[Закрыть]
 
Донбасс индустриальный
главная
Добавить в избранноеСвязаться с намиEnglishРусскийУкраїньска
Портал индустриальный - Статьи - ИННОВАЦИЯ:использование льда для отливок из металлов

ИННОВАЦИЯ:использование льда для отливок из металлов

Использование льда в литейном производстве является экзотикой и обычно связано с описанием литья в песчаную замороженную форму, когда лед служит
связующим песка. Этот вид формовки, активно разрабатываемый профессором В. М. Грузманом [1],вошел в литейные справочники многих стран. Также имеется ряд патентов ледяных литейных моделей двух видов: многоразовых, извлекаемых из песчаной формы и одноразовых разрушаемых в ней.
Последние описаны в короткой статье И. В. Гаврилина [2] и отдельных работах литейщиков США и КНР. Практически лед не используют в технике как конструкционный материал, особенно в таких вариантах как пенолед, микро- и макроармированный.Кроме того, стремительное развитие литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) в вакуумируемые формы (ВФ) из сухого несвязанного песка, в том числе усилиями киевской научной школы под руководством профессора О. И. Шинского [3] в институте ФТИМС НАН Украины,специалистами которой проведены эксперименты по регулированию охлаждения отливки путем дозированного поглощения воды в песок ВФ, показало перспективность (с точки зрения экологии и возобновления ресурсов) литья по ледяным моделям в ВФ, в частности, при принудительном впитывании продуктов тающей модели в песок. Дело в том, что ЛГМ в ВФ дает отличную от традиционных форм со связующим организационную структуру (архитектуру и логику операций) технологии формовки, обладающую немалым
потенциалом варьирования. И в эту структуру технологии ЛГМ концептуально вполне вписывается литье по ледяным моделям.Так были предложены и за-
патентованы способы получения оболочковой формы вокруг одноразовой ледовой модели, в которых впитываемые в песок жидкие продукты модели использовали:1) как реагент-отвердитель близлежащего слоя формы при добавке в песок сыпучего материала(гипс, цемент с бентонитом, крахмалитом и др.), твердеющего при контакте с этим отвердителем и,в том числе, наносимого в виде облицовочного слоя (покрытия)на модель; 2) как носитель свя-
зующего, которое осаждается (нефильтрат) в поверхностном слое формы, связывает и в значительной мере герметизирует его, а растворитель-вода впитывается в глубину песка и до 50% высыхает.Фото 1, 2. Ледяные модели различных шестерен (лед с добавкамидо 10% связующего — жидкого стекла или крахмалита).
Возобновляемые ресурсы — это природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет. Термин был введен в обращение как антитеза понятию «невозобновляемые ресурсы»— ресурсы, запасы которых могут быть исчерпаны при существующих темпах использования. Для наших широт воду (в трех ее агрегатных состояниях) вполне резонно назвать природным возобновляемым материалом.Оболочковую форму получали путем таяния модели в вакуумируемом песке формы, а затем песок высыпали из отверстия в
контейнере формы диаметром 15 мм подобно песочным часам.Не высыпалась только оболочковая форма (на фото 3). Она имеет трубчатый литник (стояк), изготовленный из фольги (1-2 слоя) и покрытый полиэтиленовой пленкой. Применение электрофенов мощностью 1-2 кВт для дутья в отверстие этого литника ускоряет плавление модели до 3-5 мин., а вакуумирование формы на уровне 50 кПа быстро впитывает талую водную композицию и подсушивает показанную выше оболочку, которую получали, выполнив весь цикл формовки,эа 15-20 мин. В других версиях техпроцесса для предотвращения случаев эрозии песчаной поверхности потоком воздуха применяли способ герметизации полости формы жидкостью, состоящей из воды талой модели и дополнительно долитого раствора связующего (часто нагретого и служащего теплоносителем для ускорения таяния), затем жидкость удаляли перед заливкой формы металлом, а болочковую форму либо извлекали из песка,либо заливали металлом в вакуумируемом песке.Развитие описанной технологии формовки, кроме повышения экологической культуры производства ввиду минимального использования связующего в форме и его горения в контакте
формы с отливкой, предполагает один из путей ресурсосбережения кварцевых формовочных песков и ослабления проблемы отходов формовочных смесей,
которые составляют в литейном производстве до 6 т на 1 т литья(4-го класса экологической опасности). Ведь только в РФ производство превысило 7 млн т отливок в год, из них свыше 75%— литье в песчаные формы. Качество таких форм определяется во многом качеством формовочных песков величиной их зерен, содержанием в них глины,вредных примесей, соотношением между разными размерами зерен и др. Примеси песка снижают адгезию связующего к поверхности песчинок, что влечет за собой неоправданное увеличение его содержания в смеси,снижается прочность и растет газотворность смеси, увеличивается опасность разупрочнения форм жидким металлом, что приводит к ухудшению качества отливок.Поэтому для уменьшения содержания связующего, повышения прочности смеси и уменьшения ее разупрочнения при контакте с жидким металлом применяют обогащенные пески после удаления из них глины,вредных примесей и пылевидной фракции, что делает их не менее чем в 2 раза дороже природных.Они получили применение для изготовления форм и стержней из холодно-твердеющих смесей(ХТС), особенно с дорогими связующими, такими, как синтетические смолы. Есть цеха, где недопоставка заложенных в ТИ марок песков (достаточной крупности с глинистой ниже 2%) для смесей типа жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС) вынуждает
