РАЗВИТИЕ МЕТОДА ЛИТЬЯ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) является одним из новейших способов производства отливок, появившихся в резуль­тате научно-технической революции во второй половине XX в. на – , ряду с такими технологическими процессами, как вакуум – пленочная формовка, непрерывное литье, литье под низким давле­нием, импульсная формовка и др. Однако наибольший интерес у литейщиков вызвало сообщение о способе литья по моделям, которые не удаляются из формы, а остаются в ней и газифициру­ются под действием тепловой энергии металла, заливаемого в, форму. Такая технология, названная литьем по газифицируемым моделям, решала важнейшую задачу литейного производства — повышение точности отливок до уровня литья по выплавляемым Моделям при издержках производства литья в песчано-глинистые формы (рис. 1.1).

Но прежде чем ЛГМ-процесс стал промышленной технологией, был проделан значительный объем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в результате которых были созда­ны специальные модельные материалы и противопригарные по­крытия, технология и оборудование для изготовления моделей, инженерная методика проектирования технологического процесса, оборудование для изготовления форм и т. д.

Основоположником ЛГМ был американский архитектор F. Шроер, который в 1956 г. применил модели из пенополистирола для получения художественной отливки. В 1958 г. он получил па­тент США на способ Cavityls Castings Mold and Method for Making Same. В том же году архитектор А. Дука в лаборатории Массачу­сетсского технологического института получил первую художест­венную отливку из бронзы скульптуры «Пегас» массой 150 кг. В 1961 г. английский архитектор Кларк применил данный способ

Для получения отливки чугунной мачты массой 3500 кг для коло­кола. Однако промышленное применение ЛГМ-процесса началось только спустя четыре года после его изобретения [1,2].

А б

Рис. 1.1. Схема процессов получения отливок: а) традиционная технология; б) по газифицируемым моделям

В развитии ЛГМ-процесса можно условно выделить четыре пе­риода. Первый период охватывает 1958-1970 гг. и характеризуется внедрением данной технологии для производства единичных отли­вок массой от нескольких килограмм до Юти более. Первая про­мышленная отливка массой 12 т была получена в Германии в 1962 г. Спустя год для фирмы «Ford Motors Со» были отлиты две заготовки для штампов массой 6750 и 2700 кг. К концу 1964 г. в 10 литейных цехах различных фирм США применялся ЛГМ-процесс для про­изводства единичных отливок [3]. Активные работы по внедре­нию ЛГМ проводились в ФРГ группой специалистов, возглавляемой проф. А. Виттмозером, которая в 1958 г. приобрела права на патент Шроера. В 1965 г. в таких промышленно развитых странах, как США, Англия, ФРГ, Франция и Япония, было произведено более 40 тыс. т отливок, причем только в США данный способ литья для производства отливок из черных сплавов применяли 35 литейных цехов [4]. В 1963 г. на Международной выставке в Дюссельдорфе экспонаты по ЛГМ-процессу были широко представлены различ­ными фирмами. В 1967 г. создается Международная ассоциация литья по газифицируемым моделям, которая объединила 150 фирм с общим выпуском отливок 800 т в сутки. Быстрое распростране­ние ЛГМ для производства единичных отливок из черных сплавов стало возможным благодаря явным преимуществам данного спо­соба по сравнению с литьем по извлекаемым моделям. Главными из этих преимуществ являются: снижение трудоемкости и стоимо­сти изготовления моделей, увеличение точности отливок и сниже­ние их массы, уменьшение трудоемкости изготовления форм и зна­чительное сокращение цикла изготовления литых заготовок, начи­ная с разработки технологии и заканчивая получением отливки.

