Литье металла по пеномоделям., Отечественная выгодная технология. Опции

[dorosh]

Инвестиции в новое производство дают прибыль, когда оно основано на новых технологиях. Металлургическая переработка металлов и литейное производство на постсоветском пространстве имеют давнюю традицию.
В литейном деле есть набирающая популярность удобная технология, когда получение модели означает, что дело почти наполовину сделано. Модель отливки – пенополистироловая, такая, как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которых штампуют миллионами, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов.
Для серии отливок модели производят задуванием порошка полистирола в легкие алюминиевые пресс-формы (весьма простые в изготовлении) с последующим вспениванием гранул при нагреве пресс-форм. Для крупных и разовых отливок подходит вырезание моделей из плит полистирола нагретой нихромовой проволокой, например по шаблонам.
При этом можно видеть, «пощупать» отливку в модели, промерять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных с несколькими стержнями отливок не так просто сделать. Отсутствует смещение стержней и форм при сборке (так как отсутствуют сами стержни). Модели красят быстросохнущей краской с огнеупорным порошком, собирают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом. При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. А чтобы модель не дымила в цех при заливке, из контейнера отсасывают насосом воздух – разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы.
Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием. Вся формовка состоит из засыпки сухого песка при отсутствии массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм. Акцент внимания перенесен на производство моделей – этих «легчайших игрушек» с плотностью материала 25…27 кг/куб.м, которое обычно «доверяют» женским рукам, часто располагая на втором и выше этажах зданий. Для оборотного охлаждения песка используют пневмопоток. Для черных и цветных сплавов используется одинаковое оборудование, которое, благодаря своей простоте, без затруднений производят в Украине (для другого вида формовки качественное оборудование надо вести с Запада) . Таким образом можно получать чугун и сталь всех видов, бронзу, латунь, алюминий всех марок. В ящике на «елке» можно сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве.
Цеха и участки с этой гибкой технологией множатся по всему миру - от Америки до Китая, на заводах General Motors, Ford Motors, Fiat. Сегодня в мире по пенополистироловым моделям производят ~1,4% от всего количества литья (~1 млн. т/год), прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10…20% мирового литья. Институт ФТИМС, г. Киев спроектировал и запустил ряд участков в России, поставил и внедрил такое оборудование в Польше и Вьетнаме, из последних объектов – цех на 400 т/месяц на ДЗТЛ в Днепропетровске.
Низкие затраты на материалы (всего 4 вида, не применяются в форме связующие) экономит не менее 100 дол./т литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает выход годного до 70…85%, экономию по шихте металла на 250…300 кг, электроэнергии 100…150 кВт.ч., массы литья на 10…20% по сравнению с традиционной опочной формовкой. Особенно крупная экономия при литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров, художественное литье. Капитальные затраты на организацию производства сокращаются в 2…2,5 раза, также как и сроки ввода производства в эксплуатацию.
Опыт запуска цехов до 50…150 т/месяц показал срок окупаемости 9…12 месяцев, притом, что набор оборудования для цехов 10…80 т/месяц отличается мало. Легко разместить такие участки при кузнях, термичках, ремонтных и других цехах. Если делать или реконструировать литейку, то технология литья по газифицируемым моделям – тот способ, которым металл своим оборудованием и рабочей силой можно переводить в высокотехнологичный наукоемкий товар. Не вечно же нам металлолом и чушки продавать за рубеж, а здесь иметь только сборку и торговлю. Не только в Китае машиностроение поднимается.
В Киеве льют черные и цветные металлы развесом до 500 кг. Литейный цех производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов (латунь, бронза) до 40 т в месяц и принимает заказы на серийные и разовые детали для ремонта, шестерни и др. Инженерный центр разрабатывает технологию, изготавливает оснастку и проектирует цех или участок. Принимаются заказы для цеха-партнера – точное литье деталей любой массы (0,3…2000 кг) с минимальной мехбработкой практически без ограничений на форму отливки. Выполняются работы по пуско-наладке и внедрению, обучается персонал.
Обзор составил Дорошенко Владимир Степанович, dorosh@inbox.ru, тел. 38-066-1457832, ф. 38(044) 4248488


3D-технологии в литейном производстве.

