В современном мире наиболее экономичной, экологичной, и качественной отливкой считается литье металла по газифицируемым моделям, которые состоят из пенопласта. Лучшей альтернативы пока не предложил ни один специалист или концерн.
Сегодня производство отливок именно подобным способом по праву занимает одно из первых мест, очень популярно именно такое производство в Китае и США. Эти страны практически не имеют ограничений для отливок по разным формам и размерам.
Continue reading “Литье металла по газифицируемым моделям”
Сегодня такие литые элементы, как тележки грузовых вагонов, рамы боковые, надрессорные балки можно назвать основными для грузовых вагонов. В процессе постоянной эксплуатации эти детали получают интенсивные статические, динамические и вертикальные нагрузки.
К таким нагрузкам относятся:
- вес вагона;
- груз;
- удары при прохождении неровностей на путях;
- продольные нагрузки.
Continue reading “Повышение качества с помощью литья и других методов”
1. Гиршович А. Г. Справочник по чугунному литью. M.: Машиностроение, 1978. С. 268-326.
2. Рабинович Б. В. Введение в литейную гидравлику. M.: Машиностроение, 1966.
3. Дубицкий. Г. М. Литниковые системы. M.: Машгиз, 1962.
4. Озеров В. А., Шуляк B. C., Плотников. Г. П. Литье по моделям из пенополистирола. M.: Машиностроение, 1970.
5. Шинский О. И. Газогидродинамика и технология литья железоуглеродистых и цветных сплавов по газифицируемым моделям: Автореф. дис. … д-ра техн. наук / ВТИМС HAH Украины. Киев.
6. Рыжиков А. А. Технологические основы литейного производства. M.: Машгиз, 1962.
7. Литье по моделям из пенополистирола. Технология. РТМЗ 1.5007-75. Одесса: Изд-во ЦПКБ, 1976.
8. Чудновский А. Р. Изготовление отливок по моделям из пенополистирола. M.: НИИМаш, 1970.
9. Иванов В. Н. Словарь-справочник по литейному производству. M.: Машиностроение, 1990.
10. Терцаги К. Теория механики грунтов. M.: Госстройиздат, 1961.
11. Баркан Д. Д. Устройство оснований сооружений с применением вибрации. M.: Машстройиздат, 1949.
12. Аксенов П. Н. Оборудование литейных цехов. M.: Машиностроение, 1977.
13. Хайкин С. Э. Физические основы механики. M.: Наука, 1971.
14. Особенности развития способа литья по газифицируемым моделям // Экспресс-информация. Сер. 3. Вып. 21. M., 1986.
15. Шинский О. И. Новое в теории и практике литья по газифицируемым моделям // Литейное производство. 1998. № 7.
16. Он же. Механизм формирования качества отливок, получаемых по газифицируемым моделям // Литейное производство. 1991. № 1.
17. Шуляк B. C., Шинский О. И., Хвостухин Ю. И. Экологические аспекты литья по газифицируемым моделям // Литейное производство. 1993. № 7.
18. Сзматула Е. и др. Влияние метода литья по газифицируемым моделям на окружающую среду // Международный конгресс литейщиков. Краков, 1991.
19. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. M.: Гостехиздат, 1958.
1. Степанов Ю. А. и др. Литье по газифицируемым моделям. M.: Машиностроение, 1976.
2. Dieter Н. В. // Foundry Trade Journal. 1964. 117. № 2505. P. 757- 758.
3. Srinageah K., Naraganan К. // The British Foundryman. 1991. 8 March.
4. Вейник А. И. Теория затвердевания отливки. М.: Машгиз, 1961.
5. Шуляк B. C. Дис. … д-ра техн. наук. M.: МВТУ им. Баумана, 1977.
6. Шинский О. И. Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Киев: ФТИМС HAH Украины. 1997.
7. Куликов И. С. Термическая диссоциация соединений. M.: Металлургия, 1966.
8. Шуляк B. C. и др. // Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1975. С. 58-67.
9. Карпин В. П., Григорян В. А. Кинетика растворения пироуглерода в железоуглеродистых сплавах // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1965. № 5.
10. Моргунов В. М. Термодинамика железоуглеродистых сплавов. M.: Металлургия, 1972.
11. Криштал М. А. Механизм диффузии в железных сплавах. M.: Металлургия, 1972.
12. Морозов А. И. Водород и азот в сплавах. M.: Металлургия, 1968.
13. Рабинович Б. В. Введение в литейную гидравлику. M.: Машиностроение, 1966.
14. Вертман А. А., Самарин A. M. Свойства расплавов железа. M.: Наука, 1969.
15. Бурылев Б. П. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1961. № 6, 10; 1963. № 2, 7, 9; 1964. № 3, 4; 1965. № 2.
16. Суровский В. М., Некрасов Н. Б. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1973. № 7.
17. Кунин JLJL Проблемы дегазации газов. M.: Наука, 1972.
18. Литье по газифицируемым моделям: Сб. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1975. С. 43-44.
19. Там же. С. 20-25.
20. Житник А. С. Дис. … канд. техн. наук. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1976.
21. Лазаренков A. M. Дис. … канд. техн. наук. Минск: БПИ, 1974.
22. Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1975. С. 67-74.
23. Гуляев Б. Б. Литейные процессы. M.: Машиностроение, 1976.
24. Гиршович Н. К. Чугунное литье. M.: Машиностроение, 1949.
25. Баландин Г. Ф. Теория формирования отливки. M.: Машиностроение, 1998.
26. Граблев А. И. Гидродинамика при литье по газифицируемым моделям алюминиевых сплавов: Дис. … канд. техн. наук. МГИУ, 2006.
