середа, 12 березня 2014 р.

Вакуумно-плівкова формовка, або я почав писати диплом

Так вже вийшло, що я провчився уже майже 6-ть років в КПІ, лічені місяці залишились до отримання так уже бажаного диплому магістра металургії, за спеціальністю ливарне виробництво чорних та кольорових металів. Спеціальність у мене, доволі рідкісна, як для київського регіону. З 1-го курсу, нас вчили пишатись своєю спеціальністю, але як показав час, наші знання та уміння не потрібні сьогоднішній Україні та її економіці. Тому кожен, як то кажуть, викручується, як може. В КПІ дипломи, за просто так не дають, тому прийшлось приступати до написання дипломної роботи.

Сьогодні улюблена кафедра влаштовує для магістрів другого року навчання науковий семінар, тобто, кафедра хоче почути про нашу науково-дослідну практику і виконання магістерської роботи. В даному пості хочу викласти основні месиджі свого звіту на тему "Використання протипригарних прокриттів при вакуумно-плівковій формовці", тим самим внести свою лепту в український інтернет, для майбутніх поколінь студентів (а можливо і не тільки студентів), тому що пошуковики безсилі, коли "забиваєш" в пошук ключові фрази по ливарному виробництву.

Суть методу

Технологія лиття в вакуумовані форми піску без зв'язуючого була винайдена в Японії в 1971 р. фірмою Akita, названа V-процесом або вакуумно-плівковою формовкою ( ВПФ). Цій технології трохи більше 40 років, і на сьогоднішній день вона перейшла з розряду спецвидів в основні види лиття. Цей спосіб порушив традиційні технології ливарної форми з кварцового піску зі зв'язуючим, несучи в ливарні цехи більш екологічно чистий і ресурсозберігаючий, але в той же час наукомісткий процес. Незважаючи на досить велику кількість публікацій і сотні патентів по ВПФ (у т. ч. десятки патентів вітчизняної науково-технічної школи з теорії і технології ливарної форми), спосіб лиття в вакуумовані форми знаходяться серед лідерів за динамікою публікацій нововведень і різновидів, поступово розширюючи обсяг, номенклатуру та географію виробництва литої продукції. При цьому висока якість виливків отриманих цим способом за точністю наближається до лиття під тиском, а за якістю поверхні - литтю в кокіль. Крім того, ВПФ дає приклад успішного вирішенні екологічних проблем ливарного цеху завдяки застосуванню в ливарних формах мінімуму полімерів (лише синтетична плівка товщиною 0,05...0,1 мм і сполучна протипригарна фарба) в поєднанні з відкачуванням газів з ливарної форми вакуумним насосом.

Метод базується на створенні вакууму в пустотілій підмодельній плиті, а згодом і у формі, вакуум забезпечує щільне облягання контуру моделі термопластичної плівкою і зберігає стабільність форми при заливці і охолодженні аж до моменту вибивки.

Етапи процесу вакуумно-плівкової формовки

Рис.1. Нагрів плівки
Нагріта пластична плівка натягується за допомогою вакууму на обладнану вентами модель, яка встановлюється на пустотілий корпус підмодельної плити. (Рис.1, Рис.2)
Рис.2. Модель з плівкою
На модельну оснастку опускається двостінна опока, оснащена патрубками і вікнами для вакуумування (Рис.3).
Рис.3. Установка опоки
У форму засипається дрібнозернистий сухий кварцовий пісок, який ущільнюється вібрацією (Рис.4).
Рис.4. Наповненням піском і вібрація
Після накладення покривної плівки з форми відсмоктується повітря і відбувається ущільнення форми. Для протяжки, вакуум на моделі замінюється невеликим надлишковим тиском (Рис.5, Рис.6).
Рис.5. Накладання покривної плівки
Рис.6. Зняття
До, під час і після заливки сама форма залишається під вакуумом (Рис.7) . Для відділення виливка, вакуум підтримуваний у формі, відключається. 
Рис.7. Готова до заливки форма
Пісок і виливки випадають з опоки без будь-якого додаткового впливу (Рис.8).
Рис.8. Вибивка
Виливки, отримані по V- процесу, характеризуються високою якістю поверхні і чудовою розмірною точністю. Процес має такі переваги:
  • Відсутність зносу моделі.
  • Можливість виготовлення тонкостінних виливків.
  • Мінімальна кількість задирок, або повна їх відсутність на литві .
  • Низькі витрати на зачистку .
  • Екологічно чиста технологія, що не вимагає особливих фізичних зусиль.
Сам по собі процес доволі геніально простий. Але як завжди є одне "але", у випадку з ВПФ - це пригар.

Про пригар та методи боротьби з ним

Пригар на виливках є одним з найпоширеніших дефектів, значно збільшує трудомісткість обрубних і очисних робіт.

