CC BY
55
УДК 621.74
Е. Л. ШИБЕЕВ и. П. МОСКВИН Ю. Е. ТЛНЛКОВЛ
Омский государственный технический университет, г. Омск Омский завод транспортного машиностроения,
г. Омск
ВЛИЯНИЕ ПОДЛТЛИВОСТИ СМЕСИ НЛ ДЕФЕКТ ОТЛИВОК В ВИДЕ ТРЕЩИН
Рассмотрены аспекты возникновения горячих трещин в стальных отливках в зависимости от состава и конфигурации формы и стержней, а также степени их податливости. Теоретически и практически обосновано, что в отливках из высокомарганцовистой стали от податливости стержней и формы напрямую зависит качество получаемого изделия.
Данные выводы и приемы можно использовать для борьбы с браком и на деталях с иной конфигурацией в литейном производстве. Для Омского региона научная разработка полезна тем, что при улучшении качества изготавливаемой продукции растет число заказов из сторонних регионов, тем самым увеличивая доход предприятия и Омской области. Ключевые слова: податливость, усадка, стержень, трещина, брак, стальная отливка.
Податливость — способность уплотненной нагретой смеси деформироваться под определенным давлением. Она определяет в одних условиях вероятность образования горячих трещин в отливке, в других — размерную точность отливки по внутреннему и наружному контуру [1].
Податливость является определяющим фактором нарушения геометрии сырой формы, т.к. сжатие формы начинается сразу же в период заливки металла.
Для прочных форм и стержней — сухих и холоднотвердеющих — податливость связана с торможением усадки и, следовательно, образованием горячих трещин в отливке или возникновением напряжений. Чтобы повысить податливость в формовочную смесь добавляют древесные опилки, а в стержневую смесь — выгорающие добавки и древесные опилки [2].
Отсутствие в литейных цехах систематического контроля технологических свойств смесей, не охваченных стандартными методами, частично объясняет тот факт, что более 50 % всего брака отливок прямо или косвенно связано с формовочными материалами.
В качестве примера рассмотрим деталь «Хомут тяговый» (чертеж № 106.00.001-2), изготавливаемый на предприятии АО «Омсктрансмаш».
В данной детали наблюдался повышенный брак по образованию трещин в местах перехода тяговой полосы в головную часть (рис. 1). По результатам исследования в лаборатории выявлено, что трещины возникли при кристаллизации, т.е. являются горячими.
Горячие трещины — это разрывы тела отливки характеризуются наличием на них окисленных по-
верхностей вследствие высокой температуры отливки в момент образования трещин. Причинами образования горячих трещин являются: плохая податливость стержней и отдельных частей формы, слишком ранняя выбивка отливки из формы, неравномерность остывания отливки и др. [3].
Факторы, снижающие трещиностойкость сплавов, подробно рассмотрены в работах [4, 5]. Отрицательное воздействие этих факторов можно снизить, изменяя температуру и скорость заливки жидкой стали в полость литейной формы. Температурный критический интервал образования горячих трещин составляет 1450—1250 °С. Относительно особенностей изменения температуры по высоте ковша существуют противоречивые сведения [6].
Рис. 1. Эскиз детали с местами образования трещин
сравнительный анализ размеров
№ п/п Размер в модельной оснастке Размер в полученной детали
1 140 мм + 2 % (усадка) = 143 мм 142,5 мм
2 143 мм
3 142,8 мм
4 143,3 мм
5 143 мм
Таблица 2
Примерные значения усадки сплавов [4]
Группа сплава Усадка, %
Свободная Линейная
Сталь
Низкоуглеродистая и низколегированная 2,0-2,4 1,8-2,0
Хромоникелевая 2,5-2,8 2,2-2,4
Высокомарганцовистая 2,8-3,0 2,2-2,5
На деталях в количестве 5 шт. был проведён сравнительный анализ размеров в местах возникновения трещин.
Сравнивались размеры в модельной оснастке и размеры в полученных деталях (табл. 1).
На основании замеров видно, что форма препятствовала объёмной усадке детали, что могло привести к образованию горячих трещин.
С целью устранения данного дефекта литья были проведены следующие работы:
1. Изменение подвода металла.
2. Использование экзотермических прибылей.
3. Использование холодильников.
4. Опустошение в форме.
5. Внесение изменений в состав стержневой смеси.
Получены следующие результаты:
1. Для достижения более равномерного остывания отливки с целью уменьшения температурного перепада следует подводить питание в тонкое место отливки. Однако при опасности возникновения усадочных раковин это не всегда возможно. Прибыли, способствуя возникновению теплового узла и механическому торможению усадки отливок, также могут вызывать горячие трещины [7, с. 114].
При получении отливок уменьшение их линейных размеров происходит при затрудненной усадке, которая вызвана выступающими частями формы, стержнями и т.д. Потому в ряде случаев действительная усадка меньше свободной. Такая
усадка носит название линейной и выражается в %. Значение линейной усадки всегда меньше свободной. При этом разница тем больше, чем сложнее и крупнее отливка. Приведены значения усадки сплавов (табл. 2) [7, с. 99].