К главе V
1. Dietter Н. В.// Foundry Trade Journal. 1964.117. №2505. P. 757-758.
2. Dietter Н. В. // Modern Castings. 1976. June.
3. Butles K. D., Pope R. J. // Modern Castings. 1965. 48. № 1.
4. Welster P. D. // Brit. Foundryman. 1965. 52. № 11. P. 424^127.
5. Шуляк B. C. Исследование метода литья по газифицируемым моделям из пенополистирола: Дис. … канд. техн. наук / МАМИ. M., 1967.
6. Флорин В. А. Основы механики грунтов. M.: Машгиз, 1959.
7. Лейбензон А. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. M.: Гостехиздат, 1974.
8. Шуляк B. C. Литье по газифицируемым моделям // Литейное производство. 1968. № 8.
9. Цитович Н. А. Механика грунтов. M.: Высшая школа, 1973.
10. Баркан Д. Д. Устройство оснований и сооружений с применением вибрации. M.: Машстройиздат, 1949.
11. Берг П. П. Формовочные материалы. M.: Машгиз, 1963.
12. Шуляк B. C. Основы теории и технологии формирования литейных форм по газифицируемым моделям: Дис. … д-ра техн. наук / МВТУ им. Баумана. M., 1978.
13. Васильев Л. Л., Танеева С. А. Теплофизические свойства пористых материалов. M.: Наука и техника, 1971.
14. Вейник А. И. Теория затвердевания отливок. M.: Машгиз, 1960.
15. Анисович. Г. А. Метод определения теплофизических свойств формовочных материалов. Проблемы теплообмена при литье. Минск: БПИ, 1960.
16. Вонсовский С. В. Магнетизм. M.: Наука, 1971.
17. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. M.: Наука, 1968.
18. Деркач К. Г. и др. Электромагнитные вопросы обогащения. M.: Металлургиздат, 1942.
19. Зальцман Ю. А. Расчет магнитной формы // Литейное производство. 1973. № 1, 5.
20. Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1975. С. 110-114.
21. Шуляк B. C., Граблев А. Н. Механика литейной формы при литье по газифицируемым моделям // Литейщик России. 2002. №5.
1. Мадорский С. Термическое разложение органических полимеров. M.: Мир, 1967.
2. Канторович Б. В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива. M.: Металлургиздат, 1961.
3. Грасси Н. Химия процессов деструкции полимеров. M.: Иностранная лит-ра, 1959.
4. Мащенко M. JI. и др. Исследование пиролиза линейных полимеров под действием теплового удара // Газификация и пиролиз топлива. M.: Наука, 1964.
5. Tarep А. Н. Физика-химия полимеров. M.: Химия, 1968.
6. Кондратьев В. Н. Константы скорости газообразных реакций: Справ. M.: Наука, 1971.
7. Магарил Р. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов. M.: Химия, 1970.
8. Куликов И. С. Термическая диссоциация соединений. M.: Металлургия, 1966.
9. Шуляк B. C. Основы теории и технологии формирования литейных форм по газифицируемым моделям: Дис. / МВТУ им. Баумана. M., 1977.
10. Шуляк B. C. Исследование метода литья по газифицируемым моделям из пенополистирола: Дис. / МАМИ. M., 1967.
11. Степанов Б. А. и др. Литье по газифицируемым моделям. M.: Машиностроение, 1976.
12. Шинский О. И., Зяхор С. Ф. // Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1979. С. 12-20.
13. Шинский О. И., Шуляк B. C., Зяхор С. Ф. // Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР. 1979. С. 32-44.
14. Вейник А. И. Теория затвердевания отливки. M.: Машгиз, 1960.
15. Шуляк B. C., Граблев А. Н. Исследование динамики течения расплава в узких каналах формы при литье по газифицируемым моделям алюминиевых сплавов // Литейщик России. 2002. № 5.
16. Граблев А. Н. Дис. … канд. техн. наук. МГИУ, 2002.
17. Авторское свидетельство СССР, № 346012. 27.04.72.
18. Патент США №4728531.
19. Мадорский С. Термическое разложение органических полимеров. M.: Мир, 1987.
20. Expendable Pattern Casting. Vol. 1: Process Manual. An American Foundrymens Society Publication.
1. Dietter Н. В. Binderies dry-send moulds // Foundry Trade Journal. 1964. 2505.
2. Shroyer H. F. Пат. ФРГ № 1108861: 12.04.58.
3. Dietter Н. В. // Материалы региональной конференции в Мичигане 27 октября 1972 г.
4. Dietter Н. В. // Modern Castings. 1965. August. P. 89-93.
5. Olive M. // Fonderia ItaL 1967. 16. № 6.
6. Nellen H. Англ. патент № 1127327: 18.09.68.
7. Hofmann R. Патент ФРГ № 1301439: 11.11.66.
8. Wittmoser A., Hofinann R. 35 Congr. Internat. Fouderie. Kioto, 1968. 1073. №9. P. 11-14.
9. Кедзо Я. Тютандзо каст и форг. 1973. № 9. С. 11-14.
10. Кржижановский Е. Патент ФРГ. № 1301440: 03.02.68.
11. Gisseray. 1970. 23 апреля. № 9.
12. Metal Production. 1984. 22. № 7. Р. 49-50.
13. Modern Cast. 1985. 75. № 3. P. 64-68.
14. Modern Metals. 1988. 44. № 7. P. 103-105.
15. Modern Cast. 1988.78. № 8. P. 20-27.
16. Ibid. P. 40.
17. FoundiyTradeJ. 1989. 163. №3383. P. 18-19.
18. The Foundryman. 1988. 81. № 12. P. 560-566.
19. Foundry Trade J. Int. 1987. 10. №35. P. 106, 110-111.
20. Экспресс-информация. Сер. 3. Вып. 21. M., 1986.