В.С. Дорошенко, Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

Сегодня именно в науке усматривают путь спасения национальной экономики от последствий глобального кризиса. Президент Украины В. Ющенко на международном инвестиционном саммите в октябре 2008 в Донецке заявил, что государство намерено переориентировать отечественные экспортно-ориентированные отрасли на внутренний рынок, поставив задачу формирования еффективного спроса на внутреннем рынке на продукцию металлургии. Строительство и машиностроение как потребители металла – это сейчас те две отрасли, которые определяют развитие страны и которые остро нуждаются во внедрении наукоемких, металлоемких, энергосберегающих технологий. На саммите наибольшую популярность имели именно такие проекты в области инновационных технологий.
Отечественные металлообработка и машиностроение в условиях системной интеграции в мировую экономику нашей страны, как полноправного члена ВТО, с появлением избытка недорогого металла получают дополнительный стимул перехода от неглубокой переработки и экспорта изделий металлургии к выпуску наукоемкой продукции (машин, механизмов, станков, приборов и инструмента). Это позволит реализовать то преимущество, что Украина относится к немногочисленным странам с замкнутым металлургическим циклом производства металлов из собственных руд. Отечественные ученые, в частности в области литейного производства, обладают технологиями, относящимися к наукоемким высоким технологиям, которые вопреки сложившемуся стереотипу свидетельствуют, что высокие технологии - это не обязательно сложные малодоступные процессы. Одна из таких технологий описана в этой статье.
В современном машиностроении Украины при появлении за годы независимости на месте крупных производств множества некрупных самостоятельных предприятий при характерных для них малосерийностью и многономенклатурностью продукции гибкость технологии литейного производства в сочетании с невысокими капитальными затратами на внедрение и высокой точностью выпускаемых заготовок является решающим фактором. Этим параметрам наиболее соответствует технология литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенополистирола. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое достигло 1,5 млн. т/год, в одном КНР работает до 1,5 тыс. таких участков.
В институте ФТИМС НАНУ под руководством проф. Шинского О.И. на базе разработанных научных основ производится совершенствование технологии ЛГМ, новизна технических решений в содержании которой подтверждена более 50 патентами, что говорит о лидирующих позициях института по этой позиции. ФТИМС поставляет заказчикам технологическое оборудование литейных цехов для единичного, серийного и массового производства отливок из черных и цветных сплавов способом ЛГМ мощностью 100 - 5000 т/год.
На действующем опытно-промышленном литейном цехе института, базирующемся на ЛГМ-процессе и служащим демонстрационной базой, где это оборудование проходит отладку и модернизацию до уровня лучших зарубежных аналогов, выпускается до 50 т в месяц отливок из черных и цветных металлов. При проектировании литейных участков и цехов конструкторы института на планировке помещений и в соответствии инвестиционными возможностями завода-заказчика выполняют расстановку оборудование и компоновку его в разных производственных вариантах: от единичного и ремонтного - до серийного производства отливок. Часто модельное производство (поскольку модели очень легковесные с плотностью 25 кг/м3) выносится на второй этаж помещения цеха, а система оборотного транспортирования, подготовки и складирования сухого песка выносится на открытый воздух с внешней стороны литейного цеха и состоит преимущественно из проходного оборудования и системы бункеров-трубопроводов, изготовленных из листового металла. Такое вынесение оборудования пескооборота экономит площадь цеха, а в сочетании с отсосом газов из форм, подключаемых к вакуумному насосу на период заливки-затвердевания отливки, улучшает санитарно-гигиенические условия труда и в целом способствует повышению культуры производства.
Технологическая целесообразность применения ЛГМ, взамен устаревших технологических процессов, бесспорна и описана исчерпывающе [1,2]. Коротко остановимся лишь на некоторых характерных показателях. Стабильность размеров модели, отсутствие разъема формы и постоянство технологических параметров позволяют поднять точность отливок до уровня, равного точности отливок по выплавляемым моделям (ЛВМ). В полость формы, заполненную пенополистиролом, не могут попасть инородные включения, что обеспечивает уменьшение количества засоров. По шероховатости поверхности, определяемой во многом шероховатостью поверхности формы, отливки соответствуют отливкам по ЛВМ. Объясняется это тем, что в обоих случаях противопригарную краску или покрытие наносят на модель, а не на поверхность формы, исключается применение стержней и сборки формы. Развес полученных отливок по ЛГМ-процессу говорит сам за себя: от 0,1 кг до отливок весом в несколько тонн практически без ограничений по маркам сплавов и геометрии отливок.
