Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

страница на русском: Технология литья по пенопластовым моделям выводит литейное производство на новый уровень

Технологія лиття по пінопластовим моделям виводить ливарне виробництво на новий рівень

Кращі технології кінця 20-го століття, удосконалюючись, міцно стають на промислову основу, визначають конкурентоспроможність виробництва, дають прибуток і привертають інвестиції в нове виробництво. Одна з цих технологій — лиття по піномоделям

Серед створених в останні десятиліття технологій в ливарній справі набирає популярність зручна технологія, коли отримати модель відливання означає вже наполовину отримати саме відливання. Модель відливання проводять з пінополістиролу (пінопласту). Пінополістирол відноситься до твердої піни (у фізичній хімії точніше визначається як ячейно-плівкова дисперсна система).

Моделі для серії відливань проводять задуванням гранул полістиролу в легкі алюмінієві прес-форми (вельми прості у виготовленні і часто багатовмісні) з подальшим спінюванням і склеюванням гранул при нагріві прес-форм до 120 ºС. Для разових і крупних відливань, іноді вагою до декількох тонн, підходить вирізування моделей з плит пінопласту нагрітим ніхромовим дротом, який, наприклад, після шаблонів з картону «як по маслу» ріже блоковий пінопласт. Модель, а потім і отримане по ній відливання, мають високу точність (відповідно, низьку металоємність) і конкурентний товарний вигляд.

Вільно можна бачити, «помацати» відливання ще в моделі, проміряти її стінки, чого при звичайному формуванні «у опоках в землю» для складних з декількома стрижнями відливань просто не зробити. Відсутній зсув стрижнів і форм при збірці (оскільки відсутні самі стрижні), що сприяє підвищенню розмірної точності відливок до рівня 7—9 класу ГОСТ 26645-85, а шорсткості їх поверхні до 12,5—25,0 мкм. Моделі фарбують швидковисихаючою фарбою з вогнетривким протипригарним порошком (зазвичай отримують покриття товщиною 0,4—0,8 мм), збирають з літником, засипають сухим піском в ящику (контейнері) і заливають металом.

При заливці метал випаровує модель і заміщає її собою. Ця операція заміни одного на інше і є ноу-хау технології лиття по газифікованих моделях (ЛГМ). У всіх інших способах формування по моделі, присутня операція її видалення перед заливкою і в цьому криється «секрет» точність отримуваних відливань. Що заформували, те і відлили в нерухомому навколишньому піску. Зняття «копії» з моделі відбувається одночасно з «перетворенням» моделі у відливання, що жартома можна порівняти з жертвою пішки (моделі) для виграшу тури (відливання) у шаховій партії. Такий підхід до лиття часто малозрозумілий вітчизняним машинобудівникам, наші ливарники до такого не звикли, стереотипи, завчені ще в інститутах, не дають побачити нових можливостей лиття, що гальмує розповсюдження ЛГМ.

Щоб модель не диміла в цеху при заливці, з контейнера зазвичай відсисають насосом гази — розрідження підтримують невелике, приблизно пів-атмосфери в течію до 15 хв. Після відключення відсмоктування газів, охолоджування відливань у формі продовжується ще на протязі 10—30 хв., а потім відливання з піском висипають їх контейнера і подають для виконання фінішних операцій. Можна також лити і без відсмоктування газів, наприклад, для разових відливань (великогабаритних штампів для кузовів автомобільного виробництва і тому подібне) при формуванні в рідко скляної суміші використовують трубчасті газовивідні канали з підпалом газу, що виходить. В процесі горіння газ від термодиструкції моделей практично повністю переводиться в двоокис вуглецю і пари води без виділення диму в цех.

Ділянки модельного виробництва забезпечуються модернізованими автоклавним устаткуванням з об’ємом камери 100—400 л (аналогічні автоклави найчастіше застосовують у фармацевтичній і медичній промисловості). Розроблені удосконалення в порівнянні з моделями, що серійно випускаються, дозволяють прискороти час спікання моделей 1,5—2 хв. при температурі 115—135 ºС і товщині стінки отримуваного відливання 5—10 мм і вище. Таким устаткуванням зараз оснащено ряд цехів в Україні.

Для серійного виробництва відливань поставляються напівавтомати, на яких цикл виробництва моделей пінопластів складає біля 2—3 хв. Практика показує, що вказане модельне устаткування в ливарних цехах, що діють, нашої країни є найбільш завантаженим і часто експлуатується у три зміни.

Виробничі ділянки (модельний, формувальний, плавильний, очисний) мають приблизно однакові площі і оснащуються простим устаткуванням (найбільш складним є згадане модельне). Все формування складається із засипки сухого піску з вібрацією контейнера без масивних високоточних машин пресування, струшування, пристроїв збірки форм, властивих традиційним видам формування. В даному випадку, акцент робиться на виробництво моделей, оскільки якість виконання моделі в основному визначає якість відливання.