21. Fonderie. 1989. 87. P. 49-50.
22. Foundiy Manag. and Technol. 1984. 17. № 3. P. 52-55.
23. Foundiy Trade J. 1989. 163. № 3400. P. 788-790.
24. Литье и металлургия. И. Б. 7. 08.09.97. Белоруссия.
25. Foundry Manag. and Technol. 1992. 120. № 5. P. 5.
26. Авторское свидетельство СССР № 136014. 1963.
27. Озеров В. А., Шуляк B. C., Плотников Г. А. Литье по моделям из пенополистирола. M.: Машиностроение, 1970.
28. Степанов Ю. А. и др. Литье по газифицируемым моделям. M.: Машиностроение, 1976.
29. Литье по газифицируемым моделям: Сб. Киев: ИПЛ АН УССР, 1973. С. 24-28.
К главе П
1. Light Metal Age. 160. 18. № 3-4.
2. Foundiy Trade J. 1961. 3. № 2338.
3. Васильев В. А., Кирпиченков В. П. // Производство отливок по пенополистироловым моделям. M.: НИИМАШ, 1966. С. 47-54.
4. Патент ФРГ № 1845226.
5. Озеров В. А., Шуляк B. C., Плотников. А. Литье по моделям из пенополистирола. M.: Машиностроение, 1970.
6. Степанов Ю. А. и др. Литье по газифицируемым моделям. M.: Машиностроение, 1976.
7. The Foundryman. 1988. № 2. Р. 60-65.
8. Патент США. № 4773466.
9. Umono J. Gap Foundryman’s. 1987. 59. № 12.
10. Modern Cast. 1988. 78. № 8. P. 20-24.
11. Павлов В. А. Пенополистирол. M.: Химия, 1973.
12. Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1975. С. 3-19.
13. Производство литья по газифицируемым моделям. M.: НИИМАШ, 1968.
14. Foundiy Manag. and Technol. 1982. № 12. Р. 22-25.
15. Modern Casting. 1986. № 1. P. 31-34.
16. Литье по моделям из пенополистирола — технология. РТМЗ1. 5007-75. Одесса: ЦПКТБ.
17. Gesserei. 1987. 12 января. 74. № 1.
18. Литье по газифицируемым моделям. Киев: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1973.
19. Foundiy Trade J. 1985. September. № 12. P. 177-187.
20. Шуляк B. C. и др. // Литейное производство. № 10. 1971.
21. Исследование и разработка технологического процесса производства отливок из цветных сплавов в формах из сыпучих ферромагнитных материалов. Отчет по теме № 83. ИПЛ АН УССР. 1978.
22. Авторское свидетельство СССР № 346012. 27.04.72.
23. Патент США №4728531.
24. Мадорский С. Термическое разложение органических полимеров. M.: Мир, 1987.
25. Expendable Pattern Casting. Vol. 1: Process Manual. An American Foundrymens Society Publication.
При изготовлении отливок JIFM следует руководствоваться «Санитарными правилами по устройству, оборудованию и эксплуатации цехов производства литья по пенополистироловым моделям», утвержденными Минздравом СССР 10.05.1979 г.
В процессе освоения JITM следует выполнять следующие дополнительные рекомендации [5]:
• естественное и искусственное освещение рабочих мест при изготовлении моделей, их сборке из отдельных элементов и с литниковой системой в модельные блоки должно удовлетворять требованиям «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий» (СН-245-71);
• хранение пенополистирола должно осуществляется в изолированном помещении и в закрытой таре при температуре не выше 20 0C на расстоянии не менее 1,5 м от источников тепловыделения;
• при переработке пенополистирола необходимо предусмотреть ее механизацию; в местах загрузки, транспортировки и выгрузки сырья и готового продукта необходимо предусмотреть устройства, исключающие загрязнение воздуха производственных помещений пылью;
• оборудование в цехе должно быть размещено с учетом обеспечения направленных непересекающихся грузопотоков материалов и полуфабрикатов (моделей, модельных блоков и др.) внутри цеха;
• при использовании оборудования, передающего вибрацию, должна осуществляться виброизоляция, обеспечивающая на рабочем месте нормальные условия и предельно допустимые величины вибрации;
• для уменьшения шума, производимого сжатым воздухом при изготовлении моделей на автоматических установках, а также шума, возникающего при работе привода пресс-форм, должна предусматриваться возможность выведения выхлопов отработанного воздуха за пределы цеха;
• в помещениях, где установлено оборудование для просева гранул полистирола, подвспенивания полистирола, изготовления моделей автоклавным и машинным способами производства, приготовления противопригарного покрытия, формовки модельных блоков в сухом кварцевом песке, должна быть установлена местная вытяжная вентиляция (скорость удаляемого воздуха 0,7-1,2 м/с);
• для удаления конденсата продуктов термодеструкции модели, сажи и пыли из кварцевого песка необходимо применять термическую регенерацию отработанного песка при температуре 600-650 0C;
• для нейтрализации газообразных продуктов термической деструкции модели, которые образуются при заливке формы металлом, необходимо в условиях серийного производства отливок вакуумировать формы в процессе заливки и охлаждения, а отсасываемые газы направлять в установку термической регенерации песка или применять установки каталитического дожигания газов;
• в единичном производстве крупных отливок следует применять боковые отсосы или зонты, при этом газы, выделяющиеся из формы во время ее заливки металлом, следует поджигать.
