Наукоємна вигідна технологія лиття металу., Металеві виливки мають бути точними, а технологія економна. Впроваджує Нлаштування

[dorosh]

Современная технология производства металлических отливок по моделям из пенопласта
Владимир Дорошенко dorosh@inbox.ru Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, г. Киев

так производят модели из пенопласта.

Свыше 75% отливок металлических деталей получают, используя песчаные формы, которые при заливке в них металла выделяют газы, в основном состоящие из продуктов испарения и горения связующих материалов формовочного песка. Предприниматели мало знают об экологически чистой технологии получения металлических отливок высокой точности и сложности – литье по моделях из пенопласта, называемой литьем по газифицируемым моделям (ЛГМ), англоязычное название ЛГМ - Lost Foam Casting Process дословно означает процесс литья при потере пены, подразумевая использование пенопластовой модели. Между тем, за 50 лет со времени своего возникновения годовой объем производства отливок в мире этим способом достиг 1,5 млн. тонн.
В литейном деле наиболее точные отливки получают по моделям разового применения. Если при литье в песчаные формы применяют одноразовые формы, то теперь пришло время одноразовых моделей из пенопласта. Они похожи на упаковку для телевизора, которые массово штампуют на автоматах. По примерно такой же технологии изготавливают модели из пенопласта для отливок из металла. Для серии отливок такие модели изготавливают вдуванием гранул пенополистирола в алюминиевые пресс-формы (многоместные для мелких моделей) с последующим вспениванием и спеканием гранул путем нагрева пресс-форм в течение нескольких минут до ~130°С. Алюминиевые пресс-формы можно изготавливать точным литьем, но чаще это делается путем механообработки. По пресс-формам можно изготовить тысячи и более пенопластовых моделей.
Для разовых и крупных отливок весом до нескольких тонн модели вырезают из плит пенопласта нагретой нихромовой проволокой по шаблонам или на гравировально-фрезерных станках с ЧПУ. Затем полистироловую модель покрывают быстросохнущей краской с порошком-огнеупором, склеивают с пенопластовым литником, помещают в контейнер, где засыпают ее сухим песком, и заливают расплавленным металлом через этот литник. При заливке полистирол испаряется («теряется пена»), и модель замещается металлом. При этом металл затвердевает в виде отливки в неподвижном песке, который, облегая модель при засыпке песка (формовке), принял форму зеркального отображения этой отливки.
Образующиеся при заливке металла газы из контейнера отсасывают насосом – разрежение поддерживают примерно на уровне 0,5 атм, одновременно это разрежение уплотняет и удерживает в неподвижном состоянии песок в процессе замещения модели металлом. Затем газы через трубу вакуумной системы подают для утилизации и обезвреживания в систему термо-каталитического дожигания. Там они окисляются примерно на 98%, и в виде водяного пара и двуокиси углерода выбрасываются в атмосферу за пределами помещения цеха. Традиционные формы со связующим после заливки металлом дымят в помещении, как ни вентилируй рабочую зону цеха, а удаление газов из сухого песка насосом в 10-12 раз снижает показатели загрязнений воздуха рабочей зоны цеха по сравнению с литьем в традиционные песчаные формы согласно проведенным измерениям концентраций примесей в воздухе цеха.
Формовочный кварцевый песок после извлечения остывшей отливки из формы благодаря его высокой текучести обычно транспортируют по закрытой системе трубопроводов пневмотранспорта, исключающей распыление его в цехе. Примерно треть его поступает в установку терморегенерации, где он освобождается от остатков конденсированных продуктов деструкции пенополистирола, а затем, смешиваясь с остальной частью, после охлаждения в проходных закрытых охладителях подается опять на формовку. В результате потери оборотного песка не превышают нескольких процентов - это просыпи, унос с отсасываемыми газами и т.п. Значительную часть бункеров, трубопроводов и оборудования комплекса по охлаждению и складированию оборотного песка обычно монтируют за пределами помещения цеха у внешней его стены, при этом сухой песок, который не боится мороза, быстрее охлаждается на открытом воздухе. Изолирование в закрытых трубопроводах потока песка, отсасывание из формы и последующее дожигание газов в сочетании с чистым модельным производством дает возможность создать экологически чистые цеха высокой культуры производства.
Экологическая безопасность технологического процесса обеспечивается также исключением из него токсичных связующих веществ и большого объема формовочных и стержневых песчаных смесей (обычно от 2 до 4 т отработанной смеси со связующим веществом идет в отвал на 1 т литья), а также их транспортировки и выбивки отливок. Например, 1 куб. м пенополистирола модели весит 25 кг. Если он замещается 7 т жидкого чугуна, то при этом на 1 т литья расходуется 25/7=3,6 кг полимера. А в формах из смоляных холодно-твердеющих смесей при потреблении 3% связующего вещества на 3 т смеси, которая требуется для 1 т литья, расход связующего полимера составляет 0,03х3000=90 кг, что в 90/3,6=25 раз больше.
Полученная отливка, имеет высокую точность и конкурентный товарный вид. Держа в руках легкую модель, можно увидеть и промерить по всей конфигурации будущую отливку и скорректировать ее возможные огрехи, что при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок не сделать. Модель из пенопласта легче отливки из чугуна в 7000/25=280 раз, возьмешь ее в руки – будто держишь пустоту, которая затем превращается в металл.
Наши литейщики не привыкли к таким технологическим возможностям и такому качеству литья, так как стереотипы, заложенные еще в институтах, тормозят понимание потенциала этой технологии. В ней отсутствует вонь от горелых связующих полимеров, нет заливов по разъему формы (разъемов не имеется) и смещения стержней и форм при сборке, т. к. отсутствуют сами стержни со всеми проблемами их производства и выбивки. Производственные участки - модельный, формовочный, плавильный, очистной имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием.
Так как модели помещают в сухом песке в контейнере, стоящем на вибростоле, где песок уплотняют около 1-1,5 минут, то отпадает надобность в высокоточных формовочных машинах прессования и устройствах сборки форм. Акцент перенесен на изготовление легчайших моделей с плотностью материала 25-26 кг/куб. м, которое обычно доверяют женским рукам.
