Сучасна технологія виробництва металевих виливків
Шинський І.О., к.т.н.
Розвиток реального виробництва при скороченні часових і матеріальних витрат прагне до наукомістких технологій з випуску виробів з високою доданою вартістю, оскільки саме вони найбільшою мірою використовують «людський капітал» і дозволяють зберегти природні ресурси. Промисловці мало знають про одну з сучасних технологій одержання металевих виливків – лиття за газифікованими моделями (ЛГМ). За цією технологією спеціалізується компанія, яка постачає обладнання та займається організацією та реконструкцією ливарних цехів.
Ливарні цехи зазвичай відносять до найбільш забруднюючих екологію машинобудівним виробництвам. Понад 75% виливків металевих деталей отримують в піщані форми, які при традиційних технологіях дають основні виділення газів, що забруднюють атмосферу цеху і в основному складаються з продуктів випаровування та горіння сполучних матеріалів формувального піску. За технологією ЛГМ, англомовне назву Lost Foam Casting Process, моделі виготовляють з пінополістиролу (рідше з інших пінопластів) і поміщають у форми з сухого піску без сполучного. За 50 років з часу свого виникнення річний обсяг випуску виливків у світі цим способом досяг 1,5 млн. тонн.
Ринкові відносини жорсткої конкуренції в ливарному бізнесі з швидким оновленням продукції замість масового виробництва викликають попит на дрібні і середні серії виливків з підвищеною розмірно-ваговий точністю. Розвиток ливарного виробництва здебільшого супроводжується створенням самостійних дрібних цехів з гнучкими технологіями отримання виливків високої точності і складності, коли метод ЛГМ виявився найбільш підходящим замість лиття в піщано-глинисті форми, по виплавлюваних моделях, в металеві форми або інших способів.
У цьому способі лиття отримати модель виливка означає вже наполовину отримати виливок саму з металу. Пінопласт модель виливка на вид схожа на упаковку від телевізора, або разова харчова тарілка, які штампують мільйонами на автоматах, а плитами полістиролу утеплюють зовнішні стіни висотних будинків. За схожою технологією для серії виливків моделі проводять з порошку полістиролу в легких алюмінієвих прес-формах при їх нагріванні до 130 ° С. Для разових і крупних виливків (іноді вагою до декількох тонн) підходить вирізування моделей з плит пінопласту, а також вирізання на гравіровально – фрезерних верстатах з ЧПК, велика кількість модифікацій яких з'явилася за доступною ціною на ринку останнім часом. Модель і отримана по ній виливок мають високу точність і конкурентний товарний вигляд, чому сприяє забарвлення моделі швидковисихаючої фарбою з порошком-вогнетривом.
Вільно можна бачити виливок в моделі, проміряти її стінки, чого при звичайній формуванні для складних з декількома стержнями виливків просто не зробити. Відсутній зсув стрижнів і форм при зборці (оскільки відсутні самі стержні). Зазвичай ливарники не звикли до таких можливостей технології ЛГМ і якості лиття, стереотипи, завчені ще в інститутах, гальмують розуміння потенціалу цієї технології. По суті, роз'ємна ливарна форма як би «зникла» в її традиційному розумінні, її замінила ливарна форма у вигляді засипання моделі сухим піском в ящику (контейнері). При заливанні цієї форми метал випаровує модель і собою її заміщає.
Екологічна безпека технологічного процесу забезпечується винятком із застосування токсичних єднальних, великого обсягу формувальних і стрижневих піщаних сумішей (звичайно 2 т суміші зі сполучною йде у відвал на 1 т лиття), транспортування їх і вибивки виливків. Наприклад, 1 куб. м пінополістиролу моделі важить 25 кг, якщо він заміщається 7 т рідкого чавуну, то при цьому на 1 т лиття витрачається 25/7 = 3,6 кг полімеру. Тоді як у формах з смоляних холодно-твердіючих сумішей (ХТС) при споживанні 3% сполучного в суміші на 3 т суміші на 1 т лиття витрата складає 0,03 х3000 = 90 кг полімерного сполучного, або в 90/3, 6 = 25 разів більше . Щоб пінопласт модель не диміла в цех, при заливці металу в форму і в період його затвердіння з контейнера відсмоктують насосом все гази – розрідження підтримують приблизно пів-атмосфери. Потім ці гази через трубу вакуумної системи подають для знешкодження в систему термокаталітіческого допалювання, де вони окислюються до рівня не менше 98% і у вигляді водяної пари і двоокису вуглецю викидаються в атмосферу за межами приміщення цеху. Традиційні форми після заливки металом димлять в приміщенні як не вентильов робочу зону цеху.
Таке видалення газів з сухого піску форми відповідно до проведених вимірів концентрацій домішок в повітрі цеху в 10-12 разів знижує показники забруднень атмосфери робочої зони цеху в порівнянні з литтям в традиційні піщані форми. Формувальний кварцовий пісок після вилучення з форми виливків, завдяки його високій плинності, зазвичай транспортують по закритій системі трубопроводів пневмотранспорту, що виключає запилювання його в повітрі цеху. Пісок надходить в установку терморегенераціі, де звільняється від залишків конденсованих продуктів деструкції пінополістиролу, а потім після охолодження в прохідних закритих охолоджувачах подається знову на формовку при використанні близько 97% оборотного піску.
