Литье черных и цветных металлов по пенопластовым и ледяным моделям  (інше)

В.С. Дорошенко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, г. Киев, e-mail: dorosh@inbox.ru
        ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ФОРМОВКА ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ
Одно из научно-технических направлений в институте ФТИМС НАН Украины - крио-вакуумные технологии формовки посвящено решению задач экологизации, снижения ресурсоемкости процессов точного литья. Литье черных и цветных металлов по ледяным моделям развивается в концепции технологии литья по газифицируемым пенопластовым моделям.
Разрабатываемый процесс литья по ледяным моделям (ЛЛМ) в вакуумируемые песчаные формы включает операцию удаления разовой модели путем фильтрации ее расплава в песок формы с сохранением на месте модели полости формы для последующей ее заливки расплавом металла, что позволяет отнести его к разновидности фильтрационной формовки. Подобный термин использован в публикациях [1, 2] о формовке с твердением сухой сыпучей песчаной смеси после фильтрации через нее жидкости – отвердителя этой смеси. При ЛЛМ кроме подобного отвердения сухого сыпучего наполнителя с образованием оболочковой формы, фильтрация одновременно служит удалению модели из песчаной формы. Оценивая область применения ЛЛМ, учитывали, что ледяная модель в идеале может приближаться по конструкции к пустотелой стеклянной елочной игрушке, а по размерам быть в диапазоне от снежинки до ледяных блоков размером 0,25x0,5x1,0 м и весом 150 кг. Такие блоки серийно производят в морозильниках, их несложно «склеиванить» водой в сборные конструкции. Обычные для супермаркетов многометровые ряды морозильных бонет с замороженными продуктами размерами от горошины до мясной туши дают основание полагать, что подобные ряды могут стоять в цехе ЛЛМ с моделями таких же размеров и температуры.
Предполагаемые преимущества процесса ЛЛМ.
      1. Экологическая безопасность по сравнению с литьем по разовым моделям из органических материалов, при котором потери (в основном горение в помещении цеха) модельного материала за цикл обычно составляют 10…100%.
      2. Дешевизна получения ледяных изделий при современном уровне развития холодильной техники. Обычно на производство 1 т льда расход электроэнергии составляет до 100 кВтч. Замораживание ледяных моделей на 1 т отливок массой 1 кг из железоуглеродистых сплавов требует до 50 кВтч электроэнергии. Почти 5-кратное снижение суммарных затрат на материалы и энергию при получении форм под заливку при переходе от ЛГМ к ЛЛМ благодаря низкой стоимости модельных материалов, состоящих из воды на  95% [3].
      3. Сокращение длительности и трудоемкости изготовления оболочковой формы из одного слоя толщиной 4…15 мм по сравнению с такими же показателями при получении многослойных оболочек при традиционном литье по выплавляемым моделям. Отрабатываемый процесс формовки имеет следующую длительность основных операций: засыпка и уплотнение сухой песчаной смеси в форме с моделью, герметизация пленкой и подключение к вакуум-насосу - 3…8 мин., таяние модели в форме с фильтрацией ее жидкости, отверждением оболочки и удалением избытка жидкости из полости – 10…20 мин. Затем форму направляют на заливку при вакуумировании формы, либо на подсушку и заливку, либо на извлечение оболочки из сыпучего песка и ее подсушку. Есть теплоносители и способы нагрева для совмещения плавления модели и сушки оболочки.
      4. Благодаря низкой вязкости водной композиции по сравнению с воскообразными составами ледяная модель имеет четкий отпечаток от пресс-формы, чему способствует расширение воды при замораживании, практически отсутствует традиционная усадка твердой модели. Высокая прочность льда по сравнению с традиционными органическими материалами.
        5. Твердение оболочек в объеме уплотненного вибрацией и вакуумом песка вокруг модели повышает точность, стабильность размеров, качество поверхности отливки и трещиноустойчивость, в отличие от традиционных оболочек, твердеющих послойно, что вызывает напряжения, и также подтверждено [2].
       6. Наличие методов послойного 3D-намораживания ледяных моделей (Rapid Freeze Prototyping) и 3D-деформирования моделей из порошкового льда на станках с ЧПУ позволит автоматизировать процесс их производства.
Литература
1. Дорошенко В. С., Бердыев К. Х. Сравнительный расчет экономических затрат на изготовление песчаных форм по газифицируемым и ледяным моделям в литейном производстве // Экологический вестник России. - М. - 2011. - №10. - С. 42 - 47.
 т. 38-066-1457832, Владимир Степанович, doro55v@gmail.com