CC BY
134
Окончание табл. 2
Состав смеси,% ПМср, мг ПДК веществ, выделяющихся при термодеструкции, мг/м Экологич-ность (Эк)
Формовочная смесь
Формовочная смесь отработанная 145,5 Пыль+БЮг - 2 72,8 Высокоэкологичная
Таким образом, предложенная методика позволяет в условиях цеховой экспресс-лаборатории, используя данные предварительного анализа общего газовыделения, производить оценку экологичное™ формочных и стержневых смесей.
Техническим результатом метода является упрощение оценки экологичное™ литейных смесей.
Список литературы
1. Жуковский С.С., Лясс A.M. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. М.: Машиностроение, 1978. 224 с.
2. Экология литейного производства / Болдин А.Н., Жуковский С.С., Поддубный А.Н. и др. Брянск: Изд-во БГТУ, 2001. 316 с.
УДК 669.14.018.256
М.В. Шубина, Э.А. Косарева
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СМЕСЕЙ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Показатели качества и стоимости отливок в литейном производстве в значительной степени зависят от правильного выбора состава и технологических свойств формовочных и стержневых смесей. Состав смесей зависит от назначения готового изделия, рода заливаемого сплава, сложности и ответственности отливок, наличия необходимых исходных материалов, серийности произ-
водства, технологии изготовления и сборки форм и стержней, планируемой себестоимости отливок.
Технологические процессы производства литых заготовок в разовых песчаных формах являются основополагающими заготовительной базы машиностроения. Реализация этого способа получения отливок связана с вовлечением в процесс большого количества формовочных материалов и композиций при использовании ручного труда на технологических операциях формовки и очистки литых заготовок. Тяжелый ручной труд в условиях повышенной кварцевой пыли, вибрации и шума является причиной многочисленных профзаболеваний (силикоз, виброболезни, неврит слухового нерва и др.), а сам процесс выступает как главный источник загрязнения окружающей воздушной и водной среды. Подобные условия работы и их последствия относятся ко многим отечественным и зарубежным машиностроительным заводам [1].
Поэтому создание новых человекосберегающих технологий получения литых изделий является одной из важнейших задач промышленно развитых стран. Революционным скачком в этом направлении можно считать создание жидкостекольных смесей (ЖСС). Теперь непосредственно о факторах, обуславливающих эффективность применения ЖСС.
Технологический процесс с их применением позволяет в комплексе решать проблемы [2].
Одной из причин широкого использования этих смесей является возможность упрочнения форм и стержней без теплового воздействия. Упрочнение может быть осуществлено выдержкой на воздухе (подвяливание), продувкой углекислым газом или введением в смесь химического реагента, вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла.
Второй причиной является то, что благодаря использованию тепловой сушки продолжительность процесса упрочнения этих смесей значительно меньше, чем песчано-глинистых.
Третьей причиной широкого применения этих смесей можно считать относительно низкую стоимость жидкого стекла, простоту его изготовления и нетоксичность этих смесей.
При изготовлении форм и стержней применяют два вида песчано-жидкостекольных смесей: пластичные и жидкие.
Пластичные смеси применяют в качестве облицовочного слоя. Упрочнение готовых форм и стержней осуществляют воздушной сушкой - подвяливанием на воздухе в течение 2-8 ч; тепловой сушкой при температуре 220-250°С в течение 0,5-1,0 ч и
химическим путем. При химическом упрочнении применяют продувку форм и стержней углекислым газом, вводя в смесь порошкообразные добавки феррохромового шлака или нефелинового шлама, а также жидкие добавки - ацетаты этиленгликоля (АЦЭГ) либо пропиленкарбоната. Время отверждения пластичных самотвердеющих смесей (ПСС) составляет около 40-60 мин, при этом смесь приобретает значение прочности на разрыв в пределах 0,07-0,13 МПа, а по прошествии более длительного времени прочность повышается до 0,7 МПа и более [1].
Важное преимущество смесей с продувкой С02 и ПСС по сравнению с обычными способами изготовления форм и стержней состоит в том, что упрочнение смесей происходит в контакте с оснасткой, что повышает точность размеров отливок.
