Проектирование и изготовление модельной оснастки для АФЛ ВПФ

 Про вакуум-пленочную формовку (V-Process) слышал, читал или видел на специализированных выставках, наверное, каждый металлург. И это неудивительно, так как этот относительно молодой вид формовки обладает рядом неоспоримых преимуществ перед давно существующими методами. Я не буду перечислять все плюсы и минусы ВПФ, эту информацию можно найти на страницах специализированных изданий или в сети, отмечу лишь, что уменьшение себестоимости отливок заинтересовало многих производителей литья в мире, и в частности, в Украине. Особенно привлекательно использование АФЛ ВПФ для производства литых деталей для железно-дорожной промышленности – спрос на эту продукцию есть всегда, качество отливок повышается, цена снижается. Наверное, поэтому в этом году в Украине появились две автоматические формовочные линии вакуум-пленочной формовки (далее - АФЛ ВПФ) украинского производства – в Луганской области и АР Крым.

Рис. 1 – АФЛ ВПФ, участок формовки

Рис. 2 - АФЛ ВПФ, заливочная карусель

Обе линии проектировались украинскими инженерами и собирались на Украине, обе предназначены для производства литья для подвижных составов и обе до сих пор не работают на полную мощность, и вот почему:

• ошибки на стадии конструирования, в основном это посадочные размеры, допуски/посадки;

• ошибки расчета вакуум провода (из-за такой ошибки вышел из строя совсем не дешевый вакуумный насос);

• недостаточная квалификация персонала на стадии сборки узлов и до монтажа готовой линии;

• экономия на материалах (с этим у нас сложно бороться, видимо, менталитет…);

• неправильный расчет литниково-питающей системы;

• неправильное изготовление модельной оснастки;

• незнание процесса формовки.

• лучший материал для моделей – модельный пластик или дерево (бук);

• при заполнении полости формы сплавом в ней должно сохраняться атмосферное давление – необходимо устанавливать выпоры в верхней точке полости формы;

• литниковая система должна иметь как можно меньше поворотов и острых углов;

• сплав необходимо подводить в самую нижнюю точку полости формы;

• вне зависимости от заливаемого сплава сечение элементов литниковой системы должно быть одинаковым;

• для отливок, которые имеют термические узлы, желательно использовать внешние холодильники и/или закрытые экзотермические прибыли;

• лучший вариант исполнения стояка – керамическая трубка, выпоров – картонные трубки. В случае дефицита керамики следует использовать извлекаемую модель стояка, которая предварительно обертывается слоем пленки;

• для плотного прилегания пленки между модельной плитой и моделью между ними устанавливается картонный или пластиковый лист толщиной 0,8 мм (так называемая «вакуумная маска») с нарезанными каналами для  вакуумирования;

• на модельной плите следует устанавливать венты с прорезью шириной 0,8 мм из расчета 1 вента на 1 дм² площади плиты;

• литейные уклоны при высоте модели до 20 мм не выполняются, при большей высоте стенок они выполняются в пределах 1⁰.

О последних трех пунктах я хочу рассказать подробнее, так как сам столкнулся с задачей проектирования и изготовления оснастки для получения годной партии отливок  «Башмак тормозной неповоротный» (Рис. 1) на АФЛ ВПФ.

Рис. 3 - Башмак тормозной неповоротный для грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм

Основная проблема при проектировании и изготовлении модельной оснастки для ВПФ – это полное отсутствие информации. Очень много статей про успешный запуск линий ВПФ немецкого производства, про производство чугунных ванн этим методом, про успех в литье «рам» и «балок», но действительно полезной информации для конструктора модельной оснастки в них нет.

Давайте разберемся, какие ключевые особенности следует учитывать при проектировании модельной оснастки для ВПФ:

Принимая в расчет все вышеуказанное, был произведен расчет литниковой системы и была изготовлена модельно-стержневая оснастка для АФЛ ВПФ на примере отливки «Башмак тормозной неповоротный».

