CC BY
20Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2016, 9(5), 686-692
УДК 621.74.04
Import-Substituting Release Coatings for Molds of Low-Pressure Casting
Aleksandr A. Kosovich*a, Tatiana R. Gilmanshinaa, Tatiana A. Bogdanovab, Aleksandr V. Cheglakovb, Pavel Yu. Barbitskyb, Svetlana I. Lytkinaa and Evgeny G. Partykoa
aSiberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia
bK&K ltd
3 Berezina, Krasnoyarsk, 660020, Russia
Received 18.01.2016, received in revised form 26.03.2016, accepted 19.07.2016
The results of development of release coatings of molds for casting light-alloy wheels under low pressure are presented. Efficiency of the developed coatings in comparison with the applied foreign analogs is shown; results of their industrial approbation are given.
Keywords: import-substitution, release coating, casting under low pressure, mold, light-alloy wheels, castability.
Citation: Kosovich A.A., Gilmanshina T.R., Bogdanova T.A., Cheglakov A.V., Barbitsky P.Yu., Lytkina S.I., Partyko E.G. Import-substituting release coatings for molds of low-pressure casting, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2016, 9(5), 686-692. DOI: 10.17516/1999-494X-2016-9-5-686-692.
© Siberian Federal University. All rights reserved
Corresponding author E-mail address: [email protected], [email protected]
Импортозамещающие разделительные покрытия для пресс-форм литья под низким давлением
А.А. Косовича, Т.Р. Гильманшинаа, Т.А. Богданова6, А.В. Чеглаков6, П.Ю. Барбицкий6, С.И. Лыткинаа, Е.Г. Партыкоа
а Сибирский федеральный университет Россия, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79
бООО «КиК»
Россия, 660020, Красноярск, Березина, 3
Представлены результаты разработки разделительных покрытий пресс-форм для литья легкосплавных дисков под низким давлением. Показана эффективность разрабатываемых составов в сравнении с применяемыми зарубежными аналогами, приведены результаты их промышленного опробования.
Ключевые слова: импортозамещение, разделительное покрытие, литье под низким давлением, пресс-форма, легкосплавные диски, жидкотекучесть.
Введение
В современных условиях зависимости промышленности от рыночной и политической обстановки в совокупности с отрицательной динамикой роста, наблюдаемой в российском производстве изделий из алюминия, с каждым годом все усложняется задача выпуска конкурентоспособной продукции с минимальными затратами [1].
В связи с этим освоение импортозамещающих технологий в настоящее время - основополагающее направление, реализуемое на многих металлургических заводах, выпускающих продукцию на основе алюминия, в т.ч. и на предприятии ООО «КиК» - крупнейшем в России и одном из ведущих в мире заводе по производству легкосплавных колесных дисков [2]. На предприятии ведется поиск технологий, повышающих качество поверхности дисков автомобильных колес за счет совершенствования процесса подготовки пресс-форм.
Одним из наиболее распространенных способов защиты поверхности пресс-форм от химического и теплового воздействия струи металла в производстве является использование разделительных покрытий [3].
Предпосылки проводимого исследования:
- сложность выбора исходных материалов покрытия из-за недостаточной изученности процессов, происходящих в системе «отливка - разделительное покрытие - рабочая поверхность пресс-формы»;
- неудовлетворенность производителей фасонной алюминиевой продукции имеющимися на рынке отечественными разделительными покрытиями;
- существенное увеличение стоимости готовой продукции при использовании на пресс-формах разделительных покрытий, закупаемых за рубежом (Англия, Германия);
- отсутствие в регионе производства подобных покрытий при имеющейся ресурсной базе.
Таким образом, цель данной работы заключается в разработке импортозамещающих разделительных покрытий для пресс-форм.
Достижение поставленной цели подразумевает выполнение задач по изучению влияния химического и фракционного составов наполнителей на свойства покрытий и влияния покрытий на качество поверхности дисков автомобильных колес, изготавливаемых методом литья под низким давлением.
