Вакуум- пленочноя формовка. Фирма HWSl. Вакуумпленочнаяформовка(тематическаяподборка)
 Скачать 0.72 Mb.
|
Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) УДК Е. Н. Буданов (Фирма “Автотекс”) В ыбор технологии изготовления стальных отливок для железнодорожного вагонного парка Фирма HWS — Heinrich Wagner Sinto в составе концерна Синто изготовляет линии по всем трем известным технологиям формовки. За эти годы фирмой поставлено следующее количество комплектных формовочных линий: l V-процесс 250 ед, до 50…100 форм/ч, опоки габаритами до 5000…8000 мм безопочная горизонтальная форма в сборе со стержнями (FBO) > 200 ед, до 180 форм/ч; l песчаная форма (ПФ) — процесс 500 ед, до 250 форм/ч, опоки до 3000 мм; l ХТС-процесс, No Bake ( a-set, Фуран) > 600 ед., для единичного быстропереналаживаемого производства отливок без определенного размера формы, опочный и безопочный варианты (смесители, кантователи, конвейеры, вибростолы, регенерация и т.д.). В последние два года фирмой был проведен тщательный анализ и выбор оптимального варианта технологии изготовления рамы боковой, балки надрессорной, сцепки и других отливок грузовых вагонов. Изучен опыт многих предприятий по изготовлению различных стальных отливок, особенно крупных, для железных дорог Японии, Китая, отливок, изготовляемых на четырех производствах рам боковых и балок надрессорных России и Украины. Владея всеми тремя видами технологий (ХТС, ПФ, процесс, специалисты фирмы рекомендуют применять процесс для изготовления рамы боковой, балки надрессорной и аналогичных им по размерами программе отливок. Результаты исследований и шаги по модернизации заводов были проанализированы, а соответствующие результаты легли в основу вывода о бесспорном приоритете процесса для железнодорожных (ЖД) отливок. Х арак тер ист и к и ЖД-отливок, полученных по V-процессу. l Они дешевле на 25…30%, чем аналогичные отливки, полученные в ПФ, которые в свою очередь существенно дешевле отливок, полученных по ХТС. l Качество поверхности отливок самое высокое по процессу (до RZ-70). Нет причин для брака по газовым раковинами газовой пористости по вине формы. Форма по процессу — из обычного кварцевого сухого песка (без бентонита, воды при ПФ и без смол ХТС). Более того, в момент заливки и охлаждения из формы и стержневых знаков идет активный отсос газов системой вакуумирования. Заполняемость формы металлом по процессу на 30% выше, чем ПФ, что обеспечивает возможность заливки при меньшей температуре и, соответственно, более тонкостенных отливок. l Данные ЖД-отливки требуют использования опок 3000 ґ 1800 ґ 500 мм. Размер 3000 мм средний и оптимальный для процесса, однако он слишком высок для ПФ, особенно для стальных отливок. Для ПФ при условиях использования АФЛ оптимальный размер опоки — до мм. При этом есть примеры опок по V-процессу габаритами 8000 и даже 10000 мм. l V-процесс требует минимального состава оборудования нет необходимости в дорогих устройствах регенерации смеси, смесителях и т.д., как для ПФ и ХТС. По процессу используют сухой песок, который циркулирует в обороте с простейшим удалением различных включений и охлаждением. Оптимальный выбор технологии для изготовления стальных ЖД-отливок в современных условиях конечно принципиально отличен от традиционных вариантов изготовления отливок на базе разработок летней давности. процессу всего 30 лет, ПФ — тысячи лет. Для отливок рам боковых, балок надрессорных, автосцепок и других ЖД-отливок целесообразно использовать процесс в первую очередь, так как это крупные стальные отливки массового производства. Результаты вакуумной технологии можно увидеть на некоторых заводах Германии, Швеции, Франции, США, Японии, где производят крупные стальные отливки по процессу, более сложные, чем рама и балка. Кроме того, например, стрелочные переходы для рельсовых путей в США и Японии также изготовляются по V-процессу. История завода Sandvik (Швеция) может проиллюстрировать смену технологий литейных форм для крупных стальных отливок от песчаной (е гг.) до вакуумно-пленочной (с х гг. до настоящего вре- 1 ISSN 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № 8 Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) мени). Завод Sandvik по праву может быть назван самым современным сталелитейным заводом Европы. Отливки характеризуются исключительной размерной точностью. Характеристика литейного производства завода Сплавы 80% продукции — марганцовистая сталь — углеродистая сталь. т отливки ответственного назначения. 