Вакуум- пленочноя формовка. Фирма HWSl. Вакуумпленочнаяформовка(тематическаяподборка)
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
V-процесс Бентонит не используется. Если в Японии на заводе Nippon Shario при производстве рам и балок по процессу всего брака, тона Брянском сталелитейном заводе по технологии ПФ на российских связующих — 11%, а на “Уралвагонзаводе” — 14% брака. В ы вод. Даже при высокой квалификации специалистов заводов по стальным отливкам рамы и балки все возможности ПФ уже использованы. Даже если предположить ошибку в оценке брака и принимать в расчете только 5%, то при годовом производстве 100 тыс. т отливок в год, потери завода на брак (которых при современной технологии не должно быть) составят млн/год = $2 тыс./т ґ 5 тыс. т (Даже 3% брака — это уже $6 млн/год убытков. Надеемся, это достаточно весомый аргумент для срочного уточнения всех расчетов по выбору современной технологии взамен традиционной песчаной формы. Какова же допустимая погрешность в расчетах? Например, по проекту модернизации завода (А по технологии ПФ 5% брака = 5 тыс. т $ 2 тыс. = = $10 млн потерь в год. При этом не учтено освежение 19% отработанной смеси, затраты на сушку 1,5 т песка (на 1 т отливок, $25…35 закупка, доставка. Итого, дополнительно $35…45 ґ ґ 100000 т/год = $3,5…4,5 млн/год потерь разница затрат по термообработке и механооб- работке по процессу и ПФ, например на 1 т отливок, тогда $100…200 ґ 100000 т/год = = $10…20 млн/год дополнительных затрат 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № Таблица Облицовочная смесь Наполнительная смесь Всего затраты на бентонит 3 Смесь 1 Бентонит 2 Смесь 1 Бентонит 2 50 / 4,22 380 / 49,4…76,0 50 / 4,220 148 / 19,2…29,6 68 6 105 6 41 6 86 6 3 10 5 , , , , ( , , ) K ј ј 45 / 3,798 342 / 44,5…68,4 55 / 4,642 162 / 21,0…32,4 65 5 100 8 3 9 6 05 6 55 10 1 , , , , ( , , ) ј ј ј 40 / 3,376 304 / 39,5…60,8 60 / 5,064 177 / 23,0…35,4 62 5 96 2 3 75 6 25 6 25 9 62 , , , , ( , , ) ј ј ј 35 / 2,954 266 / 34,6…53,2 65 / 5,486 192 / 25,0…38,4 59 6 916 3 58 5 49 5 96 9 16 , , , , ( , , Примечания. Расход бентонита 9% — для облицовочной, 3,5% — для наполнительной смеси. 1 В числителе — %, знаменателе — т. 2 В числителе — кг, знаменателе — затраты, $ (при цене $200 за 1 т). 3 В числителе — на 1 т отливок, $, знаменателе — на годовую программу 60 (100) тыс. т отливок, $ млн. Таблица 3 Отливка Размер, мм Масса отливки, кг Программа, тыс. шт./год Рама Балка 2415 ґ 555 ґ 650 2590 ґ 480 ґ 410 420 550 80…160 40…80 Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) l отвалы отработанной смеси 1,5 т 100000 форм/год ґ 90 Euro = 13,5 млн Euro убытков в год цена бентонита — до $300: расход 10% длят длят (на 1 отливку. Итого, неучтенных или ошибочно рассчитанных затратна бентонит форм/год = $8,3 (12,4) млн/год. Это реальные затраты только на бентонит при технологии ПФ. Небольшой произвол погрешности в расчетах — и не учтено $40 млн/год убытков завода. Причем, это затраты и убытки, которые не учли или неверно учли по технологии ПФ только по пяти позициям, а их — десятки, которые нужно уточнить, чтобы открыто говорить о затратах ПФ в сравнении с другими технологиями. При процессе этих затрат нет, так как нет четырех из пяти статей затрата качество отливок существенно выше, чем по технологии ПФ. Что касается линий, работающих на ХТС (процесс, то они также менее пригодны из-за высоких текущих затрата также из-за низкого качества отливок и др. Затраты только связующего на 1 т отливок — $258…438. Использование линий, работающих на ХТС (No процесс, нецелесообразно экономически. Это делает литейную продукцию неконкурентоспособной на рынке СНГ по сравнению с изготовлением отливок традиционными способами на линиях песчаной формовки или V-процессом. Для изготовления формы из ХТС требуется дорогостоящее качественное связующее, которое состоит из смолы и катализатора, ив нужных количествах в СНГ не производится (см. ниже). Цена 1 т в Европе, Расход, Смола ..................... 