Для серийного производства отливок используются полуавтоматы, цикл производства пенопластовых моделей на которых составляет около трех минут. Они позаимствованы из упаковочной отрасли, где их используют для производства фасонной упаковки, легкой тары, а также декоративных панелей и элементов фасада зданий. Условия труда, подобные условиям упаковочного производства, вытесняют образ старой задымленной «литейки». Таким способом получают отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех литейных марок. В ящике на «елке или кусте» могут сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве, с почти ювелирной точностью. До 90% отливок можно применять без последующей механической обработки.
Описанная технология весьма экономична в сравнении с традиционной. На 1 т литья расходуют 50 кг кварцевого песка, 25 кг противопригарных покрытий, 6 кг пенополистирола и 10 кв. м полиэтиленовой пленки. Низкие затраты на модельно-формовочные материалы позволяют экономить не менее $100 на 1 т литья, размещение отливок по всему объему контейнера позволяет получать 70-80% годного литья, экономия шихты металла составляет 250-300 кг, электроэнергии - 100-150 кВт.ч, масса отливок снижается на 10-20% по сравнению с традиционной опочной формовкой.
Крупная экономия получается при литье сложных отливок из износостойких сталей (траки и детали гусениц, бронефутеровок, корпусные детали) так как резко снижаются затраты на их механообработку. Льют без ограничений на конструкции и конфигурации колеса, звездочки, головки и блоки цилиндров, патрубки бензиновых и дизельных двигателей, коленвалы, и др. Капитальные затраты на организацию и ввод в эксплуатацию производства сокращаются в 2-2,5 раза. Опыт запуска участков производительностью до 50-150 т/месяц показал, что срок их окупаемости не превышал 1,5 года.
Можно размещать такие участки при кузнях, термических и ремонтных цехах. Если создавать или реконструировать «литейку», то литье в моделях из полистирола – тот бизнес, где металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в конкурентный товар. Страны, где металл производят из собственных руд путем углубленной его переработки, обретают шанс опередить конкурентов. Сегодня килограмм черного металла (в рядовом прокате, чушках, ломе) стоит в среднем $0,5, килограмм металла в автомобиле или танке стоит уже $50…100, а в самолете — $1500…2000. Замена экспорта продукции металлургии на экспорт машин и механизмов - это один из шагов перевода сырьевой экономики на высокотехнологичную и усиление роли в глобальном разделении труда, когда экономическая конкуренция все в большей степени определяется конкуренцией научно-технической, а разработка и внедрение технологических инноваций - решающий фактор социального и экономического развития, залог экономической безопасности.
Возрастающий поток патентной информации свидетельствует о серьезном интересе к этой технологии всех ведущих машиностроительных компаний. Технологические потоки и пространственное размещение моделей в объеме контейнерной формы удобно предварительно имитировать на ЭВМ, а при изготовлении модельной оснастки все чаще применяют 3D-графику для программирования станков с ЧПУ. Созданы, проектируются и внедряются в производство десятки видов конвейерных цехов, оснащенных манипуляторами и линиями непрерывного действия. Они хорошо зарекомендовали себя в автотракторном моторостроении, при литье трубоарматуры и деталей насосов, корпусов электродвигателей, деталей коммунального машиностроения и др. Однако чаще создаются небольшие производственные цеха, состоящие из модельного, формовочного, плавильного и очистного участков, оснащенных несложным оборудованием, одинаковым для черных и цветных сплавов. В одном только Китае в 2006 году работало около 200 таких цехов производительностью 300 тыс. т/год.
Большинство крупнейших автопроизводителей Европы, Азии и Америки ежегодно используют в производимых автомобилях несколько сотен тысяч тонн точных отливок, полученных описанным способом. General Motors, Ford Motors, BMW, Fiat, VW, Renualt и ряд других фирм полностью перешли в 1980-90 годах на изготовление этим способом отливок блоков цилиндров, головок блока, впускных и выпускных коллекторов, коленвалов для наиболее массовых типов двигателей.
В Физико-технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины (отдел формообразования под руководством профессора Шинского О. И.) спроектировали оборудование и запустили ряд участков в России и Украине, внедрили такое оборудование в Польше и Вьетнаме. На опытном производстве ФТИМС в Киеве льют черные и цветные металлы развесом 0,1-1500 кг до 50 т/месяц, отрабатывают технологию и оснастку для новых цехов, проектируют оборудование и линии под программу литья и площади цеха заказчика, которые затем поставляют литейным предприятиям с пуско-наладкой всего комплекса оборудования и внедрением технологии в производство.
Производственный потенциал технологии ЛГМ далеко не исчерпан. Она также позволяет получать ранее нетехнологичные литые крупнопористые, ячеистые и каркасные отливки, лить не только металлы и сплавы, но и получать композиты и армированные конструкции, которые обладают улучшенными характеристиками. При этом в модель предварительно вставляют различные детали или материалы, которые формируют композит или армированную конструкцию, а наложение газового давления на жидкий металл увеличивает стабильность пропитки таких изделий со вставками на длину до 1 м.
ЛГМ относят к высокотехнологичным производствам, которые дают выход к устойчивому развитию из технологического отставания, когда в отечественной экономике нарастает сырьевая составляющая, доминирует продукция с низкой добавленной стоимостью и снижается конкурентоспособность производства. Если в 80-е годы в структуре отечественной промышленности и товарного экспорта вес машиностроения составлял порядка 30…40%, а черной металлургии был в два-три раза меньше, то сегодня наоборот. Именно развитие литейного производства – это шаг к восстановлению и росту отечественного машиностроения, превращения страны из продавца полуфабрикатов в экспортера технологической продукции с большой добавленной стоимостью. Снижение зависимости национальной промышленности от импорта идей, технологий и товаров, реализация собственной программы инновационного развития позволит нам стать равноправным участником глобальных инновационных процессов.
Фото можно посмотреть: www.opoka.ru/content/index_22.php/
Скачать другие статьи о ЛГМ: http://www.biznet.ru/topic31376.html?hl=dorosh
или http://forum.i-mash.ru/topic_7
(Литература: Рыбаков С. А. Инновационные возможности литья по газифицируемым моделям, состояние и перспективы этого метода в России // Литейщик России. №4, 2009, с. 44-45).

