CC BY
23
182
3 (52). 200В-
Литейное
материаловедение, специальные способы литья
New developments ofOAO «BELNIILIT» in the field of centrifugal casting are given.
Д. А. ВОЛКОВ, А. П. МЕЛЬНИКОВ, А. Д. ВОЛКОВ, А. В. МИЦКЕВИЧ, ОАО «БЕЛНИИЛИТ»
УДК 621.74
НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ ОАО «БЕЛНИИЛИТ» В ОБЛАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
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 250-300 °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
Рис. 1. Двухроторная машина центробежного литья мод. 4986
Таблица 1. Технические характеристики машины мод. 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
Заливаемый сплав Чугун, сталь
Охлаждение центрифуг Водяное, душированием
Габаритные размеры, мм:
длина 2565
ширина 1700
высота 1640
Масса, кг 3300
кокиль и производится заливка второго кокиля. По окончании заливки лоток выводится из кокиля, очищается вручную от остатков металла, а центрифуга продолжает вращаться до полного затвердевания и охлаждения отливки до температуры 800850 °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 кокилях.
Первый образец машины мод. 4986 был установлен и запущен в экспериментально-исследовательской литейной лаборатории специальных методов литья черных сплавов ОАО «БЕЛНИИЛИТ» для проведения экспериментов и разработки новых технологий по литью чугунов и сталей.
/;ггтпг= гг к-тмлтп
-3 (52). 2001
/183
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 на ПРУП «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 на 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. 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, металлическая матрица - в виде сорбито-образного 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 Кастинг» (г. Павлодар, Республика Казахстан) для производства отливок массой до 300 кг и толщиной стенок около 100-150 мм для газовых трубопроводов и ОАО «КулонЭнергомаш» (г. Казань) для производства трубных заготовок тормозных барабанов толщиной 10 мм.
В настоящее время создана и проходит испытания машина мод. 4986ТП для производства отливок с максимальным диаметром 600 мм и длиной 500 мм. Эта машина создана для организации производства стальных и чугунных отливок на лабораторных площадях ОАО «БЕЛНИИЛИТ». В конструкции машины предусмотрен трансформируемый защитный кожух, изменяемый в зависимости от длины отливки.
В это же время в институте была создана и испытана для ОАО «Коломенский завод» машина мод. 49100 для производства тепловозных гильз отливок длиной до 800 мм и диаметром до 400 мм. Это принципиально новая разработка, в которой применены консольный крепеж центрифуги и кат-ковые 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 паковок. Машина мод. 49100 разработчиками рассматривается как базовая модель оборудования для изготовления отливок массой от 200 до 1000 кг, что в перспективе позволит ее применять на машиностроительных и металлургических предприятиях (рис. 2).
Для выполнения задач по импортозамещению в Республике Беларусь разработана для массового производства литых заготовок гильз Д-245 десяти-позиционная карусельная машина центробежного
МоЭ.4986М
Рис. 2. Гамма центробежных машин, разработанных ОАО «БЕЛНИИЛИТ» в последнее десятилетие
184/,
щтбг :гтшшт
(52), 2009-
Рис. 3. Стальные ступицы
литья мод.49101, которая будет эксплуатироваться на ОАО «Лидский литейно-механический завод».
В результате исследовательских и экспериментальных работ, проведенных в лабораторных условиях на машине мод. 4986, была разработана и освоена технология производства стальных ступиц (рис. 3) отбойного битера комбайна «Дон-1500». 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 машинах, разработанных ОАО «БЕЛНИИЛИТ», раскрывают большие возможности в области создания новых технологий по производству коротко-мерных трубных заготовок из любых марок сталей. Это стало возможно после того, как сотрудниками института 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, толщиной 30-40 мм и массой до 40 кг.
Рис. 4. Кокиль для изготовления мелющих шаров диаметром 60 мм
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 усадочная часть литейного куста переходит в центральный кольцевой питатель. По данной технологии не требуется дополнительное легирование хромо-и марганцесодержащими ферросплавами в отличие от хромистых чугунов, так как естественные условия кристаллизации металлической оснастки обеспечивают достаточно твердую отбеленную поверхность шара (до 50 НЯС).
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 вновь разрабатываемой технологии (центробежное литье).
Таблица 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) 82 153 169 179 187 213
Партия № 2. Литье в песчано-глинистые формы с горизонтальным разъемом (отливки, отлитые с прибылью) 180 202 304 351 373 -
Партия № 3. Литье в кокиль с вертикальным разъемом 94 103 118 130 134 -
Партия № 4. Литье в песчано-глинистые формы с вертикальным разъемом 53 55 89 98 108 112
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.
_шгггв г: ^тш^тт / шк
-3 (52), 2009 / I II и
Таблица 3. Химический состав шаров из ВЧ
с Мп Сг Си N1 А1 V Т1 мё Б 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
Таблица 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%
Испытания проводили отдельно партиями, состоящими из шести шаров.
Были отобраны шары диаметром 60 мм (рис. 4), изготовленные следующими способами (табл. 2):
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 (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%.
Для мелющих шаров, отлитых из ВЧ центробежным способом, были проведены исследования на износ (табл. 3).
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 глубине половины радиуса шара составляет 50 НЯС, что является положительным фактором по отношению к износу. Однако при этом эти способы литья не обеспечивают высокую ударную стойкость как за счет об-
разовавшейся структуры, так и за счет наличия усадочных раковин.
Проводимые в институте испытания мелющих шаров диаметром 60 мм на специальном стенде, полученных центробежным способом литья из синтетических чугунов, подтвердили их не только 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 были положены в основу разработки центробежной однопозиционной машины для литья мелющих тел мод. 4993М. Одним из новшеств данной машины является поочередное применение сменных водоохлаждаемых полукокилей - крышек, усиливающих отбел. Эта работа может стать актуальной не только для Республики Беларусь, но и для предприятий других республик.
В связи с тем что изготовление центробежных машин для производства мелющих тел требует капитальных затрат и времени, был разработан способ получения мелющих тел в вибрококиль. В результате эксперимента было установлено, что за счет применения вибрации при литье в кокиль ударная стойкость повышается на 30-50 %.
Опыт эксплуатации запущенных в производство машин и экспериментальные работы ОАО «БЕЛНИИЛИТ» по совершенствованию технологии и оснастки позволяют делать выводы о перспективности машины мод. 4986 как базовой модели для создания новых машин центробежного литья.