1700 Катализатор Цена 1 т смолы с катализатором — $2100. НДС, таможня (5%), транспорт (5%) — $678. Итого, затраты на 1 т смолы составят Расход смолы (табл. 5): теоретический — реальный может быть 1,5% (до 2%) от массы смеси (в зависимости от многих факторов, например состава песка и низких температур в цехе, особенно в зимнее время года). К перечисленным расходам на связующее добавляются расходы на освежение смеси (до противопригарное покрытие, разделительный состав и др. Тратить $20…40 млн в годна связующее нереально. ХТС-процесс возможен, если делать одну–две дорогие отливки вдень разнообразной, но опытной номенклатуры. Текущие затраты в годна смолу (связующее, даже без учета других затрат, превышают стоимость обсуждаемого оборудования. Поэтому ХТС-процесс для данных отливок можно сразу исключить из рассмотрения. Правда, при наличии АФЛ с размером опок или 3000 мм (песчаной формовки) можно, как минимум, поменять формовочный автомат на современный. Так, фирмой HWS проведена модернизация линий производства разных изготовителей более чем в 40 случаях, например, заменен устаревший формовочный автомат. Но для нового литейного производства крупных стальных отливок рекомендуем только процесс. Конечно, нужно заменить стержневую машину. Например, Кременчугский сталелитейный заводи Чебоксарский Пром- трактор купили стержневые автоматы для изготовления комплектных стержней для отливок рамы и балки. Следует отметить, что такие ЖД-отливки, изготовленные в Японии, признаны МПС России отливками высшего качества, что было достигнуто применением процесса. Отливки производства завода (Япония) соответствуют действующему сертификату качества МПС РФ. Завод отливает раму и балку для японских вагонов только по V-процессу, хотя на заводе есть линия ХТС и линия песчаной формовки. V-процесс позволил японцам делать раму и балку массой 310 и 320 кг, соответственно, а их поезда развивают скорость до 300 км/ч. Можно провести сравнение с отливками РФ и Украины, которые продолжают изготовлять в песчаной форме с массой 420…550 кг и огромным браком по горячим трещинам, газовым раковинами т.д. (конечно, некоторые бракованные отливки часто исполь- зуют). В обоснование нашей концепции модернизации сталелитейного производства приводим некоторые основные аспекты технологии ХТС-техноло- гии (No Bake). Положительные Линии ХТС (No Bake) могут иметь более низкие начальные инвестиции на оборудование, чем линии других типов, если использовать только смесители без автоматизации. Но когда поставлена задача оптимальной и эффективной модернизации завода, линии других типов могут обеспечить производительность враз большую, чем линия No на тех же площадях. Текущие затраты на связую- 6 ISSN 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № Таблица 5 Расход А Б В Смеси, т 390…395 тыс. 780…790 тыс. Смолы, т 4650…7900 19,3…37,5 тыс. Связующего, $ на 1 тот- ливок 258…438 12,9…21,9 25,8…43,8 млн. П р им е чан и е . Программа выпуска: А — 1 т отливки), Б — 50, В — 100 тыс. т отливок в год Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) щее по No Bake только за первый год работы линии будут превышать стоимость оборудования всей линии ХТС. Поэтому этот аспект для задач завода не имеет решающего значения. Отрицательные 1. Высокие текущие затраты, только на связующее это $258…438 на 1 т отливок. Большие расходы на вывоз в отвалы смеси по ХТС-процессу (см. ниже). В среднем, затраты на вывоз в отвалы в год могут составить $750…1500 тыс. при 10% отходов, но реально отходов всегда больше, а, соответственно, и затраты на них. Низкая производительность линий по ХТС (No Bake). Узкие места — длительные сроки заполнения формы смесью, предварительного отверждения до простановки стержней и сборки форм, окончательного отверждения перед заливкой. К сожалению, заливать металл в форму можно не ранее, чем через 1,5 ч после заполнения опоки смесью. По рекомендации специалистов и исходя из практического опыта, стальные отливки лучше заливать даже через сутки. На линиях другой технологии заливка возможна сразу после изготовления и сборки форм. По этой причине линии No Bake имеют существенно более длинные конвейеры и занимают много дополнительных площадей при сравнимой производительности. ХТС-процесс имеет самую плохую “экологию” из всех трех перечисленных технологий 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № Объем выпуска отливок в год, тыс. т .......... 50 Расход формовочной смеси в год, тыс. т ... 390 Объем отходов в отвалы после регенераци, тыс. т .................. 19,5 39 10%................ 39 78 15%................ 58,5 Затраты на расход свежего формовочного песка (цена 1 т $10).................................... 0,78 Цена за транспорт 1 т свежего песка и вывоз в отвал после регенерации (включая экологию, $ млн ............................. 