≥300MPa（HT300
GB/T 9439-2010《
≤0.03mm/1000mm
Технические требования к процессу литья по газифицируемым моделям оснований станков с ЧПУ
Аннотация
В статье системно изложена полная технологическая схема производства оснований станков с ЧПУ методом литья по газифицируемым моделям. Как основной несущий компонент станка с ЧПУ, основание должно обладать высокой способностью к гашению вибраций, сопротивлением давлению, размерной стабильностью и коррозионной стойкостью. В качестве материала отливки выбран серый чугун HT300 (его механические свойства превосходят обычно применяемые HT150 и HT250, что делает его более подходящим для нагрузок основания).
Начиная с четырёх основных этапов — формования модели, нанесения покрытия и сушки, встраивания в опоку и заливки, а также последующей обработки, — в статье определяются технические параметры и точки контроля качества каждого процесса, обеспечивая техническую поддержку массового производства оснований станков с ЧПУ с высоким уровнем годности.
1. Предпосылки создания изделия и процесса
1.1 Основные требования к изделию
Как основное оборудование в таких областях, как автомобилестроение, механическое оборудование и военная промышленность, станки с ЧПУ используют основания как «фундаментальный носитель» общей точности и стабильности станка. Основание должно соответствовать следующим требованиям:
Механические свойства: предел прочности при растяжении ≥ 300MPa (характеристика марки HT300), коэффициент гашения вибраций ≥ 0.05, а деформация при длительной нагрузке ≤ 0.1mm/m;
Качество отливки: обработанные поверхности не должны иметь таких дефектов, как газовые раковины (диаметром > φ2mm) и шлаковые включения; дефекты на необрабатываемых поверхностях должны соответствовать стандарту Grade 1, указанному в GB/T 9439-2010 Gray Iron Castings;
Размерная точность: плоскостность монтажной поверхности основания ≤ 0.03mm/1000mm, а соосность базового отверстия ≤ φ0.02mm.
1.2 Основания выбора процесса
По сравнению с традиционными процессами литья в смоляно-песчаные формы и литья в плакированный песок литьё по газифицируемым моделям имеет значительные преимущества в контроле затрат (низкие потери сырья), экологичности (отсутствие сброса отработанного песка) и производительности (короткий цикл, низкие трудозатраты). Однако, поскольку основания станков являются крупными отливками сложной формы, подверженными таким дефектам, как газовые раковины, отбел, шлаковые включения и неспаи, требуется точный контроль всего процесса «белая зона — жёлтая зона — чёрная зона».
При сравнении трёх основных литейных процессов (см. Таблицу 1) литьё по газифицируемым моделям оказывается более подходящим для производства оснований станков:
| Тип процесса | Преимущества | Недостатки | Применимость |
| Литьё в смоляно-песчаные формы | Высокое качество поверхности отливок | Высокая стоимость обработки отработанного песка; длительный производственный цикл (≥72h) | Мелкосерийные точные детали |
| Литьё в плакированный песок | Высокая прочность стержней | Применимо только для деталей простой конструкции; высокая стоимость оснастки | Стандартизированные мелкие детали (например, корпуса подшипников) |
| Литьё по газифицируемым моделям | Отсутствие поверхности разъёма (отсутствие облоя); высокий коэффициент использования материала (≥95%); короткий производственный цикл (≤48h) | Высокие требования к сушке модели и контролю покрытия | Крупные детали сложной формы (основания станков, станины станков) |
2 Полная технологическая схема
Процесс литья по газифицируемым моделям основан на «управлении и контроле по зонам» и разделён на четыре модуля: белая зона (подготовка модели), жёлтая зона (нанесение покрытия и сушка), чёрная зона (встраивание в опоку и заливка) и обработка песка. Технические параметры и рабочие требования каждого этапа следующие:
2.1 Белая зона: формование и сборка модели (основной контроль: размерная точность и герметичность)
Модель служит «носителем полости» отливки, и качество её формования непосредственно определяет размерную точность отливки. Существуют два метода формования — формование резкой и сборкой и формование вспениванием, выбираемые в зависимости от конструкционной сложности основания:
2.1.1 Формование резкой и сборкой (подходит для оснований с многополостными конструкциями и конструкциями специальной формы)
① Разделение и раскрой; ② Сборка и усиление опор; ③ Ремонт и сушка.
2.1.2 Формование вспениванием (подходит для оснований с симметричной конструкцией)
① Предварительное вспенивание гранул; ② Прессование на формовочной машине; ③ Сборка модели и проектирование литниковой системы.
2.2 Жёлтая зона: нанесение покрытия и сушка (основной контроль: толщина покрытия и содержание влаги)
Покрытие изолирует формовочный песок от расплава чугуна и направляет удаление продуктов газификации пены. Качество покрытия контролируется посредством «многократного нанесения покрытия + градиентной сушки», конкретный процесс выглядит следующим образом:① Подготовка покрытия; ② Нанесение покрытия и сушка; ③ Обработка специальных участков.
2.3 Чёрная зона: встраивание в опоку и заливка (основной контроль: плотность песка и параметры расплава чугуна)
Чёрная зона является ключевым этапом формирования отливки. Необходимо контролировать степень уплотнения песка, стабильность разрежения и скорость заполнения расплавом чугуна, чтобы избежать таких дефектов, как обрушение опоки и обратный выброс:① Встраивание в опоку и формовка; ② Размещение модели с покрытием (жёлтой модели) и добавление песка; ③ Заливка под разрежением.
2.4 Система обработки песка (основной контроль: точное регулирование технологических параметров)
Переворачивание опоки и выбивка → Выбивная машина → Подъёмник → Крупно-/мелкоячеистое вибросито → Охладитель температуры песка с водяным кольцом → Подъёмник → Ленточный конвейер → Бункер хранения песка → Вибрационная формовка.
3. Заключение
Процесс литья по газифицируемым моделям для оснований станков с ЧПУ должен основываться на «точном контроле». Благодаря совместной оптимизации четырёх этапов (формование модели, нанесение покрытия, встраивание в опоку и заливка, а также обработка песка) можно эффективно устранять дефекты крупных отливок сложной формы. По сравнению с традиционными процессами эта схема позволяет снизить производственные затраты на 15%-20% и сократить производственный цикл на 30%-40%, одновременно удовлетворяя высоким требованиям к точности и стабильности оснований станков с ЧПУ. Она предоставляет применимую технологическую модель для литья по газифицируемым моделям аналогичных крупных отливок.
