CC BY
68
УДК 621.74
А.Н. Грачев, Л.И. Леушина
ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева»
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА
Несмотря на свою известность и широкое распространение, метод литья по выплавляемым моделям, оставаясь и на сегодняшний день одним из прогрессивных, обеспечивает получение отливок самой высокой сложности с высокой точностью и минимальными припусками на механическую обработку.
На одном из промышленных предприятий Приволжского федерального округа имеется участок точного литья по выплавляемым моделям, выпускающий отливки из литейных углеродистых и легированных сталей массой до 20 кг. Технологический процесс литья осуществляется следующим образом. Модели изготавливаются из парафиностеариновой композиции марки ПС 50-50. Основу огнеупорной суспензии составляют гидролизованный раствор этилсиликата и пылевидный кварц (маршалит). В качестве материала обсыпки используется формовочный песок. Общее количество слоев оболочковой формы составляет 5-6. Продолжительность сушки каждого слоя на воздухе - в среднем 5 ч. Выплавление модельной композиции проводится в горячей воде.
Прокалка оболочковых форм осуществляется в опорном наполнителе, в качестве которого используется бой отработанных керамических оболочек. Режим прокалки: загрузка оболочек в печь при температуре 300-350°С; подъем температуры до 800-900°С со скоростью 150-200°С/ч; выдержка при температурном максимуме в течение 6-7 ч в зависимости от сложности отливок.
Основной проблемой реализации данного способа литья в описанных производственных условиях является повышенное трещинообразование на оболочковых формах, приводящее в конечном итоге к образованию таких литейных дефектов, как «гребешки» (заусенцы), засоры, вплоть до полного разрушения форм.
Руководством предприятия была поставлена задача повышения трещиностойкости оболочковых форм литья по выплавляемым моделям. Достижение поставленной цели осуществлялось рабочей группой, в составе которой находились сотрудники кафедры «Литейно-металлургические процессы и сплавы» Нижего-
родского государственного технического университета им. P.E. Алексеева и инженерно-технический персонал предприятия.
На начальном этапе был проведен мониторинг соблюдения технологии литья по выплавляемым моделям, действующей на предприятии. Его результатом стал перечень критических замечаний, каждое из которых по отдельности может являться причиной низкой трещиностойкости оболочковых форм.
Выработанный рабочей группой перечень критических замечаний содержал следующие пункты:
1. Использование для формирования рабочего (облицовочного) слоя, прилегающего к модели и фактически образующего полость формы, песка (огнеупорного наполнителя) той же фракции, что и для последующих слоев.
2. Нерациональное расположение оболочковых форм в опоке с опорным наполнителем.
3. Чрезмерно большое количество оболочковых форм в про-калочных опоках (6-8 шт.), приводящее к росту температурных напряжений и, как следствие, возникновению трещин в оболочках и быстрому износу опок.
4. Применение крупных кусков (20-30 мм) керамического боя оболочек в качестве опорного наполнителя.
Далее был составлен перечень мероприятий по повышению трещиностойкости оболочковых форм, подлежащих экспериментальному опробованию:
1) Изготовление и заливка опытных оболочковых форм с применением в качестве опорного наполнителя измельченного боя керамических оболочек.
Согласно действующей на предприятии технологии, в качестве опорного наполнителя применяется бой керамических оболочек в виде крупных кусков размерами 20-30 мм. Это может служить причиной появления трещин в оболочках из-за роста механических напряжений при контакте наполнителя с формой.
При проведении экспериментальных работ в качестве опорного наполнителя использовался измельченный до 5-7 мм бой керамических оболочек с размещением в опоке меньшего количества форм (не более 3-4 шт.). При этом толщина слоя наполнителя между оболочками, а также между оболочками и опокой составляла не менее 20-25 мм. На рис. 1 представлены фотографии, иллюстрирующие проведение данного мероприятия.
2) Изготовление и заливка опытных оболочковых форм по действующей технологии с использованием в составе огнеупорной обсыпки прокаленного формовочного песка.
Цель данного мероприятия - снизить негативное влияние от потери массы при нагреве влажного кварцевого песка, а также его
повторных полиморфных превращений при прокалке готовых оболочек в термической печи.
Рис. 1. Реализация мероприятия «Применение в качестве опорного наполнителя измельченного боя керамических оболочек и размещение в опоке меньшего количества форм с большей толщиной наполнителя между оболочками, а также между оболочками и опокой»
В рамках реализации мероприятия кварцевый песок был подвергнут прокалке в термической печи в течение 1-1,5 ч при температуре 900-950°С (рис. 2).
Рис. 2. Реализация мероприятия «Использование в составе огнеупорной обсыпки прокаленного формовочного песка»
3) Изготовление и заливка опытных оболочковых форм по действующей технологии с использованием в составе огнеупорной суспензии порошка борной кислоты в количестве 2-3% по массе.
Целью данного мероприятия явилось повышение трещино-стойкости форм для литья по выплавляемым моделям за счет введения в состав огнеупорной суспензии порошка борной кислоты, которая при прокаливании формы расплавляется и, выполняя функции связующего, укрепляет оболочку (рис. 3).
Рис. 3. Реализация мероприятия «Использование в составе огнеупорной суспензии порошка борной кислоты»
Кроме того, в рамках проводимой работы осуществлялся входной контроль маршалита, применяемого в качестве огнеупорного материала суспензии и формовочного песка, используемого в качестве обсыпочного материала, на соответствие требованиям ГОСТ и на содержание органических веществ.
Опытно-промышленное опробование подтвердило эффективность предлагаемых мероприятий, не требующих дополнительной перестройки производственного процесса.
Комплекс предложенных мер был внедрен в действующее производство, в результате чего брак оболочек по трещинообра-зованию был снижен в среднем в 2,75 раза и достиг технологически требуемого уровня.
УДК 621.74 Е.А. Чернышов
ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева» A.A. Евлампиев, О.Б. Гусева, A.B. Королев
ГОУ ВПО «Чувашский государственный университет»
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ЛИТЕЙНЫХ СМЕСЕЙ И МЕТОДИКА ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Литейное производство является многооперационным сложнейшим технологическим процессом с использованием большого количества наименований и масс материалов, поглощением значительных объемов топлива и различных видов энергии. При этом производство отливок сопровождается выбросами