1234567

[dorosh]

Виливки мають бути точними, а технологія економна. Упроваджуємо і ллємо.
[/url]

Выдержки из статьи в Литейном производстве 2002, №5, с. 19-20: Ребонен В.Н., Косилов А.А., Лисовой А.А. Прогрессивные способы литья в современных условиях.
........................................................................................................................
Восстановление устаревших технологических процессов требует значительных материальных затрат, но не позволяет обеспечить современный уровень производства. Поэтому большой интерес вызывают процессы литья в формы из холоднотвердеющих смесей (ХТС), в формы, изготовляемые вакуум-пленочным процессом (ВПФ), литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) и литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). За исключением ЛВМ, эти техпроцессы не требуют привлечения высококвалифицированных рабочих, позволяют изготовлять отливки товарного вида при сравнительно небольших затратах. Они обладают определенной универсальностью и мобильностью, что очень важно при многономенклатурности и малосерийности продукции. Показатели (3...8) таблицы различных видов литья при производстве отливок массой до 1...5 кг даны в сравнении с показателями процесса в сухие песчаные формы (ПФ), принятыми за единицу.
Для производства наиболее привлекательны процессы литья ВПФ и ЛГМ, первый — при литье в разъемные, а второй — в неразъемные формы. Их применение позволяет получать качество поверхности отливок на уровне ЛВМ, а процесс ЛГМ обеспечивает высокую и стабильную точность отливок. Себестоимость отливок сокращается в 1,5-2 раза. Преимущество этих процессов — в отсутствии связующего и многократное использование формовочного песка.
Остановимся подробнее на процессе ЛГМ как на самом перспективном процессе при изготовлении отливок малой массы. Технологический цикл изготовления отливок по ЛГМ включает: - изготовление пенополистироловой модели вспениванием гранул в пресс-форме или механообработкой из блочного пенополистирола; - изготовление литниковой системы и склеивания модельного блока; - окраску модельного блока; - формовку блока сухим песком;
- заливку металла в форму без извлечения модели; - выбивку отливок и другие финишные операции.

