Вакуумно-пленочный процесс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Вакуумно-пленочный процесс в Японии

2. Вакуумно-пленочный процесс в США

2.1 Производство форм по V-процессу

2.2 Контроль затвердевания отливок

2.3 Моделирование затвердевания

2.4 Характеристики полученной отливки заданной формы

2.5 Установка элементов формы

2.6 Стержни

2.7 Преимущества изготовления с использованием V-процесса

3. Вакуумно-пленочный процесс в России

Список использованных источников

1. Вакуумно-пленочный процесс в Японии

Asuzac Group, является крупнейшей фирмой Японии, а также одной из крупнейших в мире, занимающихся производством и поставкой архитектурно-строительных и алюминиевых изделий созданных с помощью вакуум-пленочного процесса литья.

Компания была основана в апреле 1946 года. В 1971 году при содействии Исследовательского Института префектуры г. Нагано, концерна Синто в Японии был изобретён V-процесс (процесс литья в вакуум-пленочные формы). А уже в 1972 стал удачно развиваться активный бизнес литья из алюминиевых сплавов по вакуум-процессу на Asuzac Group. Технология предназначена для производства литейной формы посредством сухого песка без бентонита, вакуума и пластичной плёнки. Этот процесс, ставший революцией в литейном производстве, был запатентован, и лицензию на его использование сразу получили свыше 150 первых предприятий в Японии и несколько в других странах Европы и США. Для внедрения в области литейной промышленности процесса вакуумно-пленочной формовки под сокращенным названием V-процесс было основано общество по реализации патента, которое также входило в состав фирмы Sintokogio, Ltd., Нагоя, Япония.

Отдел космического машиностроения Японии тоже предпринимает всё возможное в области V-процесса для развития и производства высококачественных изделий из алюминия, а также внутренних и внешних отделочных материалов. Алюминий является пригодным для работы, прочным и великолепно подходящим для производства любых предметов материалом. Новейшая технология производства литья по V-процессу переводит в новое качественное состояние эти ценные преимущества алюминия, внося вклад в преображение внешнего вида любого современного города Японии. "Красота и комфорт во всех аспектах жизни", включая парки, улицы и бульвары - вот самая главная задача бизнеса Asuzac. Компания предлагает и обеспечивает поразительно художественные возможности преображения. Другими словами, Asuzac прилагает все усилия, чтобы выразить свою "чувствительность" по отношению к тому, что окружает нас на природе и в городе, а именно домам, шоссе, паркам, высотным зданиям, а также рекам и горам. Вместе с тем, компания имеет возможность производить разнообразные, сложные конструкции, комбинируя алюминий с другими подходящими материалами, такими как сталь, медные сплавы, нержавеющая сталь, пластмасса, дерево и камень.

Возможности использования конструкций также весьма разнообразны. Применяемый на предприятии Asuzac Group V-процесс является новейшей технологической системой литья, которая демонстрирует великолепные особенности формовки, экономические, экологические ресурсы и энергетические параметры. Данный процесс универсален и применим к различным изделиям развитой конфигурации, а также особо тонким и лёгковесным изделиям. V-процесс также хорошо подходит для производства продукции с большим диапазоном размеров, начиная от крошечных, заканчивая гигантскими. В мире известны факты 10-метровых опок на линиях по V-процессу.

V- процесс основан на использовании сухого кварцевого песка или другого огнеупорного наполнителя (без связующего) и синтетической этиленвинилацетатной пленки. Истории нового литейного процесса всего около 30 лет и около 20 лет крупного промышленного использования, а ее начало тоже бесспорно в Японии. В 1972 году в городе Тойокава было завершено строительство первого завода по изготовлению форм по V-процессу. Литейщики всего мира, увидевшие новый процесс в действии, были просто поражены. Идея, тщательно и секретно разрабатываемая одной из компаний в течение длительного времени, была наконец-то воплощена. Традиционные формовочные процессы были тем или иным образом химическими или механическими. Где литейный песок уплотнялся и формировался путем увлажнения, добавления связующего, и гораздо чаще посредством дополнительного применения силы уплотнения различными методами.

