Эко-крио-технология производства металлических отливок

[dorosh]

В. С. Дорошенко, dorosh@inbox.ru
Производство отливок из металла по ледяным моделям

Литейное производство металлических заготовок является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса, и от его развития зависят темпы развития машиностроения в целом. Привлечение криотехнологии в литейное производство прежде всего связано с заменой органических материалов для изготовления одноразовых литейных моделей или с заменой связующих для песчаных литейных форм на лед в целях ресурсосбережения и повышения экологической безопасности производства. Если в песчаной форме присутствует сухой песок и модель изо льда, то исключаются горение связующих песчаной смеси заливаемой металлом формы с традиционными газовыделениями в цех, а также вывоз в отвал спеченных песчаных отходов (обычно до 4 т смеси на 1 т полученных отливок для традиционых технологий литья в песчаную форму).
Параллельно с совершенствованием технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ, Lost Foam Casting Process) из пенополистирола во ФТИМС НАНУ (г. Киев, Украина) под руководством проф. Шинского О. И. разрабатывается концептуально связанный с ЛГМ (использующий ту же модельную и формовочную оснастку) способ получения металлотливок по одноразовым моделям изо льда как конструктивного или матричного материала с незначительными добавками или примесями. На сегодня технологии изготовления ледяных моделей, песчаных форм и отливок по таким моделям институтом ФТИМС защищены десятками изобретений. Кстати, как ледяные модели за рубежом делают роботы-принтеры, см. здесь: http://membrana.ru/particle/1966.
В институте научно обоснованы криотехнология модельного производства, а также технологический процесс пропитки жидкостью растаявшей модели песка формы как способ сохранения очертаний литейной полости на месте растаявшей модели. Проводятся исследования тепло-, массообменных и физико-химических процессов для доведения криотехнологии до промышленного уровня. На основании изучения гидродинамики проникновения жидкого продукта от деструкции ледяной модели в толщу сухого песка вакуумированной формы на заданную глубину под действием трех факторов (перепадов газового или гидростатического давления и концентрации модельного материала) предложены три способа изготовления оболочковых форм с использованием холодно- или химически твердеющих связующих композиций. В первом - модель служит носителем связующего, а облицовочная или единая песчаная смесь содержит отвердитель. Во втором - модель служит носителем отвердителя, а облицовочный слой песка - связующего. В третьем - модель замораживается из чистой воды (наиболее экологически благоприятный вариант), которая (расплав модели) не вступает в реакции, приводящие к отверждению формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего (в виде порошка), но без воды эти реакции не идут. При засыпке песка в контейнер с моделью, виброуплотнении и последующим получении такими способами оболочковых форм толщиной корки 3…8 мм в состав оболочки достаточно вводить 0,3...0,4% связующего от массы песка в контейнере, что примерно на порядок меньше, чем имеется в традиционных формах из холоднотвердеющих песчаных смесей (ХТС) со связующим.
Разработка составов замораживаемых в виде модели водных связывающих песок композиций, один компонент которых находится в модели, а другой в окружающей ее песчаной смеси, показала достаточно хорошую технологичность получения оболочковых форм. В одном из таких примеров использовали ледяные модели из водного раствора жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 при содержании в песчаной смеси быстротвердеющего цемента. Продолжительность твердения оболочки от начала таяния модели массой 0,2…0,5 кг составляла от 6 мин. и более, после полного расплавления модели остаток модельной композиции выливали из затвердевшей оболочкой, а оболочковую форму направляли на подсушку или заливку металлом в вакуумируемой форме.
Также разработаны оригинальные способы нанесения на ледяные литейные модели синтетической пленки с последующим использованием технологии вакуумно-пленочной формовки. Способы получения коркообразных покрытий как оболочковых форм с герметизирующими и противопригарными свойствами позволили отработать технологию образования стабильно устойчивой песчаной поверхности рабочей полости формы. Эта технология основана на многократном обороте сыпучих материалах: несвязанного песка или песчаной смеси, которые пропитываются талой жидкой композицией модели. Избыток этой композиции выливается или откачивается из полости формы (с возможностью повторного использования), и получаются достаточной прочности формы для заливки металлом. В такие оболочковые формы получены из черных и цветных металлов отливки шестерен и полумуфт как при формовке одной ледяной модели со стояком, так и блока из двух и более моделей.
Описанное применение криотехнологии для литья по одноразовым ледяным моделям деталей из металлов для машиностроения исключает или минимизирует использование полимеров или связующего для песка в литейной форме, заменяет органические (пенопластовые или парафино-стеариновые выплавляемые) модели на ледяные, а такой процесс производства отливок полностью соответствует экологически чистым безотходным технологиям.

