Обзор состояния технологий изготовления стержней

На смену «Hot-Box»-процессу конца 70-х годов в литейной практике широкое применение получил процесс «Cold-E'.ox» для отверждения стержней в оснастке без на­грева с продувкой газовым катализатором. Наиболее применяемыми разновидностями процесса стали в США: «Cold-Box-Amin», «Эпокси-SO₂» и «Redset», в Европе: «Cold-Box-Amin», «Betaset», «FRS» и в небольших объемах другие.

В отечественном литейном производстве до настоящего времени применяются процессы тепловой сушки в специальных сушилах и отверждения стержня в ящике за счет тепла его нагрева. Эти процессы не обеспечивают требуемой точности геометри­ческих размеров стержней и, соответственно, отливки, требуют повышенных затрат энергоресурсов, имеют низкие экологические показатели.

По инициативе ИТЦМ «Металлург» процесс «Cold-Box-Amin» в последние годы стал применяться в отечественном литейном производстве, проявляя все свои положи­тельные качества и завоевывая признание специалистов. При внедрении нового про­цесса изготовления стержней специалисты предприятий сталкиваются с некоторыми трудностями технического плана, неизвестными им до перехода на новый процесс.

Настоящий технический материал «Процесс «Cold-Box» при изготовлении пес­чаных стержней» в производстве отливок из Ал-сплавов и чугуна информирует о тех­нических особенностях процесса «Cold-Box», механизме уплотнения и отверждения стержня, технологических возможностях процесса, характерных особенностях приме­няемого оборудования и стержневой оснастки; предназначен оказать техническую помощь специалистам литейных производств предприятий машиностроения при пере­ходе на процесс «Cold-Box-Amin».

Сегодняшнее состояние технологии производства стержней для отливок на ба­зовых заводах, производящих автомобили, моторы, тракторы в нашей стране является отсталым и не соответствующим современному уровню. Уровень применяемых техно­логий изготовления стержней в литейном производстве на некоторых предприятиях машиностроения характеризуется следующими данными:

Московский автозавод им. Лихачева: в основном производство в горячих ящи­ках плюс одна машина, которая переделывается под холодно твердеющие смеси.

Горьковский автозавод: горячие ящики плюс один комплект оборудования фирмы «Laempe» для производства отливок стержней для отливок двигателя «Штайер» и плюс одна машина емкостью 1 литр - экспериментальная.

Уральский автозавод: горячие ящики и тепловая сушка.

Ярославский моторный завод: горячие ящики и частично тепловая сушка.

Челябинский тракторный завод: очень много тепловой сушки, в том числе практически все стержни для блока цилиндров. Часть стержней изготавливается из плакированных смесей.

Рыбинские моторы (дизельные двигатели): тепловая сушка и немного стержней из плакированных смесей.

Камаз: стержни в сталелитейном производстве из плакированных смесей, в чу­гунолитейном - горячие ящики и впервые в стране освоена технология производства стержней из холодно твердеющих смесей по процессу «Эпокси-SO₂». В цветном литье - «горячие» ящики

Волжский автозавод: нет производства стержней из холоднотвердеющих сме­сей. Только «горячие» ящики.

Заволжскиймоторный завод: производство стержней в горячих ящиках - 90 %, небольшой объем печной сушки (≈10%) и первый блок стержневых машин 5 и 50 лит­ров ф. "Laempe" для производства стержней из холодно твердеющих смесей по амин-ному процессу.

Альметьевский насосный завод: производство стержней по горячей оснастке из плакированных смесей. В новом литейном производстве процесс "Cold-Box-Amin".

Московский «Борец»: производство стержней по горячей оснастке.

Лебедянский машиностроительный завод: осваиваются первые две машины фирмы «Laempe» (10 литровых) для производства стержней погружных центробеж­ных насосов из ХТС.

Мценский литейный завод - горячие ящики.

Здесь перечислены только некоторые из ведущих заводов машиностроения. Но, как видно, на них производство стержней в основном осуществляется по отсталой технологии - либо с тепловой сушкой, либо в нагреваемой оснастке. Технология произ­водства стержней на заводах не обеспечивает выполнение требований, предъявляемых в настоящее время к отливкам.