В ЛГМ-процессе получить модель отливки означает уже наполовину получить отливку, остановимся на этом подробнее с учетом современных тенденций. Сегодня производства высокоточных пространственных (трехмерных) изделий, моделей, форм, мастер-моделей из алюминия, дерева, МДФ, макетных пластиков и пр. связаны со стремительным развитием компьютерной техники, программного обеспечения, цифровой передачи данных, а также усовершенствованием систем приводов обрабатывающих станков (применение серводвигателей с обратной связью). Это сделало доступным для производственников автоматизированное оборудование с числовым программным управлением. Системы ЧПУ вытесняют любые другие системы управления, как на крупных автоматизированных производствах, так и на совсем небольших, очень гибких универсальных производствах (макетно-модельное, инструментальное, сувенирно-рекламное, ремонтное). Таким оборудованием все чаще пользуются как частные предприниматели, так и обслуживающие широкой круг заказчиков специализированные участки. Для оперативного просчета и изготовления форм, матриц, моделей необходимо лишь прислать им на электронный адрес трехмерное изображение изделия.
Значительное снижение стоимости компьютеризированных систем и систем с ЧПУ послужило толчком для использования их в более простом недорогом классе станков. Появился целый класс сравнительно общедоступного оборудования, позволяющего с чертежа детали на компьютере получить с фрезерного станка с ЧПУ готовую пресс-форму в металле или ее модель из пенополистирола, когда программа такого изготовления «сама учитывает» литейную усадку, а также припуски литейные и на механообработку. При этом применяют программы, которые помогают максимально использовать потенциал этих станков с поддержкой 3D-моделей и токарной обработки.
Производственный цикл изготовления детали в институте ФТИМС от разработки конструкторской документации до готовой детали состоит в следующем. После получения технического задания конструктор разрабатывает документацию (КД), обычно используя следующие программы: AutoCAD, CADMECH, Inventor. Готовая КД сдается в электронный конструкторский архив, который находится на общем сервере организации. При получении задания на изготовление той или иной детали в производственный отдел технолог-программист берет чертеж и 3D-модель, разрабатывает техпроцесс, программу управления и помещает ее на сервер. Затем после установки заготовки на стол станка оператор станков с ЧПУ вызывает эту программу с сервера и после ее проверки и наладки станка приступает к обработке заготовки, получая литейную модель детали или ее пресс-формы.
Из пенополистироловой модели пресс-формы по ЛГМ-процессу обычно отливают алюминиевую пресс-форму, а затем, если необходимо, доводят ее до требуемой чистоты поверхности на том же станке с ЧПУ. Это упрощает всю технологию перевода изделия с чертежа до пеномодели и отливки, ускоряет получение пресс-форм (до нескольких часов) для производства моделей от стадии проектирования до их изготовления, в то же время требуя компьютерной грамотности занятого этим трудом персонала.
По принципу действия система ЧПУ с серводвигателем является системой с обратной связью, сигнал позиции подается от оптического датчика (инкодера), который закреплен на двигателе и снабжает контролер информацией о реальном повороте вала двигателя. Эта информация используется для постоянной коррекции отклонений между величиной заданного и реального перемещения режущего инструмента. Для получения объемной копии с детали без чертежа в этих станках используется сканирование с цифровой записью информации. Управление станком осуществляется через USB порт с обычного персонального компьютера в среде Windows, с помощью модема возможна функция удаленного доступа к ЧПУ, включающая диагностику и модернизация программного обеспечения.
На рынке Украины широко представлены станки с ЧПУ фирмы Obrusn (Польша) десяти моделей для объемной обработи цветных металлов и сплавов, полимеров, дерева с точностью позиционирования от ±0.05 до ±0.1 мм, разрешающей способностью ЧПУ ±0.01 мм и весом станка от 60 до 1450 кг, более крупные станки фирмы Bermaq (Испания) с точностью позиционирования ±0.03 мм, повторяемостью позиции ±0.015 мм и весом 1,5 – 3 т, а также немецких фирм.
Описанная отечественная литейная технология, накопленный опыт ее использования, а также ряд инновационных технологий по углубленной переработке металла, в том числе, представленных на вышеуказанном международном инвестиционном саммите, служат примерами наличия значительного научно-технического потенциала украинской технической науки. Растущее понимание этого и очевидную согласованность позиций верховной власти и крупного капитала следует приветствовать как первый шаг в направлении перехода на инновационно-инвестиционную модель экономического роста.
С учетом современных кризисных явлений, которые воочию демонстрирует системное несовершенство глобальной экономической конструкции, становится все более спорной идеология так называемой «доганяльной» модернизации, которая на протяжении всех лет нашей независимости служила одним из определяющих неоспоримых ориентиров нашего трансформационного процесса. Имеет ли смысл продолжать имплементацию того, что демонстрирует свою недееспособность, дублировать и далее шаг за шагом путь, пройденный западным обществом к современным реалиям? Не стоит ли прежде всего задействовать инновационный потенциал отечественной науки, особенно в тех отраслях, где она имеет лидирующие, защищенные патентами бесспорные приоритеты, в частности, в науке о металле?

