Основным критерием производства отливок деталей запорной арматуры (рис. 1), использующейся на объектах высокого давления (трубопроводы, цистерны и т. д.), является ее прочность и герметичность. Наличие скрытых дефектов металла, не выявленных в период всего изготовления задвижки, в процессе ее эксплуатации может привести к колоссальным экономическим потерям.
На некоторых литейных предприятиях России, специализирующихся на выпуске отливок деталей запорной арматуры и использующих технологию вакуумно-пленочной формовки (ВПФ), позволяющую создать оптимальные условия их производства, качество отливок остается низким. В основе технологии ВПФ лежит использование вакуума, сухого песка и синтетической пленки.
Для понимания проблем, возникающих в литейном производстве, рассматривая понятный всем бытовой процесс приготовления еды, знаем, что для ее готовки используется (в основе) источник тепла и посуда (кастрюли, сковородки и т. д.).
На сковородке мы готовим яичницу, жарим рыбу, а в кастрюле мы готовим борщ, варим кашу, и не наоборот, т. е. используя одни и те же технологические составляющие для качественного приготовления разнообразных блюд, применяется конструктивно разная посуда и индивидуальные режимы готовки. Хочется спросить, почему же для производства практически всех групп отливок предлагается и используется однообразное технологическое оборудование и оснастка?
Предлагаю детально рассмотреть работу автоматической линии (АФЛ) ВПФ производства компании HWS-Sinto (Германия), предназначенную для получения отливок деталей запорной арматуры (рис. 2), и определить существующие причины невысокого качества производимой на ней продукции.
Конструкция основной группы деталей запорной арматуры представляет собой объёмную пустотелую форму с большим количеством переходов разной толщины стенок.
Анализ поэтапного производства отливок:
1. Установка (замена) модельных плит производится вручную (технологическое время не предусмотрено). На время установки модельных плит работа автоматической линии приостанавливается.
2. Облицовка моделей синтетической пленкой (рис. 3) выполняется под визуальным контролем работника (автоматикой технологического оборудования АФЛ не предусмотрен контроль процесса облицовки с внесением поправок в режим работы нагревателя). В связи с существующими различиями свойств полотна используемой синтетической пленки даже в одном и том же рулоне (по толщине, по степени растяжения, по цвету), а также большой высоте моделей, предполагающей глубокую вытяжку облицовочной пленки, периодически происходит неполная облицовка модели либо вообще отрыв пленки от нее. Для устранения этой проблемы производят остановку работы линии и проводят повторную облицовку. Иногда требуется перенастройка режимов работы нагревателя пленки.
3. Облицовка пленкой и установка съёмных элементов модельных комплектов (выпора, стояк, прибыли и т. п.) выполняются вручную (рис. 4).
4. Покраска модели антипригарным составом (рис. 5) производится рабочим за один раз.
Цикл выполнения данной операции (3 минуты) включает в себя:
• подачу облицованной подмодельной плиты с моделью к месту покраски;
• вход работника в покрасочную камеру;
• покраску модели антипригарным составом;
• выход работника из камеры;
• установку опоки;
• сушку покрытия, которая осуществляется на этой позиции за те же 3 минуты.
Покраска модели, имеющей сложную объемную разветвленную форму, за столь короткий промежуток времени приводит к образованию подтеков (особенно на ее наклонных и вертикальных стенках), образованию неравномерного слоя покрытия. Нанесение соответствующего по толщине равномерного слоя краски, а также полноценная сушка окрашенной поверхности модели в автоматическом режиме за столь короткий временной промежуток времени (цикл выполнения операции) для такого типа отливок на этом оборудовании не представляется возможной.
Справка: слой антипригарного покрытия для стальных массивных отливок должен составлять не менее 2,5-3 мм, при том, что покраска должна проводиться послойно с сушкой каждого из нанесенных слоев краски раздельно.