1.      Исходные данные:

·         размер модельной плиты 1130х930 мм;

·         количество отливок в форме – 8 шт.;

·         масса отливки – 6,7 кг;

·         на одну отливку необходимо 2 стержня из ХТС.

2.      В специализированной программе твердотельного компьютерного моделирования была создана трехмерная модель детали согласно чертежу. Усадка для модели была задана 2%, литейные уклоны на вертикальных стенках – 0,5⁰. Также был смоделирован стержневой ящик (сразу на 2 стержня) для изготовления на фрезерно-гравировальном станке с ЧПУ.

3.      Используя специализированные программы компьютерного моделирования литейных процессов, было произведено моделирование заливки одной отливки с питателями сечением от 1 до 3 см² с подводом сплава в ребро отливки. Наилучший результат показал горизонтальный щелевой питатель высотой 4 мм и шириной 60 мм, расположенный на модельной плите низа (рис. 2).

Рис. 4 - Размещение моделей низа на модельной плите

К каждой отливке подводим один питатель сечением 2,4 см², суммарное сечение питателей равно 19,2 см². Для более плавного течения расплава питатели выполняются расширяющимися от шлакоуловителя к отливке, но с сохранением постоянного сечения 2,4 см².

4.      Шлакоуловитель выполняем длиной 900 мм и шириной 40 мм, при этом в месте соединения со стояком его высота будет 25 мм, а на концах – 10. Это обеспечит более плавный поток расплава в форме при соблюдении необходимого его сечения для питания отливок (рис. 3).

Рис. 5 - Размещение моделей верха на модельной плите

5.  Стояк выполняется керамической трубкой с внутренним диаметром 50 мм и высотой до верхнего уровня опоки. Трубка устанавливается на модель после обтяжки пленкой и герметизируется с пленкой липкой лентой, для предотвращения попадания песка в трубку она закрывается съемной пробкой. Для уменьшения кинетической энергии расплава под стояком устанавливается зумпф диаметром 55 мм (рис. 2). При заливке расплавом на стояк обязательно устанавливается литейная чаша.

6.  Для обеспечения в процессе заполнения расплавом атмосферного давления в полости формы на каждой модели башмака после обтяжки пленкой устанавливается выпор – картонная трубка с внутренним диаметром до 12 мм, которая герметизируется с пленкой липкой лентой (рис. 3). Высота выпоров – до верхнего уровня опоки.

7.     Для создания вакуума на модельных плитах просверлены отверстия диаметром 16 мм для установки вент собственного производства с пазами шириной 0,8 мм.

8. Для качественного прилегания пленки к моделям необходимо создать вакуумирование по периметру прилегания моделей к модельной плите. Это достигается путем сверления под каждой моделью двух отверстий диаметром 16 мм и подкладыванием под каждую модель так называемую «вакуумную маску» - картон толщиной 0,8 мм с вырезанными каналами от отверстий до края модели. Ширина каналов до 2 мм, шаг – 15…25 мм.

9.      Модельные плиты изготовлены из многослойной фанеры толщиной 40 мм, сами модели и литниковая система – из бука. Модели изготавливались на фрезерно-гравировальных станках с ЧПУ, затем модели доводились вручную, шпаклевались и покрывались слоем краски с помощью пульверизатора.

Модельно-стержневая оснастка для изготовления детали «Башмак тормозной неповоротный» была успешно опробована на АФЛ ВПФ украинского производства производительностью до 10 форм/час, была получена опытная партия отливок, которые отправлены на испытания.

Современные производители литья в Украине должны стремиться к увеличению качества и уменьшения себестоимости своей продукции путем освоения современных видов литья, таких как ВПФ. Следует отказываться от экологически вредного производства (ХТС на основе фурановых смол, крупное литье по казифицируемым моделям), как это сделали развитые страны. Только тогда украинские производители смогут конкурировать на рынке литья.