Развитие «Кислородного» процесса литья под давлением алюминиевых сплавов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

напряженного состояния объекта, в которых может быть учтен пластический характер деформации влажных слоев смеси формы и кристаллизующегося слоя в отливке.

Список литературы

1. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высш. шк., 1975. 654 с.

2. Савинов A.C., Тубольцева A.C. Расчет движения фронта влажности в сырой песчано-глинистой форме // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. №. 2. С. 30-33.

3. Савинов A.C., Тубольцева A.C., Варламова Д.В. Расчет теплового поля сырой песчано-глинистой формы. М.: Черная металлургия, 2010. № 2.

4. Савинов A.C., Тубольцева A.C., Синицкий Е.В. Исследование деформационной способности песчано-глинистых смесей // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. № 1.

5. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.: Машгиз, 1960.

6. Баландин Г.Ф., Степанов Ю.А. О силовом взаимодействии затвердевающей отливки и формы. Литейное производство. 1962. №4. С.37-41.

УДК 621.74.043.2

Д.О. Моисеев, И.О. Леушин

ФГБОУВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева»

РАЗВИТИЕ «КИСЛОРОДНОГО» ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Главным недостатком литья под давлением алюминиевых сплавов является газовая пористость отливок, причиной которой выступает главным образом воздух, захватываемый жидким металлом в полости формы и камере прессования, а также воздух, выделяемый при термодеструкции смазки. Установлено, что в алюминиевых отливках при литье под давлением 90% от общего объема газов в отливках составляет азот, в то время когда в пер-

© Моисеев Д.О., Леушин И.О., 2011

воначальной атмосфере формы содержится 19-20% кислорода, следовательно, кислород взаимодействует с металлом, образуя оксиды. Оксиды образуются уже при минимальном парциальном давлении кислорода, а специфические условия заполнения формы через щелевые питатели дисперсным потоком и кристаллизации под давлением ускоряют реакцию окисления.

Окисление алюминиевого сплава сопровождается расходом кислорода, что в свою очередь снижает противодавление в полости формы, улучшая ее заполняемость. Выявлено [1], что 80% усилия цилиндра прессования расходуется на преодоление противодавления газа в форме. Таким образом, неблагоприятный газовый режим формы при литье под давлением приводит к необходимости увеличивать давление прессования с целью обеспечения получения отливки без недоливов, спаев и газовой пористости. Однако это требует дополнительных энергозатрат, снижает темп работы и уменьшает эксплуатационный ресурс пресс-форм и не гарантирует отсутствие в отливках дефектов газового происхождения.

В производственной практике обычно используют следующие основные мероприятия по снижению газовых дефектов в литье:

1. Улучшение работы вентиляционной системы

В работе [2] определены необходимые площади вентиляционных каналов и промывников, обеспечивающие отсутствие повышения давления в полости формы в процессе ее заполнения. Но, тем не менее, выполнение эффективной вентиляционной системы достаточно часто ограниченно конструктивными особенностями отливки, а также режимами заполнения, при которых расплав закупоривает вентиляционные каналы.

2. Вакуумирование

Вакуумирование полости пресс-формы является наиболее эффективным и дорогостоящим мероприятием по оптимизации процесса литья под давлением. Основной проблемой внедрения вакуумирования в действующее производство является «переделка» всей текущей оснастки, а также усложнение обслуживания машин литья под давлением.

3. Продувка камеры прессования и полости формы инертными газами, так называемый «гелиевый» процесс

Эффективность работы вентиляционной системы зависит также и от молекулярной массы газа: чем меньше молекулярная масса газа, тем он легче покидает полость формы при заливке металла. К недостаткам данного способа следует отнести сравнительно высокую стоимость инертных газов, использование специального оборудования для продувки.

4. Продувка формы активными газами, в частности кислородом («кислородный» процесс)

Известно несколько вариантов реализации «кислородного» процесса:

4.1. Продувка формы химически активным газом по отношению к алюминию - кислородом. Во время продувки происходит последовательное вытеснение из камеры прессования в рабочую полость формы и далее в вентиляционные каналы воздуха и заполнение их кислородом. Процесс проводят как с вакуумировани-ем до продувки [3], так и вакуумированием после продувки [4]. Недостатком этих способов следует отметить высокую пожаро- и взыровоопасность процесса, а также необходимость использования специальных устройств для продувки [5] и вакуумирования. Все это усложняет обслуживание машин литья под давлением.

4.2. Использование таблетированных газотворных веществ, которые помещают в рабочую полость перед заливкой [6]. К недостаткам способа следует отнести опасность разрушения таблетки и замешивания в сплав ее частичек, а также необходимость согласования времени создания химически активной атмосферы в форме при термодеструкции таблетки. Последнее особенно актуально для отливок с развитой поверхностью. Очевидно, что в технологическом цикле появляется дополнительная операция.

4.3. Использование газотворного хромового ангидрида, который наносят на предварительно нагретую до температуры 200340 С поверхность пресс-формы [7]. При этом хромовый ангидрид разлагается с выделением кислорода и образованием окиси хрома на поверхности пресс-формы. К недостаткам данного способа следует отнести сложность регулирования температуры пресс-формы.