5. Загрузка песка в опоку с его виброуплотнением и выравниванием песка по верху опоки, а также укладка герметизирующей пленки производятся на одной позиции формовочной карусели. При существующем цикле операции в 3 минуты выполнение описанных технологических переходов на используемом оборудовании приводит к неполноценной очистке поверхности опоки и торцов съемных элементов литниковой системы от песка. Герметизирующая пленка укладывается на не полностью очищенные торцевую поверхность опоки и торцы съемных элементов литниковой системы. Попадание песчинок песка в зону прилегания герметизирующей пленки к торцам опоки приводит к подсосу воздуха через неплотности и к необходимости увеличения объема откачки воздуха из формы.
6. Съём и транспортировка полуформ на операции простановки стержней и удаления съемных элементов производятся в автоматическом режиме.
7. Установка стержней в полуформу низа производится вручную.
8. Удаление съёмных элементов литниковой системы проводят вручную. Процесс удаления съёмных элементов проходит в такой последовательности: в местах стыка герметизирующей пленки с торцами съёмных элементов по их краю паяльником осуществляют спайку и обрезку пленок (герметизирующей и облицовочной). В связи с наличием песка на торцевой поверхности удаляемых частей литниковой системы и расположением этого песка под герметизирующей пленкой, обрезка и «попытка» спайки пленок приводит к нарушению целостности этой части формы и разгерметизации полуформы. Нарушение целостности полуформы выглядит как выпирание песка в месте обрезки пленок. Неспаянные края пленок и выпирание песка пытаются закрепить и герметизировать с помощью скотча вручную. К сожалению, герметизация скотчем лишь незначительно улучшает ситуацию. Подсос воздуха остается, проходное сечение выпоров (стояка) за счет выпирания песка и дополнительной склейки скотчем уменьшается, что приводит к увеличению объёмов отсоса воздуха из формы для поддержания необходимого разряжения и снижению расчетного сечения выпоров.
Справка: при поступлении горячего расплава в форму, скотч, как правило, имея другие характеристики, чем используемые пленки при ВПФ, отслаивается, в связи с этим разгерметизируются заклеенные места формы, создаются условия попадания формовочного песка через разрывы пленки в расплав.
9. Операции транспортировки и сборки полуформ осуществляются в автоматическом режиме. Иногда при сборке форм происходит попадание частиц песка в места соединения штырей и втулок, что приводит к их заклиниванию. Автоматическую линию останавливают и
устраняют проблему. Не предусмотрена очистка (обдувка воздухом) штырей и втулок перед сборкой форм.
10. Транспортировка форм на заливочный плац происходит в автоматическом режиме.
11. Заливка форм расплавом. Технологически правильно заливку форм, предназначенных для получения отливок запорной арматуры, производить под наклоном либо в формах с вертикальным разъёмом. Наклон формы позволяет создать направленный фронт движения расплава и исключить прожиг больших площадей облицовочной пленки, приводящий к резкому (недопустимому) падению вакуума в полуформе верха. Резкое падение вакуума в полуформе верха создает условия отрыва (вымывания) песка, нарушающего геометрию отливки, образования в ней засоров, полного обрушения формы. Кроме этого, использование массивных стержней, изготовленных по другой технологии, нежели ВПФ, создает условия для быстрого нагрева большой поверхности стержня, обильного выделения газов из него и, как следствие, снижения его прочности. Снижение прочности и выделение газов приводят к отслоению частиц состава стержня с попаданием их в расплав (образование засоров и газовых раковин). Конструкцией автоматической линии наклон форм перед заливкой не предусмотрен (рис. 6).
12. Транспортировка залитых форм на выбивку осуществляется в автоматическом режиме.
13. После выбивки форм, выполняющейся в автоматическом режиме, съёмом и удалением отливок занимается работник с использованием грузозахватного механизма. Выбивка форм с массивными стержнями, изготовленными по технологии ХТС, приводит к смешению формовочных материалов формы и стержня.
14. Охлаждение и регенерация отработанного песка после выбивки осуществляются в автоматическом режиме.
Справка: изготовление стержней по технологии ХТС производится с использованием крупных фракций песка, при том, что для технологии ВПФ используются пески более мелких размеров.