№ п.п..............Показатель…………………………........ПФ…......ХТС……..ВПФ………ЛВМ…….ЛГМ
1.Точность (max), класс по ГОСТ26645-85….…....6-7……5-6……..….6-7….……4-5………3-4
2.Шероховатость (min, Ra), ГОСТ26645-85….10-16….6,3-10...….3,2-6,3… …3,2-5,0…..3,2-6,3
3.Расход формовочных материалов………………...1………2-4………0,2-0,5…….5-10…….0,2-0,5
4.Расход энергоносителей..…………………………....1……..0,9-1,1……1,1-1,3……1,7-3...…..0,9-1,1
5.Трудоемкость производства………………………....1……..0,7-0,9……1,1-1,2……2,3-2,5…..0,9-1,1
6.Стоимость модельной оснастки…………………...1……………………..………….2-5……….2-9
7.Затраты на организацию произ-ва………......….1……..1,1-1,2……1,1-1,2……1,5-3..…..0,8-1,0
8.Себестоимость отливок………………...………….....1……...1,1-1,2…....1,1-1,2……2,5-4..…..1,1-1,6

Технологическая целесообразность применения ЛГМ определяется следующими показателями. Стабильность размеров модели, отсутствие разъема формы и постоянство технологических параметров позволяют поднять точность отливок до уровня, превышающего точность отливок по ЛВМ. В полость формы, заполненную пенополистиролом, не могут попасть инородные включения, что обеспечивает уменьшение количества засоров. По шероховатости поверхности, определяемой во многом шероховатостью поверхности формы, отливки соответствуют отливкам по ЛВМ. Объясняется это тем, что в обоих случаях краска или покрытие наносят на модель, а не на поверхность формы.
Высокое качество отливок по ЛГМ допускает эффективное использование процесса при изготовлении отливок, которые традиционно изготовляют ЛВМ. Несомненное преимущество ЛГМ перед ЛВМ — простота его осуществления. Практически исключены или сведены к минимуму операции нанесения покрытия, формовки, прокаливания форм, выбивки и очистки отливок. Применение ЛГМ взамен ЛВМ позволяет сократить расход дорогостоящих формовочных материалов до 10 роз, электроэнергии — в 2 - 3 раза и трудоемкость — в 3 - 4 раза.
Литье по газифицируемым моделям — наиболее перспективный техпроцесс изготовления отливок массой, преимущественно до 5 кг, взамен ЛВМ. Особенно эффективно его применение при литье таких деталей, кок рабочие колеса, шнеки и другие из различных сплавов, в том числе из высокохромистого чугуна. Составил dorosh@inbox.ru, фото см. www.opoka.ru/content/index_22.php

[dorosh]

Литье черных и цветных металлов развесом 0,1-2500 кг, Киев. Литье металла по пеномоделям и оснащение оборудованием литейных цехов. Поставка оборудования литейного цеха "под ключ" - полный комплект оборудование для литья по газифицируемым моделям с чертежами. Институт ФТИМС поставляет базовое оборудование и/или проектирует технологическую «цепочку» под Ваши площади. Отработка технологии литья и изготовление оснастки.
Литейный цех опытного производства производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов до 40т в месяц и принимает заказы. Льем и серийные, разовые детали для ремонта, художественные отливки и др. с мин. мехобработкой. Изготовление пресс-форм. dorosh@inbox.ru, т. 38-066-1457832, Владимир Степанович, т/ф. 38(044)424-84-88. Фото отливок: www.opoka.ru/content/index_22.php

[dorosh]

Високі технології лиття металу. Як обладнати ливарну дільницю?