Наряду с расширением производства единичных отливок мно­гие научные центры различных фирм проводили интенсивные ра­боты по применению ЛГМ в серийном производстве, чему способ­ствовало опубликование в 1960 г. патента X. Неллина о примене­нии песка без связующего для изготовления формы [6]. По данно­му патенту модель из пенополистирола помещается в контейнер, засыпается сухим песком или другим сыпучим огнеупорным мате­риалом, и форма уплотняется вибрацией, после чего она заливает­ся металлом. Однако применение данного способа для получения отливок сложной конфигурации приводило к браку из-за обвала формы. Поэтому исследования были направлены на изыскание способа упрочнения формы из несвязанных сыпучих материалов. Так, в 1966 г. был опубликован патент Гофмана на способ получе­ния отливок по газифицируемым моделям в магнитной форме [7]. На 35-м Всемирном конгрессе литейщиков проф. А. Виттмозер впервые сделал доклад о магнитной формовке. При данном спосо­бе изготовления формы применяется металлический ферромагнит­ный песок или дробь размером 0,3-0,5 мм. После уплотнения фор­мы вибрацией она помещается в постоянное магнитное поле, кото­рое обеспечивает магнитную связь между частицами наполнителя, что придает форме необходимую прочность, предотвращая ее раз­рушение при заливке металла. Магнитная формовка получила применение в США, Японии и в странах Западной Европы для производства серийных отливок из различных сплавов. В 1970 г. в разных странах работало более 10 полуавтоматических устано­вок магнитной формовки. Швейцарская фирма «Brown Bovery» организовала серийное производство полуавтоматических устано­вок магнитной формовки. В Бельгии одна из фирм применяла маг­нитную формовку для отливки стальной цепи из 40 тыс. звеньев, в Англии другая фирма получала тормозные колодки для железно­дорожного транспорта, в ФРГ изготавливались магнитной формов­кой тройники из серого чугуна массой до 20 кг и муфты из высо­копрочного чугуна, в Нидерландах — сложные тонкостенные от­ливки из чугуна [8]. В Японии работала линия магнитной формов­ки производительностью 20 форм в час при металлоемкости одной формы до 70 кг [9]. Однако магнитная формовка не получила должного применения, т. к. использование дорогостоящего метал­лического песка (дроби) сводило на нет экономические преимуще­ства ЛГМ относительно традиционных способов литья, хотя и обеспечивало более высокое качество отливок. Этому способство­вало и появление в 1968 г. патента на способ получения отливок по газифицируемым моделям в формах из песка с применением ва­куума [10]. Согласно патенту, для формовки используется специ­альный контейнер, оборудованный системой вакуумирования. Га­зифицируемая модель заформовывается в кварцевом песке, кото­рый уплотняется вибрацией. Сверху на форму накладывается по­лиэтиленовая пленка, после чего форма вакуумируется и заливает­ся металлом. Считается, что вакуум предохраняет форму от разру­шения во время ее заливки расплавом.

Второй период развития ЛГМ пришелся на 1970-е гг. и характе­ризуется накоплением опыта изготовления сложных отливок, тех­нологической и технической подготовкой их серийного производ­ства. Создаются региональные научно-производственные объеди­нения и исследовательские центры в составе промышленных фирм и в технологических институтах, которые проводят работы по совершенствованию технологии ЛГМ и оказанию помощи пред­приятиям во внедрении данной технологии для серийного произ­водства отливок из различных сплавов взамен традиционных спо­собов литья. Так, в 1970 г. Общество литья по газифицируемым моделям и фирмы «Correcto Werke», «Grunweid and Hartman», a также «Группа магнитной формовки» (А. Виттмозер и Р. Гофман) подписали соглашение об организации нового объединения под сокращенным названием «VV». Данное объединение обладало правами на 100 патентов и патентных заявок по ЛГМ в европей­ских странах. Оно обслуживало около 50 европейских фирм, ока­зывало им помощь в совершенствовании и внедрении ЛГМ.

В научно-исследовательском центре фирмы «Ford Motors» проводились работы по применению ЛГМ для получения отливок из серого и высокопрочного чугунов и алюминиевых сплавов широкой номенклатуры деталей автомобиля (сплошные и полые коленвалы, зубчатые колеса, шатуны, коллекторы, головка и блок цилиндров и др.). Соответствующие работы проводились фирма­ми «Fiat», «General Motors», «Jut Board Marine», «Deereand Co», «Агсо» и мн. др.