Оборотне охолоджування сухого піску ведуть в пневмопотоці, псевдокиплячому шарі або в простіших прохідних охолоджувачах з повторним використанням піску ~97%, а також застосовують термічній регенерації піску шляхом нагрівання його в межах 300—400 ºС, при якому відбувається допалювання і випаровування залишків деструкції пінопласту, піщинок, що осіли на поверхні. Втрати обороту піску складають просипи і відсів дрібної фракції для запобігання його надмірного запилення. Крім того, застосовують осадження пилу в циклонах при проходженні газів, що відсисаються з форми і допалювання газів, що відходять, в термокаталітичних установках із ступенем знешкодження 98%. При спалюванні в атмосферу виділяється газова суміш з 85% N2, 5% O2, 10% CO2, сліди вуглеводневої складової не перевищують 0,001%, що в 10—15 раз менше гранично допустимих норм викидів і, як наслідок, істотно поліпшується екологія виробництва.

Для чорних і кольорових сплавів використовується однакове модельно-формувальне устаткування, яке, завдяки своїй нескладності, без ускладнень виготовляють в Україні (для інших видів формування якісне устаткування зазвичай імпортують). У такий спосіб можна отримувати відливання з чавуну і сталі всіх видів, бронзи, латуні і алюмінію всіх марок. У ящику на «ялинці» можна відразу лити десятки відливань, як в ювелірному виробництві, що служить ще одним «козирем» для лиття по піномоделям.

На початку історії створення цього способу лиття у нас в країні лежить авторське свідоцтво СССР №136014 на винахід одиного з варіантів цього способу, яке в 1961 р. отримав наш співвітчизник одесит О. Р. Чудновський. З тих пір більш за півсотню вітчизняних винаходів «захищають новизну» технології. У наш час в світі по пынополістирольним моделях проводять ~1,4% від всієї кількості лиття (більш ніж 1,5 млн. т/рік), прогнози на найближче майбутнє дають цій технології 10—20% світового лиття. Значним резервом виглядає ринок країн СНД, де випуск лиття цим способом не перевищує 100 тис. т., а також ринок Росії, де в 2005 р. проведено цим способом всього 0,1% відливок.

Інститут ФТІМС НАН України (м. Київ), під керівництвом проф. О. И. Шинського десятки років удосконалює цю технологію, як «фірмову» спеціалізацію і один з напрямів науково-технічних напрацювань інституту. Інститут комплектує і поставляє устаткування і оснащення для ливарних цехів і ділянок в технологічні «ланцюжка» різної конфігурації, відпрацьовує технологію у себе і передає в цех замовника. Виконується пуско-наладка поставленого ливарного устаткування і шеф-монтаж.

Поставлені для ливарних цехів комплекти устаткування продуктивністю 150—5000 т відливок в рік. Це устаткування показало стабільну продуктивність при експлуатації в цехах України, Росії, поставлено і упроваджено таке устаткування в Польщі, Румунії і В’єтнамі, з останніх об’єктів — цех на 5000 т/рік у Дніпропетровську.

Досвід запуску цехів до 50—150 т/місяць що показав термін окупності 9—12 місяців, притому, що набір устаткування для дрібних цехів 10—80 т/місяць відрізняється мало.

Потенціал технології настільки значний, що він дозволяє лити не тільки метали і сплави, але і композити, які володіють підвищеними у декілька разів (в порівнянні з простими сплавами) службовими властивостями, наприклад, триботехничними. Ці нові литі матеріали і технології дають істотне зниження металоємності і собівартості продукції. Практика експлуатації організована інститутом виробництв показує, що зниження витрат на матеріали (витрата на 1 тонну придатного лиття складається з чотирьох модельно-формувальних матеріалів: кварцовий пісок — 6 кг, протипригарне покриття — 25 кг, пінополістирол — 6 кг і плівка поліетиленова — 10 кв. м., що пов’язує пісок не застосовується) дозволяє економити не менше $100 на тонні лиття, а розміщення відливань за всім обсягом контейнера скорочує витрату шихти металу на 150—250 кг, електроенергії на 100—150 кВт. год.

Технологія лиття по піномоделям має наступні техніко-економічні показники

Технологія лиття по піномоделям
коефіцієнт використання металу 80—98%
вихід придатного 65—80%
підвищення механічних характеристик матеріалу відливань на 10—15%
зниження маси відливань на 15—25%
зниження витрати шихтових матеріалів і фіросплавів на 15—25%
зниження витрати формувальних і стрижньових матеріалів на 80—90%
зниження капітальних витрат 2—2,5 рази
зменшення виробничих площ 3—4 рази
зменшення трудовитрат 30—50%

Трудомісткість фінішних операцій скорочується на 10—20% при одиничному і на 40—60% при серійному виробництві. Особливо крупна економія виходить при литті складних відливань із зносостійких сталей (шнеки для машин виробництва цеглини, била, молотки і деталі дробарок), оскільки різко знижуються витрати на їх механічну оброботку. Також ллють без обмежень колеса, зірочки, корпуси, сантехніку, головки і блоки циліндрів бензинових і дизельних двигунів, художні, паркові і інші відливання.

