирмы Laempe в раз-работку инновационных идей и по освоению метода литья в стержнях. стержневые пакеты – это необходимое усло-вие для серийного производства блоков двигателей или головок цилиндров на современных аФЛ.

В 2001 г. фирмой Laempe было разработано неорга-ническое связующее, а в 2003 г. запатентован и в 2004 г. официально представлен на Международной выставке GIFA метод изготовления стержней из неорганических связующих Beach Box на стержневых автоматах Laempe. Эти разработки Laempe дали новый качественный толчок в развитие литейной химии. В настоящий момент совре-менные версии неорганических связующих с успехом применяют при производстве стержней для блочных от-ливок на заводах немецких концернов VW и BMW.

Коротко о чугунолитейном заводе Fritz WinterFritz Winter Eisengießerei, крупнейший чугунолитейный

завод Германии, основан в 1951 г. в г. Штадталлендорф (земля Гессен, Германия). на трех производственных площадках Fritz Winter выпускает ~ 600 тыс. т отливок в год. из персонала в 3700 сотрудников 2800 работают на головном предприятии. Годовой капиталооборот Fritz Winter € 700 млн (€ 754 млн на 505 тыс. т отливок и 3570 сотрудников в 2011 г.). Показатели эффективности ли-тейного производства – производство 141,5 т и объем продаж отливок € 212 тыс. в год на одного сотрудника, включая вспомогательный персонал.

Завод специализируется на производстве отливок из легированного и нелегированного серого и высокопроч-ного чугунов, а также блочных отливок из ч у г у н а с

в е р м и к у л я р н ы м г р а ф и т о м (ЧВГ) массой отли-вок от 1 до 3000 кг (рис. 1).

Типичные представители отливок – блоки двигате-лей, коробки передач, оси, тормозные диски. основные клиенты Fritz Winter – ведущие автомобильные концерны, такие, как VW, Daimler, BMW, Renault, Volvo, Ford, Fiat, Peugeot, Citroen, Toyota, Kia, Isuzu, GM. Завод Fritz Winter поставляет отливки и в Россию на Ярославский моторный завод (ЯМЗ) Группы ГАЗ.

другое направление – отливки для гидравлических клапанов и систем. основные клиенты – Bosch Rexroth, Parker, Hydac. доля экспорта > 50%.

активное освоение последних достижений литейных технологий, постоянное обновление технологического парка оборудования и высокая рентабельность выпуска-емой продукции – основные причины, почему на заводе хочет работать молодежь. Только за последние два года на Fritz Winter пришли > 380 молодых рабочих.

руководство завода обеспечивает технические воз-можности и квалифицированный персонал для обучения до 50 молодых людей в год, которые проходят многолет-нюю практику в условиях классической немецкой «двой-ной» системы образования (учебный процесс парал-лельно с участием в работе на реальном производстве). Большинство из уже обученных молодых людей после получения диплома остаются на Fritz Winter на постоян-ную работу.

основные этапы технологического развития завода:1959 г. – получение первой серии отливок блоков дви-

гателей;1975 г. – производство первой серии отливок венти-

лируемых тормозных дисков;1990 г. – поставка первой партии отливок в россию;1994 г. – производство первой партии отливок из

ЧВГ.2003 г. – разработка инновационной технологии Veri-

fer получения легированного ЧВГ с повышенными физи-ко-механическими и технологическими свойствами;

Рис. 1. Типичные отливки-представители завода Fritz Winter



2007 г. – запуск сверхсовременного стержневого участка с максимальной автоматизацией.

Сотрудничество Laempeс чугунолитейным заводом Fritz Winterобщее количество поставленного на чугунолитейный

завод Fritz Winter оборудования Laempe в 2000...2014 гг. – 25 с т е р ж н е в ы х ц е н т р о в (сЦ), шесть из которых – это роботизированные участки производства и после-дующей обработки стержней, в основном, для тормозных дисков (рисунки 2...4).

В марте 2015 г. Laempe получила новый заказ на поставку сЦ на базе автомата LHL для производства стержней вентилируемых тормозных дисков. номиналь-ная производительность стержневого автомата LHL (с пе-скострельной головкой 50 л) на холостом ходу 15 с.

В соответствии с потребностями завода, сЦ будет иметь возможность производить в час до 480 стержней тормозных дисков с максимальным внешним диаметром 415 мм.

