Задачи повышения стойкости запорно-регулирующей арматуры, работающей в экстремальных климатических условиях под высоким давлением, определяют требования к качеству производимых деталей.
Существующие подходы при изготовлении ответственных корпусных отливок приводят к образованию хронических отклонений структуры металла, формированию скрытых дефектов, снижающих параметры качества этих изделий.
Решения по улучшению процесса формирования тела отливок, устранения негативных условий их производства чаще всего принимаются на основе базовых составляющих, то есть имеющегося оборудования и используемой технологии. Технологический анализ производимого литья на предмет организации оптимальных условий производства с учетом технических возможностей оборудования позволяет разработать наиболее подходящий технологический процесс, создающий условия формирования качественной структуры металла отливок.
Возможность управления процессом кристаллизации расплава является одним из наиболее важных критериев формирования структуры отливок. Создание однородной кристаллической структуры металла зависит от множества факторов. Совокупность условий воздействия каждого из факторов в большей степени зависит от главных составляющих:
• конструкции отливки и вида литейной формы, влияющей на процесс теплообмена металла и формы;
• литниково-питающей системы (ЛПС), влияющей на процесс заполнения формы жидким металлом с учетом его температурного баланса кристаллизации.
Типовая конструкция корпуса задвижки (рис. 1) представляет собой пустотелую деталь, обрамленную выступающими фланцами.
Выбор положения отливки в форме и определение плоскости разъема являются важными и взаимоувязанными операциями. Как правило, после выбора положения отливки в форме рассматривают несколько альтернативных вариантов плоскости разъема и останавливаются на наиболее рациональном из всех.
Для производства корпусных отливок такого типа наиболее целесообразным решением является использование форм с вертикальным разъемом, предоставляющих возможность рационального размещения моделей и элементов литниково-питающей системы. Использование же горизонтального разъема форм может быть обосновано в случае заливки под наклоном. Наклон форм позволяет предотвратить растекание металла тонким слоем внутри полости и его плоскостной контакт с горизонтальными поверхностями стержня и свода полости формы, осуществить плавное заполнение формы за счет образования фронта движущегося металла, поддерживать необходимый температурный баланс потока.
Производство отливок запорной арматуры при горизонтальном разъеме форм без возможности ее наклона при заливке требует особого учета конструктивных особенностей модели, понимания влияния выступающих элементов фланцев на первоначальное движение жидкого металла (особенно при ВПФ).
Все это требует создания сложной системы литниково-питающих каналов и чаще всего на местах упрощается (рис. 2), что в совокупности действий приводит к хаотическому формированию кристаллической структуры отливок, образованию скрытых дефектов.
Заполнение формы жидким металлом через одни и те же питатели приводит к образованию турбулентного потока, перегреву прилегающих поверхностей формы, а также к местному перегреву металла отливки. При этом в питающие прибыли поступает уже охлажденный расплав, что в совокупности с местным перегревом нижележащих составляющих формы негативно влияет на работу прибылей, приводит к невозможности полноценной компенсации усадки металла при затвердевании отливки, формирует ее другие дефектные зоны.
Организация питания отливки с возможностью перераспределения потока горячего жидкого металла снизу вверх (рис. 3) по мере заполнения им полости формы создает условия направленного роста кристаллов, полноценного заполнения им полости формы, образования плотной структуры металла отливки.
Для организации спокойного заполнения полости формы с горизонтальным разъемом и предотвращения растекания жидкого металла тонким слоем в начальный период заливки требуется устранение процесса перетекания металла из одних нижележащих «углублений» полости формы в другие, сокращение времени образования первоначального слоя расплава. Такое условие может быть достигнуто при одновременном поступлении расплава в нижние части фланцев (желательно сифоном) и создании технологических перегородок (рис. 4), соединяющих между собой все нижележащие части отливки. При этом поддержание температурного баланса должно осуществляться путем перераспределения горячего расплава в его верхние слои (ярусная либо щелевая система) по мере заполнения литейной формы.
Одним из наиболее перспективных вариантов создания полноценной системы литниково-питающих каналов для такого вида деталей и типа оборудования, позволяющих распределить жидкий расплав во все технологически обоснованные зоны отливки с возможностью поддержания его температурного баланса, является использование стержней (рис. 5) для расположения в них каналов ЛПС.
Размещение литниково-питающих каналов в теле стержня, формирующего внутреннюю полость отливки и имеющего выход во все патрубки, многократно снижает риски размыва самой формы, позволяет создать не обходимую объемную систему каналов, регулирующую направленность движения жидкого металла в полости формы. При таком подходе появляется возможность внедрения любых конструктивных решений при разработке литейных технологий, создаются условия перенаправления металла в проблемные зоны отливки, в любое место, на любой уровень (рис. 6).
Важным фактором использования способа построения литниково-питающих каналов в массиве стержня является возможность применения сложной ЛПС, позволяющей без наклона форм осуществлять полноценное питание отливок. При этом система каналов создается в процессе изготовления стержня, что упрощает конструкцию модельной оснастки, снижает трудоемкость изготовления литейных форм.
Количество питателей и места их подвода в вертикальной и горизонтальной плоскостях определяются индивидуально, исходя из технологически обоснованных условий заливки конструктивно разных типов отливок.
Описанный выше способ проектирования литейных технологий предназначен для производства корпусных отливок запорной арматуры в формах с горизонтальным разъемом, особенно при невозможности их наклона. Используемые технологические решения позволяют устранить основные негативные факторы образования дефектов, повысить качество отливок. Плавное перераспределение потока жидкого металла в процессе заполнения им формы создает благоприятные условия направленной кристаллизации металла, исключает вероятность образования турбулентности потока, позволяет производить дополнительную подпитку мест отливки, склонных к усадочным явлениям.
Литература:
1. Н. Д. Феклин. Особенности разработки литейных технологий для корпусных отливок при V-процессе // «Вестник арматуростроителя». – 2018. – 4(46).
2. Н. Д. Феклин, С. А. Медведчук. Особенности конструирования литниковых систем для вакуумно-пленочной формовки // ИТБ «Литье Украины». – 2018. – № 6.
3. В. А. Скворцов, С. Л. Ровин, Ф. И. Рудницкий. «Технология литейного производства» // Минск БНТУ. – 2020.
4. В. Евсеев, А. Нагорный, Е. Малкин. «Проблемы обеспечения качества литейного производства в российской промышленности и пути их решения» // «Управление качеством». – 2018. – № 7.