По даним General Motors, при виробництві блоку циліндрів за цією технологією його маса зменшилася на 15% і трудомісткість механічної обробки на 50% в порівнянні з традиційним литвом в стрижнях. Кількість головок і блоків циліндрів для автодвигунів, відлитих описуваним способом, досягла 8 мільйонів штук. Промислове освоєння серійного литва чавунних блоків автомобільних двигунів стоїть на порядку денному вітчизняного двигуновигототвлення. І технологи ФТІМС зараз відпрацьовують технологію лиття по спроектованому оснащенню на два види головок і блоків циліндрів двигунів з алюмінієвих сплавів і чавунів.

Для проектування і виготовлення прес-форм все ширше застосовують комп’ютери, коли по кресленню литої деталі, завдяки програмному забезпеченню, відразу вирізають модель пінопласту прес-форми. Тривалість операції займає буквально години. Потім по цій моделі відливають алюмінієву прес-форму, що часто не вимагає механічної обробки. Тобто, таким же способом точного литва отримують прес-форму, потім по ній проводять моделі, і далі відливання.

Для підприємців, охочих створювати або реконструювати ливарний цех, підкреслимо, що ЛГМ відноситься до високих ливарних технологій, які ламають стереотип про те, що високі технології — обов’язково складні малодоступні виробництва. Ділянки ЛГМ, наприклад, легко розмістити при кузнях, термічних, ремонтних і інших цехах.

На жаль, крупні металургійні держави Росія і Україна продовжують продавати за рубіж багато металу в чушках, слябах і масивних заготівках, а також лом. Тоді як Німеччина в 2004 р. експортувала 31% відливок, повністю імпортуючи руду і метал. Проте статистика останніх років показує випереджаюче зростання (на рівні до 25% у рік по Україні) оброблювальній промисловості, що об’єктивно стимулює перехід від продажу металу як сировини до поглибленої його переробки. І в цьому випадку без високоточних металозаготівок не обійтися. Тим більше це вигідно для нечисленних країн із замкнутим металургійним циклом, до яких відносяться Росія і Україна. Відродження вітчизняного машинобудування базується на розумінні того, що, чим раніше ми почнемо в деталі і машини переводити свій метал, тим швидше досягнемо європейського рівня добробуту.

Форма ялинки
Запірна арматура
Лиття форм
Різноманітність моделей пінопластів
Модель пінопластової крильчакти
Модель пінопластового шнека
Наконечники пінопластіві
Патрубки алюмінієві
Формування
Художні наконечники
Якір

Відповіді на запитання

Коментарі:

  1. виктор 26.08.2013 11:19

    хочу купити моделі з пінопласта потрібно модель лещат вагою приблизно 20кг,на квадратний профіль рухомой частини розміром 70х70мм,дуже треба!!!!, модель наковальні вагою 80кг двурога, а також піки на ворота у вас вони на фото,тео 0986662838,0639711611,нововолинськ

  2. Тарас 30.08.2017 12:56

    Доброго дня, можливо порекомендуєте якісну ливарню по «ЛГМ»
    0989240030

  3. Дорош 5.10.2017 14:35

    Литье металла по пенопластовым моделям — высокая точность и низкая себестоимость отливок.
    Моделирование декоративных и технических изделий из пенопласта, а также пресс-форм.