Контакт для вопросов и предложений: dorosh@inbox.ru , Дорошенко В., 38-066-1457832

Сообщение отредактировал dorosh - 04.11.2008, 13:47

[dorosh]

скачать 8 статей о ЛГМ: http://forum.i-mash.ru/topic_7 [size="7"][/size][color="#FF0000"][/color]

Литье металла по газифицируемым моделям в Киеве.
Оснащение оборудованием литейных цехов. По качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства сегодня нет альтернативы литью по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта.

В песчаной форме одноразовая модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, что дает отливку любой самой сложной геометрии из черных и цветных сплавов. При формовке мелкие модели собирают в блоки или кусты и размещают в объеме формы, а не в плоскости как в обычной форме. Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком.
На 1 тонну литья расходуют всего 4 вида модельно-формовочных материалов: кварцевого песка -50 кг, пенополистирола - 6 кг, противопригарного покрытия -25 кг, пленки полиэтилен. – 10 кв.м.
Линию охлаждения и складирования песка для экономии помещений и улучшения условий труда часто монтируют вне цеха, где сухой песок не смерзается. Такая линия установлена в литейном цехе ФТИМС, от нее в цех отведены две единицы оборудования: вибростол для формовки с трубопроводом засыпки песка в форму и приемная решетка для высыпки отработанного песка из контейнерных опок.

В последние годы все шире используется в литейных цехах технология ЛГМ. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое превысило 1,5 млн. т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одном КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где все больше льют отливок без ограничений по форме и размерах.
Разработчиком и поставщиком оборудования литья по пенопластовым моделям является институт ФТИМС (г. Киев), который поставил оборудование и запустил ряд участков ЛГМ в России, Польше и Вьетнаме, из последних объектов 2006 г. – первая очередь литейного цеха в Днепропетровске на 5000 т/год.
В литейном производстве России и Украины все больше создается таких цехов. Оборудование для ЛГМ, которое поставляет с чертежами ФТИМС недорогое и простое в эксплуатации при литье черных и цветных металлов с весом отливки 0,1-2500 кг. Литейный цех ФТИМС (Киев) опытного производства производит такие отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов до 50т в месяц, серийные и разовые детали, проектирует и изготавливает пресс-формы для моделей. В.Дорошенко, dorosh@inbox.ru, т. 38-066-1457832, т/ф.38(044)424-84-88, фото: www.opoka.ru/content/index_22.php, http://ugmk.info/?board=651,
скачать 8 статей о ЛГМ: http://forum.i-mash.ru/topic_7

[dorosh]

скачать 8 статей о ЛГМ: http://forum.i-mash.ru/topic_7 [size="7"][/size][color="#FF0000"][/color]

Литье металла по газифицируемым моделям в Киеве.

Давайте отливать из металла.