40…50-е гг. Изготовление отливок только в сырых песчаных формах, (связующее — бентонит, встряхивающие прессовые машины). Конец х – начало х гг. Некоторые формы изготовляют при помощи самотвердеющей формовочной смеси на масляном крепителе (сушка форм в сушильной печи гг. Освоение ХТС на основе фурановой смолы, продолжение работ по бентонитовым смесям. Начало х гг. Освоение процесса на опоках 1250 ґ 300/750 мм на одной формовочной машине (15% отливок г. Применение процесса (II этап модернизации) на второй формовочной машине для крупных форм 2400 ґ 2400 ґ 900/900, 2400 ґ 2400 ґ ґ 500/900, 2000 ґ 2000 ґ 500/900 и 2000 ґ 2000 ґ ґ 900/900 мм (70% отливок. Параллельно используется встряхивающая с подпрессовкой машина для изготовления сырых песчаных форм (связующее бентонит г. Окончательный и полный перевод формовки на процесс (III этап модернизации. Демонтаж последней встряхивающей машины. Добавлены формы 1450 ґ 1450 ґ 300/750 и 1450 ґ 1450 ґ ґ 750/300 мм (97% отливок). Высота отливки (max) — 1600 мм при высоте опоки 900/900 мм. Масса (max) — 8…10 т, имеется опыт поболее крупным отливкам (12 т). Используемая краска — на спиртовой основе с магнезитом (Foseco) тип ISOMOL 580, покрытие Используется оливиновый песок, как и на других предприятиях Швеции, выпускающих отливки из стали, независимо от способа формовки. Термообработка отливок отжиг — нагрев в течение ч дои мин — выдержка. Затем охлаждение водой. Что касается очистки поверхности, то отливки иногда получают с поверхностью RZ-80, без дополнительной обработки, только обдув от песка. История модернизации производства крупных стальных отливок подтверждает правильность выбора вакуумно-пленочной формовки для производства рам боковых, балок надрессорных, автосце- пок и т.д. При этом многие мелкие отливки также эффективно изготовлять по V-процессу. Для реализации проекта изготовления отливок рамы и балки в октябре 2002 г. Японию посетили специалисты МПС РФ, “Промлита” (г. Чебоксары) и германского филиала фирмы HWS. Исследована и тщательно проанализирована технология изготовления данных отливок по процессу. Известно, что на HWS ив головном концерне Sinto в Японии работают квалифицированные исследователи и технологи, которые запустили в работу десятки формовочных линий и имеют опыт, который будет полезен клиентам этой фирмы. Следует учесть и то, что по процессу нет других поставщиков оборудования, так как именно HWS является владельцем патента на процесс. Более того, дог. фирма выплачивала проценты с каждой отливки, изготовленной по вакуумной технологии. Пример выбора технологии для крупных стальных отливок Например, при выборе технологии изготовления стальных ЖД-отливок рамы и балки анализ результатов при равном уровне автоматизации и производительности форм/ч (20 т отливок в час) показали следующее. Именно процесс позволяет получать самые качественные и самые дешевые отливки Самые же дорогие и с большей склонностью к “горячим трещинам, газовой пористости и другим дефектам — это отливки, изготовленные по No Bake (Фуран-процессу). Средний вариант по затратам на изготовление литье в ПФ. При этом, разрыв между процессом и No В — значительный, как по качеству отливок, таки по текущим затратам. Начальные инвестиции V-процесс не требует смесеприготовления и регенерации (только охлаждение и транспортировка обычного сухого кварцевого песка. Фуран-про- цесс и ПФ требуют значительных инвестиций на оборудование для смесеприготовления, регенерации, дополнительных цеховых площадей и т.д. Устройства автоматизации (кантователи, сборщики, конвейеры заливки и т.д.) примерно равны по цене. Однако длина участков изготовления форм, заливки и охлаждения по процессу намного короче. Например, по Фуран-процессу съем опоки с модели — через 45 мин (min), заливка — через 1 ч, лучше через несколько часов. Стоит учесть, что сумма начальных инвестиций при программе форм/ч несильно зависит от производительности линии, так как необходима минимальная комплектация (для любой технологии 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № 8 Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) 3. Размер формы Для двух отливок оптимален выбор опок 1800 ґ 500/500 мм. Максимальный размер 3000 реален для процесса и ХТС. Для ПФ размеры опок 2000 — уже экзотика и редкое исключение (эксперимент. Например, в г. Абакане линия таки не была пущена в работу и разобрана на запчасти. Анализ линий песчаной формовки показал, что АФЛ с опокой 3000 мм и выше в мире нет. Для стали красная черта по размеру опок еще ниже мм. Из 970 линий, поставленных разными фирмами в последние десятилетия 1% с опокой > 2000 мм мм по обсуждаемому проекту нет вообще). Вот примеры АФЛ, рассчитанных на крупные опоки. Германия ........................................... 