Существующий способ регенерации и охлаждения формовочного песка не предусматривает какую-либо операцию по отделению его крупных фракций. Такой способ обработки песков приводит к недопустимому накоплению крупных фракций в составе основных песков для форм. Следствием этого процесса являются существенное повышение расхода «вакуума», неравномерное распределение величины разряжения в объеме формы, снижение прочности формы, ухудшение качества наружной поверхности отливки, повышение вероятности образования пригаров и местного осыпания песка в процессе заливки. Практика показала, что для поддержания необходимого разряжения на предприятии вынуждены подключать резервный насос, что в случае выхода из строя (либо планового ремонта) любого из вакуумных насосов приведет к остановке работы всей автоматической линии.
Поэтапный анализ работы АФЛ для выпуска деталей запорной арматуры показал:
1. Существующий комплекс оборудования АФЛ не специализирован на выпуск такой продукции (т. е. «борщ варят в сковородке»). Такое конструктивное и технологическое решение комплекса оборудования АФЛ приводит к невозможности организации бездефектного производства отливок запорной арматуры, а это:
• недопустимое совмещение нескольких операций на позициях облицовки и загрузки песка при невозможности их полноценного выполнения, исходя из существующих технологических норм; • невозможность осуществить требуемый наклон форм при их заливке расплавом;
• несоответствующий процесс регенерации отработанного формовочного песка, приводящий к недопустимому накоплению крупных фракций.
2. Большая часть технологических операций, относящихся непосредственно к технологии вакуумно-пленочной формовки, выполняется вручную, поэтому такая формовочная линия не является автоматической линией. Автоматизация касается, в основном, транспортных и сборочных операций. Расчетную производительность АФЛ ВПФ, в связи с существующими незапланированными простоями, достичь практически невозможно (фактическая производительность составляет менее 50 % от расчетной).
Справка: организацию (либо модернизацию) любого литейного производства, особенно при серийном (крупносерийном, массовом) выпуске отливок, необходимо начинать с технологической проработки основных групп отливок для понимания соответствия приобретаемого технологического оборудования условиям вашего производства.
1. Буданов, Е.Н. Арматурные отливки и анализ состояния их производства в России / Е.Н. Буданов // ИТБ «Литье Украины». – 2010. – № 2 (114).
2. Буданов, Е.Н. Производство отливок запорной арматуры (вентили, задвижки, клапаны) / Е.Н. Буданов // Литейщик России. – 2005. – № 10. – С. 11-18.
3. Линии вакуумно-пленочной формовки. V-процесс [Электронный ресурс] // HEINRICH WAGNER SINTO. URL: http://dpl-foundry.com/wp-content/uploads/2014/03/Vprocess_RUS.pdf (дата обращения 14.08.2019).
4. Оборудование фирмы HWS-SINTO. Опыт динамики инноваций лидера литейного машиностроения – Вакуум-процесс, Сейатцу-процесс (опочные формовочные линии), горизонтальные безопочные линии, заливочные устройства и другое [Электронный ресурс] // РОССИЙСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ЛИТЕЙЩИКОВ (РАЛ). URL: http://www.ruscastings.ru/ work/168/170/178/5019 (дата обращения 27.08.2019).
5. Феклин, Н.Д. Вакуумно-пленочная формовка по «спаренным моделям» / Н.Д. Феклин, Ю.Ф. Воронин // Литье Украины. – 2016. – № 1 (185).
6. Феклин, Н.Д. Изготовление литых деталей запорной арматуры. Расширенный анализ работы автоматической линии вакуумно-пленочной формовки производства HWS-Sinto / Н.Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2018. – № 3 (45). – С. 106-108.
7. Феклин, Н.Д. Особенности разработки литейных технологий для корпусных отливок при V-процессе / Н.Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2018. – № 4 (46). – С. 74-77.
8. Феклин, Н.Д. Производство отливок запорной арматуры методом вакуумно-пленочной формовки. Совместимость технологий / Н.Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2019. – № 4 (53). – С. 68-70.
9. Феклин, Н.Д. Производство отливок запорной арматуры на оборудовании HWS-Sinto (Германия) / Н.Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2018. – 7 (49). – С. 112-114.
10. Феклин, Н.Д. Сравнительный технико-экономический анализ производства запорной арматуры / Н.Д. Феклин // Вестник арматуростроителя. – 2019. – № 3 (52). – С. 56-59.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 6 (55) 2019
