Пример литья формы центробежной литейной машины по газифицируемой модели

Аннотация

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) — это развивающаяся экологичная технология литья, разработанная в конце 1950-х годов, отличающаяся высокой размерной точностью, небольшим припуском на механическую обработку и отличным качеством поверхности. Особенно в условиях национальной политики защиты окружающей среды её преимущества в энергосбережении и защите окружающей среды становятся более выраженными. На основе практического применения технологии на производстве в статье подробно описан процесс литья по газифицируемым моделям формы для центробежной литейной машины — от обработки жёлтой зоны до заливки.

Ключевые слова: литьё по газифицируемым моделям; форма для центробежной литейной машины; технология литья по газифицируемым моделям

Введение

Литьё по газифицируемым моделям, ЛГМ

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) — революционная новая технология в области литья, разработанная в конце 1950-х годов. Благодаря таким характеристикам, как отсутствие необходимости в песчаных стержнях и снижение загрязнения, она известна как «экологичное литьё 21-го века». Применение этого процесса позволяет исключить такие операции, как изготовление песчаных стержней, разъём формы и её закрытие, уменьшить припуск на механическую обработку отливок, снизить массу заготовки и шероховатость поверхности, тем самым сократив производственные затраты. В рамках производственного исследования для изготовления форм центробежных литейных машин применяется технология литья по газифицируемым моделям; подробное описание процесса приведено ниже.

Анализ отливки

Размеры: кольцевая конструкция с наружным диаметром 1000mm, толщиной стенки 80mm, высотой 200mm и массой одной детали 335kg.

Материал: высокопрочный чугун 450-10, требуемый класс сфероидизации 2-3.

Перечень химического состава

Требования к качеству: отливка должна полностью подвергаться механической обработке с односторонним припуском 8mm; после обработки не допускаются песчаные или газовые раковины (чтобы предотвратить трудности при отделении отливки от формы из-за проникновения медной воды в песчаные раковины).

Анализ особенностей процесса

a. Отливка имеет простую форму и при формовке в опоке должна устанавливаться под углом наклона 15°, чтобы облегчить уплотнение верхнего формовочного песка.

b. Требования к задержанию шлака являются строгими, а литниковая система не должна вызывать размыв песка. Во время заливки у носка разливочного ковша размещается полотно из минеральной ваты, выполняющее функцию задержания шлака.

c. Усадка высокопрочного чугуна больше, чем у серого чугуна. При толщине стенки 80mm самопитание за счёт расширения графита невозможно, поэтому для питания необходимо добавить прибыль. Измеренная в этом испытании объёмная усадка составляет 4.5%.

d. При нанесении покрытия и сушке необходимо предотвращать деформацию: пенополистироловая модель после нанесения покрытия имеет относительно большую массу. При размещении для сушки её необходимо уложить горизонтально, подложив и выровняв основание, чтобы предотвратить деформацию пенополистироловой модели под действием влажного покрытия.

Конструкция литниковой системы

Отливка представляет собой деталь с большой толщиной стенок и крупными габаритами; применяется литниковая система с верхней прибылью.

Проектирование размеров прибыли

a. Прибыли чугунных отливок нельзя удалять ацетиленовой резкой, поэтому при проектировании прибыли необходимо учитывать удобство очистки. Опыт показывает, что питающий эффект прибылей в виде удерживающей головки недостаточен, а на контактной поверхности часто возникает шейка, поэтому такой вариант не применяется.

b. Прибыль для высокопрочного чугуна проектируется по опыту: её масса составляет 15%-20% общей массы отливки, диаметр равен 2.2 толщины стенки отливки, высота — 2 диаметрам; диаметр шейки прибыли составляет 0.8 толщины стенки, а высота не превышает 20mm.

Конкретные размеры прибыли: цилиндрическая прибыль высотой 300mm и диаметром 170mm; шейка прибыли диаметром 80mm и высотой 20mm.

Технологический процесс

Жёлтая зона

Требования к толщине покрытия: базовое покрытие — 1.5-1.7mm; прибыль и участки, подвергающиеся размыву расплавом чугуна, необходимо утолщить до 2.0mm. Для участков с сильным размывом можно применять два метода усиления: ① добавление жидкого стекла в покрытие для повышения прочности при высокой температуре; ② при нанесении последнего слоя покрытия приклеивание к участкам, размываемым расплавом чугуна, асбестового полотна, пропитанного покрытием, для предотвращения смывания покрытия.

0.04-0.05MPa

0.04-0.05MPa

(2) Параметры процесса чёрной зоны

Температура заливки: 1430-1450℃

Разрежение: 0.04-0.05MPa

Параметры выдержки под давлением: давление 0.04-0.05MPa, выдержка под давлением в течение 15min (для предотвращения расширения опоки)

Время распалубки: 2h после заливки

Скорость заливки: завершить в течение 40-45s, заливать как можно быстрее

Процесс формовки в опоке

Модель устанавливается под углом наклона 15°, чтобы облегчить уплотнение формовочного песка на верхней дуговой поверхности отливки. После уплотнения нижнего песка устанавливают жёлтую модель. В процессе добавления песка необходимо избегать контакта с жёлтой моделью и контролировать время вибрации в пределах 10-15s (не слишком долго), чтобы предотвратить вибрационную деформацию пенополистироловой модели. (На рисунке ниже показаны размещение пенополистироловой модели и фотография отливки после заливки)

Заключение:

Практика литья показывает, что приведённые выше параметры процесса могут удовлетворить производственным требованиям к формам центробежных литейных машин; особенно для крупногабаритных пенополистироловых моделей описанный в статье метод позволяет эффективно предотвращать деформацию при сушке покрытия и формовке в опоке, обеспечивая основу для литья по газифицируемым моделям аналогичных отливок.