    Рост машиностроения пропорционально увеличивает потребление отливок, объем мирового производства которых в 2015 г. достиг 104,13 млн. т. Чем больше страна выпускает отливок, тем больше производит машин и механизмов, и наоборот. До 80% литья из металлов получают в песчаные формы (включая спецвиды литья), что сохраняет актуальность развития технологии литейной формы с учетом растущих требований экологии. В литейном цехе наиболее точные отливки можно получать по разовым моделям. Если при литье в песчаные формы применяют разовые формы, то теперь льют по разовым моделям из пенопласта. Они похожи на упаковку от телевизора, или разовую пищевую тарелку, которых массово штампуют на автоматах, а плитами пенополистирола утепляют наружные стены домов.
    По такой же технологии (как для упаковки) для серии отливок модели производят задуванием гранул пенополистирола в алюминиевые пресс-формы (многоместные для мелких моделей) с последующим вспениванием гранул нагревом пресс-форм около 3 минут. Для разовых и крупных отливок (весом до нескольких тонн) модели вырезают из плит пенопласта нагретой нихромовой проволокой по шаблонам или на макетно-фрезерных станках (3D-фрезерах). Модель и полученная по ней отливка, имеют высокую точность и конкурентный товарный вид.
    Свободно можно видеть объемный прообраз отливки в модели, померять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок не сделать. Модель из пенопласта легче отливки из чугуна в 300 раз, возьмешь в руки модель – как будто держишь пустоту, которая затем превращается в металл. Обычно литейщики к такому не привыкли, стереотипы заложенные еще в институте, не дают увидеть новых возможностей литья. Пенопластовые модели покрывают краской с огнеупорным порошком, склеивают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом. При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. Чтобы модель не дымила в цех при заливке, из контейнера отсасывают насосом газы – разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы (бытовой пылесос дает до 0,3 атм). Нет вони горелых связующих, нет заливов по разъему форм (нет разъема) и смещения стержней и форм при сборке, т. к. отсутствуют сами стержни со всеми проблемами их производства и выбивки.
    Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной оснащаются простым оборудованием. Вся формовка состоит из засыпки моделей сухим песком на вибростоле (без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, сборки форм, пневмотрамбовок, бегунов). Акцент внимания перенесен на производство моделей — этих «легчайших белых игрушек» с плотностью около 25 кг/куб.м. Модели состоят из примерно из 97,5% воздуха и 2,5% полистирола, такое производство обычно «доверяют» женским рукам, располагая модельные участки на втором и выше этажах зданий. Труд, подобный упаковочному, вытесняет образ литейки, как маленькой шахты.
    Оборотное охлаждение песка после высыпания из форм ведут в проходных охладителях — в пневмопотоке или барабанных, как правило, монтируя их с бункерами вне цеха (песок не боится мороза). Для черных и цветных сплавов используют одинаковое отечественное оборудование (в отличие от традиционной формовки со связующим, когда качественное оборудование бычно импортируют). Так получают отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике на «елке или кусте» сразу льют десятки отливок, как в ювелирном производстве.
    Цеха и участки с этой гибкой технологией стремительно множатся по всему миру — от Америки до Китая, в авто- и приборостроении, Ford Motors, Fiat, General Motors и т. д., несколько сотен патентов на изобретения – а поток их растет. Сегодня в мире по ней производят отливок ~2 млн. т/год, прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10-20% мирового литья. Институт ФТИМС, г. Киев, спроектировал оборудование и запустил ряд цехов участков.
    Низкие затраты на модельно-формовочные материалы (на 1 т годного литья расходуют четыре вида: кварцевый песок — 50 кг, противопригарные покрытия — 25 кг, пенополистирол — 6 кг и пленка полиэтиленовая — 10 кв.м., нет в песке связующего) экономят не менее 100 дол./т литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает выход годного 70-80%, экономию по шихте металла на 250-300 кг, электроэнергии 100-150 кВт.ч., массы отливок на 10-20% по сравнению с традиционной опочной формовкой. Крупную экономию дает литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Нет ограничений на конфигурацию отливок.
    По данным на сайте AFS способом ЛГМ (Full Mold Casting and Lost Foam Casting) в 2007 г. в КНР выпущено 0,648 млн. т отливок (86,5% — чугун, 13,0% сталь и 0,5% цветные металлы). Если общий тоннаж литья в КНР за 2007-2012 гг. вырос с 31,3 до 42,5 млн. т, то с учетом таких темпов очевидно, что в настоящее время выпуск отливок способом ЛГМ в КНР превысил 1 млн. т. Опыт запуска участков до 50-150 т/месяц показал срок окупаемости до 2-х лет, набор оборудования для цехов 10-80 т/месяц отличается мало. Если создавать или реконструировать литейку, то литье по газмоделям – тот бизнес, где металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в конкурентный товар. Страны, где металлургия дает металл из собственных руд, путем углубленной его переработки обретают шанс опередить конкурентов. Этот способ литья показывает, что использование науки в высоких технологиях дает не обязательно сложные малодоступные производства. Литье по газмоделям даст реальную выгоду для производства большинства номенклатуры отливок. Экономисты пишут, килограмм металла (см. цены рядовой продукции черной металлургии), стоит в среднем $ 0,5. Килограмм изделий из металла в автомобиле или танке стоит уже $50…100, а в самолете — $1500…2000.
    В Киеве льют черные и цветные металлы развесом 0,1-1200 кг. Опытный цех института производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов до 50 т в месяц и выполняет заказы на серийные и разовые детали. Институт ФТИМС проектирует оборудование цехов и участков, разрабатывает для них технологию и оснастку и поставляет полный комплект литейного оборудования с его пуско-наладкой и внедрением технологии. Изготовление пресс-форм для моделей часто выполняют точным литьем. Сост. Дорошенко В., doro55v@gmail.com, т.38-066-1457832.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru