CC BY
111
rj^r: г: гсшгш?тптгг /qi
-а (63), 2011 / UI
New developments of OAO «BELNIILIT» in the field of centrifugal molding are given.
д. а. волков, а. п. мельников, а. д. волков, а. в. мицкевич, оао «белниилит», р. э. трубицкий, оао «ллмз»
НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ ОАО «БЕЛНИИЛИТ»
в области центробежного литья
УДК 621.74
В связи с изменением экономических условий на рынке моторных гильз, когда потребность в них уменьшилась, появилась необходимость в создании новых технологий и малогабаритных машин, окупаемых в короткие сроки. В ОАО «БЕЛНИИЛИТ» после множества проведенных стендовых экспериментов была создана малогабаритная двух-роторная машина центробежного литья мод. 4986 (рис. 1, табл. 1).
Порядок работы машины: перед началом работы оба кокиля центробежной машины разогреваются до температуры 250300 °С газовыми горелками. С помощью ручного пульверизатора окрашиваются задние и передние крышки кокилей, после чего на первый кокиль устанавливается передняя крышка, центрифуга приводится во вращение и с помощью ручного дозатора на внутреннюю поверхность кокиля наносится слой теплоизоляционного покрытия. После отверждения покрытия с помощью перекатной тележки заливочный лоток выводится из первого кокиля, на котором последовательно проводятся все операции нанесения облицовки. Заливочный лоток вводится во второй кокиль и производится заливка второго кокиля. По окончании заливки лоток вы-
водится из кокиля, очищается вручную от остатков металла, а центрифуга продолжает вращаться до полного затвердевания и охлаждения отливки до температуры 800-850 °С. Время нахождения отливки в кокиле после окончания заливки 3-4 мин.
После этого центрифуги по очереди останавливаются, отливки гильз с помощью толкателей извлекаются из кокилей и укладываются в тару для вторичного охлаждения. Кокили путем продувки сжатым воздухом очищаются от остатков теплоизоляционного покрытия. Циклы последовательно повторяются на первом и втором кокиле.
Первый образец машины мод. 4986 был установлен и запущен в эксперитентально-исследова-тельской литейной лаборатории специальных методов литья черных сплавов для проведения экспериментов и разработки новых технологий по литью высокопрочных чугунов и сталей.
Т а б л и ц а 1. Технические характеристики машины мод. 4986
Рис. 1. Двухроторная машина центробежного литья мод. 4986
Модель 4986
Тип машины двухпозиционная
Производительность, отливок/ч 20
(масса отливки до 30 кг)
Режим работы полуавтоматический
Размеры отливок, мм:
диаметр наружный до 400
длина до 400
Покрытие кокиля футеровочная масса
Порция заливаемого сплава, кг до 150
Заливаемый сплав чугун, сталь
Охлаждение центрифуг водяное, душированием
Установленная мощность, кВт 11
Габаритные размеры, мм:
длина 2565
ширина 1700
высота 1640
Масса, кг 3300
32/
г^г: г: гшшгггта
4 (63), 2011-
В результате этих и других комплексных наработок в ОАО «БЕЛНИИЛИТ» была разработана и освоена технология производства трубных заготовок для производства стопорных и уплотнитель-ных колец из высокопрочного и серого чугуна. Одновременно впервые в Республике Беларусь в ОАО «Минский моторный завод» были внедрены три машины мод. 4986 для производства трубных маслотных заготовок из нирезиста для упрочняющих вставок поршней. После запуска в производство завод отказался от закупки дорогостоящих импортных комплектующих и дополнительно были созданы рабочие места. В дальнейшем двухро-торная центробежная машина была модернизирована (была усилена система охлаждения) в мод. 4986М. Две такие машины были внедрены в ОАО «Агромашхолдинг» (г. Кустанай, Республика Казахстан). На этих машинах было организовано производство заготовок гильз цилиндров ЯМЗ-236, СМД-60 и трубных маслотных заготовок из нирезиста. В этой конструкции машины благодаря конструктивному новшеству, более интенсивному охлаждению кокилей появилась возможность влиять на физико-механические свойства материала отливки на всех этапах кристаллизации. Получаемые по данной технологии гильзы имеют следующую структуру чугуна: графит пластинчатой формы, прямой либо завихренной, металлическую матрицу в виде сорбитообразного перлита, полное отсутствие структурно-свободного феррита и включения цементита в количестве не более 5% площади шлифа. Разработанная технология исключает необходимость проведения дополнительного охлаждения в кокиле отливок, что повышает производительность машины.
Следующей разработкой данного класса машин является создание двухроторных центробежных машин мод. 4986М1 и 4996, предназначенных для изготовления отливок диаметром и длиной до 500 мм. Эти машины были внедрены на «БКВ групп Ка-стинг» (г. Павлодар, Республика Казахстан) для производства отливок массой до 300 кг и толщиной стенок около 100-150 мм для газовых трубопроводов и в ОАО «КулонЭнергомаш» (г. Казань) для производства трубных заготовок тормозных барабанов толщиной 10 мм.
В 2010 г. в ОАО «БЕЛНИИЛИТ» была создана и успешно прошла испытания машина мод. 4986ТП (рис. 2), предназначенная для производства отливок с максимальным диаметром уже 600 мм. Эта машина создана для организации производства стальных и чугунных отливок на лабораторных площадях ОАО «БЕЛНИИЛИТ». В конструкции машины предусмотрен трансформируемый защит-
Рис. 2. Гамма центробежных машин, разработанных в ОАО «БЕЛНИИЛИТ» в последнее десятилетие
ный кожух, изменяемый в зависимости от длины отливки.
В то же время в институте была создана и успешно внедрена в ОАО «Коломенский завод» машина мод. 49100 с возможностью отливок тепловозных гильз цилиндров длиной до 800 мм и диаметром до 400 мм. Это принципиально новая разработка, в которой применены консольный крепеж центрифуги и катковые опоры, создана новая система торможения вращающихся узлов, а также система изменения скоростей вращения центрифуги при заливке, что позволяет получать отливки толщиной до 300 мм, в том числе заготовки для прокатных валков или поковок. Машина мод. 49100 рассматривается разработчиками как базовая модель оборудования для изготовления отливок массой от 200 до 3000 кг, что в перспективе позволит ее применять на машиностроительных и металлургических предприятиях (рис. 3).
Для выполнения задач по импортозамещению в Республике Беларусь в рамках государственной подпрограммы «Технология литья» была создана
г^г: г гг^штгпгг. 100
-а (63). гон/ и и
Рис. 3. Машина мод. 49100
для массового производства литых заготовок гильз Д-245 десятипозиционная карусельная машина центробежного литья мод. 49101. В настоящее время в ОАО «Лидский литейно-механический завод» (ОАО «ЛЛМЗ») проведены приемочные испытания и изготавливаются опытные партии по 5-6 тыс. отливок в месяц (рис. 4).
Особенностью этой разработки является то, что все выполняемые операции производятся автоматически благодаря электронной системе управления, что позволило уменьшить количество обслуживающего персонала с 3 до 2 чел.
Машина мод. 40101 является сугубо отечественной разработкой литейного машиностроения.
Так, в результате совместных экспериментальных работ ОАО «БЕЛНИИЛИТ» и ОАО «ЛЛМЗ» впервые в Республике Беларусь были разработаны ковшовая дозированная заливка с предварительным модифицированием расплава, управляемой системой охлаждения вращающихся изложниц с возможностью комбинированного душирования и уникальной системой покрытия дифференцирования вращающихся изложниц теплоизоляционными водными красками. Впервые была опробована теплоизоляционная водная краска, разработанная в Республике Беларусь.
В результате исследовательских и экспериментальных работ, проведенных в лабораторных условиях ОАО «БЕЛНИИЛИТ» на машине мод. 4986, была разработана и освоена технология производства стальных ступиц отбойного битера комбайна Дон-1500 (рис. 5). Благодаря этим работам впервые в СНГ удалось заменить стальные поковки, получаемые методом обработки давлением, на отливки центробежного литья, не ухудшая при этом качество и свойства деталей. Масса заготовки была уменьшена с 29 до 17 кг. Стендовые испытания и длительная эксплуатация литых ступиц, изготовленных центробежным способом литья на маши-
нах, разработанных ОАО «БЕЛНИИЛИТ», раскрывают большие возможности в области создания новых технологий по производству короткомерных трубных заготовок из любых марок сталей. Это стало возможно после того, как сотрудниками ин-
Рис. 4. Машина мод. 49101 с узлами автоматической покраски и дозированной заливки
М/агтт^ г: глгт(т/7/7гггггггт
/ а (63), 2011-
Рис. 5. Стальные ступицы
ститута была разработана специальная оснастка для стального литья со сменными термостойкими вставками в местах оснастки, испытывающих высокие термические напряжения. В настоящее время в ОАО «БЕЛНИИЛИТ» разработана и отработана технология центробежного литья стальных фланцев, применяющихся в паропроводах, диаметром до 500 мм и толщиной 30-40 мм и массой до 40 кг. Отливки успешно опробованы в ООО «Промэнерго» (г. Покров) (рис. 6).
Еще более перспективной можно рассматривать технологию по изготовлению в массовом производстве мелющих шаров из чугунного лома и синтетического чугуна с содержанием в шихте чугунной и стальной стружки. Разработанная технология отличается от традиционных тем, что за счет центростремительных сил образуются отливки с высокой плотностью и полным отсутствием объемной и поверхностной усадки, так как усадка переходит в центральный кольцевой питатель. По данной технологии существенно уменьшается дополнительное легирование хромо- и марганцесо-держащими ферросплавами в отличие от хроми-
Рис. 6. Стальные фланцы
стых чугунов, так как естественные условия кристаллизации металлической оснастки обеспечивают достаточно твердую отбеленную поверхность шара (до 50 НRC).