При выполнении вышеуказанных правил техники безопасности, а также соблюдении общепринятых норм санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах обеспечивается высокая культура производства и экологическая чистота технологического процесса ЛГМ.
Анализ технологического процесса ЛГМ и обобщение результатов работ многочисленных зарубежных фирм и отечественных предприятий, применяющих данный способ литья для производства отливок из черных и цветных сплавов в единичном и серийном производстве, позволили сделать обоснованное сравнение технологических, эксплуатационных, экономических и экологических показателей процессов литья в песчано-глинистые формы, химически твердеющие формы и в формы из песка по газифицируемым моделям (см. табл. 8.1) [1].
Таблица 8.1
|
Показатели |
ПГФ |
XTC |
ЛГМ |
|
|
Технологические |
||||
|
Состав смеси |
Многокомпо |
Малокомпонент |
Однокомпо- |
|
|
Нентный |
Ный |
Нентный |
||
|
Формуемость смеси |
Низкая |
Средняя |
Высокая |
|
|
Влажность смеси |
Высокая |
Низкая |
Без влаги |
|
|
Газопроницаемо сть |
Низкая |
Средняя |
Высокая |
|
|
Выбиваемость формы |
Высокая |
Средняя и плохая |
Хорошая |
|
|
Пригар |
Высокий |
Средний |
Низкий |
|
|
Эксплуатационные |
||||
|
Механизация и авто |
Сложная |
Менее сложная |
Простая |
|
|
Матизация |
||||
|
Металлоемкость |
Большая |
Средняя |
Низкая |
|
|
Средств механизации |
||||
|
Показатели |
ПГФ |
XTC |
ЛГМ |
|
|
Энергоемкость техно |
Большая |
Большая |
Низкая |
|
|
Логии |
||||
|
Текущая эксплуатация |
Тяжелая |
Тяжелая |
Намного легче |
|
|
Занимаемая площадь |
Большая |
Средняя |
Малая |
|
|
Оборудования |
||||
|
Экономические |
||||
|
Капиталовложения |
Высокие |
Высокие |
Низкие |
|
|
Время освоения мощ |
Продолжи |
Менее продол |
Короткое |
|
|
Ностей |
Тельное |
Жительное |
||
|
Стоимость изготовле |
Высокая |
Высокая |
Низкая |
|
|
Ния оборудования |
||||
|
Стоимость обслужи |
» |
» |
» |
|
|
Вания |
||||
|
Экологические |
||||
|
Шум |
Сильный |
Средний |
Низкий |
|
|
Запах |
Малый |
Сильный |
Малый |
|
|
Количество газов |
Среднее |
Сильное |
Среднее |
|
|
Вибрация |
Сильная |
Средняя |
Слабая |
|
|
Выделение тепла |
Слабое |
Среднее |
Слабое |
|
|
Загрязнение воды |
Среднее |
Сильное |
Отсутствует |
|
|
Выделение пыли |
Много |
Много |
Мало |
|
Примечание. ПГФ — песчано-глинистая форма; XTC — холоднотвердеющая смесь.
Анализ затрат на изготовление отливок по газифицируемым моделям в формах из песка и песчано-глинистых формах по извлекаемым моделям приведен в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Затраты в условных единицах
Технология
ЛГМ-П
ПГФ
Технологические операции
100 10 0
100 100 100
Подготовка шихтовых материалов Подготовка формовочных материалов Приготовление формовочных и стержне-
Вых смесей
|
Технологические операции |
Технология |
|
|
ПГФ |
ЛГМ-П |
|
|
Производство литейной формы |
100 |
50 |
|
Производство стержней |
100 |
0 |
|
Изготовление оснастки |
100 |
50 |
|
Изготовление газифицируемых моделей |
0 |
100 |
|
Плавка и заливка металла |
100 |
100 |
|
Финишные операции |
100 |
50 |
|
Регенерация формовочной смеси |
100 |
10 |
|
Утилизация отходов |
100 |
20 |
|
Итого: |
1200 |
530 |
На основании анализа затрат при производстве 1,5 млн отливок корпуса планетарного редуктора из высокопрочного чугуна массой 4,4 кг по газифицируемым моделям и в сырые песчано-глинистые формы на автоматической линии производительностью 120 форм/ч ведущая американская фирма «Robinson Foundry» приводит данные по затратам, приходящимся на одну отливку (см. табл. 8.3), из которых следует, что снижение затрат при JIFM происходит за счет ликвидации стержней, повышения точности отливок по размерам и массе и значительного снижения затрат при последующей механической обработке. Общая экономия при технологии ЛГМ составляет 34,5 %.
Высокая экономическая эффективность достигается при применении ЛГМ в единичном производстве отливок из черных сплавов, что подтверждается широким использованием данного способа для получения литых заготовок крупных штампов в автомобилестроении, отливок для ремонта машин и оборудования, экспериментальных и уникальных отливок в станкостроении.