Україна споконвіку славилася мистецтвом ливарництва. За радянських часів чи не перше місце в світі займали по литтю металу на душу населення. Системна інтеграція вітчизняної економіки в світовий економічний простір, про що свідчить недавній вступ України у ВТО, стимулює розвиток конкурентноздатних технологій в наший країні, зокрема в машинобудуванні при зниженні металоємності і собівартості продукції за рахунок виробництва високоточних деталей-виливків. Статистика випереджаючого зростання оброблювальної промисловості в Україні свідчить про необхідність розвитку металозаготівельної бази на інноваційно-інвестиційній основі. Про один зі шляхів відродження цієї галузі – «машинобудівельної металургії» з погляду українського підприємця підготовлена ця інформація.
У ливарній справі стає все популярнішою зручна технологія, коли отримати модель виливка означає вже наполовину отримати виливок. Модель виливка з пінополістиролу (пінопласту). Для виробництва разових і крупних виливків (іноді вагою до декількох тонн) підходить метод вирізування моделей з плит пінополістиролу нагрітим ніхромової дротом, наприклад, по шаблонах, а також сьогодні все частіше застосовують широку гаму оброблювальних центрів плоттерного, або фрезерувально-гравірувального типу (точність позиції ріжучого інструмента – від ±0.05 до ±0.1 мм), що стали по ціні доступними для підприємців, зокрема для виготовлення моделей та рекламних макетів. Модель, а потім виготовлений по ній виливок мають високу точність і конкурентний товарний вигляд.
При заливанні метал випаровує модель і собою неї заміщає. У цій операції заміни одного на інше - весь "фокус" або ноу-хау цієї технології, який визначає її назву – лиття за моделями, що газифікуються (спосіб ЛГМ, за російською назвою «литье по газифицируемым моделям»), і робить її унікальною. В усіх інших способах формовки по моделі присутня попередня операція її видалення перед заливкою, а в такій відсутності видалення моделі з форми криється і "секрет" точності одержуваних виливків. Що заформували, те і відлили в нерухомому навколишньому піску. Зняття "копії" з моделі відбувається одночасно з "перетворенням" моделі у виливок, що жартома можна порівняти з виконанням "фотографії" шляхом "убивання" оригіналу, або як у шаховій партії з жертвою пішака (моделі) для виграшу тури (виливка ). Щоб модель не диміла в цех при заливці, з контейнера відсмоктують насосом гази – розрідження підтримують приблизно пів атмосфери. Лиття по піномоделям відноситься до високих технологіїй ливарництва, які ламають стереотип, що високі технології - це обов'язково складні малодоступні виробництва, і які дозволяють зробити крок попереду конкурентів на шляху до зміцнення власного машинобудування.
Виробничі дільниці: модельна, формувальна, плавильна, очисна мають приблизно однакові площі й оснащуються простим устаткуванням. Уся формовка складається з засипки сухого піску без масивних високоточних машин пресування, струшування, пристроїв зборки форм. Акцент уваги перенесений на виробництво моделей - цих "найлегших іграшок" із щільністю матеріалу 25...27 кг/куб. м, що переважно "довіряють" жіночим рукам, часто розташовуючи на другому і вище поверхах цехів.
Оборотне охолодження піску ведуть у пневмопотоці, або з застосуванням найпростіших конвеєрів, ці металоконструкції для економії приміщень часто монтують з зовнішнього боку стіни цеху, на повітрі сухий пісок в силосі зберігається не боячись морозу. Для чорних і кольорових сплавів використовується однакове устаткування, що, завдяки своїй простоті, без утруднень виготовляють в Україні (для інших видів формовки якісне устаткування треба імпортувати). Таким способом одержують виливки з чавуну і сталі усіх видів, бронзи, латуні й алюмінію всіх марок. У ящику «на кущі» можна відразу лити десятки виливків, як ювелірні вироби.
Цехи і дільниці з цією гнучкою технологією множаться по всьому світі - від Америки до Китаю, на заводах General Motors, Ford Motors, Fіat. Світова практика свідчить про постійне зростання виробництва відливків цим способом, яке перевищило 1,5 млн. т/рік, в одному КНР працює більше 1,5 тис. таких цехів, прогнози на найближче майбутнє дають цій технології 10...20% світового лиття
Інститут ФТІМС, м. Київ (відділ ФХПФ під керівництвом проф. Шинського О.І.), зберігаючи в цій справі "фірмову" спеціалізацію, як одну з граней своїх науково-інженерних досягнень, спроектував і запустив ряд дільниць у Росії, поставив і впровадив таке устаткування в Польщі і В'єтнаму, з останніх об'єктів - цех на 400 т/місяць у Дніпропетровську. У інституті, що є лідером по способу ЛГМ, створено і поставляється замовникам базове технологічне устаткування ливарних цехів для одиничного, серійного і масового виробництва виливків з чорних і кольорових сплавів за цим способом потужністю 100 - 5000 т/рік. Потенціал технології такий, що вона дозволяє лити не тільки метали і сплави, але й композити.
Низькі витрати на матеріали (всього 4 види, не застосовуються у формі в’яжучі) заощаджує не менш 100 дол./т лиття, а розміщення виливків по всьому обсязі контейнера дає вихід годного до 70...85%, економію по шихті металу на 250...300 кг, електроенергії 100...150 квт.ч., маси лиття на 10...20% у порівнянні з традиційної опочною формовкою. Особливо велика економія при литті складних виливків зі зносостійких сталей (шнеки для машин виробництва цегли, била, молотки і деталі дробарок), тому що різко знижуються витрати на механообробку. .
Досвід запуску цехів до 50...150 т/місяць показав строк окупності 9...12 місяців, набір устаткування для цехів 10...80 т/місяць відрізняється мало. Капітальні витрати на організацію виробництва скорочуються в 2...2,5 рази, так як і терміни введення цеха в експлуатацію. Легко розмістити такі дільниці при кузнях, термічних, ремонтних і інших цехах. Якщо створювати або реконструювати ливарню, то технологія ЛГМ - той бізнес, у якому метал своїм устаткуванням і робочою силою переводиться у високотехнологічний наукомісткий товар, що відрізняється найвищою якістю.
У Києві в дослідному цеху інституту ллють чорні і кольорові метали, вагою виливка до 2500 кг.
На жаль, вітчизняні виробники експортують велику частку металу в чушках, слябах і масивних заготівках, а також брухт, тоді, як Німеччина в 2004 році експортувала 31% виливків, повністю імпортуючи руду (переважно з Бразилії) і метал. ЛГМ можна віднести до наукоємних високих технологій ливарництва, що здатні виправити вказану тенденцію, вони всупереч стереотипу, що склався, свідчать, що високі технології - це не обов'язково складні малодоступні процеси. Ними все більше зацікавлюються вітчизняна металообробка і машинобудування у міру зміцнення тенденції переходу від неглибокої переробки і експорту напівфабрикатів і сировини до випуску наукоємкої продукції, що особливо вигідним є для України, котра відноситься до нечисленних країн із замкнутим металургійним циклом виробництва металів з власних руд і де поширюються впевненість, що, чим швидше ми станемо до деталей і машин переробляти свій метал, тим раніше досягнемо європейського рівня добробуту.
Огляд склав Дорошенко Володимир, dorosh@іnbox.ru, тел. 8-066-1457832, ф. (044) 4248488.
Фото виливків є на www.opoka.ru/content/index_22.php