Проведя сравнительный анализ брака, деталей, изготовленных с серийным подводом металла, и деталей с изменённым подводом металла, на основании полученных данных (табл. 3), можно сделать вывод, что опыт не дал желаемых результатов.
2. С целью выравнивания скоростей охлаждения различных участков отливки и, следовательно, уменьшения температурных напряжений применяют подогрев формы или специальные низкотеплопроводные и экзотермические формовочные смеси для облицовки тонких стенок отливки. Для ускорения охлаждения массивных тепловых узлов используют местные внутренние и наружные холодильники.
Наружные холодильники должны быть не сплошными, а в виде отдельных плиток, брусков и т.д. Зазоры между отдельными холодильниками необходимо тщательно заделывать во избежание появления заливов [8].
Использование экзотермических прибылей и простановка холодильников в места возникновения трещин так же не устранили появление горячих трещин в местах перехода тяговой полосы в головную часть. Данное заключение подтверждают полученные результаты опыта (табл. 4).
Данные по браку с измененной технологией подвода металла (рассматривалась партия в количестве 200 шт.)
Брак — трещина до изменения технологии подвода металла Прочие виды брака Брак — трещина после изменения технологии подвода металла Прочие виды брака
шт. % шт. % шт. % шт
47 23,5 12 6 44 22 15 7,5
Таблица 4
Данные по браку с применением экзотермических прибылей и простановкой холодильников (рассматривалась партия в количестве 200 шт.)
Брак — трещина по серийной технологии Прочие виды брака Брак — трещина с изменением технологии Прочие виды брака
шт. % шт. % шт. % шт. %
47 23,5 12 6 42 21 16 8
3. Разрушение смеси должно происходить по возможности при более низких температурах и в максимально короткий срок. Основным компонентом формовочной смеси, повышающим прочность при высоких температурах, является глина, поэтому необходимо снижать ее содержание до минимального. В крупных стержнях или болванах с целью увеличения их податливости должны быть предусмотрены полости, засыпаемые золой или шлаком. Эти полости должны быть тем больше, чем больше линейная усадка и меньше толщина стенок отливки. При изготовлении крупных отливок осуществляют местное разрыхление смеси вокруг опасных, с точки зрения образования горячих трещин участков [9].
Была применена модельная оснастка с опустошением в отпечатках моделей верха и низа между тягами в головной части (рис. 2).
В ходе проведения опытных работы выяснилось, что опустошения недостаточно для полного устранения трещин и основной причиной возникновения горячих трещин является недостаточная податливость стержня (состав № 15) (табл. 5, 6).
«Жидкое стекло» относят к водным растворам щелочных силикатов — силикатам натрия, калия и лития. Натриевые и калиевые жидкие стекла чаще всего являются продуктами растворения в воде стекловидных растворимых силикатов натрия и калия (растворимых стекол). Растворимые силикаты натрия и калия в виде растворимых стекол имеют также техническое название «силикат-глыба».
Взамен силикат-глыбы разработаны состав и технология изготовления сухого концентрата для быстрого безавтоклавного приготовления жидкосте-кольных связующих различного назначения.
Сухой концентрат широко выпускается с любым силикатным модулем в пределах до 3 ед.
Однако особый интерес представляет СК с повышенным силикатным модулем до 4,5 — 5 ед., который эффективно можно использовать в самотвердеющих формовочных и стержневых смесях, а также при изготовлении единых и комбинирован-
Рис. 2. Эскиз опустошения в форме
ных оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям [10].
4. К основным мероприятиям по предотвращению горячих трещин относится создание податливой формы, уменьшающей механическое торможение усадки отливки. Податливыми должны быть части формы и стержни, образующие внутренние полости отливки [7, с. 114—115].
Увеличения податливости формы и стержней можно достигнуть заменой сухих форм и стержней сырыми; максимальным понижением прочности смесей при высоких температурах; уменьшением толщины слоя плотно набитой смеси и др. [2].
Помимо поднутрений в форме, для наилучшего результата возникла необходимость в изменении состава стержневой смеси путем добавления в нее выгорающих частиц в процессе заливки металла для создания более податливого стержня
исходный состав стержневой смеси (№ 15)
Составляющие компоненты Нормативный документ Количество
Объемная доля, % Литр
Песок сухой марки 3К20203 ГОСТ 2138 91,6-91,0 250
Бентонит — порошок ГОСТ 2817 3,0-2,1 5,5-6
Жидкое стекло М* = 2,5 — 2,8 плотностью 1,46-1,52 г/см3 - 5,9-6,2 16-17
Мазут ГОСТ 10585 0,5-0,7 1,5-2
*М — модуль жидкого стекла
Таблица 6
Физико-механические свойства смеси (№ 15)
Свойства Значение
Влажность, % 2,6-4,0
Газопроницаемость, усл. ед., не менее 120
Предел на сжатие сырого образца, МПа (кг/см2) 0,011-0,025 (0,11-0,25)
Предел прочности на растяжение сухого образца, МПа (кг/см2) 1,0-1,8 (10,0-18,0)
Таблица 7
Данные опытных работ с измененным составом стержневой смеси и опустошением формы (рассматривалась партия в количестве 200 шт.)