Самой уникальной характеристикой V-процесса является то, что песчаная форма изготовляется посредством силы вакуума, и это позволяет решать проблемы литейного производства, возникающие во всем мире, такие как контроль загрязнения окружающей среды, экономия песка, а также других материалов и энергии.

Сущность способа и последовательность операций при изготовлении форм методом вакуум-пленочной формовки на данном производстве заключается в следующем:

1) подмодельная плита выполнена в виде герметичной коробчатой конструкции, полость которой соединена с атмосферой сквозными каналами (вентами), выполненными в самой плите и в моделях, а через клапан соединена с вакуумной системой;

2) над модельной плитой устанавливается нагреватель с помощью которого специальная "модельная" пленка разогревается и переходит в более пластическое состояние, после чего она накладывается на плиту с моделями и с помощью регулируемого вакуума плавно присасывается к поверхности моделей;

3) на пленку наносится слой 0,1 - 0,4 мм противопригарной краски с помощью пульверизатора безвоздушного напыления, а затем сушка краски осуществляется регулируемыми направленными потоками предварительно нагретого воздуха или естественным образом в цикле работы формовочной линии за счет применения спиртовых быстросохнущих растворителей.

4) на модельную плиту устанавливается опока с двойными стенками и со встроенными сетчатыми фильтрами и клапанами. Затем в опоку засыпается обычный сухой огнеупорный песок и распределяется в опоке путем ряда минидозирующих отверстий пропорционально распределенных в днище дозатора по поверхности контрлада полуформы и дополнительно при необходимости с помощью бесшумной минимальной вибрации. Противопригарная краска оказывается между "модельной" пленкой и формовочным песком.

1) на контрлад полуформы накладывается пленка самого низкого качества, после чего опока подключается к вакуумной системе, а затем модельная плита с задержкой по времени отключается от системы вакуумирования.

2) полуформа снимается с модельной плиты, но при всех транспортных манипуляциях опока должна быть постоянно соединена с вакуумной системой.

3) проставляются стержни, форма собирается и заливается металлом, а через незначительное время после образования корки металла форма отключается от вакуума на некоторое расчетное время до последующей передачи и транспортировки на выбивку;

4) охлажденная форма в сборе или отдельными полуформами (в разной последовательности) подается на простейшую выбивку, а конкретно на решетку, где после отключения вакуума от опок песок высыпается без дополнительных нагрузок и отливка передается на транспортер, затем песок охлаждается и передается для повторного использования. При этом, возможны различные комбинации - съем полуформы верха с отливкой, съем полуформы верха без отливки и затем удаление отливки до удаления песка, съем полуформы верха без отливки и удаление отливки после удаления песка, удаление песка из формы с последующем очередным съемом полуформы верха и отливки или наоборот и т.д. Таким образом, выбивка форм по V-процессу принципиально отличается от выбивки традиционных форм ПГС, так как, в нашем случае песок "самотеком" высыпается из опок без приложения традиционной вибрации, что обеспечивает бережное освобождение отливки от формовочной смеси.

5) отливки передаются на очистку, упаковку и транспортировку.

С помощью этого метода можно получать различные отливки из чугуна, стали и цветных сплавов с повышенной точностью и чистотой поверхности в отличии от традиционных способов изготовления форм. Чем собственно успешно и пользуются уже достаточно длительное время на предприятии Asuzac Group, Япония.

Привлекательные изделия, произведенные посредством V-процесса, демонстрируют блестящее качество и представляют широкую гамму продукции, как, например: двери, ограждения, поручни, наружные стены и декоративные панели. Можно восхищаться красотой зданий Японии из стекла и металла, особенно если затем узнать, что многие их стены оформлены отливками из алюминия, полученными методом вакуум-пленочной формовки, так как, другие способы были непригодны для изготовления аналогичных сложно-профилированных изделий трехмерно-изменяемой конфигурации. Особенный интерес для строительных и архитектурных организаций представляют возможности V-процесса для изготовления деталей фасадов самых ультра-современных зданий, в том числе с круглыми поверхностями, что нереально для изделий традиционного прокатного производства.

