Новости

ЛИТЬЕ ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ / 06.04.2010

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

ЛИТЬЕ ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ КАК ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРИОТЕХНОЛОГИИ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

В развитие технологии ЛГМ во ФТИМС НАНУ ведутся исследования по созданию концептуально связанного с ЛГМ (использующего ту же модельную и формовочную оснастку) нового экологически чистого способа производства металлотливок по одноразовым моделям изо льда как конструктивного или матричного материала с добавками или примесями. Оценивая развитие ледяных технологий как один из шагов в завтрашний день литейного производства с новым уровнем экологической культуры, отметим, еще в 1923 г. польский геофизик А. Б. Добровольский отрасль науки о льде во всех его видах и проявлениях, в своей монографии "Естественная история льда", предложил называть криологией. Термин «криотехнология» пока распространен лишь среди медиков и создателей холодильной техники, а лед как материал для изготовления промышленных конструкций еще не нашел широкого применения.

В ходе создания научных основ криотехнологии модельного и формовочного производства проводятся исследования тепло- и массообменных процессов при изготовлении одноразовых ледяных моделей, а также их таяния при получении песчаной литейной формы. Физико-аналитическое моделирование тепловых процессов, возникающих при замораживании моделей, позволило получить математическое выражение для определения температуры охлаждения пресс-формы в зависимости от требуемой толщины твердой поверхностной корки модели, и создать технологию изготовления модели заливки водной композиции в пресс-форму без ее специальной герметизации. Рассмотрены закономерности роста кристаллов льда при замерзании литейной модели и роста дендритных структур с точки зрения теории фракталов, что дало возможность практического подхода к измерению площади фронта кристаллизации ледяной литейной модели.

В результате исследования деструкции ледяной модели методом гравиметрии литейной формы определена зависимость изменения массы образца ледяной моделей от времени ее таянии. Построены графики потери массы вакуумированной песчаной формы в течение времени таяния и впитывания в песок ледяной модели с подсушкой формы около 1 мин., показывающие уменьшение массы продуктов модели в форме на 45% за счет испарении влаги и эвакуации ее из формы по системе вакуумирования формы. На основании исследований гидродинамики проникновения жидкого продукта деструкции одноразовой ледяной модели в толщу песка вакуумированной формы под действием градиентов газового давления и концентрации модельного материала разработан способ изготовления оболочковых форм путем пропитки связующим, в котором модель служит носителем этого связующего. В целом в форму из модельного расплава вводится около 0,3% связующего от массы песка, что значительно меньше, чем при введении его в холоднотвердеющие песчаные смеси.
Разработка составов водных композиций показала неплохую технологичность для ледяных моделей составов с водорастворимыми связующими и ПАВ, в частности, композиций с добавлением 10% полимерного реагента таких видов: крахмалита (ЭКР по ТУ 18-8-14-80); КМЦ; дисперсии ПВА; раствора жидкого стекла плотностью 1,08-1,09 г/см3. Эти гелеобразователи путем пропитки создают зону пониженной газопроницаемости поверхностных слоев песчаной формы, герметизируют и приближает ее свойства до вакуумно-пленочной формы, а в варианте затвердевания связующего – создают оболочковую форму.
Исследование способов нанесения на ледяные литейные модели пленки или коркообразующих покрытий с герметизирующими и противопригарными свойствами позволило достичь условий стабильной устойчивости песчаной поверхности формы из несвязанного песка и начать отработку технологии литья по этим моделям, а в результате исследования пропитки песка расплавом ледяной модели разработаны способы создания прочной песчаной оболочки. Для этого задействовали химические реагенты самотвердеющих формовочных смесей с коротким циклом отверждения, быстро создающих оболочковую форму вокруг ледяной модели. Такое применение криотехнологии для литья по одноразовым моделям минимизирует расход связующего и позволяет отнести эти работки к тематике работ по сохранению окружающей среды.