Резюме.
Криотехнологии машиностроения - литье из черных и цветных металлов по ледяным моделям, получение отливок из чугуна, стали, алюминия, медных и др. сплавов. Институтом ФТИМС (г. Киев) эта криотехнология защищена десятками патентов на изобретения.
Ищем научных и инженерных партнеров для совместных исследований и внедрения такого вида литья в производство как решение проблем экологии и ресурсосбережения. dorosh@inbox.ru, т.38(066)1457832

[dorosh]

Получение отливок из металла по ледяным моделям (просто добавь воды). Почему бы не показать примеры технологии на фото?
, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, Ледяные модели , 28, 29, 30, 30, 31

[dorosh]

Производство металлических отливок по моделям из пенопласта - минимальное использование полимеров в сухом песке литейной формы. Вакуумирование удаляет газы из формы и предотвращает их попадание в помещение цеха.

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 можно получать по одноразовым моделям. Если при литье в песчаные формы применяют одноразовые формы, то теперь льют по одноразовым моделям из пенопласта. Они похожи на упаковку от телевизора, или разовую пищевую тарелку, которых массово штампуют на автоматах, а плитами пенополистирола утепляют наружные стены домов.
По такой же технологии (как для упаковки) для серии отливок модели производят задуванием гранул пенополистирола в алюминиевые пресс-формы (многоместные для мелких моделей) с последующим вспениванием гранул нагревом пресс-форм около 3 минут. Для разовых и крупных отливок (весом до нескольких тонн) модели вырезают из плит пенопласта нагретой нихромовой проволокой по шаблонам или на макетно-фрезерных станках (3D-фрезерах). Модель и полученная по ней отливка, имеют высокую точность и конкурентный товарный вид.
Свободно можно видеть объемный прообраз отливки в модели, померять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок не сделать. Модель из пенопласта легче отливки из чугуна в 280 раз, возьмешь в руки модель – как будто держишь пустоту, которая затем превращается в металл. Обычно литейщики к такому не привыкли, стереотипы заложенные еще в институте, не дают увидеть новых возможностей литья. Пенопластовые модели покрывают краской с огнеупорным порошком, склеивают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом. При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. Чтобы модель не дымила в цех при заливке, из контейнера отсасывают насосом газы – разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы (бытовой пылесос дает до 0,3 атм). Нет вони горелых связующих, нет заливов по разъему форм (нет разъема) 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 оснащаются простым оборудованием. Вся формовка состоит из засыпки моделей сухим песком на вибростоле (без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, сборки форм, пневмотрамбовок, бегунов). Акцент внимания перенесен на производство моделей (этих «легчайших белых игрушек» с плотностью 25-27 кг/куб.м), которое обычно «доверяют» женским рукам, располагая участки на втором и выше этажах зданий. Труд, подобный упаковочному, вытесняет образ литейки, как маленькой шахты.
