ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий Реферат По дисциплине: Технология художественного литья (наименование учебной дисциплине согласно учебному плану) Тема: Вакуумно-пленочное литье Автор: студент группы ТХО /***./ (подпись) (Ф.И.О.) (подпись) (Ф.И.О.) Дата: ПРОВЕРИЛ: профессор /*** (должность) Санкт-Петербург 20** Содержание Введение ................................................................................................................... 3 1. История развития и внедрения в отечественную промышленность ........... способа вакуумно-пленочной формовки ............................................................... 4 2. Материалы для V-процесса ........................................................................... 5 3. Оборудование и литейная оснастка .............................................................. 6 4. Технологический процесс ВПФ .................................................................. 10 4.1. Изготовление формы .................................................................................... 10 4.2. Заливка формы, выбивка и очистка отливки ............................................. 13 5. Особенности ВПФ, преимущества и недостатки ...................................... 15 Заключение ............................................................................................................. 17 Библиографический список и Интернет-ресурсы .............................................. 18 2 Введение Литье является одним из самых древних способов обработки металлов и сплавов. В настоящее время существуют различные способы литья, позволяющие отливать художественные изделия самого различного размера и веса – от нескольких граммов драгоценного металла при изготовлении ювелирных изделий до крупных статуй и памятников из чугуна и бронзы. Цель реферата – познакомиться с одним из специальных видов литья – вакуумно-пленочным или его еще часто называют вакуумно-пленочная формовка (ВПФ). Основные задачи: 1. познакомиться с историей появления вакуумно-пленочного литья; 2. ознакомиться с основами технологического процесса изготовления художественных изделий промышленным способом ВПФ; 3. изучить правила технической эксплуатации производственного оборудования; 4. исследовать технологию ВПФ с помощью специальной научнотехнической литературы. На сегодняшний день вакуумно-пленочное литье, является перспективным и представляет особый интерес для будущего специалиста. 3 1. История развития и внедрения в отечественную промышленность способа вакуумно-пленочной формовки Эффект уплотнения сыпучих материалов под воздействием разрежения впервые был установлен в Японии при экспериментах с пищевыми продуктами. Затем в 1971 г. он нашел применение для уплотнения формы в литейном производстве и получил название вакуум-процесс (V-процесс) или (ВПФ). Технология предназначена для производства литейной формы посредством сухого песка без связующего, вакуума и термопластичной синтетической плёнки. Этот процесс, ставший революцией в литейном производстве, был запатентован. СССР были приобретены патенты и закуплена автоматическая линия производств, которая была эксплуатирована в г. Луганске на станкостроительном заводе в 1980 г. Затем появилась близкая ей копия на "Курганмашзаводе", которая работает и по сей день. Интенсивные исследования по технологии ВПФ и проектированию собственного оборудования начались уже с 1975 г. в ЦНИИ Материалов (СПб). Была спроектирована гамма установок и формовочных линий с различными производительностью и габаритными размерами опок для мелкосерийного и массового производства отливок из чугуна, стали, медных и алюминиевых сплавов, жаропрочных и специальных сплавов [2, стр.3]. В настоящее время по V-процессу получают отливки массой до 10 т с толщинами стенок до 500 мм. Размер отливок по ширине ограничивается шириной выпускаемой пленки (до 3000 мм), а по длине практических ограничений нет. Накопленный производственный опыт на ряде зарубежных и отечественных предприятий позволяет с уверенностью рекомендовать эту технологию для широкого применения при мелкосерийном и массовом производстве отливок, как обеспечивающую получение максимального экономического эффекта при минимальных [2, стр. 5] 4 2. Материалы для V-процесса На практике для процесса формовки рассматриваемым методом были необходимы материалы, перечисленные ниже. 1) Синтетические пленки. Вакуумная форма герметизируется тонкими синтетическими пленками: облицовочной, которая воспроизводит конфигурацию модели и в дальнейшем контактирует с жидким металлом и внешней, укладываемой на контрлад. На практике в качестве облицовочной использовалась пленка марки СЭВИЛЕН, толщиной 75-100 мкм, температура нагрева составляла 120-130 0С. Выбор внешней пленки не принципиален, в моем случае использовалась обычная полиэтиленовая. В целом, пленки должны быть тонкими до 0,05 мм, нетоксичными, высокопластичными и прочными и недорогими [4, стр. 9-10]. 