для создания жидкоподвижности вводить в замес избыток влаги. Это приводит к последующей сушке форм в сушиле или переносными горелками, хотя изна-
чально не предусмотрено разработчиками смесей и понижает эффективность технологии ЖСС,внося дополнительные энерго- и трудозатраты. По сути, теряется технология, созданная в 70-е годы в СССР.Качественные пески в природе ограничены. В то же время свойства формовочных смесей
на регенерированном песке(прошедшем ряд превращений в форме при нагреве) и качество получаемых отливок обычно нехуже, чем на свежих формовочных песках. Причины малого применения этого вида рециклинга — отсутствие выпуска оборудования для регенерации,а также несложных эффективных и неэнергоемких технологий. Регенерация отработанных смесей уменьшает объемы их вывоза из литейных цехов и площади свалок этих экологически вредных
отходов.В связи с ухудшением качества формовочных песков (не в последнюю очередь по причине многолетнего одноразового их использования для ХТС), увеличением добычи мелкозернистых песков группы 016 и доли этой фракции в песках 020 при исчезновении практически песков 0315, ростом содержание
в них глины, вредных примесей и пылевидной фракции одним из способов улучшения качества отливок является расширение применения оболочковых форм. Это один из наиболее рациональных путей экономного использования дорогостоящих формовочных материалов. При этом требования к формовочным смесям для глубинных слоев формы значительно снижаются. Для них пригодны тощие (с глинистой составляющей 2-10%), полужирные (10-20%),жирные (20-30%) и очень жирные пески (30-50%), природные формовочные кварцевые пески (ГОСТ 2138-84), которые в действительности есть песчаноглинистые смеси. При этом решаются также вопросы улучшения податливости, выбиваемости и создания направленного газового режима в форме.Кардинальным решением по ресурсосбережению песков может быть переход на литье в формы без связующего, какими являются вакуумируемые песчаные формы, где рециклинг песка составляет 95-97% и выше.Они применяются в процессах вакуумно-пленочной формовки (ВПФ), а также ЛГМ. Темпы создания и совершенствования
разновидностей этих технологий впечатляют, они годами имеют стабильный прирост количества патентов, исчисляемых сотнями в год, ведущие мировые компании авто-, двигателе- и приборостроения — среди владельцев этих патентов. Эти технологии сегодня не имеет ограничений на конфигурацию отливок, марку металла,развес отливки (от 0,1 кг до 5 т и более). Они используют в многократном обороте сухой песок,расход которого часто доходит
всего до 50 кг на тонну отливок.Наиболее простой метод термической регенерации отработанного сухого песка, применяемый во ФТИМС, заключается в
просыпании песка по наклонной горячей (~6000С) чугунной плите(как сковородке) с «пупырышками», когда песчинки, перекатываясь по ней, теряют путем
дожигания остатки пленок от неполной деструкции связующего полимера. Кроме того, вакуумирование песка формы одновременно подвергает его очистке
от пыли, которая осаждается в циклоне перед вакуум-насосом.Применение пневмотранспорта еще более упрощает обеспыливание песка в осадителях. Тех-
нологическое оборудование для охлаждения-очистки и накопления песка для формовки обычно монтируют вдоль внешней стороны литейного цеха, т. к. сухой песок не боится мороза, а такое расположение оборудования на открытом воздухе способствует охлаждению песка и экономит площади цеха. Под крышей таких цехов уже не увидите многометровые конвейеры со свежими и отработанными смесями, «батареи» бункеров, бегунов, сложные массивные формовочные машины, ведь пескооборот уже на улице, со всеми шумами и просыпями. Указанные технологии литья в вакуумируемые формы из сухого многократно рециркулируемого и постоянно частично или полностью регенерируемого песка не только способствуют ресурсосбережению, но и заметно
повышают экологическую культуру производства.Возвращаясь к развитию ледяных технологий как одному из шагов в завтрашний день промышленного экологически безопасного производства, отметим, что по нашему мнению бум криотехнологий в материальном производстве еще только предвидится (по сравнению с сегодняшним вниманием к нанотехнологиям). Еще в начале прошлого века польский геофизик А.Б. Добровольский отрасль науки,изучающей лед во всех видах и проявлениях, предложил называть криологией [4]. Создание и опробование этих технологий в литейном производстве привлекает в качестве производительного ресурса огромный массив междисциплинарных знаний в том числе из области коллоидной и физической химии, поверхностных явлений, термодинамики неравновесных процессов и др.,однако создание и оптимизация таких способов литья дает высокотехнологичные способы получе ния отливок как вклад в решение эко- и ресурсосберегающую проблематику в той области деятельности, где мы сегодня обладаем запатентованными приоритетами.
Литература
1. Грузман, В. М. Теория и технология литья в замороженные формы: дис. ...д-ра техн. наук; Уральский гос. техн.ун-т — Екатеринбург: УПИ. — 1993.
2. Гаврилин, И. В. Литье по ледяным моделям // Литейное производство.— 1994. — N 9. — с. 14-15.
3. Шинский, О.И., Ткачук, И.В., Васильев, И.Б. Особенности передачи тепла в пористых охлажденных формообразующих материалах // Процессылитья. —1997. — N 4. — С. 58-63.
4. Dobrowolski, A. B. Historia naturalna lodu — Warzawa. — 1923.
ЭКОТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК РОССИИ

(c) Все права принадлежат ООО «РА ПРОМЕТЕЙ», 2005-2016
Разработка и поддержка портала - компания КОИНС
Яндекс цитирования