Производство предприятия Asuzac Group сосредоточено на огромной, компьютеризированной, высокоскоростной литейной линии, которая может легко справиться как с крупносерийной, массовой, так и мелкосерийной продукцией. В Asuzac Group эксперты по контролю работают при строжайшей системе контроля качества, целью которой является обеспечение безупречной работы производства при любом заказе отливок.

Полость вакуум-пленочной формы, находящейся под вакуумом, заполняется расплавленным металлом быстрее, чем при литье в песчано-глинистые формы. Дополнительно к этому поверхность полости вакуумной формы гораздо меньше подвергается разрушающему воздействию металла, чем форма ПГС. Эти характеристики делают возможным производство самых тонкостенных отливок по V-процессу. При этом отливки не имеют поверхностных искажений и обладают прекрасной плоскостностью. Поэтому некоторые из особо тонкостенных отливок больше похожи на изделия штампового или прокатного производства.

До активного внедрения V-процесса многие заводы Японии вынуждены были отказываться от заказов на тонкостенные панельные изделия или в крайнем случае пользоваться способами литья выжиманием и жидкой штамповки. Теперь сложно представить более тонкостенное и сложное изделие полученное не по V-процессу.

Некоторые отливки похожи на копии с кованых решеток, другие полностью заменяют сварные изделия. Но если обобщать, то вакуум-процесс позволил перейти на новую ступень развития качественного художественного литья и даже в условиях серийного промышленного производства. Теперь нет ограничений по минимальной толщине стенки отливки кроме прочностных характеристик самого изделия. Но дополнительно к этому, благодаря повышенной плотности отливок по V-процессу, толщину традиционных изделий можно еще и уменьшить без потери прочности. Обратите внимание на тонкостенные листы - это отливки по вакуум-пленочной технологии, а не штамповки или прокат.

2. Вакуум-пленочный процесс в США

В США крупнейшей фирмой производителем литых изделий с использованием V-процесса, является компания ME Elecmetal. Она была основана в 2001 г. путем слияния двух предприятий - компании ME Global с фирмой Compania Electro Metallurgica S.A. (Elecmetal). Компания ME Global была основана в 1917 г. и на сегодняшний момент является одним из лидеров по производству точных высококачественных отливок из ударо- и износостойкого чугуна и стали, марганцовистой стали, а также среднеуглеродистой и низколегированной стали. Компания ME Global производит элементы дробилок, гусеничных траков экскаваторных ковшей, бурильного оборудования, шламовых насосов и других, а также литье на заказ.

ME Elecmetal является мировым лидером по поставкам металлической брони для мельниц, шаровых и стержневых дробилок. ME Elecmetal имеет три подразделения с офисом в Миннеаполисе, штат Миннесота, США. Отливки получают из следующих износостойких сплавов: самозакаливающаяся сталь (280-578 BHN), сталь (329-578 BHN) - закалка в воде и отпуск, марганцовистая сталь (170-240 BHN), хромомолибденовый белый чугун (601-700 BHN).

2.1 Производство форм по V-процессу

На заводе ME Elecmetal используется вакуумно-пленочная формовка (V-процесс) для производства песчаных форм с высокой размерной точностью, превосходным качеством поверхности, нулевым модельным уклоном и неограниченным сроком службы модельной оснастки.

V-процесс использует вакуум, который уплотняет сухой сыпучий песок без связующего вокруг модели в герметично закрытой опоке, к которой подведен вакуум от насосов.

Процесс использует специальную высокопластичную прочную полимерную пленку, чтобы "запечатать" открытые лад и контрлад песчаной формы, образуя полости нужной конфигурации. Вакуум внутри формы обеспечивает давление, которое удерживает песок по контурам модели даже после того, как сама модель удалена.

V-процесс может использоваться для литья практически всех металлов для производства всех размеров и форм отливок.

Вакуумно-пленочная формовка включает несколько последовательных этапов (на примере изготовления отливки трака:

1. Модель с системой вент-каналов устанавливается на подмодельную плиту, к которой подведен вакуум.

2. Нагретая полимерная пленка накладывается на модель, и вакуум тянет пленку вниз, заставляя ее плотно облегать все контуры модели. Затем на пленку наносится слой противопригарной краски.