Пластичные самотвердеющие смеси (ПСС) приготовляют по двухстадийной технологии. Сначала делают базовую смесь, состоящую из формовочного песка, глины, молотого угля, жидкого стекла и воды. Смесь высокопластичная, прочность на сжатие во влажном состоянии 0,015 МПа. На участке формовки в лопастном смесителе в базовую смесь вводят отвердитель - феррохромовый шлак или др. После перемешивания в течение 45-60 с готовая смесь подается в опоку и распределяется по поверхности как облицовочная. Жидкое стекло и отвердитель взаимодействуют во всем объеме смеси, в результате чего она затвердевает. После изготовления формы из нее сразу можно удалять модель, через 30 мин на поверхность формы можно наносить противопригарное покрытие, а через 4-6 ч заливать металлом.
Жидкие самотвердеющие смеси имеют высокую текучесть, так как они подобно жидкости могут быть залиты в опоку или стержневой ящик. Другое важное свойство этих смесей - самозатвердевание. Их применяют при изготовлении средних и крупных по величине форм и стержней, так как в этом случае, ввиду отсутствия операции уплотнения смеси, их использование наиболее эффективно. Перевод в жидкое состояние достигается за счет введения в смесь добавок пенообразователей - поверхностно-активных веществ (ПАВ). Пузырьки пены разделяют зерна песка, уменьшают силы трения, что и придает смеси свойство текучести. Текучесть смеси можно изменять в зависимости от ее состава и времени перемешивания. Время сохранения текучести также можно регулировать, оно составляет 9-10 мин. Смесь приобретает достаточную прочность через 20-30 мин. Газопроницаемость этих
смесей может превышать 1000 ед., прочность на сжатие через 4 ч после заливки составляет 0,2-0,4 МПа.
Применение ЖСС позволяет резко повысить производительность труда, исключить ручной труд при изготовлении форм и стержней, устранить энергоемкую операцию сушки, механизировать производство крупных отливок [1].
Такая технология позволяет полностью отказаться от традиционных способов изготовления стержней и форм, в том числе централизованного смесеприготовления и, соответственно, от всего используемого для этих целей комплекса оборудования, увеличить в 2-3 раза производительность труда, существенно улучшить условия труда (отсутствуют пыль, шум, вибрация). По своим технологическим возможностям этот процесс является уникальным -его можно применять для получения отливок из всех марок чугуна и стали, медных и алюминиевых сплавов при массе отливок от нескольких килограммов до десятков тонн [2].
Быстрота внедрения ЖСС за рубежом обусловлена системным подходом как при изучении и разработке технологических процессов, так и решении практических задач от подготовки исходного сырья до сдачи готовой продукции на соответствие требованиям по качеству.
В нашей стране внедрение жидкостекольных смесей уже в 1950-х годах решило проблему повышения производительности и увеличения съема продукции с квадратного метра производственных площадей - показателя, который не являлся за рубежом экономическим показателем. Снижение себестоимости отливок получено на заводах России от внедрения технологии при производстве стержней за счет снижения трудоемкости их изготовления, сокращения цикла подсушки стержней (подсушка красок), увеличения срока службы стержневых ящиков и пр.
По данным нашего английского лицензиата, при изготовлении с применением ЖСС чугунной отливки ковша массой 11 т стоимость затрат труда на формовочные работы снизилась на 60%, а на обрубку и очистку отливки — на 50%.
По расчетным данным Гипромеза, при строительстве цеха изложниц мощностью 30 тыс. т отливок в год, базирующегося на использовании ЖСС, по сравнению со строительством цеха такой же мощности, применяющего обычный процесс, можно получить следующие преимущества:
- снижение капитальных затрат на 1 т литья на 22%;
- уменьшение массы оборудования на 35%;
- сокращение производственных площадей на 33%;
- уменьшение численности рабочих - формовщиков на 21%;
- снижение затрат на изготовление форм и стержней с окрашиванием и подсушкой на 27%.
Основные технико-экономические показатели применения нового технологического процесса, помимо тех, которые были отмечены выше, следующие [3].
