Чем вакуумно-плёночная формовка покоряет мир
Это было в Японии в 1971 году. Методом вакуумно-плёночной формовки первоначально получали художественное литьё из алюминиевых и медных сплавов. Представьте, этим методом можно получить точную копию, например, ветки дерева из бронзы. А моделью будет сама, живая ветка. И она совершенно не пострадает от этого!
Вакуумно-плёночная формовка (ВПФ), её ещё называют V-процесс, заключается в том, что модель закрывают специальной термопластичной плёнкой, засыпают сухим песком и подводят вакуум. За счёт разряжения, форма спрессовывается и образуется отпечаток модели. При заливке плёнка газифицируется, дополнительно связывает зёрна песка и обеспечивает антипригарный эффект. Потом вакуум снимают, песок рассыпается, освобождая готовую отливку.
В 1985 году, ещё в СССР была приобретена лицензия на использование этого способа литья на Ворошиловградском сталелитейном заводе им. Ленина (сейчас это город Луганск). На базе производства работала лаборатория, которая изучала теорию и практическое применение вакуумно-плёночной формовки в отечественной промышленности. Однако информация о её работах была не доступна для широкого круга литейщиков.
В 1993 году закончилось действие патента, и идея ВПФ стала распространяться более широко.
Сейчас таким способом получают самые разные отливки из чугуна, углеродистых и высоколегированных сталей, алюминия. Это могут быть корпуса насосов и редукторов, работающие в условиях агрессивных сред, ответственное стальное железнодорожное литьё и тонкостенные чугунные ванны.
10 безусловных преимуществ V-процесса
Самое большое преимущество ВПФ — это высокое качество поверхности и точность получаемой отливки. В некоторых случаях можно сделать минимальные, а иногда и отказаться, от уклонов моделей. Это сильно экономит затраты на механобработку отливок.
Прогрессивный способ литья под вакуумом отличается от классических способов получения отливки рядом преимуществ:
1. Меньший износ моделей, потому что отсутствует соприкосновение песка с моделью и нагрузка от физического уплотнения смеси.
2. Лёгкое извлечение модели из формы — разъединение полуформы и модели происходит при особом режиме подачи вакуума, когда между соприкасающимися поверхностями практически отсутствует трение. Это как раз позволяет свести до минимума необходимость литейных уклонов.
3. Отсутствие классической системы смесеприготовления — необходим только оборотный, очищенный от стержней и остатков плёнки, сухой песок без связующего.
4. Формы под вакуумом имеют постоянную высокую прочность, сохраняя её при заливке и остывании отливки. Это избавляет, например, от такого брака как подутие отливок или горячих трещин.
5. Отливки характеризуются более плотной структурой и меньшими механическими напряжениями в результате особых условий кристаллизации и охлаждения металла.
6. Возможность получения тонкостенного литья, без заусенцев, с пониженной массой, отсутствием посторонних включений и идеально чистой поверхностью.
7. Отсутствие громоздких и дорогих систем регенерации песка, а также загрязняющих природу отвалов. Чистый качественный песок сохраняет свои свойства после многократных заливок.
8. Снижение уровня загрязнения производственных помещений за счёт отсутствия глинистой пыли как при получении отливок методом ПГС, или большого количества химических веществ, как при ХТС.
9. Бесшумность процесса — нет вибрации, которая сопровождает получение форм из ПГС или ХТС при уплотнении встряхиванием, прессованием или импульсом сжатого воздуха, а также выбивку готовых отливок.
10. Отличная повторяемость процесса, что позволяет стабильно получать качественное литьё.
Один большой недостаток вакуумно-плёночной формовки
Самая большая сложность литья под вакуумом — это необходимость высокого уровня технологической дисциплины! Это действительно современный способ получения литья, который требует и соответствующего подхода.
Без достаточного понимания физического смысла протекающих процессов использование ВПФ приводит к отрицательным результатам.
Кроме того, безусловно существуют особенности получения отливок этим способом, например:
- специальные требования к конструкции литниковой системы
- качество формовочного песка (размер зёрен и минимизация глинистой составляющей)
Технология V-процесса
На пустотелый формовочный стол устанавливается модель, имеющая отверстия для удаления воздуха. Над моделью в раме натянута специальная термопластичная плёнка. К подмодельной плите подводится вакуум, а плёнка нагревается и опускается на модель и стол, идеально облегая всю поверхность. Сверху на плёнку из пульверизатора наносится противопригарная циркониевая краска на спиртовой или водной основе.
Далее опускается опока специальной конструкции, которая позволяет поддерживать разряжение воздуха в системе.
Опока заполняется сухим кварцевым песком без связующего с небольшим предварительным уплотнением вибрацией. Её контрлад также покрывается плёнкой и песок окончательно уплотняется в разряженной атмосфере.
В формовочном столе отключается вакуум и форма, песок в которой удерживается между двумя слоями плёнки вакуумом, подведённым к опоке, снимается с модельной оснастки.
Важно! Вакуум в полуформе не отключается до момента выбивки отливок!
Таким же образом изготавливается и вторая полуформа, проставляются стержни, и форма заливается.
Под действием горячего металла плёнка испаряется и проникает в поверхностные слои формы, взаимодействует с ранее нанесённой противопригарной краской и дополнительно упрочняет поверхностный слой формы.
Выбивка осуществляется «легко» — отключается вакуум и песок просто осыпается с готовой отливки.
Необходимые материалы и оборудование
Для работы используется:
1) сухой кварцевый песок без связующего
2) тонкая пластичная плёнка — этиленвинилацетатная — толщиной 0,075 мм, плотностью 940 кг/м3, tпл=58°С.
3) специальное оборудование для вакуумно-плёночной формовки — это могут быть отдельные элементы или автоматическая формовочная линия:
- пневмосистема подачи песка в бункеры над формовочными столами;
- двухконтурная вакуумная система на основе водокольцевых насосов — отдельная для формовки и заливки;
- специальные формовочные столы для получения полуформ низа и верха;
- плавильные печи;
- разливочные ковши;
- полигональное сито;
- охладитель песка с системой охлаждения воды (градирня);
- модельный участок;
- участок финишных операций.
Что даёт внедрение на производстве метода вакуумно-плёночной формовки
- снижение массы отливок на 10 — 15 % за счёт уменьшения припусков на металлообработку и уклонов;
- обеспечение точности отливок на уровне 8 — 9 класса, а шероховатости Rz 80 — 120 мкм;
- универсальность в выборе заливаемого материала — чёрные, цветные и даже ювелирные сплавы;
- упрощение изготовления и увеличение службы модельной оснастки — её можно делать из дерева или пластика;
- сокращение потерь формовочных материалов — 95 % песка возвращается в оборот;
- экономия на дорогостоящим и вредном химическом связующем;
- снижение брака по газовым раковинам;
- снижение эксплуатационных расходов оборудования по сравнению, например, с технологией ХТС;
- экологичность производства в результате снижения количества пыли, шума и отходов;
- снижение себестоимости литья на 15 — 25 %.