Из экспертных оценок современного уровня технологии производства стержней в индустриально развитых странах можно сделать следующие выводы.

От общего объема производства стержней машинного изготовления в не нагре­ваемой оснастке производится порядка 80 % стержней. Если за 100% принять произ­водство стержней в не нагреваемой оснастке, то доли разных процессов примерно рас­пределяются так: с продувкой сернистым газом (Эпокси-SO₂) 4 -5 %, метилформиат-ный процесс (Beta-Set) 3%, с продувкой СO₂ (Carbophen) 10-12 %, "Cold-Box-Amin" 75-80%.. В автомобильной и моторной промышленности процесс "Cold-Box-Amin" со­ставляет более 90%.

Причины развития процессов "Cold-Box" с газовой продувкой известны. Это в первую очередь снижение энергетических затрат, высокие качественные параметры из­готавливаемых стержней, возможность получать крупные стержни, превышающие по объему емкость пескострельной головки, за счет проведения нескольких "выстрелов". Стоимость не нагреваемой оснастки в зависимости от материала изготовления снижа­ется от 10 до 12 раз. Процесс замены и наладки нового комплекта существенно снижа­ется. Сразу после съема комплекта оснастки можно приступить к интенсивной очистке рабочей поверхности, что возможно осуществлять с помощью кристаллов ССЬ. Выше размерная точность стержней, хорошая выбиваемость. Равномерное распределение прочности по сечению стержня. На рабочем месте более благоприятные условия труда. В ряде случаев высоких параметров качества стержней и экономичности их изготовле­ния на предприятиях добиваются применением таких процессов "Cold-Box", как ме-тилформиатного, Резол-СО₂ и Эпокси-SO₂

Процессы отверждения стержней продувкой амином продолжают совершенст­воваться. В зарубежной практике появился новый процесс "Эшамин +", который дает дополнительные преимущества. При продувке триметиламином снижается расход газа, увеличивается производительность стержневой машины, повышается начальная проч­ность стержней и т.д. Фирмой «Эшланд», США, разработан новый процесс "Айзо-макс" который имеет другой механизм полимеризации и позволяет использовать обо­рудование для холодных ящиков с незначительной доработкой. Важность этого про­цесса еще и в том, что он позволяет получать тонкостенные, сложные стержни без осо­бых затрат труда технологов.

Внедрение "Cold-Box''-процесса для массового производства стержней у нас в стране началось с Камского автомобильного завода, который освоил процесс «Эпокси-SO₂» в чугунолитейном корпусе в первую очередь для стержней блока цилиндров.

КамАЗ осуществил технологический прорыв в литейном производстве нашей страны, доказав, что можно работать с газовой продувкой.

В 1994 году Инженерно-технологический центр машиностроения «Металлург» организовал первый выезд группы специалистов литейного производства на предпри­ятия в Германию, которой была предоставлена возможность познакомиться с процес­сом "Cold-Box-Amin"H оценить его. После поездки на совещании в ИТЦМ «Метал­лург» с руководителями литейных производств предприятий Ярославского «Автодизе­ля», Челябинского тракторного завода, ЗИЛа, Волгоградского тракторного и ряда дру­гих было принято решение, что новый процесс целесообразно использовать в литейной практике в нашей стране.

Для решения сложных вопросов создания и организации выпуска отечественных аналогов материалов для процесса "CoM-Box-Amin" были привлечены российские уче­ные и специалисты предприятий: «Дистен-М», «Полион». Большой вклад в разработку химических материалов внесли лично д.т.н. Жуковский С.С., к.т.н. Пономарев И.Н.., главный металлург ГАЗ’а Колпаков А. А. и его коллеги.

Все намеченные мероприятия были выполнены, и в 1996 году первая 10 литро­вая машина, приобретенная у фирмы «Laempe», заработала по процессу "Cold-Box-Amin" в НИИТАвтопроме. На этой машине было отработано изготовление сложного стержня для отливки головки блока на опытном стержневом ящике для Заволжского моторного завода. Впоследствии на этой машине проводилось опробование других стержней для дизельного двигателя Заволжского моторного завода.

Горьковским автозаводом была приобретена однолитровая машина фирмы «Laempe», на которой проводились все испытания материалов, изготавливались мелкие стержни, проводилось обучение заводских специалистов.