К концу 1970-х гг. уже более чем в 70 литейных цехах различ­ных фирм технология ЛГМ находилась на стадии внедрения или осуществлялся выпуск серийных отливок в промышленных мас­штабах [12]. Накопленный за это десятилетие научный и практиче­ский опыт применения ЛГМ для получения отливок из черных и цветных сплавов стал основой для внедрения данной технологии в серийном производстве широкой номенклатуры отливок в раз­личных отраслях машиностроения в 1980-е гг., которые определя­ют третий период в развитии ЛГМ-процесса. Наибольшие успехи во внедрении ЛГМ были достигнуты автомобильными фирмами. Фирма «Ford Motors» в 1980 г. освоила промышленную установку для производства отливок впускного коллектора из алюминиевого сплава и выпустила 25 000 коллекторов высокого качества. В 1984 г. в этом же цехе была установлена вторая полуавтоматическая линия производительностью 180 форм в час, на которой производство коллекторов было доведено до 3 млн в год, при этом максималь­ный брак литья составлял около 5 %. На старой установке было освоено производство отливок из чугуна: корпус водяного насоса, тормозной диск, выхлопной коллектор, полый коленвал. Данный цех имел производственную площадь 2700 м2 и являлся в то время самым крупным литейным цехом по производству отливок ЛГМ [13]. Фирма «General Motors» в 1982 г. на предприятии «Сатурн» установила автоматическую линию производства ЛГМ головки и блока цилиндров из алюминиевого сплава для дизельного двигате­ля в количестве 1000 отливок в сутки при трехсменной работе. В настоящее время в цехе работают две автоматические линии. На второй линии получают отливки из чугуна: коленвал, корпус диф­ференциала, впускной коллектор и др. В цехе автоматизированы все технологические операции, за исключением заливки форм ме­таллом. Отмечается высокое качество отливок, которые по точно­сти соответствуют литью под давлением, а по качеству поверхно­сти — литью в кокиль. Фирма успешно решила экологическую проблему. При вакуумировании форм во время заливки их метал­лом продукты термодеструкции модели поступают в установку каталитического дожигания газов до углекислого газа и паров во­ды. В цехе работает 180 человек (по 60 в каждой смене). Цех рас­положен под одной крышей с механическим цехом, что говорит об экологической чистоте производства отливок JIFM [14]. Фирма «Robert’s Со» изготовила и освоила шестипозиционную установку производительностью 180 форм в час. Модельные блоки подаются по монорельсу и манипулятором устанавливаются в опоку – контейнер, который засыпается сухим кварцевым песком посред­ством телескопической трубы-дозатора. Форма уплотняется вибра­цией с регулируемым направлением и величиной амплитуды. По­сле заливки формы и извлечения отливки из нее песок поступает в установку кипящего слоя, в которой он обеспыливается, а содер­жащиеся в нем продукты термодеструкции мод еда дожигаются. После охлаждения песок вновь поступает на формовку [15]. Эта же фирма заключила соглашение с фирмой «Badine Aluminum» о создании совместного предприятия по производству отливок из алюминиевых сплавов. Новое предприятие оснащено формовочной линией производительностью 30 форм в час с размером контейнера в плане 1016 х 813 мм. Предприятие обеспечивает литьем свыше 10 потребителей, которые производят строительные машины, элек­тродвигатели и детали для ЭВМ.

По мнению американских специалистов, ЛГМ-процесс является одним из лучших современных способов литья, который может удовлетворить потребности крупносерийного производства отли­вок высокой точности. В сочетании с системой автоматического управления на базе микропроцессорной техники и роботов приме­нение данного способа литья позволит создать гибкое производст­во отливок. Такое положение основано на единой опоке, в которой используется весь ее объем, в отличие от разъемной формы, еди­ном формовочном материале — песке, простоте формовки, не­ограниченном сроке хранения моделей и недорогой оснастке [15].

В 1990-е гт. ЛГМ находит широкое применение в Японии, Корее и Китае. В Японии около 200 фирм используют ЛГМ для произ­водства отливок из различных сплавов. Фирма «Morikawa Sandino» в кратчайший срок приобрела репутацию лидера в производстве отливок ЛГМ и стала ведущей фирмой в разработке технологии и оборудования для данного способа производства отливок. В 1984 г. она начала проводить исследования данного процесса, а уже в 1985 г. стала производить в промышленном масштабе втулки подшипника для двигателя «Honda», гильзы цилиндров из фос – форванадиевого чугуна, коробку дифференциала из высокопрочно­го чугуна, впускные коллекторы из алюминиевого сплава [16]. В КНР создано специализированное предприятие по производству отливок соединительных деталей трубопровода [17]. Фирма «Dong Кик» (Корея) освоила производство фитингов из высокопрочного чугуна по газифицируемым моделям. В 1988 г. в промышленно развитых странах производство отливок ЛГМ осуществлялось бо­лее чем в 100 литейных цехах с месячным выпуском 400 т чугун­ного и 2000 т алюминиевого литья. Еще в 100 литейных цехах ве­лись опытно-промышленные работы по освоению производства отливок из различных сплавов [18]. В Англии в конце 1980-х гг. было сдано в эксплуатацию шесть опытно-промышленных устано­вок для изготовления отливок данным способом. По данным за­рубежных специалистов, количество цехов, работающих по тех­нологии ЛГМ, в ближайшие несколько лет будет ежегодно удваи­ваться [18].