Образцы и методы исследования
Работа выполнена на ООО «КиК» и в лабораториях ИЦМиМ СФУ
В результате проведенных ранее исследований [4, 5] был предложен ряд составов разделительных покрытий на основе оксидов титана и алюминия, соли бария.
Технология приготовления покрытий заключалось в следующем. Пастообразные концентраты разрабатываемых покрытий и серийно применяемых на предприятии зарубежных аналогов разбавляли водой до нужной плотности, обеспечивающей их равномерное нанесение распылителем.
Общие и технологические свойства покрытий исследовали по ГОСТ 10772-78. Фотографии микроструктуры покрытий, нанесенных на металлические пластинки, получены с помощью инвертированного оптического микроскопа OLYMPUS GX51.
Оценка влияния покрытий на жидкотекучесть сплава АК12 проводилась при помощи спиральной металлической пробы по ГОСТ 16438-70.
Обсуждение результатов
Результаты исследований показывают, что увеличение содержания связующего по отношению к тонкодисперсному наполнителю в разработанных составах положительно сказывается на седиментационной устойчивости и приведенной прочности, что позволяет приблизиться и превзойти показатели зарубежных аналогов (табл. 1).
Общий более низкий уровень жидкотекучести обусловлен отличными от серийного покрытия теплофизическими свойствами и структурой слоя на поверхности формы (рис. 1, 2). При этом отмечается, что с увеличением содержания связующего жидкотекучесть сплава АК12 повышается.
Среди разработанных составов наибольшей применимостью обладает КП80: его оптимальные свойства обеспечиваются соотношением наполнителя и связующего, близким к 1:1.
Поэтому данный состав был опробован на литейном участке ООО «КиК», в ходе работы окрашивали одну из рабочих пресс-форм (рис. 3). Отливки колес определенной модели получали на одной и той же литейной машине, после чего они проходили отбраковку по рентген-контролю.
Опытно-промышленные испытания продемонстрировали увеличение выхода годного при литье колеса выбранной модели с 95,44 до 96,56 %, что является существенным показателем для данного производства.
Для повышения рабочих и технологических свойств покрытий (рис. 4-6), а также получения их более плотной структуры слоя на поверхности пресс-формы было изменено соот-
Таблица 1. Сравнение свойств покрытий
Свойство Покрытие
Производитель Германия Англия Разрабатываемые составы
Обозначение H1 D1 КП60 КП70 КП80 КП90 КП100
Содержание связующего, % - - 44 47 50 53 56
Соотношение с водой 4:1 6:1 5:1
Плотность, кг/м3 1075 1070 1085 1085 1080 1075 1075
Вязкость, с 10
Седиментационная
устойчивость, %
отметки через, ч:
0,5 100 55 77 80 83 82 78
1 99 15 59 67 71 64 51
3 99 8 22 25 31 20 12
7 99 8 12 20 10 4 7
24 98 8 12 20 7 4 7
Приведённая прочность, г/мм 7830 8780 3960 5410 8850 8810 8780
Жидкотекучесть АК12, см 45 43 28 32 34 37 40
Рис. 1. Пробы жидкотекучести сплава АК12 в зависимости от нанесенного покрытия: а - серийное Б1; б - разработанное КП80
l
а б
Рис. 2. Микроструктуры покрытий: а - серийное Б1; б - разработанное КП80
Рис. 4. Сравнение седиментационной устойчивости покрытий
Рис. 5. Сравнение приведенной прочности покрытий
ношение компонентов КП80 и введены в его состав минеральные добавки тонкого помола, что позволило разработать покрытие КПТ110 (рис. 7).
Опытно-промышленные испытания покрытия КПТ110 показали: увеличение выхода, годного для двух моделей колес диаметром 17", составило от 1,53 до 4,11 %, для модели
60
- 50 Й
g 40
|зо
и
о 20 = 10
III
я
о
HI D1 КПЗ 0 КПТ11Й
Рис. 6. Сравнение жидкотекучести АК12 в зависимости от нанесенного покрытия
Рис. 8. Сравнение стоимости 1 кг концентрата покрытий
колеса диаметром 18" - 10,35 %. При этом данное покрытие, по предварительным расчетам, обладает в 3 раза меньшей себестоимостью, чем серийно используемый зарубежный аналог (рис. 8).