разработанный в 2010 г. автомат Laempe типа LHL – последнее поколение высокопроизводительной стержне-вой техники. Прототип автомата LHL был показан впервые на выставке GIFA в 2011 г.

Х а р а к т е р и с т и к а стержневых автоматов Laempe типа LHL.

• допустимые размеры (max) стержневой оснастки (Ш×Г×В) 1600×2000×950 мм.

• допустимая масса (max) оснастки 10 т.• объем надувной головки 40...300 л.• размеры надувной плоскости (Ш×Г) 1350×1600 мм.• Усилие запирания (max) оснастки, обеспечивающее

плотное замыкание ящика во время цикла изготовления стержней (надува и продувки) 100 т.

• Минимальный машинный цикл на холостом ходу (без надува и продувки) 15 с.

основные к о н с т р у к т и в н ы е о с о б е н н о с т и стержневого автомата LHL.

• стабильная четырехколонная несущая конструкция, на которой подвешены верхняя рама машины и траверсы для крепления верхних частей стержневых ящиков. К верхней раме машины прикреплена каретка пескострельного и продувного механизма. К основанию корпуса машины прикреплены каретка стола с встроенным роликовым транспортером для установки и подачи оснастки в машину.

• автоматизированная система наладки комплекта оснастки на машине.

• автоматизированная система замены комплекта стержневой оснастки.

• Пескострельный механизм со сменной головкой. При необходимости, возможно исполнение автомата LHL с двумя надувными головками. Гидрофиксаторы

Рис. 2. роботизированный участок сборки и спаренного стержневого пакета для получения двух отливок четырех-цилиндровых грузовых двигателей

Рис. 3. Пример съема стержней вентилируемых тормозных дисков для грузовых машин

Рис. 4. Пример сборки стержней грузового V8 блока в пакет



для быстрой замены надувных головок, а также для замыкания/размыкания пескострельных плит к надувных головках. оптическая система контроля уровня заполнения надувной головки стержневой смесью.

• общая каретка для пескострельного и продувного механизмов. В случае исполнения автомата для «холодных» процессов, продувной механизм выполен с встроенной верхней толкательной плитой.

стержневой автомат LHL, по заказу Fritz Winter, ос-нащен газогенератором LGi по Cold box amin-процессу – новейшая технологическая разработка Laempe. Только одним таким автоматом, оснащенным газогенератором Lgi, можно производить до 2,5 млн стержней тормозных дисков для грузовых автомобилей в год.

Что эти цифры означают, можно понять, анализируя статистические данные по выпуску новых грузовых машин в Германии за 2014 г., а именно: 536 тыс. шт./год, из них Daimler AG – 371 тыс. шт. (мировой лидер) и, соответственно, VW-Group. Т.е. одним сЦ Laempe обеспечивается годовая потребность в стержнях для отливок тормозных дисков для двух немецких производителей. Поэтому руководство завода намеревается модернизировать свой литейный завод поэтапной закупкой нескольких подобных сЦ.

обсуждаются варианты производства стержней с полной автоматизацией съема и последующей обработкой стержней, включая их окрашивание.

Чугунолитейный цех Fritz Winter также оснащен са-мым современным оборудованием для изготовления форм. В первую очередь, это – современные аФЛ фирмы HWS-Sinto, Германия, работающие по сейатцу-процессу (опока 850×850×220/400 и 400/220 мм, 220 ф/ч; опока 1120×1080×350/250 мм, 250 ф/ч; технология уплотнения – воздушный поток и последующее многоплунжерное прессование).

В 2003 г. на заводе был запущен новый литейный цех G7 для расширения производства тормозных дис-ков для легковых автомобилей с высокоскоростной аФЛ HWS-Sinto по сейатцу-процессу, тип EFA-SD: раз-мер опок: 1120×1080×350/250 мм, производительность – 250 форм/ч. Благодаря тому, что тормозные диски заливают в горизонтальные формы, структура отливок получается однородной, и в ней меньше образуется по-ристости и других литейных дефектов. другие преиму-щества – высокая размерная точность отливок и мини-мизация сдвигов формы, т.е. полная «повторяемость» отливок. смена оснастки происходит без потерь време-ни в такте работы аФЛ.