Расширению объемов производства отливок ЛГМ в различных странах способствовало дальнейшее совершенствование техноло­гии и оборудования. Так, фирмы «Castek» (Англия) и «Teksid» (Италия) разработали технологический процесс под фирменным названием Policast, который включает в себя технологию изготов­ления моделей, сборку модельных блоков, их окраску и формовку, заливку формы металлом. Фирмы «FATA» и «Fiat Teksid» построи­ли в Италии два цеха для производства коллекторов автомобиль­ных двигателей по Policast-wpoiiQCcy. В одном цехе выпускаются выхлопные коллекторы из серого чугуна на автоматической линии производительностью 40 форм в час, причем в форме одновремен­но отливаются 8 коллекторов. В другом цехе на автоматической линии производительностью 50 форм в час отливаются впускные коллекторы из алюминиевого сплава.

Ассоциация «SCRATA» (Steel Casting Rusers and Trade Association) разработала технологический процесс ЛГМ под фир­менным названием Replicast в двух вариантах. При Replieast-FM модель из пенополистирола с литниковой системой устанавливается в контейнер и засыпается сухим песком, который затем уплотняет­ся вибрацией. Верх контейнера закрывается полиэтиленовой плен­кой, и в форме создается вакуум порядка 0,04-0,05 МПа, после чего форма заливается металлом. Такая технология ЛГМ позволя­ет получать отливки в форме из песка массой до 2 т, что значи­тельно расширяет область применения ЛГМ-процесса. Способ Replicast-CS (Shell moulding refractory) разработан для производст­ва отливок из высококачественных малоуглеродистых сталей и других сплавов, которые чувствительны к продуктам термоде­струкции пенополистирола. По данному способу на модель из пе­нополистирола повышенной плотности (40-50 кг/м3) наносится керамическая оболочка из 4-5 слоев, как при литье по выплавляе­мым моделям. Толщина оболочки составляет 3,2-4,7 мм. Затем полученная керамическая форма помещается в печь, где при тем­пературе 9300 0C происходит спекание оболочки и выгорание мо­дели. Полученная керамическая оболочка помещается в контей­нер, засыпается кварцевым песком, который уплотняется в кон­тейнере вибрацией, затем полученная форма накрывается поли­этиленовой пленкой, и перед заливкой формы металлом в ней со­здается вакуум порядка 0,04-0,05 МПа. Такая технология позволя­ет получать точные и качественные отливки из низкоуглеродистых марок стали без поверхностного и объемного науглероживания. Ассоциация «SCRATA» передала все права на продажу лицензии по Replicast-YVponQccy фирме «Foseco International», которая за ко­роткое время реализовала 13 лицензий. Фирма «Glencast Ltd» по лицензии фирмы «Foseco» производит до 90 % заготовок штампов. Аналогичные отливки данным способом получает фирма «Haffer – sley Neuman Hender» [20]. Фирма «Bradey and Foster» (Англия) на линии производительностью 6 форм в час получает литьем по га­зифицируемым моделям в вакуумируемые формы из песка круп­ные отливки из жаро – и износостойких чугунов. Это позволило ей полностью отказаться от стержней, а в ряде случаев и от механи­ческой обработки, при этом трудозатраты на очистку отливок со­кратились на 29 %, на формовку — на 28 %, на механическую об­работку — на 9 %. Точность отливок возросла на 13 % [20].

Фирма «Wolverhampton Iron Founders» производит отливки ЛГМ массой от 0,22 до 70 кг. Модели из пенополистирола поставляет фирма «Foseco». На модели наносится противопригарное покры­тие, и затем с литниковой системой они устанавливаются в кон­тейнер емкостью 1 м3, в котором заформовываются сухим песком.

Формовка, заливка формы металлом, охлаждение отливки в форме и ее выбивка производятся на горизонтально замкнутом конвейере. На позициях заливки и охлаждения формы вакуумируются. Цикл изготовления одной формы составляет 7 мин. Применение ЛГМ позволило в 3 раза повысить точность отливок и на 40 % сократить трудоемкость финишных операций. Фирма освоила производство отливок из высокопрочного чугуна и легированной стали [20].

Английская фирма «Неггу Bar Metal Со» заменила технологиче­ский процесс литья в кокиль на ЛГМ для производства отливок из алюминиевых сплавов. Фирма поставляет впускные коллекторы, корпуса водяных насосов и другое литье автомобильным предпри­ятиям. Опыт работы фирмы показал высокую эффективность ЛГМ при получении сложных тонкостенных отливок повышенной точ­ности, при этом стоимость пресс-форм для моделей из пенополи­стирола соизмерима со стоимостью кокиля [20].

В литейном цехе фирмы «Peugeot» установлена автоматиче­ская линия производительностью 60 форм в час для ЛГМ 4-ци­линдрового блока дизельного двигателя. Линия имеет три пози­ции формовки. На первой позиции контейнер засыпается на 1/3 высоты сухим кварцевым песком, который затем приводится в псевдожидкое состояние за счет подачи воздуха под давлением в нижнюю часть контейнера. Блок, состоящий из двух моделей и литниковой системы, манипулятором погружается в кипящий слой песка. На второй позиции контейнер засыпается песком до­верху, и форма уплотняется вибрацией. На третьей позиции кон­тейнер досыпается песком, и сверху формы устанавливается груз. Заливка форм производится при помощи автоматической зали­вочной установки при строгом контроле температуры металла. При заливке форма вакуумируется (без наложения пленки). Перед выбивкой форма продувается воздухом, и выделяющиеся газы поджигаются постоянно горящим газовым факелом. Модели из пенополистирола поставляет фирма «Saplest», которая специали­зируется на производстве различных изделий из пенополистиро­ла. В литейном цехе фирмы «Sitroen» ЛГМ отливаются рычаги подвески автомобиля. Фирма «Passavant Werke» (Германия) имеет цех ЛГМ мощностью 7600 т в год, в котором производятся отливки нефтяных сепараторов трех типоразмеров массой 90, 190 и 250 кг в количестве 48 тыс. комплектов. При переходе на ЛГМ с песча- но-глинистой формовки по извлекаемым моделям количество брака снизилось с 8-10 до 3-5 % [20].

Общество «SAFAM» впервые в Европе разработало и внедрило автоматическую линию для производства отливок из ковкого чугу­на по газифицируемым моделям. Линия состоит из горизонтально замкнутого конвейера, автоматов для изготовления форм и их вы­бивки после охлаждения отливок, установки регенерации песка в кипящем слое. Контейнер размером 840 х 840 х 920 мм заполня­ет песком специальный быстродействующий распределитель. Про­изводительность линии 120 форм в час. Отливки имеют повышен­ную размерную точность и низкую шероховатость поверхности, сокращены операции обрубки, очистки литья и значительно улуч­шились условия труда [21]. В научно-исследовательском центре «Уогерре» фирмы «Pechiney Group» в г. Гренобле разработана тех­нология литья по газифицируемым моделям с применением изо – статического прессования металла в процессе его кристаллизации, что позволило значительно снизить пористость отливок из алюми­ниевых сплавов. Отливки изготавливаются на 8-позиционной кару­сельной установке производительностью 80 форм в час. Отмечается, что данная технология снижает себестоимость литья на 20 % [22].

Широкое внедрение ЛГМ в крупносерийном производстве стало возможным благодаря созданию высокопроизводительного автома­тизированного оборудования и систем управления технологиче­ским процессом на основе применения микропроцессорной техники и ЭВМ. Так, например, фирмы «Fiat Teksid» и «FATA ALUMINIUM» создали комплекс оборудования для производства отливок по тех­нологии Policast. Модели изготавливаются на специальных авто­матах производительностью 40-50 съемов в час. Склейка моде­лей посредством термоклея происходит на вакуумном прессе производительностью 50 циклов в час. Сборка модельных блоков осуществляется на карусельной установке производительностью 120 циклов в час методом сварки при температуре 150 °С. Модель­ный блок роботом-манипулятором окрашивается методом окуна­ния в баке с противопригарным покрытием, содержащим тиксо – тропные добавки. Другой манипулятор устанавливает готовые мо­дельные блоки в опоки и поддерживает их при формовке сухим кварцевым песком. Заливка формы металлом, охлаждение отливки и выбивка формы происходят на автоматической линии. В процес­се выбивки манипулятор извлекает блок отливок из опоки и укла­дывает в специальную тару, которая по мере заполнения транспор­тируется на участок финишной обработки [20]. Технология Poli – cast и весь комплекс оборудования демонстрировались фирмами на международных выставках в Москве (1968) и в Дюссельдорфе (1989). В настоящее время многие зарубежные фирмы выпускают специализированное оборудование для производства отливок ЛГМ, среди которых следует назвать следующие: «Robinson Foun – drey», «Vulcan Engineering», «Intermets Research Foundrey», «Ford Motors», «Plant Robert», «Агсо», «Founder Automation», «CS Cast» в США, «Pechiney» во Франции, «Wolverhampton Iron Founders» в Англии и мн. др. Крупным производителем литейного оборудова­ния, в том числе для ЛГМ, является фирма «Maverey Group», в ко­торую входят такие фирмы, как «Moverek Fordath», «Магегех Inter­national», «International Keting Accociates», «Movertnern Engineering», «Bobrek Engineering», «Parts and Servic» и др. [20, 23]. В 1980-е гг. ЛГМ окончательно утвердилось в серийном и массовом производ­стве отливок ответственного назначения, потеснив традиционные способы литья, и в первую очередь в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям.

Представители многих зарубежных фирм этот факт объясняют следующими преимуществами ЛГМ [20]:

• уменьшаются затраты на оборудование и материалы;

• исключаются из производственного процесса стержневое, формовочное и смесеприготовительное оборудование;

• применение в качестве материала формы сухого кварцевого песка и упрочнение формы вакуумом;

• снижение требований к квалификации рабочего персонала;

• возможность комплексной автоматизации всего технологиче­ского процесса;

• сокращение числа технологических операций и оборудова­ния для финишной обработки отливок;

• использование недорогой и сравнительно простой оснастки;

• значительное улучшение условий труда.

Для 1990-х гг. характерны дальнейшее расширение объема производства отливок ЛГМ, появление крупных фирм и объеди­нений, комплексно решающих вопросы внедрения технологии и оборудования, создание новых технологий на основе ЛГМ. Анг­лийская фирма «Avto Ellois» начала свою деятельность по иссле­дованию ЛГМ в 1988 г. и через несколько лет стала одной из ве­дущих фирм по внедрению данной технологии в различных стра­нах мира, за что Британский институт литья наградил ее культо­вым мечом. В 1989 г. на коммерческих началах фирма внедрила технологию ЛГМ в Австралии, в 1994 г. — в Северной Америке, в 1995 г. — в Индии. Разработанному технологическому процессу производства отливок по газифицируемым моделям фирма дала название Stirocast. Особенностью этого процесса является гаран­тия получения отливок высокого качества при низких капиталь­ных затратах. Фирма считает, что ЛГМ станет основной техно­логией производства высококачественных отливок в XXI в. [24]. В г. Эйндховен (Голландия) компания «ГЕМКО» проводит работы по технологии, проектированию участков и цехов, оснащению их оборудованием для производства отливок ЛГМ. В 1997 г. в Центре разработки и внедрения технологии была освоена установка литья по газифицируемым моделям производительностью 40 съемов в час при металлоемкости одной формы до 160 кг, которая предназнача­лась для демонстрации технологии ЛГМ заказчикам. Эта фирма проводит активную работу по внедрению данной технологии в раз­личных странах, в том числе и в России [21].

В конце 1990-х гг. в США работало 75 литейных цехов, которые производили более 115 тыс. т отливок в год ЛГМ, в Европе свыше 100 цехов выпускали более 125 тыс. т, в Японии и Китае более 200 цехов и участков производили около 100 тыс. т литья в год. По данным фирмы «Vulcan Engineering Со», в 1997 г. общий объем производства отливок по газифицируемым моделям составил 460 тыс. т в год [18, 25].

В СССР исследования ЛГМ были начаты в 1963 г. инженером А. Чудновским в Научно-исследовательском институте специаль­ных способов литья (г. Одесса), и в том же году ему было выдано авторское свидетельство на отечественный вариант ЛГМ [21]. Про­мышленное применение данная технология получила уже в 1965 г. на Горьковском автомобильном заводе, где была получена первая пар­тия отливок (227 наименований, общая масса около 100 т). В первом полугодии 1966 г. на этом же заводе было произведено 600 отливок массой от 18 до 3500 кг (общая масса более 420 т). В середине 1960-х гг. активизируются работы по исследованию технологии ЛГМ в различных научно-исследовательских институтах и в вузах. В первую очередь надо отметить следующие организации, в кото­рых научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы получили приоритетное развитие: НИИСЛ (г. Одесса), МВТУ им. Баумана, ВНИИЛитмаш, Московский автомеханический инсти­тут (МАМИ), Московский авиационно-технологический институт (МАТИ), ЦНИИТМаш (г. Москва), ВПКТИСтройдормаш (г. Киев), Харьковский филиал ВНИИЛитмаш. В 1965 г. при Научно-техни­ческом обществе машиностроительной промышленности был соз­дан Комитет литья по газифицируемым моделям под руководством д. т. н., проф. Г. Ф. Балавдина, который существует и по настоящее время в составе Российской ассоциации литейщиков. В те годы комитет сыграл значительную роль в координации научно- исследовательских работ и пропаганде нового способа производст­ва отливок. В то время советскими учеными-литейщиками были разработаны теоретические основы производства отливок в фор­мах из песка без связующих компонентов [4, 27], теория формиро­вания отливок [27, 28], технологические основы проектирования ЛГМ, создан специальный литейный пенополистирол ПСВ-Л для газифицируемых моделей [29].

В 1970-е гг. в СССР сформировались научно-технические центры по разработке технологии и оборудования для ЛГМ в Институте проблем литья Академии наук Украины (г. Киев), в ВПКТИСтрой – дормаш (г. Киев), в Харьковском филиале ВНИИЛитмаш. В эти годы началось внедрение ЛГМ в единичном и серийном производ­стве отливок. В 1971 г. был пушен первый в стране цех серийного Производства отливок по газифицируемым моделям в г. Прилуки (Полтавская обл.) мощностью 200 т литья в год. Участки и цеха различной мощности создаются на Ивановском автокрановом за­воде, Гомельском экскаваторном заводе, Брянском заводе иррига­ционных машин, Могилевском лифтостроительном заводе, Мос­ковском заводе «Динамо», Электростальском заводе тяжелого ма – щиностроения, Волжском автомобильном заводе и др. Создаются первые цеха магнитной формовки на Курганском арматурном заво­де и Белоцерковском заводе сельхозмашиностроения. Проводятся работы по производству крупных стальных отливок на Невском машиностроительном заводе. Технология ЛГМ внедряется на Дрогобыческом автокрановом заводе, Курганском машинострои­тельном заводе, Белопольском заводе пищевого машиностроения, Одесском заводе «Центролит». Наряду с внедрением технологии литья по газифицируемым моделям в научно-производственных центрах проводятся работы по ее совершенствованию. Так, в НИИСЛе (г. Одесса) на основе ЛГМ был разработан новый тех­нологический процесс получения отливок в вакуумируемые формы из песка массой до 2000 кг под фирменным названием ГАМОЛИВ, который был успешно внедрен на Одесском заводе «Центролит». В ИПЛ АН УССР (в настоящее время Физико-технический институт металлов и сплавов) был разработан процесс ЛГМ с применением вакуума и заливки формы металлом под регулируемым давлением, который получил название ГАМОДАР. В Москве в НИИТАвто- проме организуется новый научно-технический центр по ЛГМ, ко­торый в 1990-е гг. становится основным разработчиком технологии и оборудования в России.

В конце 1980-х и начале 1990-х гг. разрабатываются крупные проекты цехов серийного производства отливок ЛГМ для ряда за­водов России, Украины, однако в связи с резким спадом производ­ства в результате распада СССР работы по реализации данных проектов сворачиваются. Резко сокращается финансирование на­учно-исследовательских работ, закрывается ряд научно-техниче­ских центров, затем научно-исследовательские работы практиче­ски прекращаются. Однако достигнутые в предшествующие годы успехи в области технологии и оборудования вызывают интерес зару­бежных производителей литья. Так, АО «Камет» (старое название — ВПКТИСтройдормаш) успешно внедрил технологию и оборудование для производства отливок ЛГМ в Судане, АО «НИИТАвтопром» — в Болгарии, ФТИМС (бывший НМЛ АН УССР)— в Румынии и Польше. Интерес к работам по ЛГМ проявляют фирмы Турции, Ирана, Вьетнама, Индии и других стран. В середине 1990-х гг. на­метилась тенденция роста заинтересованности промышленных предприятий и фирм к технологии ЛГМ, что объясняется возрос­шими требованиями к качеству отливок со стороны потребителей литья, а также гибкостью данной технологии при сравнительно низких капитальных затратах на ее внедрение. На ряде заводов Украины создаются мелкие участки производства отливок ЛГМ, оснащенные системой вакуумирования формы при ее заливке ме­таллом, установками каталитического дожигания продуктов тер­модеструкции модели и регенерации отработанного песка. В Рос­сии на ОАО «Волжский литейно-механический завод» (ныне — ОАО «Волжский завод точного литья») создан цех, оснащенный высокопроизводительным оборудованием отечественного изготов­ления для производства отливок из серого и высокопрочного чугуна мощностью 5 тыс. т в год. В цехе предусмотрены регенерация отра­ботанного песка и каталитическое дожигание продуктов термоде­струкции модели. Работы по завершению процесса внедрения обо­рудования и технологии проводились на заводе на основании про­граммы Правительства Российской Федерации НИИЛитмаш, МГИУ и ОАО «СММ» (Специальное машиностроение и металлургия). В 1993 г. по технология ЛГМ на ОАО «Южноуральский арматурно – изоляторный завод» пущен цех по производству изоляторов и ар­матуры высоковольтных линий электропередачи из высокопроч­ного чугуна мощностью 500 т. В конце 2000 г. технология ЛГМ внедряется на ЗАО «Златоустовский литейный завод "Метапласт"», на заводе «СОЭЗ-Автодеталь» для производства отливок из алю­миниевых сплавов для ВАЗа, на ООО «АКС» (С.-Петербург) для производства отливок из медных и углеродистых сплавов взамен литья по выплавляемым моделям. ООО «АКС» в настоящее время является единственным в России разработчиком и поставщиком механизированных линий формовки, заливки и выбивки форм и другого оборудования для цехов и участков литья по газифици­руемым моделям. Отливки из медных сплавов производятся на ООО «Металит» (г. Ижевск). Научно-исследовательские работы по данному процессу проводятся на кафедре литейного производства МГИУ под руководством автора. Технология ЛГМ в настоящее время внедряется на многих предприятиях Российской Федерации.

За последние 40 лет на основе применения газифицируемой мо­дели были разработаны технологические процессы, которые предо­пределили широкое внедрение ЛГМ в промышленность (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Перечень различных способов литья по газифицируемым моделям

Способы ЛГМ

Литье по газифицируемым моде­лям (ЛГМ)

ЛГМ в формах из сухого песка без связующих компонентов

ЛГМ в формах из песчано – глинистой формовочной смеси

ЛГМ в формах из жидких само­твердеющих смесей

Область применения

Обобщенное название всех спосо­бов литья по газифицируемым мо­делям

Единичное, серийное и крупносе­рийное производство отливок из СЧ, ВЧ, КЧ и стали, медных и алю­миниевых сплавов при массе отли­вок до 50 кг

Единичное производство отливок из черных и цветных металлов мас­сой до 500 кг

Единичное производство отливок из черных металлов массой до 5000 т

Способы ЛГМ

ЛГМ в формах из холоднотвер­деющих формовочных смесей

ЛГМ в формах из ферромагнит­ных сыпучих материалов в маг­нитном поле, магнитная формов­ка

ЛГМ в формах из песка с приме­нением вакуума

ГАМОЛИВ-процесс — фирменное название ЛГМ в формах из песка с применением вакуума

ГАМОДАР-проирсс — фирменное название ЛГМ в формах из песка с применением вакуума и регули­руемого давления при заливке металла

Policast — фирменное название ЛГМ-процесса, при котором мо­дели собираются в куст на стояке

Replicast-FM— фирменное на­звание производства отливок в формах из песка с применением вакуума

Replicast-CS – процесс — фирмен­ное название процесса литья с применением пенополистиро – ловой модели, которая предвари­тельно удаляется из керамической формы при ее прокаливании. За­тем оболочка заформовывается в песке и форма вакуумируется

Область применения

Единичное производство отливок из черных металлов массой до 30 т

Серийное и крупносерийное про­изводство отливок из черных и цветных сплавов массой до 50 кг

Единичное, серийное и массовое производство отливок из черных и цветных сплавов массой по чугуну до 2000 кг

Производство серийных отливок из чугуна массой до 2000 кг

В серийном производстве отливок из черных и цветных сплавов мас­сой по чугуну до 20 кг

Серийное и крупносерийное про­изводство отливок в основном из алюминиевых сплавов

Серийное и крупносерийное про­изводство отливок из черных и цветных сплавов

Продолжение табл. 1.1

Серийное производство отливок из низкоуглеродистых и легированных сталей

Способы ЛГМ

ЛГМ с заливкой формы методом вакуумного всасывания

ЛГМ с применением изостатиче – ского давления в процессе крис­таллизации металла

Литье по газифицируемым моде­лям по Stirocast-npou?ccy (гаран­тия качества)

Область применения

В серийном производстве отливок из черных и цветных сплавов мас­сой до 5 кг

Серийное производство отливок из алюминиевых сплавов

Окончание табл. 1.1

Серийное производство отливок из черных и цветных сплавов