С целью определения эффективности способов литья в ОАО «БЕЛНИИЛИТ» на специальном стенде мод. П1755 испытывали мелющие шары, изготовленные по применяемым в промышленности технологиям (литье в кокиль и песчаные формы) и по вновь разрабатываемой технологии (центробежное литье) (рис. 7).
Испытания проводили отдельно партиями, состоящими из шести шаров (табл. 2).
Т а б л и ц а 2. Результаты испытаний мелющих тел на ударную стойкость
Количество циклов до разрушения
способы литья мелющих тел номер шара
1 2 3 4 5 6
Партия № 1. Литье в песчано-глинистые формы с горизонтальным разъемом (отливки, отлитые без прибыли) (ОАО «БЭЗ») 82 153 169 179 187 213
Партия № 2. Литье в песчано-глинистые формы с горизонтальным разъемом (отливки, отлитые с прибылью) (ОАО «БЭЗ») 180 202 304 351 373 -
Партия № 3. Литье в кокиль с вертикальным разъемом (ОАО «КРОНТИФ») 94 103 118 130 134 -
Партия № 4. Литье в песчано-глинистые формы с вертикальным разъемом (ОАО «МЗОО») 285 287 302 311 319 326
Партия № 5. ОАО «БЕЛНИИЛИТ» (отлитые из СЧ центробежным способом) 200 390 480 670 690 710
Партия № 6. ОАО «БЕЛНИИЛИТ» (отлитые из ВЧ центробежным способом) 1000* 1000* 1000* 1000* 1000* 1000*
* Мелющие тела, отлитые из ВЧ центробежным способом, выдержали 1000 циклов. После чего испытания были закончены.
г^г: г гг^штгпгг. iо е
-4 (63), 2011/ 1111
Рис. 7. Стенд для испытания мелющих шаров мод. П1755
и однорядный куст отливок шаров диаметром 60 мм
Были отобраны шары диаметром 60 мм, изготовленные следующими способами:
1) литье в песчано-глинистые формы с вертикальным разъемом (изготовитель - предприятие Республики Беларусь);
2) литье в песчано-глинистые формы с горизонтальным разъемом (изготовитель - предприятие Республики Беларусь);
3) литье в кокиль с вертикальным разъемом (изготовитель - предприятие Российской Федерации);
4) центробежное литье (изготовитель - ОАО «БЕЛНИИЛИТ»).
Отливки, изготовленные на предприятиях Республики Беларусь и Российской Федерации, были дополнительно легированы медью до 1% и хромом до 3%. Отливки, изготовленные ОАО «БЕЛНИИЛИТ», подвергали внепечной обработке лигатурой ФСМг в количестве до 1%.
Рис. 8. Машина мод. 4993М
Для мелющих шаров, отлитых из ВЧ центробежным способом, были проведены исследования на износ (табл. 3, 4).
Металлографический анализ изломов шаров, изготовленных разными способами литья (литье в центробежную изложницу, литье в кокиль), показал, что шары, отлитые в кокиль и песчаные формы и дополнительно легированные медью и хромом, фактически имеют полностью по сечению структуру белого чугуна, за счет чего твердость на всей поверхности шаров и на глубине половины радиуса шара составляет 50 HRC, что является положительным фактором по отношению к износу. Однако эти способы литья не обеспечивают высокую ударную стойкость как за счет образовавшейся структуры, так и наличия усадочных раковин.
Проводимые в институте испытания мелющих шаров диаметром 60 мм на специальном стенде, полученные центробежным способом литья из синтетических чугунов, подтвердили их высокие механические и эксплуатационные свойства. Средний износ шаров после 1000 циклов испытаний составляет 4,6-4,7%, в то время как шары из хромистых чугунов, полученные литьем в землю, при испытании разрушаются до 400 циклов. Полученные результаты явились основанием для разработки опытной центробежной однопозиционной машины для литья мелющих тел мод.4993М (рис. 8),
Т а б л и ц а 3. Химический состав шаров из ВЧ
с 81 Мп Сг Си N1 А1 V Т1 Мв 8 р
3,26 2,4 0,47 0,16 0,22 0,07 0,02 0,01 0,01 0,05 0,02 0,05
Т а б л и ц а 4. Показатели износа шаров из ВЧ
Шар Целый 1 2 3 4 5 6
Масса, г 800 750 740 760 775 780 770
Износ, % - 6.25 7.5 5 3.125 2.5 3.75
Средний износ - 4,689%
ос /ЛГТТгг; г: глгт(т/7/7ггггггггт
ии/ а(63),2011-
установленной в ОАО «ЛЛМЗ». Такая установка создана впервые в литейном машиностроении. В настоящее время идет подготовка к изготовлению опытных партий.
Одним из новшеств данной машины является поочередное применение сменных водоохлаждае-
мых полукокилей - крышек, усиливающих отбел, а также в системе управления предусмотрена регулировка скоростей вращения кокиля.
Эта работа может стать актуальной не только для Республики Беларусь, но и для предприятий других республик.
