Опыт получения герметичных отливок на примере производства комплекта отливок Крышка и Корпус

Реализация комплексного подхода к получению герметичных отливок на примере производства комплекта отливок корпуса газового счетчика «Корпус» и «Крышка»

В данной статье я постараюсь описать опыт, полученный в результате применения комплексного подхода к внедрению оборудования и оснастки литья под давлением, целью которого стало получение отливок корпуса газового счетчика «Крышка» и «Корпус» с требованиями по герметичности.

Начну с описания собственно отливок:

1) отливка «Крышка»:

• толщина стенки 2 мм;
• без поднутрений;
• нарезается внутренняя резьба в трех «ножках» (выкрашивание не допускается);
• нарезается внутренняя резьба в одном из трех отверстий в дне  (выкрашивание не допускается);
• растачивается присоединительная поверхность к «Корпусу».

2) отливка «Корпус»:

• толщина стенки 6 мм;
• с поднутрениями — оформляются внутренние отверстия патрубков;
• нарезается наружная резьба на патрубках;
• растачивается присоединительная поверхность к «Крышке».

К отливкам предъявляются требования по герметичности, отсутствию пор при расточке, не допускается выкрашивание резьбы.

Отливки опрессовываются в сборе, после механической обработки подачей повышенного давления на специальном стенде.

Фото 1. Кусты отливок «Крышка» и «Корпус», оба куста отливок с толстыми вентиляционными каналами и устройствами 100% контроля проливаемости — «тормозными гребенками»

Сразу опишу подход к получению герметичных отливок, выработанный за несколько лет выполнения работ по внедрению машин литья под давлением и автоматизированных комплексов литья под давлением.

Если свести к минимуму процесс получения отливки, то получится, что необходимо заполнить формообразующую полость пресс-формы металлом нужной температуры, при кратком (все таки это литье под высоким давлением, с высокой скоростью) порядка 20-30 миллисекунд времени заполнения, с одновременными промывкой и выпуском из нее газов, да таким образом, чтобы этих газов не осталось внутри отливки в виде пор или раковин.

На качество отливки влияют несколько крупных факторов:

Во-первых, металл (30%). Причем как его качество, так и температура, при которой мы будем подавать его в камеру прессования.

Во-вторых, машина литья под давлением (30%). При чем как, собственно, машина (конструкция узлов машины, станины, плит и так далее), так и степень ее автоматизации (цифровая система управления узла прессования, манипуляторы для автоматизации процесса литья).

В-третьих, конструкция пресс-формы (30%). Жесткость, габаритность, наличие каналов для термостатирования — способность регулировать и стабилизировать температуру рабочих частей, система охлаждения, наличие устройств 100%-го контроля проливаемости (так называемых «тормозных гребенок»), соответствия питающей системы объему формообразующей полости, соответствия промывниковой системы и системы газоотвода объему формообразующей полости.

Ну, и, наконец, в-четвертых, человеческий фактор (10%). При чем в человеческий фактор можно внести как технологическую дисциплину, так и дисциплину вообще. А так же доступность обучения персонала и дружественность оборудования в плане интерфейса. Да и просто доступность позвонить русскому специалисту по литью и оборудованию.

Отсюда вытекает тот набор требований к оснастке и набор оборудования, который нам понадобится для получения герметичных отливок:

Первая группа требований к оснастке и оборудования для влияния на температуру процесса литья:

1. наличие в пресс-форме каналов для предварительного нагрева и  термостатирования — это даст нам возможность проливать тонкую стенку отливки без ее обрыва с формообразующей полости, что нередко происходит при попытках разогреть отливками пресс-форму, для литья тонкостенных отливок;
2. термостат двухконтурный масляный (как основной теплоноситель вода конечно не годится, так как мы будем работать на температурах от 120 до 250 градусов);
3. печь раздаточно-подогревательная с регулировкой температуры по погружной термопаре, с полупроводниковым преобразователем тока подаваемого на нагревательные элементы, что даст нам возможность подавать в камеру прессования только металл нужной нам температуры, без недогрева и тем более без перегрева;
4. наличие охлаждения на рабочих частях пресс-формы, обхватываемых металлом — знаки, пуансоны. При чем это охлаждение реализуется не опосредовательно через матрицу, что совершенно не эффективно, а именно прямо в знаке или пуансоне, при помощи коаксиальных каналов, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция пресс-формы от «Трейд-Лит Инжиниринг»

5. наличие в пресс-форме каналов охлаждения литниковой втулки и рассекателя — как способа  отбора тепла, от совершенно не нужного для температурного баланса пресс-формы слагаемого —   пресс-остатка.

Вторая группа требований к оснастке и оборудования для влияния на ход процесса литья:

1. соответствие литниковой системы объему формообразующей полости, а проще способность прогнать через питатели необходимое количество металла за краткое время заполнения формообразующей полости. Рассмотрим это на примере одной и той же отливки «Крышка генератора». Как показано на фото 2, литниковая система может отличатся кардинальным образом на одной и той же отливке.

Фото 2. Отливка «Крышка генератора»

Размещая в форме отливку, конструктор левого куста отливок нарушил одно замечательное правило: «Проливай через толстое тонкое». И правда конструктор левого куста отливок почему-то решил, что металл через тонкие ребра прекрасно прольет толстый массив металла, но потом, «что-то пошло не так!» и наш автор пресс-формы обвешал отливку громадными промывниками по всему периметру! А еще он использовал маленький питатель и  маленькую по диаметру камеру прессования.

Конструктор, проектировавший куст отливок, лежащий справа, повернул отливку таким образом, чтобы подвести питание к наиболее массивной части, при чем спроектировал питатель «штанами», а толщину питателя выбрал в соответствии с объемом формообразующей полости, правда пришлось применить больший диаметр камеры прессования, но эта малая плата за герметичность, тем более, что размер и количество промывников на правой отливке меньше и как следствие масса кустов отливов получилась одинаковая!

2. способность, за краткое время заполнения, выпустить из формообразующей полости газы.

Обеспечивается наличием толстых каналов за промывниками. Сечение каналов 4х2 мм. Но возникнет справедливый вопрос: «Как сделать, чтобы металл из таких огромных вентиляционных каналов не прострелил из пресс-формы?». И тут появляется такое устройство как «тормозная гребенка»! Действительно именно она затормозит движение металла и обеспечит выход воздуха, а заодно послужит устройством 100%-го контроля проливаемости. И действительно, ведь гребенка как часть куста отливки будет оформляется на каждую запрессовку — вот и 100% контроль! Нет гребенки — остался воздух внутри в виде пор, есть гребенка — нет пор! (см. Фото 1.).

3. Наличие высокой скорости заполнения и высокого давления подпрессовки.

Данное условие достигается конструкцией узла прессования машины, в составе которого должны быть раздельные аккумуляторные контуры: первый для обеспечение быстрой скорости заливки на длине хода поршня (обычно с дополнительными навесными баллонами), второй для работы с гидравлическим мультипликатором — для увеличения (мультипликации) давления на сплав в камере прессования.

Следствием данного условия является наличие станины в виде балки из двух усиленных швеллеров между которыми обычно размещаются гидробаки. При чем длина такой станины должна быть от места подвески узла прессования и до самой гидростанции, а высота станины должна быть постоянной, иначе станина не выдержит нагрузки при запрессовках и перегрузит колонки узла прессования и узел запирания.

4. способность контролировать и записывать процесс работы узла прессования, а так же автоматически воспроизводить его при установке следующей ранее освоенной пресс-формы (резко сократит время запуска формы на годное литье).

Эту возможность дает установка цифровой системы управления узла прессования в составе:

• исполнительные устройства в виде гидравлических сервоклапанов;
• контрольные устройства в виде датчиков давления и магнитной системы контрольного штока;
• блока записи процесса работы;
• устройства ввода вывода в виде сенсорного цветного монитора (ведь графики скорости давления и хода поршня лучше рассматривать в цвете);
• дружественного русского интерфейса, доступного для понимания и работы (показан на фото. 3).

Фото 3. Интерфейс цифровой системы управления узлом прессования машины серии MS

5. Стабильность и ритмичность процесса литья.

Обеспечивается установкой в комплексе с машиной литья под давлением:

• манипулятора-заливщика — постоянно один и тот же размер пресс-остатка, абсолютная ритмичность подачи металла без его остывания в ковше;
• манипулятора-смазчика — постоянно одно и то же количество разделительной и противозадирной (для модели с двумя линиями подачи смазки) смазки, а так же место их подачи;
• манипулятора-съемщика — обеспечение постоянного ритма работы пресс-формы, что замечательно влияет на ее температурный режим работы. В данном вопросе установка манипулятора-съемщика влияет как на температуру так и на ход процесса литья!
• автоматического механизма подачи гранулированной смазки в камеру прессования — позволит   использовать имеющиеся пресс-формы с изношенными литниковыми втулками как можно дольше, за счет подачи гранул в которых есть как полимерная составляющая, при плавлении заполняющая задиры и микронеровности, так и графит — собственно смазка пары трения стакан/литниковая втулка — поршень.

Итого, для реализации принципов комплексного подхода к получению герметичных отливок необходима следующая комплектация:

1. комплект пресс-форм с развитой системой охлаждения и термостатирования, при чем с развитой литниковой системой и контрольными устройствами — «тормозными гребенками»;
2. раздаточно-подогревательная печь с управляющей погружной термопарой и преобразователем тока;
3. термостат;
4. машина литья под давлением в полной автоматизации с цифровой системой управления узлом прессования;
5. русский персонал внедряющий машину в эксплуатацию, с возможностью обучения, подбора режимов работы и составления технологического процесса доступного для выполнения литейщиком любой квалификации (операционная инструкция в виде комиксов, написанная императивом, непосредственно по данной машине, как на фото. 7.).

То есть, необходим не только комплекс оборудования и оснастки, но и комплекс услуг по внедрению оборудования и оснастки!

А как же результат всего этого?

Просто покажу отливки «Крышка» и «Корпус» разрезанные на проволочном электроэрозионном станке, на фотографиях в режиме макросъемки.
На фото 4 отливка «Корпус», разрезанная по патрубку, оформляемому подвижным знаком — ползуном и отливка «Крышка», разрезанная по «ножке», по отверстию оформляемому знаком.

Фото 4. отливка «Корпус», разрезанная по патрубку, оформляемому подвижным знаком — ползуном и отливка «Крышка», разрезанная по «ножке», по отверстию оформляемому знаком.

В плоскости разреза нет пор, металл имеет однородную структуру.

Таким образом, мы можем видеть результат комплексного подхода к получению герметичных отливок полученный совместными усилиями сотрудников «Трейд-Лит Инжиниринг» (г. Екатеринбург), не только поставивших оборудование и оснастку, но и выполнивших работы по внедрению — с одной стороны, и сотрудников «ПКФ ДИСТ» (г. Пермь) — предприятия на котором, восприняты специалистами, и на практике реализованы принципы комплексного подхода к получению герметичных отливок из алюминиевых сплавов методом литья под давлением.

На момент написания статьи с пресс-формы «Корпус» было получено более 100 тысяч отливок, при чем знаки оформляющие отверстия патрубков не были заменены ни одного раза. Выход годного отливок, полученных с пресс-формы «Корпус» составил более 98%.

Синягин К.О.
ООО «Трейд-Лит Инжиниринг» г. Екатеринбург