3. Опока с вакуум-проводом ставится на покрытую пленкой модель и наполняется мелким сухим песком без связующего. Далее посредством вибрации песок равномерно распределяется в опоке.

4. Песок выравнивается и формуется литниковая воронка. Пластичная пленка накладывается на контрлад опоки, герметично закрывая форму. К опоке подключается вакуум, уплотняя песок в форме.

5. От модельной плиты отключается вакуум и опока под вакуумом снимается с модели.

6. Верхняя и нижняя полуформы, собираются и образуют единую, покрытую пластичной пленкой полость формы. Вакуум поддерживается в опоке во время заливки расплавленного металла.

7. После заливки и охлаждения металла от опоки отключается вакуум. Песок без связующего свободно высыпается, оставляя чистую отливку с нулевым уклоном и шероховатостью поверхности 125- 150 RMS.

Далее рассмотрим в общем случае процесс производства с помощью V-процесса одной из сложнейших и точнейших деталей, производимых компанией - гусеничного трака транспортера космических шаттлов.

2.2 Контроль затвердевания отливок

Анализ дефектов ранее изготовленных отливок трака показал, что при затвердевании в теле отливки трака во внутренних секциях имела место усадка и пористость. Моделирование затвердевания на ME Elecmetal подтвердила потенциальную усадку в этой зоне отливки. После того, как был произведен и тестирован первый новый опытный образец, аналогичный предыдущему по конструкции, проверка показала, что прототип имел ту же самую проблему - усадку в центре конструкции.

2.3 Моделирование затвердевания

Моделирование затвердевания - это важный процесс в проектировании самой геометрии для производства качественных отливок без дефектов. Инженеры фирмы ME Elecmetal изменили конструкцию отливки, придав ее центральным секциям конусный вид для лучшего распределения расплавленного металла и затвердевания отливки трака. Моделирование позволило определить, что изменение геометрии отливки позволит устранить усадочные раковины, полости, трещины. Когда был отлит первый новый образец послойный анализ показал, что центральная секция отливки была однородно затвердевшей без следов пористости.

2.4 Характеристики полученной отливки заданной формы

Одним из преимуществ отливки было то, что вакуум-процесс производства позволил получать параметры конфигурации отливки, близкие к заданным. Появилась возможность снизить или вообще полностью отказаться от процесса механической обработки. Каждый палец сцепки на отливке имел отверстие O84 мм для сцепки траков для космических шаттлов. Размер и расположение отверстий четко регламентировались и имели точные допуски. В ходе производства эти отверстия были получены прямо в пальцах сцепки простановкой песчаных стержней в форму. Отверстия, образованные стержнями, доводятся до нужных размеров путем двухступенчатой обработки сверлильной головкой. Использование стержней в процессе заливки исключило дорогостоящую операцию полного рассверливания всех семи отверстий для каждого трака.

2.5 Установка элементов формы

Правильная установка элементов в форме для заливки явилась важной предпосылкой для производства качественных отливок. В данном случае пальца сцепки и центральные гребни являлись критическими зонами в конструкции трака, так как имели наиболее строгие механические требования и подвергались наибольшим нагрузкам, поэтому вопрос установки модели в форму был особенно актуален. При возникновении литейных дефектов (пористость, различные включения), они, как правило, имеют тенденцию скапливаться в верхней половине отливки. Поэтому отливка должна была располагаться таким образом, чтобы механически обрабатываемая поверхность и критические секции находились именно в нижней полуформе. Модель трака была помещена ребордой в нижнюю опоку так, что его плоская поверхность располагалась в верхней части формы. Такое размещение наиболее критических участков внизу было наиболее удачно из-за отсутствия включений и пористости.

2.6 Стержни

При создании трака использовали 19 стержней - 2 больших стержня для образования полостей в центральной части отливки и 17 меньших по размеру стержней для формования пальцев сцепки и отверстий в них, а также образования деталей поверхности трака. Всего на производство стержней только для одного трака было израсходовано более 300 кг песка.

