Аннотация
В статье исследуется влияние технологии литья по газифицируемым моделям на проектирование и изготовление форм, анализируются текущее состояние отрасли литья по газифицируемым моделям в Китае и поспешность изготовления форм, а также на основе практических примеров разъясняется взаимосвязь между технологией и отливками. Кроме того, предложены направления развития отрасли форм для литья по газифицируемым моделям.
Ключевые слова: технология литья по газифицируемым моделям; форма для литья по газифицируемым моделям; практический пример; направление развития
Введение
Литьё по газифицируемым моделям, также известное как литьё по газифицируемым моделям с одноразовой моделью, представляет собой способ литья, при котором пенополистироловые модели одинаковых с отливками размеров и формы соединяются в блоки моделей. Эти модели покрывают огнестойкой краской, сушат, заформовывают в сухом песке вибрационным уплотнением, а затем заливают в условиях вакуума. Во время заливки модели газифицируются, а расплавленный металл замещает их объём, формируя отливки после затвердевания и охлаждения. Как один из наиболее «экологичных» литейных процессов, литьё по газифицируемым моделям является важным направлением развития литейной отрасли 21-го века.
В международном масштабе развитие литья по газифицируемым моделям несколько опережает Китай, однако это не означает недостаточного уровня отечественной технологии. Во всей китайской отрасли литья по газифицируемым моделям независимо от совершенства оборудования сохраняется единое мнение: технологически ориентированное мышление является душой отрасли и определяет будущее как сектора литья по газифицируемым моделям, так и производства форм.
1. Развитие технологии литья по газифицируемым моделям
С момента разработки более полувека назад технология литья по газифицируемым моделям превратилась в зрелую технологию. Китай начал исследования литья по газифицируемым моделям в конце 1960-х годов, и благодаря непрерывному совершенствованию и инновациям эта технология сегодня удовлетворяет требованиям большинства промышленных производств. Однако в условиях быстрого технологического прогресса крайне важно раскрывать весь потенциал литья по газифицируемым моделям и использовать его внутреннюю ценность для развития отрасли, захвата возможностей и лидерства в технологических тенденциях, что в конечном итоге способствует промышленному развитию и общественной пользе.
2. Текущее состояние отраслей литья по газифицируемым моделям и изготовления форм в Китае
С 1990-х годов китайская отрасль литья по газифицируемым моделям быстро развивалась, и многие литейные предприятия внедрили эту технологию. Однако после первоначального подъёма устойчивого развития достигли только предприятия с передовой производственной технологией и техническим потенциалом, тогда как остальные ушли с рынка. Причины следующие:
Слепые инвестиции: недостаточные исследования, отсутствие профессиональных кадров и недостаточное понимание литья по газифицируемым моделям приводили к поспешному запуску проектов без комплексного технико-экономического обоснования.
Несоответствие оборудования и форм: некоторые литейные предприятия приобретали оборудование и формы, не отвечавшие требованиям технологии и эксплуатационных характеристик.
Краткосрочная ориентация на прибыль: литейные предприятия часто направляли чертежи нескольким изготовителям форм и выбирали минимальную цену без анализа потенциальных технологических отказов. Это приводило к низкой стабильности продукции, высоким производственным затратам и низкому уровню годности.
Эти проблемы подчёркивают основную истину: технологическая работа требует практичности и строгости. Специалисты по литью по газифицируемым моделям должны прежде всего проводить надёжный технологический анализ для получения высококачественных отливок.
3. Практические примеры разработки и изготовления форм для литья по газифицируемым моделям
3.1 Практический пример: выпускной коллектор тяжёлого двигателя
Эта длинная тонкостенная отливка (рисунок 1) склонна к отклонениям размеров пенополистироловой модели и протечкам по клеевым швам при литье по газифицируемым моделям. Обеспечить точность размеров между ответвлениями сложно; низкая точность может вызвать несовпадение с двигателем, что приводит к снижению эффективности отвода выхлопных газов и повышенному шуму. Кроме того, технология требует строгой перпендикулярности между фланцами главной и ответвляющих труб, чего обычные формы для литья по газифицируемым моделям обеспечить не могут.