Таблица 8.3
Затраты на одну отливку, марки ФРГ
|
Наименование затрат |
ЛГМ |
ПГФ |
|
Изготовление стержней |
0,01 |
4,2 |
|
Стоимость модельной оснастки |
2,8 |
0,01 |
|
Стоимость модели и формы, формовка |
1Д |
0,02 |
|
Наименование затрат |
ЛГМ |
ПГФ |
|
Покраска моделей и стержней |
0,5 |
0,01 |
|
Износ оснастки |
0,3 |
0,65 |
|
Энергозатраты |
0,23 |
0,6 |
|
Стоимость формовочных материалов |
0,01 |
1,2 |
|
Стоимость металла на отливку |
2,7 |
3,2 |
|
Брак |
0,4 |
1,2 |
|
Очистка отливок |
0,25 |
0,8 |
|
Механообработка |
0,2 |
1,2 |
|
Итого: |
8,5 |
13,09 |
Экономическая эффективность достигается за счет снижения расхода древесины на изготовление моделей и стержневых ящиков, лакокрасочных материалов, стального проката и крепежа. В [2] приведен перечень стоимости деревянных и газифицируемых моделей из пенополистирола механической обработкой в количестве 14 модельных комплектов. Стоимость деревянных моделей составила 14 375 долл. США, в то время как моделей из пенополистирола — 2532 долл., или более чем в 5,6 раза дешевле.
В табл. 8.4 представлен экономический анализ производства 3000 отливок общей массой 4000 т.
Таблица 8.4
Снижение трудоемкости изготовления отливок при ЛГМ по сравнению с песчано-глинистой формой по извлекаемым моделям [2]
|
Технологические операции |
Снижение трудоемкости в зависимости от массы отливки, |
% |
||||
|
500 кг |
500- 1000 кг |
1000- 2000 кг |
2000- 5000 кг |
Более 5000 кг |
||
|
Изготовление форм |
24,5 |
19 |
28 |
41 |
24,5 |
|
|
И стержней |
||||||
|
Очистка отливок |
20 |
28 |
26 |
32 |
2,5 |
|
|
Общая трудоемкость |
24 |
21 |
20 |
38 |
20 |
Максимальное количество единичных отливок в год, которое экономически выгодно производить ЛГМ, можно определить по формуле
K=SL(CiPI-C2P2),
Где Сд — себестоимость деревянного модельного комплекта; Cn — себестоимость изготовления моделей из пенополистирола механической обработкой; С\ и C2 — цеховая себестоимость изготовления 1 т годного литья по деревянным и газифицируемым моделям; Pi и P2 — масса отливок, изготовляемых по газифицируемым и деревянным моделям, кг.
Средний расход пенополистирола в плитах на изготовление моделей зависит от сложности и габаритных размеров отливки:
|
Группа сложности отливки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Расход пенополистирола, % от объема модели |
95 |
90 |
85 |
80 |
70 |
60 |
50 |
Масса отливок при их производстве ЛГМ снижается на 10-20 % за счет отсутствия формовочных уклонов, допуска на операцию сборки формы, уменьшения припуска на механическую обработку и технологических напусков. В табл. 8.5 приведен анализ влияния различных технологических операций при производстве отливок ЛГМ и в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям [4].
Таблица 8.5
Отклонения размеров отливки в зависимости от технологических операций их изготовления
|
Технологические операции |
Отклонения, мм |
|
|
ПГФ |
ЛГМ |
|
|
Изготовление стержней (модели) |
0,5-1,2 |
0,2-0,8 |
|
Изготовление формы |
0,3-1,2 |
0 |
|
Простановка стержней в форму |
0,8-3,0 |
0 |
|
Сборка формы (площадь 450-25 000 см2) |
0,24),4 |
0 |
|
Износ модели (пресс-формы) |
0,1-0,3 |
0,01-0,02 |
|
Деформация формы при заливке |
0,8-2,2 |
0,1-0,4 |
|
Охлаждение отливки в форме |
1,0-2,0 |
0,5-1,0 |
|
Итого: |
3,7-13,9 |
0,81-2,22 |
Из табл. 8.5 следует, что точность отливок при ЛГМ возрастает в 2-5 раз, что приводит к уменьшению массы отливки, трудоемкости ее последующей механической обработки и повышению коэффициента использования металла в машиностроении.
Г. Дитер на основании анализа работы различных фирм предложил определять экономическую целесообразность перевода производства отливок с традиционных способов литья на ЛГМ по «Контрольной карте», которая представлена в виде табл. 8.6.
Для определения эффективности применения ЛГМ необходимо определить затраты по статьям М, С, Ф, К по старой технологии и их сумму Ti. Затем, в зависимости от партии отливок, определить Tx (где х — 2, 3, 4, 5), и если Tx < Tit то перевод производства отливок на ЛГМ экономически оправдан.
Предварительный расчет экономической эффективности применения ЛГМ взамен литья в песчано-глинистые формы можно определить по изменяющимся статьям себестоимости производства отливок на основании известных статистических данных:
Где Д, П — расход дерева и пенополистирола на 1 т отливок; Гд, Гп — общая трудоемкость 1 т литья по старой и новой технологиям; Фд, Фп — расход формовочных материалов по старой и новой технологиям; С, Со, Ci-Ce — соответственно стоимость по старой и новой технологиям; P — годовой объем производства отливок, т.
Таблица 8.6
Контрольная карта
|
Наименование |
Отливки |
[асса…………………. |
Метал |
Ji…. |
|
|
Стоимость одной модели на отливку |
M |
||||
|
Стоимость стержней на одну отливку |
С |
||||
|
Стоимость формовки на одну отливку |
Ф |
||||
|
Стоимость очистки на одну отливку |
К |
||||
|
Старая технология |
Единичное производство |
От 2 до 500 отливок в год |
500-1000 отливок в год |
Свыше 1000 отливок в год |
|
|
M |
0,5М |
50М |
ЗОМ |
IOM |
|
|
С |
0,8С |
0,1С |
0,1С |
0,1С |
|
|
Ф |
0,8Ф |
0,5Ф |
0,5Ф |
0,2Ф |
|
|
К |
0,88К |
0,5К |
0,5К |
0,1К |
|
|
Ti |
T2 |
T3 |
T4 |
T5 |
|
Фирма «Robinson Foundry» (США) на основании обобщения многочисленных данных производителей отливок JIFM приводит сравнительные данные качественных показателей для трех способов литья при серийном производстве, которые представлены в табл. 8.7.