Заключение
В результате проведенной работы:
- определены свойства разделительных покрытий, применимых для литья автомобильных дисков под низким давлением;
- разработан ряд экспериментальных составов разделительных покрытий, из которых выбран оптимальный;
- при литье колеса выбранной модели c использованием состава КП80 выход годного увеличен на 1,12 %;
- при опробовании покрытия КПТ110 установлено увеличение выхода годного для трех моделей колес, на 1,53, 4,11 и 10,35 % соответственно;
- создан задел по разработке и внедрению технологии покрытий в промышленное производство дисков методом литья под низким давлением на ООО «КиК».
Таким образом, разработанное покрытие позволяет снизить простои пресс-форм в процессе литья, увеличить производительность, продлить срок службы пресс-форм по сравнению с зарубежными аналогами. В то же время разработанное покрытие дает возможность избежать брака в виде пористости на поверхности отливок, тем самым улучшая качество готовых колес.
Подана заявка на патентование разработанных и опробованных составов разделительных покрытий. Ведется работа над составами покрытий с повышенными изолирующими свойствами и смазывающим эффектом.
Список литературы
[1] Неменов А.М. События в цифрах и фактах. Металлург, 2014, 4, 17-28 [Nemenov A.M. Events by the numbers and facts. Metallurgist, 2014, 4, 17-28 (in Russian)]
[2] Богданова Т.А., Довженко Н.Н., Гильманшина Т.Р., Баранов В.Н., Чеглаков А.В., Меркулова Г.А., Лыткина С.И., Худоногов С.А., Косович А.А., Партыко Е.Г. Современные технологии изготовления дисков автомобильных колес. Современные проблемы науки и образования, 2014, 5; http://www.science-education.ru/pdf/2014/5/567.pdf [Bogdanova T.A., Dov-zhenko N.N., Gilmanshina T.R., Baranov V.N., Cheglakov A.V., Merkulova G.A., Lytkina S.I., Khu-donogov S.A., Kosovich A.A., Partyko E.G. Modern manufacturing techniques disc auto-mobile wheel. Modern problems of science and education, 2014, 5; http://www.science-education.ru/pdf/2014/5/567. pdf (in Russian)]
[3] Shi F. Ceramic Coatings - Applications in Engineering. Rijeka, 2012, 286 p.
[4] Барбицкий П.Ю., Косович А.А., Богданова Т.А., Гильманшина Т.Р., Довженко Н.Н. Возможность разработки высокотехнологичных покрытий пресс-форм для литья под низким давлением, Сборник тезисов докладов VI международного конгресса «Цветные металлы и минералы - 2014», Красноярск, 2014, 366 [Barbitsky P.Yu., Kosovich A.A., Bogdanova T.A., Gilmanshina T.R., Dovzhenko N.N. Development of high-tech coatings of press moulds for casting under low pressure, Book of abstracts of the sixth international congress «Non-Ferrous metals & Minerals -2014», Krasnoyarsk, 2014, 366 (in Russian)]
[5] Барбицкий П.Ю., Богданова Т.А., Гильманшина Т.Р., Довженко Н.Н., Чеглаков А.В., Лыткина С.И., Косович А. А., Партыко Е.Г. Исследование влияния качества графита на покрытия пресс-форм для литья под низким давлением. Журнал СФУ. Техника и технологии, 2015, 8(5), 663-668 [Barbitsky P.Yu., Bogdanova T.A., Gilmanshina T.R., Dovzhenko N.N., Cheglakov A.V., Lytkina S.I., Kosovich A.A., Partyko E.G. The Research of Influence of Graphite Quality on Mold Coatings for Low-Pressure Die Casting. J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2015, 8(5), 663-668 (in Russian)]