Модели были выполнены из дерева, так как при использовании V-процесса отсутствует износ модельной оснастки. На верхней части модели были установлены 10 элементов литниковой системы, которые служили прибылями, питающими труднодоступные секции отливки жидким металлом во время затвердевания отливки в форме. Каждый трак изготовляли в отдельной форме, при этом обе полуформы размещались в опоках размером 1370 x 2440 мм.

Процесс заливки и обработки включал четыре стадии:

1) расплавленная сталь (температура 1565 °С) заливается в собранную песчаную форму и оставляется в опоке на 40 часов для охлаждения;

2) после охлаждения отливка удаляется из формы и освобождается от формовочного песка;

3) отливка проходит дробеструйную обработку;

4) литники отбиваются, и линии заусенца вместе с остатками литников шлифуются начисто.

Термообработка трака явилась финальным шагом в обеспечении необходимых параметров прочности, твердости и микроструктуры отливки трака. Каждая отливка была подвергнута термообработке по режиму: нагрев до высокой температуры, закалка в воде и отпуск.

Финальную механообработку отверстий для сцепки выполняли на горизонтально-расточном станке на заводе Реммеле Инжиниринг. Были соблюдены все допуски на диаметр отверстий, их положение, шаг и обработку поверхности.

К отливке были предъявлены строгие требования по контролю качества трака гусеницы. Контроль распространялся как на управление технологическим процессом и его документирование, так и на анализ и тестирование готовых отливок. Первый этап определял процессы производства формы и стержней, плавку и заливку, тепловую, финишную и механическую обработку отливок.

Испытания отливок включали:

1) определение твердости в 21 точке на каждой отливке;

2) анализ обработки внешней и внутренней поверхностей и магнитопорошковая дефектоскопия каждой отливки;

3) анализ каждой отливки на соответствие требованиям по высоте и плоскостности поверхности;

4) контроль размера и положения обработанных деталей сцепки;

5) произвольно выбирался один из каждого десятка траков для ультразвукового и радиографического исследования;

6) один из каждых 32 траков был подвергнут полному размерному контролю;

7) один из каждых 57 траков был подвергнут разрушающему анализу для проверки внутренних размеров, прочности, однородности микроструктуры, твердости и механической прочности.

За 6 месяцев специалисты ME Elecmetal с успехом разработали, смоделировали, изготовили и поставили свыше 1000 однотонных стальных отливок траков гусеничного транспортера.

2.7 Преимущества изготовления с использованием V-процесса

Преимущества производства сложных высокоточных деталей из стали по V-процессу:

1) быстрое, экономически выгодное производство;

2) конструкторская гибкость, быстрый период освоения производства;

3) близость формы отливок к окончательной;

4) мощный производственный потенциал.

Преимущества технологии изготовления форм по Вакуум-процессу, реализованной на ME Elecmetal и других более чем 250 заводах:

1) заполняемость формы металлом при заливке выше на 30%, чем при сырой формовке (доказано на пробах на жидкотекучесть);

2) форма обеспечивает минимальную температуру заливки металла за счет высокой заполняемости;

3) низкая себестоимость отливок;

4) превосходное качество поверхности отливок без доводок (можно достичь шероховатости RZ-100 для отливок из стали, а для многих других чугунных отливок достигается RZ-70 и даже чище);

5) нет традиционной системы смесеприготовления, достаточно транспортных операций с сухим песком (при необходимости только обеспылевание и охлаждение песка);

6) нет системы регенерации смеси и отходов, высокая экологичность производства;

7) обеспечиваются особо точные геометрические размеры, плоскостность и ребра отливок; минимальные допуски на механообработку отливок;

8) возможность изготовления тонкостенных стальных отливок;

9) точное воспроизведение форм и маркировок;

10) возможность обеспечения формовочного уклона до 0 градусов или отрицательных уклонов с помощью отъемных частей модели;

11) большой срок службы моделей, низкий износ моделей, так как нет контакта модели, изготовленной обычно из пластмассы или дерева, с песком (только с пленкой);

12) минимальный расход заливаемых материалов, меньше прибыли и т.д.;

13) существенное уменьшение условий для "горячих трещин";

14) есть возможность выбивки отливок при высоких температурах благодаря отсутствию даже вибрации при выемке отливок из формы;

15) меньше затрат на термообработку;

16) нет необходимости в специальном обучении персонала.

