Развитие реального производства при сокращении временных и материальных затрат стремится к наукоемким технологиям по выпуску изделий с высокой добавленной стоимостью, т. к. именно они в наибольшей мере используют «человеческий капитал» и позволяют сохранить природные ресурсы. Это способствует опережению роста общественной производительности труда над ростом потребления, импортозамещению, а также важному для отечественной экономики переходу от экспорта продукции металлургической промышленности к экспорту машиностроительной. Промышленники-судостроители слабо знакомы с одной из современных технологий получения металлических отливок — литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). По этой технологии специализируется Институт ФТИМС Национальной академии наук Украины (отдел ФХПФ под рук. проф. Шинского О. И.), который поставляет оборудование и занимается реконструкцией литейных цехов [1].
Литейные цеха обычно относят к наиболее загрязняющим экологию промышленным производствам. В России свыше 77% отливок металлических деталей получают в песчаные формы, которые при традиционных технологиях дают основные выделения газов, загрязняющих атмосферу цеха и в основном состоящих из продуктов испарения и горения связующих материалов формовочного песка, сыпучие отходы формовочных смесей доходят до 4 т на 1 т получаемых отливок. По технологии ЛГМ, англоязычное название Lost Foam Casting Process, модели изготовляют из пенополистирола (реже из других пенопластов) и помещают в формы из сухого песка без связующего. За 50 лет со времени своего возникновения годовой объем выпуска отливок в мире этим способом приближается к 1,5 млн. тонн. Хотя этот способ по традиции относят к специальным видам литья, ЛГМ, заимствуя достижения вакуумной формовки и технологии самотвердеющих смесей (ХТС), сегодня имеет отработанную практику получения отливок развесом от 0,1 кг до нескольких тонн, успешно конкурируя и покрывая зону действия всех видов песчаной формовки.
Рыночные отношения жесткой конкуренции в литейном бизнесе с быстрым обновлением продукции вместо массового производства вызывают спрос на мелкие и средние серии отливок с повышенной размерно-весовой точностью. Развитие литейного производства большей частью сопровождается созданием самостоятельных некрупных цехов с гибкими технологиями получения отливок высокой точности и сложности, когда метод ЛГМ оказался наиболее подходящим вместо литья в песчано-глинистые формы, по выплавляемым моделям, в металлические формы или других способов.
В этом способе литья получить модель отливки означает уже наполовину получить саму отливку из металла. Пенопластовая модель отливки на вид похожа на упаковку от телевизора, или разовую пищевую тарелку, которые штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов. По схожей технологии для серии отливок производят модели из порошка полистирола в легких алюминиевых пресс-формах при их нагреве до 130° С. Для разовых и крупных отливок (иногда весом до нескольких тонн) подходит вырезание моделей из плит пенопласта, а также вырезание на гравировально-фрезерных станках с ЧПУ, большое количество модификаций которых появилось по доступной цене на рынке в последнее время [2, 3]. Модель и полученная по ней отливка имеют высокую точность и конкурентный товарный вид, чему способствует окраска модели быстросохнущей краской с порошком-огнеупором.
Свободно можно видеть отливку в модели, промерять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок просто не сделать. Отсутствует смещение стержней и форм при сборке (так как отсутствуют сами стержни). Обычно литейщики не привыкли к таким возможностям технологии ЛГМ и качеству литья, стереотипы, заученные еще в институтах, тормозят понимание потенциала этой технологии. По сути, разъемная литейная форма как бы «исчезла» в ее традиционном понимании, ее заменила литейная форма в виде засыпки модели сухим песком в ящике (контейнере). При заливке этой формы металл испаряет модель и собой ее замещает.
