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

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.

Відповіді на запитання

• ФЕРМЕРСТВО
• обладнання для малого бізнесу
• Бізнес-план будівництва овочесховища.
• конструкція обігрівача
• обладнання для малого бізнесу
• ідеї бізнесу креслення

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.