Таблица 8.7
Сравнительные показатели качества, %
|
Способ производства отливок |
Стоимость оснастки |
Плотность металла отливки |
Стойкость оснастки |
Шероховатость поверхности, Rz |
|
Литье в песчано- |
18 |
81 |
38 |
100 |
|
Глинистые формы |
||||
|
Литье в кокиль |
88 |
88 |
12 |
82 |
|
ЛГМ |
82 |
100 |
100 |
42 |
|
Литье под давле |
100 |
35 |
18 |
30 |
|
Нием |
По данным той же фирмы, значительный экономический эффект получается за счет снижения массы отливки в результате повышения ее точности и приближения конфигурации отливки к чертежу детали, а также последующих затрат на механическую обработку. Так, при изготовлении отливки чугунного статора электродвигателя ЛГМ масса его снизилась на 40 % по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, а трудоемкость механической обработки — в 2 раза. При производстве блока цилиндров из алюминиевого сплава на предприятии «Сатурн» («General Motors») масса его уменьшилась на 15 %, а трудоемкость механической обработки — на 50 % по сравнению с литьем в стержнях из XTC.
Обобщая многочисленные данные технико-экономических [6] и экологических показателей производства отливок ЛГМ и традиционными способами литья с учетом данных, приведенных в табл. 8.1-8.7, можно рекомендовать при проведении предварительного экономического расчета производства отливок ЛГМ пользоваться следующими значениями технико-экономических показателей:
• стоимость изготовления пресс-форм для производства моделей из пенополистирола машинным способом соизмерима со стоимостью изготовления кокильной оснастки и несколько выше модельной оснастки для машинной формовки при литье
В песчано-глинистые формы, но стойкость пресс-форм на порядок выше;
• масса отливок при JITM на 10-20% ниже, чем при литье в кокиль или в песчано-глинистые формы;
• трудоемкость формовки снижается при производстве единичных отливок ЛГМ в формах из XTC на 10-20 %, при изготовлении серийных отливок в формах из песка — на 40-50 % по сравнению с литьем по извлекаемым моделям;
• трудоемкость изготовления стержней при ЛГМ снижается на 85-100%;
• трудоемкость финишных операций при ЛГМ сокращается на 10-20 % при единичном и на 40-60 % при серийном производстве отливок;
• производственные площади при серийном изготовлении отливок ЛГМ сокращаются в 2-4 раза за счет исключения стержневого, смесеприготовительного отделений, участков подготовки оборотных формовочных смесей; вдвое сокращается термообрубное отделение, на 20-30 % формовочное отделение, соответственно сокращаются складские площади исходных формовочных материалов; в 2 раза снижается расход электроэнергии;
• капитальные затраты при строительстве цеха ЛГМ сокращаются в 1,5-2,5 раза по сравнению с цехом литья в песчано – глинистые формы.
По данным фирмы «Robinson Foundry», стоимость цеха чугунного литья мощностью 3000 т в год для производства отливок в песчано-глинистые формы с применением автоматической линии «Disamatic» составила 7 млн долл. США, в то время как цех ЛГМ — 3,5 млн долл., или в 2 раза дешевле.
При окончательном расчете экономической эффективности применения ЛГМ взамен традиционных способов литья необходимо учитывать сокращение затрат на приобретение и эксплуатацию технологического оборудования, уменьшение расхода энергоносителей, технологических отходов производства, снижение затрат на вентиляцию, отопление и охрану окружающей среды. Для расчета экономической эффективности следует использовать «Методику определения годового экономического эффекта, получаемого в результате внедрения новой техники» [3]:
Где Cc и Ch — затраты на изготовление отливок по старой и новой технологям, E — отраслевой нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных затрат равный, 0,15; Kc и Kh — капитальные затраты по старой и новой технологиям.
Технико-экономические и экологические показатели
В процессе циклического применения кварцевого песка в качестве материала формы при производстве отливок по газифицируемым моделям он изменяет свои технологические и физико-механические свойства. Под действием высокой температуры металла, заливаемого в форму, песок растрескивается, измельчается, засоряется мелкодисперсными продуктами противопригарных покрытий. Кроме того, в нем накапливаются продукты термической деструкции пенополистирола в виде сажистого углерода и конденсата углеводородов, включая стирол, толуол и бензол. Все это приводит к снижению газопроницаемости формы из песка, ухудшению его текучести, уплот – няемости и увеличению газотворности. Поэтому песок перед повторным применением должен проходить магнитную сепарацию, обеспыливание и термическую регенерацию. Для обезвреживания газообразных продуктов термодеструкции пенополистирола, которые выделяются при заливке формы металлом и в процессе охлаждения отливки в форме, применяются установки каталитического дожигания газов совместно с системой вакуумирования форм.
Челябинским конструкторско-технологическим институтом автоматизации и механизации в автомобилестроении (КТИАМ) разработан ряд линий термической регенерации отработанных песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей производительностью 0,4; 1,0; 2,5 и 10 т/ч, которые могут быть использованы для регенерации кварцевого песка в процессе его применения в качестве материала литейной формы при ЛГМ. Схема линии термической регенерации PT-1,0 представлена на рис. 7.44.