2) Наполнители. В качестве основного материала вакуумных форм для стального, чугунного и цветного литья рекомендуется применять кварцевой песок мелкой фракции, что и использовалось на практике. 3) Противопригарные покрытия. Наносятся на облицовочную пленку со стороны наполнителя и препятствую проникновению жидкого металла в поры формы, а также дополнительно герметизируют ее поверхность. Рекомендуется применять самовысыхающие безводные краски и пасты. Мастер наносил покрытие кистью [4, стр. 15-16]. 4) Фильтрующие материалы. К ним относятся тканные, проволочные мелко-плетеные сетки, служащие для предотвращения попадания наполнителя в вакуумную систему через отверстия в откачивающих фильтрах опоки. Они должны обладать хорошей жаростойкостью, проницаемостью и быть долговечными [4, стр. 17-18]. 5 3. Оборудование и литейная оснастка Для изготовления форм методом ВПФ необходимо следующее оборудование: 1) нагреватель (Рис. 1) с приспособлением для захвата и переноски пленки (Рис. 2), предназначенные для быстрого равномерного нагрева синтетической пленки до температур пластической деформации (60-130 0С); Рис. 1. Электрический нагреватель Рис. 2. Приспособление для захвата и переноса пленки 2) вакуумная система (насосы, ресиверы, трубопроводы, фильтры и вакууметры), предназначенная для создания разрежения в полуформах во время формовки, заливки и затвердевания отливок (Рис. 3); 6 Рис. 3. Часть вакуумной системы 3) формовочный стол с вакуумным поддоном и вибрационной системой, на котором находится литейная оснастка (Рис. 4) [4, стр. 20-24]. Рис. 4. Формовочный стол с литейной оснасткой Литейная оснастка – это комплект приспособлений для изготовления отливок, в который входят модель отливки, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и др. 7 Рассмотрим некоторые из вышеперечисленных. 1) Модельная плита. Изготавливается из газонепроницаемых материалов (металл, дерево, пластмасса), на данном предприятии была металлическая модельная плита. В ней были сделаны вентиляционные отверстия диаметром 0,5 – 1 мм (Рис. 5) для связи модели с вакуумируемой полостью формовочного стола (поддоном) [4, стр. 35]. 2) Модели. Могут быть изготовлены из металла, дерева, пластмассы, гипса и др. материалов. Но конструкция и материал должны обеспечить отсутствие деформации модели при давлении 0,1 МПа. При габаритных моделях для удаления воздуха из-под пленки делают вентиляционные каналы подобно модельным плитам [4, стр. 39]. Рис. 5. Модельная плита с вентиляционными отверстиями 3) Опоки. В условиях вакуумной формовки они предназначены для быстрой откачки воздуха из объема наполнителя, герметизированного корпусом опоки и тонкими синтетическими пленками. Достигаемое в 8 полуформе разрежение является результатом установившегося равновесия между количеством воздуха, натекающего в полуформу и количеством воздуха, удаляемым из опоки в вакуумную систему. Откачка воздуха из опоки осуществляется трубой со специальными фильтрами, соединенной с вакуумной системой быстродействующими затворами и кранами [4, стр. 41]. Общая схема оборудования с оснасткой представлена на рисунке 6. Рисунок 6. Основное технологическое оборудование и литейная оснастка 9 4. Технологический процесс ВПФ 4.1. Изготовление формы Процесс подготовки и изготовления заливочной формы для детали осуществляется в несколько этапов. 1) Установка модели на модельную плиту формовочного стола, к которому подведен вакуум (Рис. 7.). Рис. 7. Установка модели для формовки 2) Покрытие модели облицовочной пленкой (Рис. 8). Нагретую до размягченного пластичного состояния пленку из полимерного материала помещают на заранее подготовленную модель. Затем вакуумный насос выкачивает воздух. В формовочном столе, устанавливается вакуум в 50 - 60 кПа. Это приводит к тому, что под действием приложенной силы полимерная пленка плотно прижимается к форме, точно воспроизводя ее контур [1, стр. 5]. 10 Рис. Покрытие модели облицовочной пленкой 3) Нанесение слоя противопригарной краски на модель, покрытую пленкой (Рис. 9) Рис. 9. Нанесение противопригарного покрытия 4) Установка опоки и заполнение песком. Опока ставится на покрытую пленкой модель и наполняется мелким сухим кварцевым песком без связующего (Рис. 10). Далее посредством вибрации песок равномерно распределяется в опоке. 11 Рис. 10. Заполнение опоки песком 5) Герметизация опоки и уплотнение смеси путем создания разрежения. Контрлад опоки покрываем полиэтиленовой пленкой (Рис. 11) и подключаем вакуум, после чего песок между двумя слоями пленки уплотняется (Рис. 12). В результате этого возникает разница внешнего и внутреннего давления на форме (приблизительно 40-60 кПа). Благодаря указанной разнице давлений получается форма для литья, обладающая достаточно высокой жесткостью. Значение жесткости формы по шкале твердости может достигать 90-95 ед [7]. Рис. 11. Герметизация опоки Рис. 12. Уплотнение песка в полуформе 12 6) Извлечение полуформы. От модельной плиты отключается вакуум, и опока под вакуумом снимается с модели (Рис. 13). Рис. 13. Схема извлечения полуформы Нижнюю часть опоки изготавливают точно также, как и описано выше (п. 1-6) для верхней части опоки. 