Рисунок 1 Выпускной коллектор тяжёлого двигателя
Для решения этих проблем были разработаны интегрированная литниковая система и самопозиционирующаяся форма (рисунок 2). Шлакоуловитель и пенополистироловая модель были объединены в единый узел (рисунок 3), причём главный шлакоуловитель предотвращает деформацию и обеспечивает точность ответвляющих труб. Каждая ответвляющая труба поддерживается питателями для сохранения перпендикулярности фланцев. Перекрёстные защёлки в местах соединений обеспечивают равномерную установку, уменьшая деформацию тонких стенок и протечки.
Рисунок 2 Верхняя форма и белая модель, нижняя форма и белая модель
Рисунок 3 Внешний вид пенополистироловой модели после формования и срезы
Интегрированная литниковая система минимизирует дефекты, вызываемые клеем между литниковой системой и пенополистироловой моделью, сокращает ручной труд и снижает производственные затраты. В отличие от неё традиционные конструкции форм (рисунок 4) не учитывают деформацию и протечки по швам, что приводит к низкому выходу годных изделий из-за нерешённых проблем участков с толщиной стенки 4,5 мм.
Рисунок 4 Обычная конструкция формы выпускной трубы
3.2 Практический пример: корпус заднего моста трактора (рисунок 5)
Этот маслонаполненный компонент требует строгой герметичности. Сегментированные пенополистироловые модели при литье по газифицируемым моделям могут протекать по клеевым швам, поэтому была разработана форма (рисунок 6) с шестью съёмными элементами на внутренней формообразующей поверхности, обеспечивающая изготовление цельной пенополистироловой модели и устраняющая протечки по разъёму.
Рисунок 5 Белая модель Рисунок 6 Форма на основе технологии
Для предотвращения усадочных и шлаковых включений была применена нижняя литниковая система (рисунок 7). Перепад напора между основанием литниковой чаши и самой высокой поверхностью пенополистироловой модели был увеличен до ≥260 мм, что обеспечило отсутствие утечки масла. В традиционных конструкциях применяются сегментированные модели (склонные к протечкам) и нерациональная ступенчатая литниковая система (плотно расположенные питатели вызывают неравномерное течение, усадку и шлак), поэтому выход годных изделий остаётся низким несмотря на высокий коэффициент использования расплавленного металла.
Рисунок 7 Конструкция литниковой системы Рисунок 8 Форма и белая пенополистироловая модель
3.3 Практический пример: корпус привода плуга (рисунок 9)
Для этой отливки критически важна симметрия. Большие размеры и некомпактная конструкция создают риск деформации формы, а раздельная заливка вызывает геометрические отклонения из-за неравномерного охлаждения. Наше решение предусматривает выступающие замки в местах пересечения плоскости симметрии, обеспечивающие симметричную установку половин формы. Одновременная заливка компонентов корпуса создаёт взаимное ограничение термических напряжений, минимизируя деформацию и обеспечивая соответствие проектным требованиям.
Рисунок 9 Белая модель корпуса привода плуга и литниковая система Рисунок 10 Форма
3.4 Эффективное производство малых отливок методом литья по газифицируемым моделям
В отрасли часто отмечают, что литьё по газифицируемым моделям «испытывает трудности и с крупными, и с мелкими изделиями». Для малых простых отливок сложно обеспечить высокое качество и эффективность производства, однако оптимизированные конструкции позволяют решить эту задачу, например для дугообразных отливок (рисунок 11).
Высокая пластичность пенополистироловой модели усложняет контроль размеров дугообразной формы, но специализированная форма (рисунок 12) обеспечивает точность и соблюдение строгих требований к качеству несмотря на простоту отливки.
Рисунок 11 Дугообразные отливки (2) Рисунок 12 Форма и модель
Заключение
Технология литья по газифицируемым моделям и изготовление форм неразрывно связаны: требования технологии определяют конструкцию формы, а качество формы определяет характеристики процесса. Отечественные отрасли литья по газифицируемым моделям и изготовления форм должны уделять приоритетное внимание технологической строгости, а не краткосрочной прибыли, укреплять интеграцию технологии и формы и использовать опыт практических примеров для стимулирования инноваций. Такой подход повысит качество отливок, снизит затраты и обеспечит устойчивое развитие отрасли.