Введение к работе
Актуальность работы
Повышение технико-экономических показателей производства отливок при литье по выплаляемым моделям (ЛВМ) является важной и актуальной задачей.
Современный уровень технологии и оборудования для ЛВМ не
отвечает требованиям многономенклатурного мелкосерийного производства
точного литья. Здесь важно комплексное согласование разных
технологических процессов, производительности установленного
оборудования, их экологической чистоты и обеспечение малых затрат ручного труда.
Выпускаемое промышленностью оборудование ЛВМ для
мелкосерийного производства не в полной мере соответствует решению всего объема производственных задач.
Для условий Волжского машиностроительного завода в начале 90-х годов возникла потребность в выпуске точных стальных и алюминиевых отливок массой от 0,015 до 4,5 кг, серийностью от 150 до 10000 шт в год, с номенклатурой более 150 наименований и общим выпуском литья до 300 т в год.
Совершенствование технологии литья по выплавляемым моделям с целью обеспечения необходимого качества отливок и снижения их себестоимости, а также обеспечение "гибкости" технологических процессов, является весьма актуальной проблемой,особенно для многономенклатурного мелкосерийного производства.
Эффективное решение этой проблемы возможно только на основе комплексного подхода к системе "технология - оборудование".
Работа проводилась в соответствии с заданием на проектирование цеха точного литья Волжского машиностроительного завода МинСредМаша от 22.04.1980 г.
Автор непосредственно занимался разработкой технологического проекта цеха, при этом возникла необходимость создания нового (в совокупности с типовым) комплексного оборудования: подготовки материалов; изготовления моделей; изготовления форм; формовки, прокалки, заливки, охлаждения и выбивки литейных форм; выщелачивания керамики из отливок.
При этом выявился ряд вопросов технологии и оборудования, недоста-аточно обеспечивающих экологию труда и качество отливок. В частности, при изготовлении керамических форм на операции приготовления суспензии перелив и дозирование кислоты (имеет место на всех литейных предприятиях) выполнялся вручную в условиях выделения вредностей, превышающих п.д.к.; при выплавлении модельного состава (МС) из керамических форм (КФ) имели место значительные потери МС, большие остатки МС в КФ снижали качество последующего прокаливания КФ; типовая термическая электропечь также не обеспечивала качества прокалки КФ.
Эти проблемные вопросы решены посредством научного подхода с проведением экспериментальных и теоретических исследований. Цель работы
Создание технологических и конструкторских решений по технологии и оборудованию ЛВМ, обеспечивающих изготовление отливок при высоком качестве и экономном расходовании материалов, энергии и трудозатрат в условиях мелкосерийного производства, на основе которых разрабатывалось и изготавливалось оборудование, проектировался и введен в действие новый литейный цех. Для достижения цели разрабатывались следующие направления: I- исследование и совершенствование технологии ЛВМ; И- разработка и совершенствование оборудования для ЛВМ.
По направлению I определена научная задача: "Разработка методов повышения качества изготовления, выплавления и прокаливания керамических форм при ЛВМ"
По направлению II работа выполнена с использованием научно-технических достижений, производственного опыта и полученных автором научных результатов.
Научная новизна
1. На основании исследования процесса выплавления модельного состава из керамической формы в горячей воде:
- установлено, что фактором термо-напряженного состояния при выплавлении
МС является возникновение модельного давления, а фактором его снижения
является обеспечение фильтрации МС через оболочку КФ;
установлена взаимосвязь между кинетикой расплавления МС и фильтрационной способностью оболочки;
- определены условия выплавления, исключающие трещинообразование в
оболочке и ее разрушение.
2. На основании исследования процесса прокалки керамических форм:
разработаны рекомендации по обеспечению окислительного воздухообмена в электронагревательной печи;
теоретически и экспериментально обоснована возможность низкотемператур-ной прокалки КФ с вакуумированием (НТПВ).
разработан метод расчета температурно-газового режима НТПВ;
разработаны методика и устройство для определения газопропроницаемости КФ вакуумированием.
3. Разработан способ дозирования и перелива кислоты, а также методика
проектирования оборудования, обеспечивающего безопасность и экологичес
кую чистоту процесса приготовления огнеупорной суспензии для КФ.
Практическая значимость результатов работы
Способ дозирования и перелива кислоты обеспечивает экологически чистые и безопасные условия процесса на операции приготовления суспензии,следствием этого является повышение качества изготовления керамических форм и улучшение условий труда.
Методы фильтрации МС, вакуумного отсоса и отделения МС от воды при выплавлении МС из КФ в воде позволяют снизить технологические потери МС в 2 раза и сократить объем МС в обороте цеха в 1,35 раза, что значительно повышает качество процесса выплавления керамических форм.
Рекомендации по модернизации прокалочной печи обеспечивают воздухообмен окислительной атмосферы электронагревательной печи,- это позволяет повысить качество прокалки КФ и снизить энергоемкость на 10%.
Способ низкотемпературной прокалки КФ с вакуумированием позволяет сократить время прокалки в 8 раз, снизить трудо-, материало-. энергоемкость, повысить качество прокаливания КФ и является перспективным мероприятием внедрения в производство.
На основе полученных научных результатов и экспериментальных исследований и комплексного подхода разработано 5 видов оборудования для изготовления отливок в цехе ЛВМ:
-
Комплект оборудования подготовки формовочных материалов;
-
Комплект оборудования модельной массы;
-
Комплект оборудования изготовления керамических форм;
4. Комплект оборудования формовки, прокалки, заливки, охлаждения и
выбивки литейных форм, плавки и термообработки;
5. Оборудование выщелачивания литья и очистки сточных вод.
Реализация результатов работы
Все технические решения внедрены в производство на АО ВМЗ.
Технология и оборудование обеспечивают изготовление отливок с высоким качеством литья и расчетной производительностью.
Экономическая эффективность от совершенствования технологии и оборудования (СТО) по научным фрагментам работы составляет 60 млн. руб в год на экономии материалов и электроэнергии.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на
производственно-технических семинарах Пинского завода литейного оборудования в 1986г и Тираспольского завода литейных машин в 1987г., а также на региональной научно-технической конференции по литейному производству в Рыбинске 1993г.,на Российской конференции "Новые материалы и технологии" в Москве, МАТИ, 1994г.,на научно-технических конференциях в РГАТА 1994-96г.г.
Публикации
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных трудах и 1 авторском свидетельстве.
Личный вклад автора
По своим разработкам автор выдал 5 технических заданий на проектирование комплексного оборудования для цеха ЛВМ, включающего более 70% операций производства отливок. По этим заданиям отдел 14 СвердНИИХиммаш разработал конструкторскую документацию на оборудование, последнее изготовлено на ВМЗ.
Автор разработал технологическую часть проекта цеха ЛВМ, с ее использованием Ленинградский ВНИПИЭТ выполнил комплексный проект цеха точного литья. По этому проекту построены и эксплуатируются цехи точного литья на Волжском машиностроительном и Свердловском радиохимическом заводах.
Структура и объем работы