Затем начались проработки внедрения нового процесса изготовления стержней на Заволжском моторном заводе (1996-1997 гг.)

В 1998 году предприятия «Протон-Пермские моторы» и Горьковский автозавод приобрели оборудование «Laempe» для сложных стержней двигателей. Это было новое решение в отечественной промышленности. До этого считалось, что машины «Laempe» должны работать в крупносерийном производстве. На предприятии «Про­тон-Пермские моторы» на машине емкостью 60 литров было организовано изготовле­ние комплекта сухой формы (комплект состоит из 20 стержней и весит 700 кг.) для мелкосерийного производства из алюминиевых сплавов отливок сложного ракетного двигателя с очень тонкими стенками и с высокими требованиями по точности. Машина и процесс были успешно освоены.

На Горьковском автозаводе был приобретен комплект стержневой оснастки и успешно освоено производство стержней на машине 50 литров ф. «Laempe» для отли­вок блока двигателя «Штайер». Позже предприятие «Авитек», г. Киров, (государст­венное унитарное предприятие Росавиакосмоса) так же освоило этот процесс изготов­ления стержней на стержневой машине 20 литров ф. «Laempe». В настоящее время идет освоение процесса на Оскольском заводе металлургического машиностроения. Лебе­дянский машиностроительный завод осваивает машины емкостью 10 литров по изго­товлению сложных стержней для отливок погружных центробежных насосов нефтяной и газовой промышленности.

При освоении нового процесса изготовления стержней практически все специа­листы встретились с определенными трудностями.

Освоена новая технология изготовления стержней на Минском тракторном за­воде. Для Минского тракторного завода стержневые машины под новый процесс изго­товил институт «БЕЛНИИЛИТ». Московский завод им. Лихачева совместно с «Лита-форм-НИИТАвтопром» осуществляет переделку стержневой машины горячего процес-

са «Нанива» на процесс "Cold-Box-Amin". Осваивается процесс изготовления стерж­ней на Курганском машиностроительном заводе, Чебоксарском агрегатном и др.

В настоящее время изготовление и поставку материалов для процесса "Cold-Box-Amin" осуществляет предприятие «Полион-П». Материалы полностью удовлетво­ряют потребителей по качеству, но доставка их до потребителей отдельных регионов страны вызывает значительные затраты на транспортировку, иногда имеют место сры­вы в сроках поставки. Прорабатывается организация их производства на других пред­приятиях химии: Дзержинских предприятиях «Южный» и «Заря», Уральской химиче­ской компании «Уралхимпласт», г. Нижний Тагил.

Процесс "Cold-Box-Amin" преобладает в литейном мире, но в отдельных случа­ях целесообразнее применение таких процессов "Cold-Box", как метилформиатный, ре-зол-СО2, Эпокси-SO₂. Решение принимает главный металлург предприятия.

ИТЦМ «Металлург» может предоставить полную информацию по этим процес­сам.

Хорошо показало себя оборудование фирмы «Laempe», работоспособно обору­дование «БЕЛНИИЛИТ», «Литаформ-НИИТАвтопром». Имеет свои положительные качества оборудование европейских фирм: Лораменди, Хотингер, ДИСА и др. Право выбора за предприятием.

Жизнеспособен вариант переделки машин, имеющихся на предприятии, с про­цесса "Hot-Box" под процесс "Cold-Box-Amin". Однако, считать его лучшим не следу­ет. Есть опыт в этом у зарубежных фирм. Так, американская фирма Катерпиллер, на литейном производстве которой российским специалистам удалось побывать, ряд крупных машин переделывается с "Hot-Box" на "Cold-Box-Amin". Фирма считает, что на данном этапе для нее это выгодно, потому что выбросить все старые машины фирма пока не имеет возможности.

У нас над модернизацией стержневых машин с "Hot-Box" на "Cold-Box-Amin" сейчас работают «БЕЛНИИЛИТ» и «ЛИТАФОРМ-НИИТАвтопром». Имеются опре­деленные достижения.

(По материалам технического семинаре по современным процессам изготовления стерж­ней на Заволжском моторном заводе (23 - 26 октября 2001 г., г. Заволжье)