1,17 Совершенствованию литейных технологий и оборудования нет предела, особенно в творчестве по Вакуум-Процессу при современных условиях В основном, линии вакуум-пленочной формовки оптимально использовать для стали, чугуна, цветных сплавов, с размером опок от минимального до мм (есть пример опок 10000 мм, с производительностью форм/ч. П реи м у щ ест в а технологии и линий вакуумной формовки заполняемость формы металлом при заливке выше на 30%, чем при сырой формовке (доказано на пробах по жидкотекучести, рис. 2); l форма обеспечивает минимальную температуру заливки металла за счет высокой заполняемости и теплоемкости самая низкая себестоимость отливок, на дешевле отливок, полученных в песчаной форме (ПФ, ив разы дешевле аналогичных отливок, изготовленных по ХТС (фуран- или a-set- процессом превосходное качество поверхности отливок без доводок (шероховатость мкм для стали, для других отливок можно достичь RZ-70 и чище нет традиционной системы смесеприготовления, достаточно транспортных операций с сухим песком (только обеспылевание и охлаждение песка нет системы регенерации смеси и отходов, эко- логичность процесса получение особо точных геометрических размеров, плоскостности и граней отливок минимальные допуски на механообработку литых деталей возможность изготовления тонкостенных стальных отливок точное воспроизведение форм и маркировок возможность обеспечения формовочного уклона до 0 град. или отрицательных уклонов с помощью отъемных частей модели минимальный расход заливаемых сплавов, меньше прибыли и т.д.; l отличное качество поверхности, не требующее дополнительной финишной обработки существенное уменьшение условий для горячих трещин возможность выбивки отливок при высоких температурах меньшие затраты на термообработку нет необходимости в специальном обучении пер- сонала. p Рис. 2. Проба на жидкотекучесть верхний ряд — по V-процессу, нижний — в ПФ Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Главное преимущество: стоимость и качество отливок по вакуумной форме — вне конкуренции Стремление акционеров улучшить условия работы на литейных предприятиях, а также экономические причины способствовали разработке и срочному освоению этого наиболее перспективного в настоящее время формовочного процесса. V-процесс — самый новый из способов изготовления ПФ (открыт 30 лет назад, активно развивается лети осваивается на передовых заводах России, Украины, Японии, Европы, США. Основа процесса — вакуум, посредством которого термопластичная формовочная пленка натягивается на соответственно подготовленную модель, что обеспечивает стабильность процесса по всем технологическим процессам, вплоть до выбивки (с временным отключением вакуума при охлаждении отливок). Краткое описание технической реализации V-процесса. Над натянутой на раму термопластичной пленкой (модельной пленкой) находится нагревательное устройство. Подогретая и поэтому очень пластичная пленка опускается на модель. В подмо- дельной плите устанавливается пониженное давление МПа пленка натягивается на модель, в точности повторяя ее контуры. После этого на пленку наносится противопригарная краска (по необходимости. При необходимости холодильники, стояки др. устанавливаются непосредственно на пленку. Опока опускается на модельную плиту, наполняется сухим, предпочтительно кварцевым (в случаев, песком без связующего. Контрлад полу- формы покрывается другой по составу вакуумной пленкой. Затем песок уплотняется между двумя слоями пленки посредством пониженного атмосферного давления (или вакуума. Вакуум подводится через клапан на внешней стороне опоки. После отключения вакуума в подмодельной плите полуформа верха, с обеих сторон закрытая пленкой, удерживаемой пониженным давлением, снимается с модельной оснастки. Нижняя полуформа изготовляется аналогично. Проставляются необходимые стержни обе части формы собираются в готовую форму. Пониженное давление поддерживается в процессе заливки и на начальном этапе затвердевания жидкого металла (достаточно коротком. При заливке пленка испаряется либо сгорает под влиянием заливаемого металла. Под воздействием горячего металла остатки краски проникают в форму и вместе с частицами песка образуют тонкую оболочку, которая упрочняет поверхностный слой формы, частично дублируя роль пленки. Для выбивки опоки вакуум отключается, песок высыпается без всякой вибрации, отливка освобождается для дальнейшей транспортировки. Многочисленные другие преимущества процесса привлекают внимание литейщиков во всем мире, но сегодня единственная компания-произво- дитель — концерн Sinto, работающий на разных территориях мира (патентодержатель). Вся история развития германской компании HWS (Heinrich Wagner Sinto) — известной на мировом рынке как единая инжиниринговая и производственная группа, стремится разработать оптимальный литейный цех. Воплощением этой идеи явилось создание высокоавтоматизированных линий процесса, который позволяет удовлетворить потребности литейных предприятий