Протягом багатьох років ливарники вивчають механізм утворення пригару і розробляють методи боротьби з ним. Проте до цих пір ще не знайдені способи повного усунення пригару у всіх випадках на практиці. Така ситуація пояснюється надзвичайною складністю процесів, що відбуваються на поверхні розділу метал-форма які призводять до утворення пригару.
Пригаром зазвичай називають неметалічну кірку, яка міцно утримується на поверхні виливка і складається з зерен формувального матеріалу і цементуючої речовини.

Поділ пригару на різні види, є умовним, і в реальних виливках можна виявити одночасне існування всіх або принаймні, двох видів пригару. Отже, пригар на виливках завжди буває комбінованим. У форму заливається метал більшою чи меншою мірою покритий оксидами, які різко міняють характер проникнення металу в пори формувальної суміші. Встановлено, що струмені металу, проникаючі в пори форми, покриті плівкою оксидів заліза. Отже, механічний пригар супроводжує і сприяє хімічний пригар.

Однак не всякий пригар викликає необхідність боротьби з ним. Часто утворена пригарна кірка легко відділяється від виливка при охолодженні. Це так званий легковідділяємий пригар. Іноді боротьба з пригаром зводиться не до попередження утворення пригару, а до отримання легковідокремлюваного пригару замість важковідокремлюваного.

Зустрічаються на практиці такі дефекти виливків , як «просічка» і « металлізація» вони представляють собою різновиди хімічного, термічного та механічного пригару. Тому способи запобігання зазначених дефектів є загальними зі способами запобігання пригару на виливках.
Утворення пригару визначається багатьма факторами, які залежать від властивостей металу, від властивостей формувальних сумішей і технологічних умов заливки. На утворення пригару, з одного боку, впливають хімічний склад металу, його в'язкість і вологотекучість, ступінь розкисленням металу, його капілярні властивості (поверхневий натяг і здатність змочувати стінки форми) і т. д. З іншого боку, виникнення або відсутність пригару визначається вогнетривкістю, хімічним і зерновим складом формувальних матеріалів, сумішей, пористістю і теплоаккумулючою здатністю форми, активністю окисидів формувальних матеріалів до оксидів металу і т. д.

Крім того, такі фактори , як металлостатичний тиск, атмосфера в формі під час заливки, тривалість заливки, співвідношення коефіцієнтів розширення і стиснення металу і формувальних матеріалів та ін., істотно впливають на утворення пригару і на міцність зчеплення його з виливком.

З викладеного вище випливає, що при вивченні взаємодії металу та форми доводиться стикатися з дуже великим числом змінних в часі чинників, що визначають величину і характер пригару. Врахувати вплив кожного з них не завжди можливо. Тому важко уявити таку методику, яка дозволила б дати універсальну оцінку протипригарних властивостей формувальних сумішей. Протипригарні властивості сумішей, це комплекс багатьох властивостей металу і формувальних матеріалів, а також умов заливки металу у форму. Не можна говорити про протипригарні властивості суміші взагалі без урахування властивостей металу. Відомо, що суміші, які дозволяють отримувати чисті від пригару виливка з одного сплаву, виявляються непридатними для виливків з інших сплавів.

Складність процесів взаємодії металу та форми змушує ливарників йти двома шляхами оцінки протипригарних властивостей. Перший шлях полягає в тому, щоб роздільно вивчати один або невелику групу факторів, які впливають на який-небудь вид пригару. Він дає більш загальні вирішення, дозволяє будувати теоретичні основи процесів взаємодії металу та форми, а також оцінювати властивості суміші у фізичних одиницях виміру.

Другий шлях полягає в застосуванні різних технологічних проб. Утворення пригару вивчають в умовах, близьких до практичних, тобто вивчають комплексний пригар з переважанням того чи іншого виду пригару. Оцінку протипригарних властивостей суміші виробляють або якісно, або по якомусь умовному кількісному критерію.

Вимоги, що пред'являються до протипригарних покриттів для вакуумно-плівкової-формовки відрізняються від вимог, що пред'являються до протипригарних покриттів, які використовуються в традиційних методах лиття. Ці особливості пов'язані, насамперед, з тим, що наносяться вони на поверхню плівки, а не на поверхню ливарної форми , як при литті в піщано-глинисті форми, кокіль і т.д.

Крім основної вимоги до покриття - захист поверхні виливка від пригару, при ВПФ покриття сприяє зміцненню моделі, що спрощує їх транспортування від місця виготовлення до місця формовки і запобігає пошкодженню моделей під час формування.

Важлива роль відводиться властивостям протипригарних покриттів при видаленні газоподібних продуктів деструкції плівки із зони їх утворення, яке відбувається через шар противопригарного покриття.

Більшість традиційних протипригарних покриттів, які застосовуються в ливарному виробництві виявилися непридатними для ВПФ через незмочуваність поверхні моделі, через низьку газопроникність; через високу газотворність складових покриття при заливці форми металом, за взаємодії з матеріалом моделі.

Протипригарні покриття для ВПФ я б поділив на два види: на водяній основі та на спиртовій. Но это уже совсем другая история).

Немає коментарів:

Дописати коментар