1962 г мм Италия ............................................... 1966 г мм г. Абакан. 1966 г мм г. Кременчуг ..................................... 1973 г мм Индия ................................................. 1983 г мм Будерус (Германия. 1995 г мм (СЧ. Fischer (г. Лейпциг, Германия) 1992 г мм (ЧШГ) Турция, ц ktas ................................. 1996 г мм (ЧШГ) В тоже время по процессу поставлено 40% линий с опокой 2000 мм, есть опока 8000 мм. Если с опокой 1500 мм по процессу — 56% линий, то по ПФ — единицы. Вывод. Если опока 1700 мм, выбор — процесс или ХТС. Анализ выполнен по референц-листам различных поставщиков АФЛ за последние 20…40 лет. Фактор размера и площади опоки мм П 1800 мм = 5,4 мм площадь кухни в “хрущевке”. Представьте пресс, который из сырой смеси (с 4% воды) делает прочную и равномерную форму. Таких линий для ПФ в мире более чем залет не было. Но были линии пои ХТС-процессам для опок гораздо больших размеров. В чем же разница ПФ, ХТС и процессов ПФ уплотняется прессованием с поверхности и, соответственно, неравномерно по объему. Форма по ХТС и процессам уплотняется объемно, то есть каждое зерно за счет вакуума уплотняется индивидуально, а в целом объемно и равномерно. Поэтому фактор размера и площади опоки по процессу на порядки менее значим, чем для ПФ, по которому начинаются зоны риска (а часто иного риска) и брака на больших опоках. Анализ опыта сотен заводов, на которых успешно работают АФЛ пои ПФ-процессам, показали следующее для опок і 2000 мм процессом в Европу поставили для ПФ — до 1% АФЛ; l для опок > 2500 мм за последние 20 лет для ПФ не было ни одного поставшика оборудования; по процессу появились линии с опоками 3000, 3500, 3950, 4500, 4900, 6050, 6700, 7100 мм и др. То есть, линии по процессу имели двойной запас по габариту опоки. Следует отметить, что после развития V- и ХТС-процессов максимальные длина и площадь опоки на линиях с ПФ существенно уменьшились. Более того, если в е гг. технология ПФ была ре- ализуема чаще встряхиванием, то сегодня это только воздушный поток + прессование. Поэтому опираться на опыт со встряхивающими машинами не представляется возможным, когда говорим о крупных опоках, уплотняемых современными методами ПФ 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № 8 70 60 50 40 30 20 10 Количество лин ий 0–5 00 500 –10 00 100 0–15 00 15 00 –2 00 0 20 00 –2 50 0 25 00 –30 00 30 00 –35 00 35 00 –4 00 0 450 0–5 00 0 40 00 –450 0 50 00 –55 00 55 00 –60 00 60 00 –65 00 65 00 –70 00 70 00 –75 00 Длинаопоки, мм а Кол ич еств о лин ий Площадь опоки (в свету, м 0–2 2–4 4–6 6–8 8–10 10–12 12–14 100 80 60 40 20 По проекту модернизации завода площадь опоки 5,4 м Опыт — 33 линии с опокой площадью 4–6 м 2 б Кол ич еств о лин ий 0–500 500– 1000 1000– 1500 1500– 2000 2000– 2500 2500– 3000 3000– 3500 Длинаопоки, мм 10 8 6 4 2 0 в p Рис. 1 Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) На рис. 1 приведено количество поставленных фирмой HWS линий по V-процессу: а, б — в Японию, Россию, Европу; в — только в Европу а, в в зависимости от размера, мм, и б — площади, м 2 , опоки. В табл. 1 и 2 дано сравнение количества поставленных в мире с 1984 по 2003 гг. линий (ПФ и V-процесс) по размерами площадям опок. По проекту модернизации сталелитейного производства для отливок рам и балок принята опока длиной 3000 мм и площадью 3000 ґ 1800 = 5,4 м 2 Внимание! Площадь опок — базовый параметр при расчете сил прессования для ПФ. Таким образом, длина и площадь опоки только для одного завода РФ существенно выше всех известных в мире линий с ПФ, но вполне соответствует аналогичным линиям по V-процессу. Ниже приведены результаты сравнения количеств поставленных в мире с 1983 по 2003 гг. АФЛ по ПФ- и процессам (А — всего линий, В — линий для отливок из стали, в числителе — количество, шт, знаменателе — %). А В ПФ .......................... 