Значну частину бункерів, трубопроводів та обладнання комплексу з охолодження і складування оборотного піску зазвичай монтують за межами приміщення цеху біля зовнішньої його стіни, при цьому сухий пісок, який не боїться морозу, швидше охолоджується на відкритому повітрі. Ізолювання в закритих трубопроводах потоку піску, відсмоктування з форми і подальше допалювання газів в поєднанні з дуже чистим модельним виробництвом дає можливість створити екологічно чисті цехи високої культури виробництва. На фотографіях модельного цеху видно, що він схожий на консервний або фармацевтичний завод, формувальний ділянку на фото теж мало схожий на «літейку як маленьку шахту».
Технологічні потоки і просторове розміщення моделей в обсязі контейнерної форми зручно комп'ютеризувати, а при виготовленні модельного оснащення все частіше застосовують 3D-графіку для програмування верстатів з ЧПУ. Зростаючий потік патентної інформації свідчить про серйозний інтерес до цієї технології практично всіх провідних машинобудівних компаній. Створені, проектуються і впроваджуються у виробництво десятки видів конвеєрних, оснащених маніпуляторами і ліній безперервної дії, які добре зарекомендували себе в авто – тракторному моторобудуванні, лиття трубоарматури і деталей насосів, корпусів електродвигунів, деталей комунального машинобудування та ін Однак, частіше створюються невеликі виробничі цехи , що складаються з модельного, формувального, плавильного і очисного ділянок. Вони оснащуються простим устаткуванням однаковим для чорних і кольорових сплавів.
Якщо виготовлення форм полягає в засипанні моделей сухим піском з вібрацією протягом близько 1-1,5 хвилини, то відпадає потреба у високоточних формувальних машинах пресування, струшування, пристроїв зборки форм. Акцент уваги перенесений на виробництво моделей – цих "найлегших іграшок" із щільністю матеріалу 15-16 кг / куб. м, яке зазвичай «довіряють» жіночим рукам, часто розташовуючи на другому і вище поверхах будівель. Для серійного виробництва виливків поставляються напівавтомати, цикл виробництва пінопластових моделей на яких складає близько 2, 5 … 3 хв. і які «взяті» з пакувальної галузі, де їх використовують для виробництва фасонної упаковки, легкої тари, а також декоративних панелей та елементів фасаду.
Способом ЛГМ одержують виливки з чавуну і сталі усіх видів, бронзи, латуні й алюмінію всіх ливарних марок. У ящику на «ялинці або кущі» можуть відразу лити десятки виливків, як в ювелірному виробництві, зазвичай з майже «ювелірної» точністю. До 90% виливків можна застосовувати без механічної обробки.
Цехи і дільниці з цією гнучкою технологією множаться стрімко по всьому світу – від Америки до Китаю, на заводах General Motors, Ford Motors, Fiat. Компанія, удосконалюючи в цій справі «фірмову» спеціалізацію, спроектувала обладнання та запустила цілий ряд ливарних заводів, цехів, дільниць в країнах ближнього і далекого зарубіжжя, один з недавно реалізованих об'єктів – цех на 400 т / місяць у м. Усть – Каменогорськ, УкЗТЛ . Зараз поставляє заводам базове устаткування для лиття 500 – 20 000 т / рік з різним ступенем механізації.
У ливарному виробництві компанії в Києві ллють чорні і кольорові метали розважуванням 0,1-2 500 кг. до 150 т / місяць, відпрацьовують технологію і оснастку для нових цехів, проектують обладнання та лінії точно під програму та площі цеху-замовника, які потім постачають ливарним підприємствам під ключ. Виконується пуско-наладка всього комплексу поставленого устаткування і впровадження технології в цьому цеху. Особливо велика економія виходить при литті складних виливків зі зносостійких сталей (шнеки для машин виробництва цегли, била, молотки і деталі дробарок), тому що різко знижуються витрати на їх механообработку. Ллють без обмежень по конфігурації конструкцій колеса, зірочки, корпуса, сантехніку, голівки і блоки циліндрів бензинових і дизельних двигунів, художнє лиття та ін Капітальні витрати на організацію виробництва скорочуються в 2-2,5 рази, також як і терміни введення його в експлуатацію . Легко розмістити такі дільниці при кузнях, термічних, ремонтних і інших цехах.
Виробничий потенціал технології ЛГМ далеко не вичерпаний і настільки значний, що вона дозволяє лити не тільки метали і сплави, але й отримувати композити і армовані конструкції, які мають підвищені у декілька разів службовими властивостями. При цьому в модель попередньо вставляють різні деталі або матеріали, які формують композит або армовану конструкцію, а накладення газового тиску на рідкий метал збільшує стабільність просочення таких виробів зі вставками на довжину понад 1 м.
ЛГМ-процес відносять до технологій майбутнього, враховуючи його екологічність, високі точність одержуваних виливків і ступінь оборотного використання формувального піску. Для підприємців, які планують створити або реконструювати ливарний цех, технологія ЛГМ послужить тим бізнесом, в якому метал своїм устаткуванням і робочою силою переводиться у високотехнологічний товар. Якість продукції і підвищення культури виробництва заслужено відносять спосіб ЛГМ до високих ливарним технологіям, які ламають стереотип, що високі технології – це обов'язково складні малодоступні виробництва. Освоєння ЛГМ дозволяють випередити на крок конкурентів в напрямку зміцнення власного машинобудування та нарощування можливостей експортування виливків.
Шинський Ігор Олегович, к.т.н. керівник Проектів ЛГМ, +38-068-251-20-23; +38-044-424-84-88; board@lgm.com.ua; lgm-fc@ln.ua; http://www.lgm. com.ua