Трудоемкость изготовления форм и стержней снижается в 3-5 раз. Производительность труда на стержневых и формовочных участках повышается в 2-3 раза.
Выпуск литья на существующих стержневых и формовочных площадях может быть увеличен на 20-30%.
Одним из весьма важных преимуществ новой технологии является возможность значительного повышения выпуска литья на существующих производственных площадях без привлечения дополнительной рабочей силы, в которой литейные цеха постоянно ощущают острый дефицит.
Формовочные и стержневые работы всегда выполнялись рабочими высокой квалификации. С переходом на жидкие самотвердеющие смеси из-за простоты изготовления стержней и форм на этих работах можно использовать малоквалифицированных рабочих.
При проектировании технологии отливок следует учитывать, что при использовании стержней и болванов, изготовленных из смеси с жидким стеклом, продутых С02, для получения крупных стальных отливок линейная усадка последних примерно на 20% больше, чем усадка отливок, изготовленных в формах из песчано-глинистых смесей [4].
Широкое распространение новой литейной технологии в производстве и накопленный производственный опыт ее применения в различных отраслях машиностроения дают возможность не только оценить важные преимущества процесса, но и наметить основные направления его дальнейшего развития и совершенствования. Главными из этих направлений являются следующие [5]:
1. Разработка широкой номенклатуры новых составов жидких смесей, отвечающих требованиям различного характера и условий производства.
Особое внимание должно быть уделено:
а) разработке смесей на основе органических связующих материалов, обеспечивающих легкую выбиваемость смесей из отливок;
б) синтезу специальных высокоэффективных и стабильных по свойствам отвердителей для различных видов связующих материалов;
в) синтезу специальных, предназначенных для приготовления жидких смесей поверхностно-активных веществ, обеспечивающих смесям высокие технологические свойства (текучесть, живучесть, газопроницаемость и пр.) [5].
Следует отметить, что описанные в настоящей работе и другие известные составы ЖСС в определенной мере удовлетворяют ряду перечисленных требований, однако имеющиеся в этом направлении возможности еще далеко не исчерпаны.
2. Решение вопросов экономичной переработки отработанных смесей с целью их повторного использования.
3. Дальнейшее развитие работ по широкому использованию жидких смесей для изготовления форм. Исследования в этой части целесообразно вести в двух направлениях: значительно снижать стоимость смеси и разрабатывать технологические приемы изготовления форм с пониженным расходом жидкой смеси.
4. Разработка составов ЖСС и процессов на их основе, отвечающих требованиям крупносерийного и массового производства и, следовательно, обеспечивающих короткий цикл изготовления стержней и форм (исчисляемый несколькими минутами).
5. Разработка высокоэффективных противопригарных покрытий для стального и чугунного литья, позволяющих полностью отказаться от тепловой подсушки стержней и форм и обеспечивающих высокое качество поверхности отливок различной массы и сложности.
6. Создание высокопроизводительных автоматизированных смесителей непрерывного действия с обратной связью, позволяющих регулировать свойства жидкой смеси в процессе ее приготовления.
7. Дальнейшая комплексная механизация и автоматизация процессов изготовления из жидких смесей стержней и форм и перевод их на поточные методы в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Успешное решение перечисленных задач поможет значительно расширить области применения жидких смесей, еще больше повысить эффективность процесса, а также даст возможность
коренным образом изменить условия труда и повысить культуру производства в стержневых и формовочных отделениях литейных цехов [5].
Список литературы
1. Голотенков О. Н. Формовочные материалы: учеб. пособие. Пенза: ПГИ, 2004. 164 с.
2. Миляев В.М., Филлипенков A.A. Проблемы эффективности применения жидкостекольных смесей и их решения. Екатеринбург: Урал. гос. проф.-пед. наука, 2003. 120 с.
3. Борсук П.А., Лясс A.M. Жидкие самотвердеющие смеси. М.: Машиностроение,1979. 255 с.
4. Хесин И.С. Быстротвердеющие смеси в литейном производстве. М.: Машгиз, 1956. 341 с.
5. Сосненко М.Н. Современные литейные формы. М.: Машиностроение, 1965. 332 с.