[dorosh]

3D-технологии в литейном производстве.

В.С. Дорошенко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

Сегодня именно в науке усматривают путь спасения национальной экономики от последствий глобального кризиса. Президент Украины В. Ющенко на международном инвестиционном саммите в октябре 2008 в Донецке заявил, что государство намерено переориентировать отечественные экспортно-ориентированные отрасли на внутренний рынок, поставив задачу формирования еффективного спроса на внутреннем рынке на продукцию металлургии. Строительство и машиностроение как потребители металла – это сейчас те две отрасли, которые определяют развитие страны и которые остро нуждаются во внедрении наукоемких, металлоемких, энергосберегающих технологий. На саммите наибольшую популярность имели именно такие проекты в области инновационных технологий.
Отечественные металлообработка и машиностроение в условиях системной интеграции в мировую экономику нашей страны, как полноправного члена ВТО, с появлением избытка недорогого металла получают дополнительный стимул перехода от неглубокой переработки и экспорта изделий металлургии к выпуску наукоемкой продукции (машин, механизмов, станков, приборов и инструмента). Это позволит реализовать то преимущество, что Украина относится к немногочисленным странам с замкнутым металлургическим циклом производства металлов из собственных руд. Отечественные ученые, в частности в области литейного производства, обладают технологиями, относящимися к наукоемким высоким технологиям, которые вопреки сложившемуся стереотипу свидетельствуют, что высокие технологии - это не обязательно сложные малодоступные процессы. Одна из таких технологий описана в этой статье.
В современном машиностроении Украины при появлении за годы независимости на месте крупных производств множества некрупных самостоятельных предприятий при характерных для них малосерийностью и многономенклатурностью продукции гибкость технологии литейного производства в сочетании с невысокими капитальными затратами на внедрение и высокой точностью выпускаемых заготовок является решающим фактором. Этим параметрам наиболее соответствует технология литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенополистирола. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое достигло 1,5 млн. т/год, в одном КНР работает до 1,5 тыс. таких участков.
В институте ФТИМС НАНУ под руководством проф. Шинского О.И. на базе разработанных научных основ производится совершенствование технологии ЛГМ, новизна технических решений в содержании которой подтверждена более 50 патентами, что говорит о лидирующих позициях института по этой позиции. ФТИМС поставляет заказчикам технологическое оборудование литейных цехов для единичного, серийного и массового производства отливок из черных и цветных сплавов способом ЛГМ мощностью 100 - 5000 т/год.
На действующем опытно-промышленном литейном цехе института, базирующемся на ЛГМ-процессе и служащим демонстрационной базой, где это оборудование проходит отладку и модернизацию до уровня лучших зарубежных *огов, выпускается до 50 т в месяц отливок из черных и цветных металлов. При проектировании литейных участков и цехов конструкторы института на планировке помещений и в соответствии инвестиционными возможностями завода-заказчика выполняют расстановку оборудование и компоновку его в разных производственных вариантах: от единичного и ремонтного - до серийного производства отливок. Часто модельное производство (поскольку модели очень легковесные с плотностью 25 кг/м3) выносится на второй этаж помещения цеха, а система оборотного транспортирования, подготовки и складирования сухого песка выносится на открытый воздух с внешней стороны литейного цеха и состоит преимущественно из проходного оборудования и системы бункеров-трубопроводов, изготовленных из листового металла. Такое вынесение оборудования пескооборота экономит площадь цеха, а в сочетании с ом газов из форм, подключаемых к вакуумному насосу на период заливки-затвердевания отливки, улучшает санитарно-гигиенические условия труда и в целом способствует повышению культуры производства.
Технологическая целесообразность применения ЛГМ, взамен устаревших технологических процессов, бесс а и описана исчерпывающе [1,2]. Коротко остановимся лишь на некоторых характерных показателях. Стабильность размеров модели, отсутствие разъема формы и постоянство технологических параметров позволяют поднять точность отливок до уровня, равного точности отливок по выплавляемым моделям (ЛВМ). В полость формы, заполненную пенополистиролом, не могут попасть инородные включения, что обеспечивает уменьшение количества засоров. По шероховатости поверхности, определяемой во многом шероховатостью поверхности формы, отливки соответствуют отливкам по ЛВМ. Объясняется это тем, что в обоих случаях противопригарную краску или покрытие наносят на модель, а не на поверхность формы, исключается применение стержней и сборки формы. Развес полученных отливок по ЛГМ-процессу говорит сам за себя: от 0,1 кг до отливок весом в несколько тонн практически без ограничений по маркам сплавов и геометрии отливок.