Экологическая безопасность технологического процесса обеспечивается исключением из применения токсичных связующих, большого объема формовочных и стержневых песчаных смесей, транспортировки их и выбивки отливок. Например, 1 куб. м пенополистирола модели весит
Такое удаление газов из сухого песка формы согласно проведенным измерениям концентраций примесей в воздухе цеха в
Значительную часть бункеров, трубопроводов и оборудования комплекса по охлаждению и складированию оборотного песка обычно монтируют за пределами помещения цеха у внешней его стены, при этом сухой песок, который не боится мороза, быстрее охлаждается на открытом воздухе. Изолирование в закрытых трубопроводах потока песка, отсасывание из формы и последующее дожигание газов в сочетании с весьма чистым модельным производством дает возможность создать экологически чистые цеха высокой культуры производства. На фотографиях (рис. 2) модельного цеха видно, что он похож на консервный или фармацевтический завод, формовочный участок на фото тоже мало похож на «литейку как маленькую шахту». А аналогичный по функциям трем участкам традиционного цеха литья в формы со связующим: смесеприготовительному, регенерации формовочной смеси и складу формовочной смеси, занимающих до 20% площади традиционного литейного цеха, участок очистки и охлаждения оборотного песка вовсе вынесен из помещения (рис. 2, в).
Технологические потоки и пространственное размещение моделей в объеме контейнерной формы удобно компьютеризировать, а при изготовлении модельной оснастки все чаще применяют 3D-графику для программирования станков с ЧПУ. Возрастающий поток патентной информации свидетельствует о серьезном интересе к этой технологии практически всех ведущих машиностроительных компаний. Созданы, проектируются и внедряются в производство десятки видов конвейерных, оснащенных манипуляторами и линий непрерывного действия, которые хорошо зарекомендовали себя в авто-тракторном моторостроении, литье трубоарматуры и деталей насосов, корпусов электродвигателей, деталей коммунального машиностроения и др. Однако, чаще создаются небольшие производственные цеха, состоящие из модельного, формовочного, плавильного и очистного участков. Они оснащаются простым оборудованием одинаковым для черных и цветных сплавов.
Если изготовление форм состоит в засыпании моделей сухим песком с вибрацией в течение около
Способом ЛГМ получают отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех литейных марок. В ящике на «елке или кусте» могут сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве, обычно с почти «ювелирной» точностью. До 90% отливок можно применять без механической обработки.
Цеха и участки с этой гибкой технологией стремительно множатся по всему миру — от Америки до Китая. Большинство крупнейших автопроизводителей Европы и Америки ежегодно используют в производимых автомобилях несколько сотен тысяч тонн точных отливок, полученных способом ЛГМ. General Motors, Ford Motors, BMW, Fiat, VW, Penualt и ряд других фирм полностью перешли в
На опытном производстве ФТИМС в Киеве льют черные и цветные металлы развесом
Особенно крупная экономия получается при литье сложных отливок из коррозионно- и износостойких сталей (якоря, цепи якорей, винты и их лопасти, клюзы и др. для судостроения, шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Льют без ограничений по конфигурации конструкций колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественное литье и др. Капитальные затраты на организацию производства сокращаются в
Производственный потенциал технологии ЛГМ далеко не исчерпан и настолько значителен, что она позволяет лить не только металлы и сплавы, но и получать композиты и армированные конструкции, которые обладают повышенными в несколько раз служебными свойствами. При этом в модель предварительно вставляют различные детали или материалы, которые формируют композит или армированную конструкцию, а наложение газового давления на жидкий металл увеличивает стабильность пропитки таких изделий со вставками на длину свыше 1м. В статье на фотографиях приведены примеры пенопластовых моделей и отливок различных размеров, а также показана типовая схема оборота сухого кварцевого песка литейных цехов/участков ЛГМ, при этом используют не менее 95% оборотного песка, многократно контактирующего с расплавленным металлом.
ЛГМ-процесс относят к технологиям будущего исходя из его экологической безопасности, высоких показателей точности получаемых отливок и ресурсосбережения при многократном использовании формовочного песка. Для предпринимателей, планирующих создать или реконструировать литейный цех, технология ЛГМ послужит тем бизнесом, в котором металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в высокотехнологичный товар. Качество продукции и повышение культуры производства заслуженно относят способ ЛГМ к высоким литейным технологиям, которые ломают стереотип, что высокие технологии — это обязательно сложные малодоступные производства. Перечень предприятий, использующих ЛГМ в России, приведен в статье [6]. Освоение ЛГМ позволяют опередить на шаг конкурентов в направлении укрепления собственного машиностроения и наращивания возможностей экспортирования отливок.
Литература.
Дорошенко В.С., к. т. н., ст. науч. сотр. Физико-технологического института металлов и сплавов НАН Украини, Киев, т.
» 
» 
» 
» 
» 
» 
» 
» 
» 
» 
»