в наступившем XXI в. При этом производительность по процессу сегодня уже гарантированно может быть достаточно высокой даже для таких крупных отливок, как чугунная ванна, отливаемой, например, на заводе Франция, 48 форм/ч (опока год поставки линии фирмой HWS — 1981 г, работает и сейчас. Следует отметить, что отливки такого типа с минимальной толщиной стенки (4 мм) и высоким болваном проблематично изготовить другим способом формовки, с аналогичной степенью готовности к эмалированию. Можно выделить целую группу типовых отливок, которые наиболее эффективно изготовлять этой технологией. Это сложные развернутые плиты станков стальные рама боковая и балка надрессорная для железной дороги; вентили и задвижки из чугуна и стали для нефтяной и газовой промышленности, стрелки и крестовины для рельсовых путей, тонкостенные протяженные отливки типа чугунных ванн; цельнолитые задние мосты грузовиков и тракторов, литые опоки, плиты для фильтров, тюбинги и многие другие отливки с минимальным отношением металл/форма, отмел- косерийного до массового производства. Например, все секции для туннеля через пролив между Англией и Францией изготовлены из отливок, полученных V-процессом. Опоки. Вакуумные опоки имеют двойные стенки, сваренные герметично и оснащенные вакуумными окнами и трубами, а также обратными клапанами для того, чтобы внутри опоки можно было создать вакуум с наименьшими потерями. При этом начальные инвестиции по процессу много ниже, чем по линиям ПФ, и сравнимы с линиями по ХТС (No Bake- процессу, но производительность процесса существенно выше. Следует отметить, что используется очень низкий уровень вакуума (сравним с домашним пылесосом, поэтому герметичность достигается простыми дешевым методом сварки опоки конусными разъемами (опоки дешевле литых для ПФ). Литейная промышленность всегда старалась уменьшить допуск на размер отливок и повысить их воспроизводимость. Но уже тот факт, что при традиционном изготовлении ПФ на размерную точ- 8 ISSN 0024-449X. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 2004. № 8 Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) Вакуум-пленочная формовка (тематическая подборка) ность отливок влияют 63 фактора (источник Американское объединение литейных предприятий, показатель того, насколько трудна эта задача и велики затраты, связанные с ее выполнением. При изготовлении форм процессом количество факторов влияния значительно уменьшается, и остается лишь несколько, подлежащих постоянному контролю. К ним относятся характеристики пленки и краски, а также расход вакуумной установки. Следует учесть также, что сегодня постоянно увеличивающиеся затраты на охрану окружающей среды, регенерацию песка, хранение и т.д. — это те факторы, которые заставляют будущих инвесторов на каждом новом этапе модернизации обращаться к этой технологии, так как процесс наносит наименьший вред окружающей среде. Еще один аргумент в пользу данной технологии — особые качества вакуумных отливок и их преимущества при дальнейшей механообработке отливок, поскольку эти отливки могут производиться вообще без уклона на моделях, что существенно снижает затраты на их обработку. Размерная точность вакуумных отливок делает возможным изготовление тонкостенных деталей сложной поверхности с крайне узкими размерными допусками. Чрезвычайно гладкая поверхность вакуумных отливок делает возможной ее лакировку и покрытие эмалью без дополнительной обработки. Сухой кварцевый песок вакуумных форм представляет собой прекрасный теплоизолятор и сокращает скорость охлаждения отливок, поэтому отливки, находящиеся в форме достаточное время, демонстрируют те же качества, что подпитываемые или подогреваемые отливки. Вакуумные отливки по своему допуску на меха- нообработку настолько приближены к получаемым под давлением, что более экономичным является изготовление прототипов отливок ЛПД посредством процесса, а также проверка их пригодности до приобретения дорогостоящей оснастки для ЛПД. V-процесс не имеет равных в производстве форм для крупных и протяженных отливок с развитой поверхностью, традиционно получаемых ручным способом. В большинстве случаев достаточно небольшого вмешательства машины, чтобы создать экологически чистое рабочее место для персонала, изготовляющего формы со значительно меньшими за- тратами. Несомненно, имеется еще немало областей применения, в которых возможно проявление преимуществ процесса, который может предложить клиенту отливки, уникальные среди другой продукции за счет своей размерной точности, качества поверхности и структуры металла. Опыт традиционных технологий для литья |