В ЛГМ-процессе получить модель отливки означает уже наполовину получить отливку, остановимся на этом подробнее с учетом современных тенденций. Сегодня производства высокоточных пространственных (трехмерных) изделий, моделей, форм, мастер-моделей из алюминия, дерева, МДФ, макетных пластиков и пр. связаны со стремительным развитием компьютерной техники, программного обеспечения, цифровой передачи данных, а также усовершенствованием систем приводов обрабатывающих станков (применение серводвигателей с обратной связью). Это сделало доступным для производственников автоматизированное оборудование с числовым программным управлением. Системы ЧПУ вытесняют любые другие системы управления, как на крупных автоматизированных производствах, так и на совсем небольших, очень гибких универсальных производствах (макетно-модельное, инструментальное, сувенирно-рекламное, ремонтное). Таким оборудованием все чаще пользуются как частные предприниматели, так и обслуживающие широкой круг заказчиков специализированные участки. Для оперативного просчета и изготовления форм, матриц, моделей необходимо лишь прислать им на электронный адрес трехмерное изображение изделия.
Значительное снижение стоимости компьютеризированных систем и систем с ЧПУ послужило толчком для использования их в более простом недорогом классе станков. Появился целый класс сравнительно общедоступного оборудования, позволяющего с чертежа детали на компьютере получить с фрезерного станка с ЧПУ готовую пресс-форму в металле или ее модель из пенополистирола, когда программа такого изготовления «сама учитывает» литейную усадку, а также припуски литейные и на механообработку. При этом применяют программы, которые помогают максимально использовать потенциал этих станков с поддержкой 3D-моделей и токарной обработки.
Производственный цикл изготовления детали в институте ФТИМС от разработки конструкторской документации до готовой детали состоит в следующем. После получения технического задания конструктор разрабатывает документацию (КД), обычно используя следующие программы: AutoCAD, CADMECH, Inventor. Готовая КД сдается в электронный конструкторский архив, который находится на общем сервере организации. При получении задания на изготовление той или иной детали в производственный отдел технолог-программист берет чертеж и 3D-модель, разрабатывает техпроцесс, программу управления и помещает ее на сервер. Затем после установки заготовки на стол станка оператор станков с ЧПУ вызывает эту программу с сервера и после ее проверки и наладки станка приступает к обработке заготовки, получая литейную модель детали или ее пресс-формы.
Из пенополистироловой модели пресс-формы по ЛГМ-процессу обычно отливают алюминиевую пресс-форму, а затем, если необходимо, доводят ее до требуемой чистоты поверхности на том же станке с ЧПУ. Это упрощает всю технологию перевода изделия с чертежа до пеномодели и отливки, ускоряет получение пресс-форм (до нескольких часов) для производства моделей от стадии проектирования до их изготовления, в то же время требуя компьютерной грамотности занятого этим трудом персонала.
По принципу действия система ЧПУ с серводвигателем является системой с обратной связью, сигнал позиции подается от оптического датчика (инкодера), который закреплен на двигателе и снабжает контролер информацией о реальном повороте вала двигателя. Эта информация используется для постоянной коррекции отклонений между величиной заданного и реального перемещения режущего инструмента. Для получения объемной копии с детали без чертежа в этих станках используется сканирование с цифровой записью информации. Управление станком осуществляется через USB порт с обычного персонального компьютера в среде Windows, с помощью модема возможна функция удаленного доступа к ЧПУ, включающая диагностику и модернизация программного обеспечения.
На рынке Украины широко представлены станки с ЧПУ фирмы Obrusn (Польша) десяти моделей для объемной обработи цветных металлов и сплавов, полимеров, дерева с точностью позиционирования от ±0.05 до ±0.1 мм, разрешающей способностью ЧПУ ±0.01 мм и весом станка от 60 до 1450 кг, более крупные станки фирмы Bermaq (Испания) с точностью позиционирования ±0.03 мм, повторяемостью позиции ±0.015 мм и весом 1,5 – 3 т, а также немецких фирм.
Описанная отечественная литейная технология, накопленный опыт ее использования, а также ряд инновационных технологий по углубленной переработке металла, в том числе, представленных на вышеуказанном международном инвестиционном саммите, служат примерами наличия значительного научно-технического потенциала украинской технической науки. Растущее понимание этого и очевидную согласованность позиций верховной власти и крупного капитала следует приветствовать как первый шаг в направлении перехода на инновационно-инвестиционную модель экономического роста.
С учетом современных кризисных явлений, которые воочию демонстрирует системное несовершенство глобальной экономической конструкции, становится все более с ой идеология так называемой «доганяльной» модернизации, которая на протяжении всех лет нашей независимости служила одним из определяющих неоспоримых ориентиров нашего трансформационного процесса. Имеет ли смысл продолжать имплементацию того, что демонстрирует свою недееспособность, дублировать и далее шаг за шагом путь, пройденный западным обществом к современным реалиям? Не стоит ли прежде всего задействовать инновационный потенциал отечественной науки, особенно в тех отраслях, где она имеет лидирующие, защищенные патентами бесс ые приоритеты, в частности, в науке о металле?