Линия включает в свой состав: аппарат термической регенерации 3; аппарат охлаждения регенерата /; систему подвода воздуха 6 к аппарату термической регенерации; рекуператор 2; систему подачи газа 7 и воды 10 к теплообменнику аппарата охлаждения; электрооборудование 9 с системой КИП и автоматику; систему очистки отходящих газов, состоящую из циклона 5, пылеуловителя 4 и вентилятора 8.
Аппарат термической регенерации (рис. 7.45) работает по принципу кипящего слоя и состоит из камеры кипящего слоя 4, осади – тельной камеры 3, зонта 2 и ремонтной точки 6. В камере кипящего слоя установлена воздухораспределительная решетка 9. Стенки камеры зафутерованы огнеупорной массой или шамотным кирпичом. К корпусу камеры крепится горелка 8 с запально-зажигательным устройством. Загрузка отработанного песка осуществляется через патрубок 7, выгрузка регенерата — через патрубок 5. В верхней части камеры имеется крышка 1 с патрубком для выхода отработанных газов. Отработанный песок поступает в камеру 4, в которой он приводится в состояние кипящего слоя за счет подвода воздуха из рекуператора под распределительную решетку 9. В камере 4 происходит сжигание природного газа, продукты которого, смешиваясь с воздухом, поступающим из-под решетки, имеют температуру 700- 800 °С. Под действием высокой температуры газовоздушной среды происходит сгорание содержащегося в песке конденсата продуктов термодеструкции модели, в том числе сажистого углерода. Из аппарата термической регенерации песок поступает в аппарат
Рис. 7.44. Схема линии термической регенерации модели PT-1,0
Охлаждения (рис.7.46), который состоит из рабочей камеры 6 и осадочной камеры 3. В камере б установлена решетка 11 с колпачками для образования кипящего слоя и равномерного распределения песка по всей площади решетки. Воздух под решетку 11 подается вентилятором 8 для создания кипящего слоя. Над решеткой 11 установлен водяной трубчатый теплообменник 10 для дополнительного охлаждения песка. Камера 2 имеет загрузочный лоток 9, глазок 5 и люк 4 для обслуживания аппарата. В верхней части камеры установлены светильник для внутреннего освещения аппарата и патрубок для выхода отработанного воздуха. Под патрубком размещен зонт 7, предотвращающий вынос песка отработанным потоком воздуха. Охлажденный песок выгружается самотеком через лоток 7. Пыль из аппарата через верхний патрубок удаляется отработанным воздухом и направляется в систему пылегазоочистки. Техническая характеристика линий термической регенерации отработанного песка серии PT представлена в табл. 7.27. Линии термической регенерации отработанного песка можно одновременно использовать и для дожигания газообразных продуктов термодеструкции модели. При заливке формы с газифицируемой моделью форма вакуумируется, и отсасываемые из формы газообразные продукты термодеструкции модели направляются в камеру аппарата регенерации, где они практически полностью сгорают.
|
Параметры |
РТ-04 |
PT-1,0 |
РТ-2,5 |
РТ-5,0 |
PT-10 |
|
Оптимальная производи |
0,4 |
1,0 |
2,5 |
5,0 |
10 |
|
Тельность, т/ч |
|||||
|
Расход природного газа, |
12 |
24 |
60 |
120 |
215 |
|
М3/ч |
|||||
|
Давление природного га |
4 |
6 |
4-8 |
8-10 |
|
|
За, МПа |
|||||
|
Расход воды, м3/ч |
4 |
7 |
20 |
30 |
45 |
|
Давление воды, МПа |
0,2 |
||||
|
Температура воды, °С, |
20/50 |
||||
|
На входе/на выходе |
|||||
|
Количество дымовых га |
3400 |
5700 |
15 000 |
20 000 |
35 000 |
|
Зов после очистки, м3/ч |
|||||
|
Установленная мощность, |
40 |
73 |
120 |
175 |
|
|
КВт |
|||||
|
Температура газа в камере |
800 |
650-750 |
|||
|
Аппарата регенерации, 0C |
Институтом газа HAH Украины (г. Киев) разработаны установки регенерации отработанного песка специально для JIFM на принципе кипящего слоя с использованием горелок струйно- стабилизационного типа, которые обеспечивают устойчивую работу в широком диапазоне изменения расхода газа и воздуха. Опытным заводом института выпускаются установки серии PKC производительностью 0,2; 1,0; 2,5; 4,0; 10 т/ч, работающие на газе, и установка РКС-0,2Э с электронагревом, которые используются для регенерации песка на участках ЛГМ небольшой мощности. Установки серии PKC компактны, занимают небольшие площади и удобны в эксплуатации. Этим же институтом разработана серия установок каталитического дожигания газа при ЛГМ серии TKP производительностью от 5 до 40 тыс. м3/ч. В качестве катализатора используется алюмохромовый измельченный наполнитель, который при температуре 350-400 0C активизирует реакции окисления продуктов термодеструкции пенополистирола. Конечными продуктами каталитического дожигания газов являются пары воды и углекислота, при этом степень очистки газов составляет 98 %.
Установки серии TKP следует использовать при вакуумировании форм во время заливки металлом и последующего их охлаждения.
Фирмой «FATA ALUMINIUM» разработаны установки регенерации песка серии HOT-REC (рис. 7.47), техническая характеристика которых представлена в табл. 7.28. Особенности этих печей: смешивание воздуха и газа происходит непосредственно внутри камеры сгорания; автоматическое управление обеспечивает безопасную работу как в обычном режиме, так и в чрезвычайной ситуации; отсутствуют огнеупоры, что позволяет осуществлять ускоренный выход в рабочий режим и экономить электроэнергию.
