В статье описан принцип проектирования универсальной литейной технологии производства корпусных отливок применительно к вакуумно-пленочной формовке. Ключевые слова: вакуумно-пленочная формовка, универсальная литейная технология, отливки запорно-регулирующей арматуры.
Постоянно растущие потребности в качественной запорно-регулирующей арматуре в первую очередь определили требования к качеству используемых корпусных отливок.
Использование способа вакуумно-пленочной формовки (ВПФ), в сравнении с другими способами формовки (ПГС, ХТС и др.), при изготовлении ответственных, высоконагруженных отливок, даже при использовании не совсем эффективных литейных технологий, разработанных по «старым лекалам», все равно показало его высокую эффективность. К сожалению, не полное владение литейщиками нюансами формирования отливки в вакуумных формах, а также наличие существующей специфики изготовления таких форм привело к образованию многочисленных, не совсем понятных им проблем.
Как правило, поставщики технологического оборудования для ВПФ стараются избежать предоставления литейных технологий заказчику, даже при поставках автоматических формовочных линий (АФЛ), предназначенных для производства отливок определенного типа. Такое отношение поставщика к заказчику технологического оборудования свидетельствует либо о технологической неграмотности поставщика, либо об умышленной продаже не совсем подходящего оборудования. Главное, что такой подход снимает с поставщика оборудования ответственность за несоответствие оборудования его расчетным характеристикам, а также за производство отливок «не совсем» высокого качества, и перекладывает все проблемы на заказчика.
В данной статье мы постарались показать новый, универсальный принцип построения литейной технологии для корпусных отливок типа «Корпус задвижки» (рис. 1) применительно к уже работающему, не совсем подходящему для такого типа отливок оборудованию и оснастке.
Для справки: наиболее подходящим видом технологического оборудования и оснастки для производства таких корпусных отливок является производство форм с вертикальным разъемом (рис. 2), либо (хотя бы) форм с возможностью их заливки под наклоном. Такой разъем форм, в отличие от горизонтального, способствует подводу жидкого металла в разные части формы сифоном с последующим его перераспределением в верхние части отливки по мере ее заполнения и позволяет избавиться от дефектов, появляющихся при ВПФ. Чаще всего эти дефекты возникают в поверхностном слое нижней части отливки, либо поражают ее тело в любом другом месте.
Ранее в статье «Особенности разработки литейных технологий для корпусных отливок при V-процессе» были описаны основные условия расчета и проектирования модельно-литниковой системы для корпусных отливок и представлен принцип построения такой литниковой системы. В статье «Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки» были даны рекомендации соотношений сечений каналов такой литниковой системы и продемонстрировано описание ее конструкции.
Предлагаемая универсальная литейная технология (рис. 3), построенная с учетом ранее описанных рекомендаций, позволяет при горизонтальном разъеме формы осуществлять необходимый принцип заливки формы сифоном – одновременно во все фланцы с перераспределением жидкого металла по мере заполнения формы снизу вверх. При этом можно исключить растекание жидкого металла по горизонтальной поверхности полости формы и попадание его на пленку.
Расположение литейных каналов в теле стержня (рис. 4) многократно снижает риски размыва самой формы, предотвращает вероятность засорения металла продуктами разложения пленки и частицами формовочных материалов. Возможность подачи металла в проблемные части отливки за счет создания необходимого количества ответвлений литейных каналов из распределительной камеры, направляющих металл на любой ее уровень, позволяет принимать любые технологически обоснованные решения при разработке литейных технологий.
На рисунке 5 представлены конструктивные варианты питающих узлов отливки. Рис. 5. Принцип питания
В самом начале заливки формы весь объём металла через питатели 1 сифоном поступает в полость формы. По мере повышения уровня металла в форме он начинает плавно перераспределяться с питателей 1 в питатели 2, и в последующем в питатели 3, расположенные в прибыльных частях фланцев. Само такое перераспределение потоков металла позволяет полностью устранить образование турбулентных потоков внутри формы, создать условия направленной кристаллизации металла. Подвод металла с торцевой стороны стержня даже при неплотном прилегании его торца к форме не нарушает направленность движения жидкого металла в литейных каналах формы.
Главное, при построении и расчете такой литниковой системы необходимо выдерживать суммарное соотношение сечений каналов литниковой системы (это было описано ранее в статье «Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки»). Конструкция такой литниковой системы состоит из двух независимых систем:
Система 1. Замкнутой литниковой системы, в которой происходит очищение металла от взвешенных частиц, попадающих в металл в процессе заполнения каналов литниковой системы, и перевод турбулентного потока в ламинарный [2]. Такая система состоит из стояка с воронкой (чашей), зумпфа, дросселя и шлаковика переменного сечения с отводными каналами 5 и 6.
Система 2. Разомкнутой литниковой системы, в которой происходит плавное перераспределение потока металла в каждый из фланцев и снизу вверх по мере заполнения формы металлом. Разомкнутая система состоит из плоского зумпфа, распределительной камеры, литниковых каналов, камеры гашения потока и питателей 1, 2 и 3.
Применение технологических ребер 4, располагаемых снизу каждого из фланцев, позволяет создать эффект наклона формы, что в процессе заполнения полости формы предотвращает натекание жидкого металла на облицовочную пленку.
Универсальность данной литейной технологии состоит в том, что принцип ее построения наиболее подходит при производстве сложных корпусных отливок, формируемых с применением стержней. Такой подход при проектировании литейных технологий позволит многократно снизить вероятность образования дефектов и окончательного брака.
Для демонстрации универсальности технологии, т. е. возможности ее применения не только при изготовлении всевозможных типоразмеров корпусных отливок запорно-регулирующей арматуры, представим вариант ее использования при производстве ответственных отливок для подвижного состава – «Рама боковая» (Рис. 6).
Разработанный способ проектирования литейных технологий позволяет устранить основные негативные факторы образования дефектов литья, существующие при производстве ответственных отливок с использованием метода вакуумно-пленочной формовки. Плавное перераспределение потока жидкого металла создает благоприятные условия направленной кристаллизации металла. При этом исключается вероятность образования турбулентности потока жидкого металла внутри формы, а в процессе заливки формы создаются условия перенаправления горячего металла в проблемные места отливки (либо из них). Главным фактором использования такой технологии является возможность производства отливок без наклона формы (для требующих при заливке наклона формы).
1. Линии вакуумно-пленочной формовки. V-процесс [Электронный ресурс] // HEINRICH WAGNER SINTO. URL:http://dpl-foundry.com/wp-content/uploads/2014/03/ V-process_RUS.pdf (дата обращения 06.08.2018).
2. Феклин, Н. Д. Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки / Н. Д. Феклин, С. А. Медведчук // ИТБ «Литье Украины». – 2018. – № 6.
3. Феклин, Н. Д. Особенности разработки литейных технологий для корпусных отливок при V-процессе / Н. Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2018. – № 4 (46). Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (51) 2019