Вырезают модели из пенопласта на станках с ЧПУ или 3D фрезерах, и по таким моделям можно получать большинство отливок.
Техника вырезания моделей из пенопласта на станках с ЧПУ или 3D фрезерах.
При изготовлении моделей с помощью станков с ЧПУ для резки пенопласта трехмерная модель сложной детали разбивается на простые элементы, которые вырезаются на станке. Затем, склеив их, получают модели больших габаритов с достаточно сложной формой (корпуса крупногабаритных двигателей, насосов, редукторов, станины). Так получают модели для литья в мелкосерийном и единичном производстве, когда изготовление литейной формы другим способом экономически невыгодно. По этой технологии расплавленный металл заливается прямо в модель и замещает ее в формовочной смеси.
Этапы производства.
Строиться объемная модель детали в трехмерной CAD-системе (SolidWorks, Компас 3D, CATIA, Autodesk Inventor и т.д.). Объемная модель разбивается на более простые фрагменты, которые технологически возможно вырезать на станке фигурной резки пенопласта. Контуры фрагментов компонуются в размер пенопластовой заготовки и готовятся файлы управляющих программ. Резка на станке с ЧПУ и при необходимости ручная доработка деталей. Соединение фрагментов в модель. Влад
2
3 4
6 7

[Labia]

Ця історія свідчить про важливість інженерної освіти. Не можна продукувати "голих" економістів фінансистів, менеджерів тощо. Фахівець має знатися у технології. Колись були інженери-економісти. То саме це, що треба тепер.