Таблица 7.28
Техническая характеристика моделей установок серии HOT–REC
1/А
2/А
6/А
Параметры
Номинальная производительность, т/ч
Потери при прокаливании, %
11 4
14 5
16 6
5 000/10 800/10 ООО
5 800/12 500/11 500
Расход газа, ккал/т Расход электроэнергии, кВт Расход воздуха, нм3/ч Габариты: длина/ширина/высота, мм
ОД 220 ООО
На рис. 7.48 представлена планировка цеха ЛГМ для производства отливок из серого чугуна мощностью 10 тыс. т годного литья в год. Полистирол в гранулах со склада поступает на участок 2, где установлен подвспениватель периодического действия. После подвспенивания пенополистирол пневмотранспортом передается для стабилизации в матерчатые бункера. Из бункеров по мере надобности пенополистирол поступает пневмотранспортом в бункера модельных автоматов 3. После изготовления модели или их элементы проходят сушку при температуре 50-55 0C в проходном сушиле 5 на подвесном конвейере 4. После сушки модели, состоящие из двух и более частей, соединяются в единую модель при помощи термоклея на полуавтомате 6, после чего с помощью подвесного толкающего конвейера они поступают на сборку 7 в модельные блоки, проходят покраску на полуавтоматических установках 8 водным покрытием, сушку в проходном сушиле 9 при температуре 60-65 °С.
»
Регенерированный песок Рис. 7.47. Структурная схема установки термической регенерации фирмы «FATA ALUMINIUM»: 1 — загрузка песка; 2 — печь прокаливания; 3 — переохлаждение;
4 — охлаждение; 5 — финишное просеивание
Смесь
При необходимости модельные блоки проходят вторичную покраску и последующую сушку. Готовые модельные блоки хранятся на складе на цепном подвесном толкающем конвейере, откуда они по заданной программе поступают на автоматическую формовочную линию //. Установка блока в опоку, его формовка, заливка и выбивка происходят в автоматическом режиме, для чего линия оборудована соответствующими манипуляторами и заливочной автоматической установкой. При заливке формы вакуумируются. После выбивки форм песок проходит регенерацию на установке 12. Участок плавки оборудован среднечастотными печами 13, установками подогрева шихты 14. В цехе имеются соответствующие вспомогательные участки и производственные отделения. Здесь есть оборудование 1 для получения пара с заданными параметрами и помещение 10 для приготовления противопригарного покрытия.
Рис. 7.48. Схема планировки чугунолитейного цеха по газифицируемым моделям
На рис. 7.49 представлена схема полуавтоматического комплекса ЛГМ, разработанного фирмой «FATA ALUMINIUM» для производства отливок поликаст-процессом.
Полистирол в гранулах для вспенивания засыпается в бункер ситового классификатора, в котором происходит рассев гранул по фракциям. Нужная фракция полистирола подается во вспениватель 2, где гранулы вспениваются паром при давлении 0,1 МПа и температуре 100-105 °С. Вспененные гранулы пневмотранспортом доставляются в матерчатый бункер 3, где они выдерживаются не менее 2 ч для созревания и сушки. Готовые гранулы пневмотранспортом засыпаются в бункера установок для изготовления моделей 4. В установках для изготовления моделей гранулы посредством инжекции заполняют пресс-формы, где они спекаются при нагревании пресс-формы паром до температуры 115-135 0C и давлении пара 0,2-0,25 МПа. Готовые модели по конвейеру 6 передаются на стол комплектации и контроля 5 и распределяются по корзинам, которые по цепному толкающему конвейеру передаются на участок сборки моделей. Модели, состоящие из двух частей и более, собираются при помощи клея на установках 7. Готовые модели и стояки передаются цепным конвейером 8 на установку сборки модельных блоков 9 способом горячей сварки. Готовые модельные блоки подвешиваются рабочим на цепной конвейер 10, на котором
Рис. 7.49. Схема полуавтоматического комплекса ЛГМ для производства отливок: 1 — классификатор исходных гранул полистирола; 2 — вспениватель; 3 — накопительный бункер; 4 — установки для изготовления моделей; 5 — стол комплектации и контроля; 6,8,10,14,17,19 — цепной подвесной толкающий конвейер; 7 — полуавтомат для склейки моделей; 9 — полуавтомат для изготовления модельных блоков; 11 — установка для покраски модельных блоков; 12 — проходное камерное сушило для сушки модельных блоков; 13, 18,20 — манипуляторы; 15 — формовочный блок; 16 — установка для заливки форм металлом
Блоки проходят покраску в камере нанесения суспензии 11, затем поступают в сушильную камеру 12, где происходит сушка модельных блоков при температуре 55-60 °С. Манипулятором 13 блоки снимаются с конвейера 10 и подвешиваются на подвески конвейера 14. С конвейера 14 блоки поступают к формовочному блоку 15. Рабочий снимает блок с конвейера, устанавливает его в опоку, засыпает ее песком и уплотняет форму на вибрационном столе. Готовые формы шаговым конвейером доставляются на участок заливки, где они заливаются металлом при помощи автоматической заливочной установки. Залитые формы передаются на те – лежечный конвейер 17, на котором происходит их охлаждение и транспортировка к выбивной установке, где манипулятором 18 форма поворачивается на угол более 90°. Песок высыпается на вибрационную решетку, просеивается, проходит регенерацию и поступает в бункер формовочного блока. Блок отливок во время поворота опоки захватывается манипулятором 20, который и укладывает его в ящик. По мере наполнения ящика он передается в термообрубное отделение цеха.