Оборотное охлаждение песка после высыпания из форм ведут в проходных охладителях - в пневмопотоке или барабанных, как правило, монтируя их с бункерами вне цеха (песок не боится мороза). Для черных и цветных сплавов используют одинаковое отечественное оборудование (в отличие от традиционной формовки со связующим, когда качественное оборудование бычно импортируют). Так получают отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике на «елке или кусте» сразу льют десятки отливок, как в ювелирном производстве.
Цеха и участки с этой гибкой технологией стремительно множатся по всему миру - от Америки до Китая, в авто- и приборостроении, Ford Motors, Fiat, General Motors и т. д., несколько сотен патентов на изобретения – а поток их растет. Сегодня в мире по ней производят отливок ~1,5 млн. т/год, прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10-20% мирового литья. Институт ФТИМС, г. Киев (отдел ФХПФ под рук. проф. Шинского О. И.), более тридцати лет совершенствуя в этом деле «фирменную» специализацию, спроектировал оборудование и запустил ряд цехов участков в Украине, России, Польше и Вьетнаме.
Низкие затраты на модельно-формовочные материалы (на 1 т годного литья расходуют четыре вида: кварцевый песок - 50 кг, противопригарные покрытия - 25 кг, пенополистирол - 6 кг и пленка полиэтиленовая - 10 кв.м., нет в песке связующего) экономят не менее 100 дол./т литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает выход годного 70-80%, экономию по шихте металла на 250-300 кг, электроэнергии 100-150 кВт.ч., массы отливок на 10-20% по сравнению с традиционной опочной формовкой. Крупную экономию дает литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Нет ограничений на конфигурацию отливок.
Опыт запуска участков до 50-150 т/месяц показал срок окупаемости до 2-х лет, набор оборудования для цехов 10-80 т/месяц отличается мало. Если создавать или реконструировать литейку, то литье по газмоделям – тот бизнес, где металл своим оборудованием и рабочей силой переводится в конкурентный товар. Страны, где металлургия дает металл из собственных руд, путем углубленной его переработки обретают шанс опередить конкурентов. Этот способ литья показывает, что использование науки в высоких технологиях дает не обязательно сложные малодоступные производства. Литье по газмоделям даст реальную выгоду для производства большинства номенклатуры отливок. Экономисты пишут, килограмм металла (см. цены рядовой продукции черной металлургии), стоит в среднем $ 0,5. Килограмм металла в автомобиле или танке стоит уже $50...100, а в самолете - $1500...2000.
В Киеве льют черные и цветные металлы развесом 0,1-2500 кг. Опытный цех института производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов до 40 т в месяц и выполняет заказы на серийные и разовые детали. Институт ФТИМС проектирует оборудование цехов и участков, разрабатывает для них технологию и оснастку и поставляет полный комплект литейного оборудования с его пуско-наладкой и внедрением технологии. Изготовление пресс-форм для моделей часто выполняют точным литьем. Сост. Дорошенко В., dorosh@inbox.ru, т.38-066-1457832.
doro55v+gmail.com
(Статья др. автора: Рыбаков С. А. Инновационные возможности литья по газифицируемым моделям, состояние и перспективы этого метода в России // Литейщик России. №4, 2009, с. 44-45).
, так производят модели из пенопласта, см. фото примеров ниже.