4.4. Использование кислородсодержащих веществ, которые вводят в виде порошков в рабочую полость формы в потоке сжатого воздуха после покрытия ее смазкой перед запрессовкой металла [8]. Авторы предлагают использовать пероксиды кальция, цинка, калия, хлориды алюминия, марганца и олова, фториды олова и марганца. К недостаткам данного способа следует отнести несвоевременность разложения ряда вышеперечисленных веществ; низкая эффективность в создании окислительной атмосферы ввиду того, что выделяющиеся кислород, хлор и фтор смешиваются с воздухом в рабочей полости формы и получившаяся газовая смесь выходит через вентиляционные каналы.

Общим недостатком всех «кислородных» способов является сложность создания атмосферы из активных газов в полости формы вследствие газотворности смазывающего материала. Настоящая работа направлена на совершенствование «кислородного» процесса и снижение недостатков перечисленных вариантов его реализации.

Целью оптимизации «кислородного» процесса является создание безопасной, простой технической схемы, дающей возможность получать качественное литье с минимальными затратами.

Для снижения газовой пористости в отливках предлагается использовать способ смазывания пресс-форм: в закрытом состоянии с применением смазки специального состава, содержащей окислитель, разлагающийся при рабочей температуре формы 180—220°С.

Смазывание планируется осуществлять путем подачи смазывающего состава в камеру прессования в два этапа: сразу же после закрытия пресс-формы с целью охлаждения и нанесения первичного слоя смазки на формообразующие и после заливки металла в камеру прессования в тот момент, когда плунжер перекрыл заливочное окно. Парогазовая смесь позволит последовательно вытеснить воздух из камеры прессования в рабочую полость формы и далее в вентиляционные каналы, в то же время наполняя камеру прессования и рабочую полость формы продуктом разложения смазки - окислителем, который в последующем вступит в реакцию с алюминием расплава. Смазывание в два этапа предлагается использовать на металлоемких отливках с достаточно развитой поверхностью с целью охлаждения пресс-формы. Для тонкостенных простых отливок рекомендуется смазывание в один этап - сразу же после перекрытия плунжером заливочного окна.

В качестве окислителя планируется применять кислородсодержащие соединения. Это связано с тем, что образующийся от термодеструкции кислород является основным компонентом воздуха и экологически безопасен, в то время как хлор- и йодсодер-жащие соединения в процессе разложения будут реагировать с воздухом цеха с образованием кислот, что негативно скажется на здоровьи работающих.

Для получения необходимых свойств смазки намечен её состав: минеральное масло - 25-30%, фтористый натрий - 25%, триэтаноламин - 5%, окислитель - 45%, остальное вода. Фтористый натрий будет выполнять роль противозадирного компонента в смазке, триэтаноламин оказывать эмульгирующее действие в системе «вода-масло», улучшать антифрикционные свойства композиции.

В настоящее время на кафедре «Литейно-металлургические процессы и сплавы» НГТУ им. P.E. Алексеева проводятся исследования, направленные на оптимизацию технической схемы «кислородного» процесса литья под давлением, наиболее приемлемого для условий действующего производства.

Список литературы

1. Зеленов В.Н. Газовый режим процесса литья под давлением // Литейное производство. 1983. № 7. С. 17-19.

2. Зеленов В.Н. Влияние смазок на газовый режим форм при литье под давлением // Литейное производство. 1980. № 4. С. 20-22.

3. A.c. 443717 СССР, МКИ B 22 d 17/14, B 22 d 27/16. Способ литья под давлением / А.Ф. Масленников, Л.Г. Донгузова, В.В. Завадский (СССР). №1853379/22-2; заявл. 06.12.72; опубл. 25.09.74. Бюл. № 35. 2 с.

4. A.c. 1134289 СССР, МКИ B 22 D 17/00. Способ литья под давлением / М.М. Спасская, Г.И. Тимофеев, С.З. Злотин, Н.Ф. Чу-вагин и др. (СССР). №3590018/22-02; заявл. 13.05.83; опубл. 15.01.85. Бюл. № 2. 2 с.

5. A.c. 778924 СССР, МКИ B 22 D 17/14. Устройство для подачи кислорода в форму литья под давлением / В.П. Шевер, A.M. Гурский, O.A. Мороз (СССР). №2679094/22-02; заявл. 30.10.78; опубл. 15.11.80. Бюл. № 42. 4 с.

6. A.c. 582898 СССР, МКИ B 22 D 17/00. Способ литья под давлением / А.Р. Таразов, К.Ф. Аючин (СССР). №2383666/02-02; заявл. 12.07.76; опубл. 05.12.77. Бюл. № 45. 2 с.

7. A.c. 448061 СССР, МКИ B 22 d 17/00. Способ смазки пресс-форм литья под давлением / А.Р. Таразов (СССР). №1918025/22-2; заявл. 04.05.73; опубл. 30.10.74. Бюл. № 40. 1 с.

8. A.c. 933225 СССР, МКИ B 22 d 17/00. Способ литья под давлением / Г.И. Тимофеев, М.М. Спасская, В.Л. Гаврилов, С.З. Зло-тин (СССР). №933225/22-02; заявл. 12.05.80; опубл. 07.06.82. Бюл. № 21. 3 с.

УДК 669.1

К.В. Шутов, М.Н. Насонов, К.Н. Вдовин

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ ДОМЕННЫХ ФУРМ

Воздушные фурмы доменных печей являются одним из важнейших элементов конструкций доменной печи, определяющих эффективность ее работы; выход фурм из строя влечет за собой

© Шутов К.В., Насонов М.Н., Вдовин К.Н., 2011