Брак — трещина по серийной технологии Прочие виды брака Брак — трещина с изменением технологии Прочие виды брака
шт. % шт. % шт. % шт. %
47 23,5 12 6 3 1,5 14 7
с сохранением требуемых физико-механических свойств.
В состав стержневой смеси (№ 15) введено связующее «ДП» (древесный пек) по ТУ 13-0281078-76 в количестве 10—11 литров (объемная доля: 3,6 — 3,9 %) на один замес.
В процессе доработок в смесь введены древесные опилки (сверх 100 %) в количестве 35 — 40 литров (объемная доля: 13—15 %), для наиболее эффективного результата.
Эксперименты по определению податливости формовочных и стержневых смесей показывают возможность достаточно просто определить оптимальный состав смеси, исключающий образование горячих трещин в отливках. Данные опытных работ зафиксированы (табл. 7).
Вывод. По результатам опыта наблюдается заметное сокращение брака по горячим трещинам. Общий уровень брака составил 8,5 %, что
не превышает контрольный уровень в цехе. Детали в количестве трех штук с выявленными трещинами подверглись исправлению путем выточки дефекта — трещина, т.к. глубина ее залегания не превышала допустимую к исправлению. Опыт обеспечил снижение брака по горячим трещинам и был внедрен в производство.
Библиографический список
1. Аксенов П. Н. Технология литейного производства. М.: Машгиз, 1957. 663 с.
2. Берг П. П. Формовочные материалы. М.: Машиностроение, 1979. 210 с.
3. Василевский П. Ф. Технология стального литья. М.: Машиностроение, 1972. 408 с.
4. Баландин, Г. Ф. Основы теории формирования отливки. В 2 ч. Ч. 2. Формирование макроскопического строения отливки. М.: Машиностроение, 1979. 335 с.
5. Нехендзи Ю. А. Стальное литье. М.: Металлургиздат, 1948. 766 с.
6. Макаренко К. В., Кузовов С. С., Лесюнина О. А. Механические аспекты образования в отливках горячих трещин // Литейное производство. 2013. № 2. С. 5 — 8.
7. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Атлас литейных дефектов. М.: Машиностроение, 2005. 327 с.
8. Макаренко К. В., Кузовов С. С. Влияние структуры металла на механизм образования горячих трещин в отливках из стали 20 ГЛ // Литейное производство. 2016. № 12. С. 2 — 8.
9. Макаренко К. В., Кузовов С. С., Шумаков М. А. [и др.]. Структурные исследования дефекта горячая трещина // Литейное производство. 2016. № 7. С. 31—34.
10. Никифоров С. А., Магидсон Г. М., Гуржий С. В. Сухой концентрат для быстрого приготовления жидкостекольного связующего. URL: http://uralvim.ru/suhkoncentr (дата обращения: 10.10.2017).
ШиБЕЕВ Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент секции «Машины и технология литейного производства» кафедры «Машиностроение и материаловедение» Омского государственного технического университета.
МОскВин иван Петрович, заместитель начальника литейного цеха Омского завода транспортного машиностроения (Омсктрансмаш). Адрес для переписки: Petrovlch.ru90@mail.ru ТАнакОВА Юлия Евгеньевна, инженер-технолог Омсктрансмаша.
Адрес для переписки: yulians8@mail.ru
статья поступила в редакцию 01.11.2017 г. е. А. Шибеев, и. П. Москвин, Ю. е. Танакова
УДК 62-519+621.9-05
Е. В. ВАСИЛЬЕВ П. В. НАЗАРОВ А. Г. КОЛЬЦОВ Д. А. БЛОХИН И. А. БУГАЙ М. А. ТОТИК И. К. ЧЕРНЫХ
Омский государственный технический университет, г. Омск
КАЛИБРОВКА ОСЕЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА С ЧПУ ДЛЯ КОНТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН ПО ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ
ЛАЗЕРНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
В статье рассмотрен процесс калибровки и модернизации станка МШ 289 с системой чПУ «Маяк». Описано устройство и компоновка экспериментального шлифовального станка. С помощью лазерного интерферометра были исследованы показатели точности позиционирования линейной и поворотной оси. В результате были определены и устранены основные причины, влияющие на отклонение фактических перемещений от заданных. Внесение в систему чПУ компенсации погрешности редукции и люфтов в ШВП обеспечило точность позиционирования станка в пределах 5 мкм. И
Н
Ключевые слова: шлифовальный станок с чПУ, модернизация станка, лазер- р ный интерферометр, точность оборудования. °
В современном машиностроении процесс реза- новых инструментов взамен старых, что уменьшит
ния приводит к износу пластин (их предельному расходы предприятия на оснащение производства.
износу), что влияет на точность, заданную заводом- Для затачивания изношенных металлорежущих
изготовителем. пластин необходимо применение специального обо-
Возобновление ресурса режущего инструмента рудования, например, специально-заточных и уни-
позволяет значительно продлить период закупки версально-заточных станков [1].
о
го >