390 16 / процесс 43 Анализ поставленных для стального литья линий с ПФ показывает, что 99% всех АФЛ (с 1984 г.) рассчитаны на опоку до 1900 мм. Сегодня предел для этих линий — опока 2500 мм, но и это уже экзотика. Ас учетом погрешности выбора в 5%, получаем максимальный размер опоки для технологии ПФ всего 1500 мм. Если говорить о площади опоки, то 99% всех линий, поставленных на стальзаводы с 1984 г, рассчитаны нам. Предел этих АФЛ — площадь опоки 4 мА с учетом погрешности выбора в получаем максимальную площадь опоки 2 м 2 Вспомним, что в проекте модернизации Российского стальзавода — опокам, что для линий с ПФ хотя теоретически и возможно, но практически сложно. К тому же результат непредсказуем при сомнительном качестве более дорогих отливок. Производительность ЖД-отливки — крупные, и реально можно снять лишь 15…20 форм/ч (30…40 отл./ч); 10 форм/ч экономически невыгодно, так как необходимо окупать инвестиции. Наличие опок необходимо во всех трех случаях (V-процесс, ПФ, фуран-процесс). Для опоки размером мм сырая импульсная формовка достаточно трудоемка и дорога. Для процесса необходима лишь двухстенная сварная опока с трубами вакуумирования и конусом подвода вакуумпрово- да. Нет таких высоких нагрузок, как в ПФ. Следует отметить, что при форме в 3000 мм без опоки невозможно манипулирование с ХТС-фор- мой, проблематична точность сборки, вероятна высокая аварийность и т.д. V-процесс — безотходный, тихий, самый “эколо- гичный”, что в дополнение к низкой стоимости отливок высшего качества ставит его вне конкуренции при изготовлении отливок рамы и балки. Текущие затраты на 1 т отливок — самые низкие в процессе. Дополнительные затраты — только на пленку, при экономии по всем другим статьям. Для ПФ — значительные затраты на бентонит, освежение песка до 25…45%, регенерацию смеси, вывоз в отвалы и т.д. Проведем анализ затрат для типовых ЖД-отли- вок — рамы боковой и балки надрессорной табл. Металлоемкость формы для отливки рамы — 970 кг, балки — 1190 кг. Используют низколегированные углеродистые стали ГЛ, 20ГФЛ, 20ГТЛ. 4 ISSN 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № Таблица Опока площадью, м 2 , более ПФ V-процесс Европа Япония + Европа 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 31 / 6,34 11 / 2,25 4 / 0,82 2 / 0,41 2 / 0,41 0 /0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 37 / 72,55 29 / 56,86 22 / 43,14 17 / 33,33 17 / 33,33 13 / 25,49 13 / 25,49 5 / 9,80 2 / 3,92 175 / 78,48 130 / 58,30 89 / 39,91 69 / 30,94 53 / 23,77 41 / 18,39 30 / 13,45 15 / 6,73 9 / Примечания. Всего изучено линий для ПФ 489, для процесса — 51 в Европе ив Европе+ Японии. В числителе — количество, шт, знаменателе — Таблица Опоки размером, мм, более ПФ V-процесс 1500 22 / 4,50 116 / 52,02 1700 9 / 1,84 94 / 42,15 1900 5 / 1,02 78 / 34,98 2100 2 / 0,41 57 / 25,56 2300 2 / 0,41 46 / 20,63 2500 0 / 0 29 / 13,00 3000 0 / 0 16 / 7,17 3500 0 / 0 13 / 5,83 4000 0 / 0 9 / Примечания. Всего изучено линий для ПФ — 489, для процесса — 223. 2. В числителе — количество, шт, знаменателе — %. Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Песчаная формовка Ориентировочный расчет затратна бентонит. Расчет песка на 1 т отливок опока 3000 ґ 1800 ґ 500/500 мм — 5,4 м 3 (об- щий объем металлоемкость: рамы — 970 кг или 0,124 м 3 , балки — 1190 кг или 0,152 м объем стержней для отливки: рамы — 2 ґ 214 = 428 кг или 0,281 м 3 , балки — 2 ґ 199 = 398 кг или 0,265 м объем песка в форме на 1 т отливок: рамы — 5,205 мили 8,329…8,59 т (плотность т/м 3 ), балки — 5,193 мили 8,31…8,57 т (плотность 1,6…1,65 т/м 3 ). Итого: расход песка на 1 т отливок 8,1 …8,59 т т отливок шт. рам, балок) или 8,44 т песка (в среднем) на 1 т отливок. Итого, затраты только на бентонит в год составят $5,50…6,86 млн (min) на 60 тыс. т отливок или млн на 100 тыс. т отливок. Следует также учесть, что при цене $130 за 1 т бентонита из Хакассии — качество его достаточно низкое, поэтому расход должен быть вышеуказанного в табл. 4. Цена $200 за 1 т бентонита — фирмы “Бентопром” (Россия). Сегодня реальные данные Кременчугского сталелитейного завода по ПФ для ЖД-отливок примерно следующие бетонит — 3,5% для оборотной смеси и 9% для облицовочной смеси расход облицовочной смеси — 45% от объема формы вывоз в отвалы — 14 тыс. т отходов смеси в месяц. |