7) Соединение полуформ. Затем прорезаются необходимые выпоры, в форму устанавливаются различные литейные стержни, которые после формовки изделия убираются, нижняя и верхняя части опоки совмещаются и происходит залитие формы (Рис. 14). Во время сборки полуформы остаются подключенными к вакууму [8]. Рис. 14. Форма готовая к залитию 4.2. Заливка формы, выбивка и очистка отливки Важно, что во время заливки и затвердевания отливки полуформы также остаются подключенными к источнику вакуума. Итак, после сборки формы можно выполнять заливку. Заливка форм производится из стопорных и чайниковых ковшей. При заливке происходит термодеструкция пленки, но целостность формы сохраняется. Остаточное 13 давление, при котором форма не разрушается, составляет 13,3 кПа, при более глубоком разрежении жидкий металл начинает проникать в поры формы. Прерывание струи металла при заливке обнажает пленку в районе литниковой системы и приводит к обвалам и разрыву формы. Как только температура отливки достигает значения, необходимого для сохранения ее прочности, форму подают на выбивную решетку и отключают вакуумные насосы опок [5, стр. 6]. Отливка остается на решетке, а наполнитель просыпается в приемный бункер под ней (Рис. 15). Рис. 15. Извлечение готового изделия Очистку отливок и удаление стержней производят способами, которые применяются в обычных песчано-глинистых формах. Очистка значительно упрощается, т.к. отливки полученные методом ВПФ, имеют незначительную шероховатость поверхности [3, стр. 54]. 14 5. Особенности ВПФ, преимущества и недостатки Особенности способа - применение тонких термопластичных синтетических пленок для облицовки рабочей поверхности, плоскости разъема и контрланда полуформы, что обеспечивает ее герметизацию, а также использование в качестве формовочного материала сухого песка с высокой текучестью без связующего, который уплотняется при создании небольшого вакуума (порядка 50 кПа) [3, стр. 6]. По сравнению с традиционными способами литья V-процесс имеет следующие технико-экономические преимущества: отсутствие износа литейной оснастки, т.к. ликвидируется прямой контакт моделей и наполнителя; снижение расхода формовочных материалов за счет использования оборотного песка без связующих, снижение брака литья; высокая размерная точность отливок; уменьшение припусков на механическую обработку; возможность изготовления тонкостенных отливок (от 3 мм); повышение чистоты поверхности отливок за счет расплавления пленки и образования на поверхности формы защитной корки; снижение трудоемкости за счет ликвидации тяжелых ручных операций набивки форм, выбивки и очистки отливок; улучшение санитарно-гигиенических условий труда, благодаря сокращению газовыделений из формы и снижению уровня шума; экологически чистая технология. 15 К недостаткам процесса следует отнести: сложный процесс изготовления литейной формы; от начала и до конца технологического процесса используется вакуум; тяжело механизировать труд, требуется строго соблюдение всех параметров технологического процесса; проблема пыли и охлаждения формовочной смеси [8]. 16 Заключение В настоящее время для получения литых изделий уже используется несколько десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Получение форм для литья методом вакуумно-пленочной формовки (ВПФ) является одним из прогрессивных и перспективных технологических процессов, поскольку обладает рядом преимуществ, главное из которых – экологичность технологии. К тому же данным способом, можно получать художественные отливки с повышенной чистотой поверхности и с высокой размерной точностью 17 Библиографический список и Интернет-ресурсы 1. Иванов В.Н., Карпенко В.М. Художественное литье: Учебное пособие. – М.: «Высш. шк.», 1999. – 206 с. 2. Илларионов И. Е., Кузнецов В. П. Вакуумно-пленочная формовка: Научно-технический и производственный журнал «Заготовительные производства в машиностроении» №10. – Воронеж: «Машиностроение», 2008 – 56 с. 3. Минаев А.А., Ноткин Е.Б., Сазонов В.А. Вакуумная формовка – Мн.: «Машиностроение», 1984. – 216 с. 4. Прокопенко А. А. Технические рекомендации по изготовлениюотливок методом вакуумно-пленочной формовки. – Луганск: «ВПТИМ», 1981. – 69 с. 5. Трухов А. П., Сорокин Ю.А. Технология литейного производства: учебник для студентов высш. уч. Заведений. – М.: «Академия», 2005. – 528 с. 6. Вакуум-пленочная формовка [Электронный http://vzto.ru/tehnology/vakuum-plenochnaja-formovka.html (дата ресурс]: обращения 11.12.17). 7. Вакуумно-пленочная формовка [Электронный ресурс]: http://npo- kzss.ru/vakuum-plenoshnaya-formovka/ (дата обращения 11.12.17). 8. Технология вакуумно-пленочной формовки [Электронный ресурс]: http://www.novochlit.ru/technology (дата обращения 11.12.17). 18