И нформация. Х роника

Учредители• КоЛЛеКТиВ редаКЦии

• ассоЦиаЦиЯ ЛиТейщиКоВ УКраины

• БеЛорУссКаЯ ассоЦиаЦиЯ

ЛиТейщиКоВ

• российсКаЯ ассоЦиаЦиЯ

ЛиТейщиКоВ

• союЗ ЛиТейщиКоВ

санКТ-ПеТерБУрГа

• оао «КаМаЗ»

• ао « автоВаЗ»

Издатель

ооо «Литейное производство»

главный редактор

и.а. Яскевич

Журнал готовили

а.е. ЗевакинаC.П. ишковае.В. Трушина

Наш адрес:

111394, Москва, ул. Мартеновская, 39, корп. 2, офис 4

Телефон/факс

+7 (495) 303-85-81

e-mail: [email protected]Сайт www.foundrymag.ru

Перепечатка, все виды копирования и вос-

произведения материалов, публикуемых

в журнале «Литейное производство»,

осуществляется только с разрешения

редакции

сдано в набор 01.07.2015Подписано в печать 01.08.2015дата выхода в свет 10.08.2015Формат 60х80 1/8Печать офсетная, мелованнаяотпечатано в ооо “ра-Принт”, 115551 Москва, Шипиловский проезд, д. 43, корп. 2, оф. 135

Цена договорная

К 80-летию со дня рождения

Виктор Борисович Поль

30 июля 2015 г. исполнилось 80 лет Виктору Борисовичу Полю, кандида-ту технических наук, многие годы возглавлявшему правление свердловской общественной региональной организации литейщиков.

После окончания в 1958 г. металлургического факультета Уральского по-литехнического института Виктор Борисович работал в Уральском институте черных металлов – младшим и старшим научным сотрудником, заведую-щим сектором прокатных валков, а с 1977 по 1993 гг. – в Цнии металлургии и материалов тяжелого и транспортного машиностроения – заведующим от-делом чугунного литья. с 1993 г. был доцентом кафедры «автоматизация и технология литейных процессов» российского государственного професси-онально-педагогического университета.

Виктор Борисович – один из ведущих специалистов по литью серых и высокопрочных чугунов, один из создателей полунепрерывного способа производства чугунных труб большого диаметра (синарский трубный за-вод, Могилевский металлургический завод), благодаря которому в резуль-тате исключения из техпроцесса формовочных и стержневых смесей лик-видированы тяжелые условия труда в труболитейном производстве. на эту технологию продана лицензия в Японию фирме «ниппон Чузо».

он руководил разработкой перспективных технологий для техперевоо-ружения чугунолитейных цехов, был инициатором создания оборудования для фракционного дробления и рассева ферросплавов во взрыво- и пожа-робезопасном варианте, разработчиком техпроцессов получения отливок из ЧШГ (синарский трубный завод, ао «Курганмашзавод», завод «двигатель революции» в н. новгороде, рММЗ ао «Ураласбест» и др.), руководил раз-работкой проектов вагранок со вторичным дутьем и мокрым пылеуловите-лем для ряда заводов Урала и других регионов.

В.Б. Поль – автор более 100 статей, монографии «Непрерывное литье чугуна» (1968 г.) и учебного пособия «Ваграночный процесс плавки чугу-на»(2004 г.), имеет 32 авторских свидетельства на изобретения и патент рФ. он – «изобретатель ссср» и «Лауреат ВВЦ», награжден правительствен-ной медалью, медалями ВднХ, почетный выпускник УГТУ-УПи.

Многие годы Виктор Борисович возглавлял ассоциацию литейщиков свердловской обл., которая оказывала методическую и научно-техниче-скую помощь заводам области, проводила конференции литейщиков (три региональные и VI съезд литейщиков россии), организовывала производ-ственные практики студентов.

Виктора Борисовича хорошо знают как веселого и остроумного человека, его песни на известные мелодии, прежде всего, «Гимн литейщиков», звуча-ли на многих съездах литейщиков россии. ему принадлежит девиз: «Весело работать, весело отдыхать». Редсовет и редколлегия журнала «Литейное производство», друзья и коллеги сердечно поздравляют юбиляра и желают ему здоровья и долгих лет жизни.

ISSN

002

4-44

9X. Л

ИТЕ

ЙН

ОЕ

ПРО

ИЗВ

ОД

СТВ

О. 2

015.

№8.

1-4

0. И

ндек

с 70

491

lp8_2015

Documents