3. Вакуумно-пленочный процесс в России

Вакуум-процесс существовал в странах бывшего СССР с середины 70-х годов в виде однопозиционных "лабораторных" установок и двух первых скорее "опытных" линий (одна оригинального производства концерна Синто в г. Ворошиловоград, другая близкая ее копия в г. Курган). Сам способ изготовления форм и устройства его реализации находились в постоянном развитии и совершенствовании. Только в начале 90-х годов V-процесс приобрел стабильные технологические параметры, включая создание масштабных производств "литейной" пленки с возможностью минимального газовыделения и равноосного-трехмерного растяжения, технические "ноу-хау" по реализации устройств наложения пленки, подвода вакуума и т.д. Другая причина более активного внедрения V-процесса в первую очередь в Японии (около 200 машин и линий) скрывается в патентном праве и его строжайшей защите, так как, все заводы с 75 по 95 годы (20 лет) платили определенные проценты от выпуска отливок за использование V-процесса по лицензии. Для нашей промышленности были еще более трудные годы "бездействия" и только после "кризиса" 1998 года появились первые предпосылки, а затем и финансовые возможности с последующим "стартом" с 2003 года модернизации литейного производства.

Благодаря традиционно высокому уровню образования и квалификации литейщиков России и стран СНГ конечно одним из первых был востребован V-процесс. Он обеспечивает возможность изготовления в автоматическом режиме формовочной линии самых различных типов литых изделий, включая, например, такие как - стальные железнодорожные "рамы" и "балки" для тележек грузовых вагонов, стальные корпуса арматуры для нефтегазового и энергетического комплексов, чугунные строительные и некоторые другие отливки, которые и являются максимально ликвидными в последние 5 лет в отличии от традиционно более гигантского рынка автомобильных отливок - около 80% от всего мирового производства литья. Наша автомобильная промышленность сильно отстает в развитии от строительства и сырьевой индустрии. Чугунные отливки для мирового автомобилстроения в основном изготавливают на линиях песчано-глинистой формовки по способу уплотнения - воздушный поток плюс последующее прессование.

При этом отливки по V-процессу самые качественные и самые дешевые. На втором уровне, при анализе и оценке новых технических решений в пользу выбора вакуумно-пленочной формовки, находятся и оказывают существенное влияние эффективные параметры самого технологического процесса: экологичность (форма без связующего и еще при этом постоянно находится под вакуумным отсосом газов), простота обслуживания, стабильность и повторяемость качества отливок (нет огромного числа причин низкого качества "сырой" смеси), плотность отливок (другая структура металла и беспрециндентное уменьшение газовых включений), отличная заполняемость форм металлом и многие другие.

Таким образом, первые крупные контракты и были заключены в 2003 году, в уже в 2005 году сразу несколько крупных линий работали в трехсменном режиме на полную производительность, поэтому данный год и является днем реального масштабного "промышленного рождения" V-процесса на территории стран СНГ или прорывом новых современных технологий литейного производства. Более того, 2005 год можно считать переломным и в ходе борьбы между созидательной деятельностью предприятий и коммерческими трюками по их перепродаже, слияниям и поглощению. Данные новейшие формовочные линии являются самыми оснащенными в мире по современному техническому уровню, что и гарантирует модернизированным литейным производствам существенные конкурентные преимущества, даже перед аналогичными предприятиями Японии и Европы.

Список использованных источников

машиностроение вакуумный пленочный отливка

1. Смирнов М.Ю, Голенков Ю.В., Вакуум-процесс производства отливок чугунных ванн в России. // Литейщик России. - 2006. - №7

2. Буданов Е. Возможности литейного машиностроения Германии для модернизации предприятий России // Литейное производство. - 2006. - №1

3. Доценко П., Попов А. Современное стержневое оборудование - необходимое условие конкурентоспособности литейного производства // Литейное производство. - 2005. - №3.

4. Вернинг Х., Вебер Ф. Технология вакуум-пленочной формовки для производства высококачественных отливок // Литейное производство. - 2004. - №8. - С.15-17., - №10. - С.10-14.

Размещено на Allbest.ru