block 1.jpg

P7030561.JPG

Блок 6 цилиндров.JPG

2 7
8
11 15 18 19 20 22 23 24 25 27 29 30 31 32 33 34 35 37 38 39 40 41 43 44 45 46, 49, 56, 57, 58 59, 60, 61 62 63 64 65 67 68 69 70 73 72 73 74 75 76
Распространяется "мода" на ЛГМ-процесс (Lost Foam Process) в литейном производстве. Дополнение фотографий.
75 76 77 78 79 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87
Все больше желающих реконструировать свой литейный цех под этот экономичный процесс, а также расширяются наши литейные мощности в Киеве, поскольку растет число заказов.
Ведь альтернативы этой технологии нет. Пишите dorosh@inbox.ru
Смотрите новые примеры:
5 10
1, 2, 3, 4 5,
6 7 8 9
10 11 12 13
14 15 16 16
17 18 19
20 21 22
23 24 25
26 27
28
29 30
31 32
33 34 35 36 37 38 39 40
41

[dorosh]

В. С. Дорошенко (dorosh@inbox.ru), В. П. Кравченко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

О СПОСОБАХ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТЛИВОК В КОНТАКТЕ СО ЛЬДОМ

На совещании бюро отделения НАН Украины после доклада о литье по ледяным моделям одним из членов бюро был задан вопрос «можно ли лить металл в ледяные формы?». После проведения экспериментов по литью металла на лед при температуре льда на 15…20° ниже точки его плавления, мы можем утвердительно ответить на этот вопрос. Однако при этом, чтобы получить точную геометрию отливки, необходимо нанести расплав металла на лед как можно более тонким слоем на максимально возможную площадь поверхности льда при минимально допустимой температуре перегрева металла для сохранения его жидкотекучести. Тонкая пленка металла мгновенно затвердеет и сможет удерживать стенку отливки, при этом между поверхностью отливки и льдом образуется прослойка воды, которая при тонкостенной отливке может даже замерзнуть при охлаждении отливки холодом окружающего льда.
Учитывая работы по разработке «мягких» кристаллизаторов [1], а также по созданию способов взаимодействия расплавленного металла со льдом в песчаной литейной форме [2], на наш взгляд, наиболее просто осуществить такой способ литья при получении тонкой полосы разливкой тонкой плоской струи металла на ледяную подложку в виде облицованной льдом движущейся ленты конвейера. При этом теплофизические условия процесса могут выглядеть таким образом, что затвердевание металла обеспечивается за счет плавления льда (теплота перегрева металла и его фазового перехода расходуется на нагрев и плавление льда), а дальнейшее охлаждение металла происходит в контакте с водой. Тогда тепловой баланс при затвердевании металла выглядит следующим образом: mм (cм tм + ?) = mл (cл tл + r), где с индексом «м» mм - масса, cм - теплоемкость, tм - температура перегрева металла в жидкой фазе и ? - удельная теплота его кристаллизации, а с индексом «л» mл - масса, cл - теплоемкость, tл - температура переохлаждения льда и r - удельная теплота его плавления. Отсюда определяется масса ледяной облицовки кристаллизатора: mл = mм (cм tм + ?) / (cл tл + r).
Кроме того, воспользовавшись аналогией с работами американских исследователей по намораживанию ледяных моделей трех-мерным принтером в морозильной камере, когда капельным или струйным способом подается вода на подложку с получением в результате фасонного ледяного изделия [3], вполне резонно предложить, что подавая принтером струйку расплава металла на поверхность ледяной пластины, мы можем, например, написать букву или слово, состоящее из фигурной полоски металла. Капля или струйка металла во льду выплавляют ложбинку или канавку и мгновенно в них застывают.
Рассмотренные способы литья пригодны для осуществления с использованием роботизированных комплексов и кристаллизаторов непрерывного действия, ряд аналогов которых можно найти среди оборудования для получения изделий из расплавленных пластмасс. Кроме того, работы в этом направлении могут привести к созданию варианта способа получения аморфных сплавов закалкой из жидкого состояния.

1. Дорошенко В.С., О возможности применения «мягких» кристаллизаторов для непрерывного литья // Литейное производство. - 1994. - №7. – С. 19-20.
2. Дорошенко В.С., Кравченко В.П. Постепенное обновление парадигмы в теории литейных процессов по теме взаимодействия металла с песчаной формой // Металл и литье Украины. – 2009. - № 10 – С. 28-33.
3. Qingbin Liu, Guanghua Sui, M. C. Leu. Experimental study on the ice pattern fabrication for the investment casting by rapid freeze prototyping (RFP) // Computers in Industry. V. 48. - Issue 3 (August 2002). - P. 181 – 197.

[Своими руками]

Вот это я понимаю, людит работу проделали, здоровенная форма понравилась, я так понял всё что угодно можно лить, всё на что фантазии хватит..

[dorosh]

Современное экологически чистое производство металлических отливок по моделям из пенопласта. Декоративные и технические отливки по моделям из пенопласта. Lost Foam Casting Process. Литейный цех по этой технологии перешел также на художественные отливки и производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов до 50 т в месяц и выполняет заказы на серийные и разовые детали. Скамейки, фонари литые, отливки столбиков, решеток, оград и техническое литье металла. Льем художественные и технические отливки, примем заказ на чугунные гантели, гири, решетки, ограды, барельефы, калитки, ворота, столбики, фонари, скамейки, таблички. Институт проектирует оборудование цехов и участков, разрабатывает для них технологию и оснастку и поставляет полный комплект литейного оборудования с его пуско-наладкой и внедрением технологии. Изготовление пресс-форм для пенопластовых моделей часто выполняют точным литьем.

wroughtirondetail.JPG (102.35 Кб) Просмотров: 60134

cast2m.jpg (165.1 Кб) Просмотров: 60134

Vintage-c.jpg (168.87 Кб) Просмотров: 60134