В. С. Дорошенко, dorosh@inbox.ru
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

Производство отливок из металла по ледяным моделям

Литейное производство металлических заготовок является основной заготовительной базой машиностроиениятельного комплекса, и от его развития зависят темпы развития машиностроения в целом. Привлечение криотехнологии в литейное производство прежде всего связано с заменой органических материалов для изготовления одноразовых литейных моделей или с заменой связующих для песчаных литейных форм на лед в целях ресурсосбережения и повышения экологической безопасности  производства. Если в песчаной форме присутствует сухой песок и модель изо льда, то исключаются горение связующих песчаной смеси заливаемой металлом формы с традиционными газовыделениями в цех, а также вывоз в отвал спеченных песчаных отходов (обычно до 4 т смеси на 1 т полученных отливок для традициооных технологий литья в песчаную форму).
Параллельно с совершенствованием технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ, Lost Foam Casting Process) из пенополистирола во ФТИМС НАНУ (г. Киев, Украина) под руководством  проф. Шинского О. И. разрабатывается концептуально связанный с ЛГМ (использующий ту же модельную и формовочную оснастку) способ получения металлотливок по одноразовым моделям изо льда как конструктивного или матричного материала с незначительными добавками или примесями. На сегодня технологии изготовления ледяных моделей, песчаных форм и отливок по таким моделям институтом ФТИМС защищены десятками изобретений. Кстати, как ледяные модели за рубежом делают роботы-принтеры, см. здесь: http://www.membrana.ru/particle/1966
В институте научно обоснованы криотехнология модельного производства, а также технологический процесс пропитки жидкостью растаявшей модели песка формы как способ сохранения очертаний литейной полости на месте растаявшей модели. Проводятся исследования тепло-, массообменных и физико-химических процессов для доведения криотезнологии до промышленного уровня. На основании изучения гидродинамики проникновения жидкого продукта от деструкции ледяной модели в толщу сухого песка вакуумированной формы на заданную глубину под действием трех факторов (перепадов газового или гидростатического давления и концентрации модельного материала) предложены три способа изготовления оболочковых форм с использованием холодно- или химическитвердеющих связующих  композиций. В первом - модель служит носителем связующего, а облицовочная или единая песчаная смесь содержит отвердитель. Во втором - модель служит носителем отвердителя, а облицовочный слой песка - связующего. В третьем - модель замораживается из чистой воды (наиболее экологически благоприятный вариант), которая (расплав модели) не вступает в реакции, приводящие к отверждению формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего (в виде порошка), но без воды эти реакции не идут. При засыпке песка в контейнер с моделью, виброуплотнении и последующим получении такими способами оболочковых форм толщиной корки 3…8 мм в состав оболочки достаточно вводить 0,3...0,4% связующего от массы песка в контейнере, что примерно на порядок меньше, чем имеется в традиционных формах из холоднотвердеющих песчаных смесей (ХТС) со связующим.
Разработка составов замораживаемых в виде модели водных связывающих песок композиций, один компонент которых находится в модели, а другой в окружающей ее песчаной смеси, показала достаточно хорошую технологичность получения оболочковых форм. В одном из таких  примеров использовали ледяные модели из водного раствора жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 при содержании в песчаной смеси быстротвердеющего цемента. Продолжительность твердения оболочки от начала таяния модели массой 0,2…0,5 кг составляла от 6 мин. и более, после полного расплавления модели остаток модельной композиции выливали из затвердевшей оболочкой, а оболочковую форму направляли на подсушку или заливку металлом в вакуумируемой форме.
Также разработаны оригинальные способы нанесения на ледяные литейные модели синтетической пленки с последующим использованием технологии вакуумно-пленочной формовки. Способы получения коркообразных покрытий как оболочковых форм с герметизирующими и противопригарными свойствами позволили отработать технологию образования стабильно устойчивой песчаной поверхности рабочей полости формы. Эта технология основана на многократном обороте  сыпучих материалах: несвязанного песка или песчаной смеси, которые пропитываются талой жидкой композицией модели. Избыток этой композиции выливается или откачивается из полости формы (с возможностью повторного использования), и получаются достаточной прочности формы для заливки металлом. В такие оболочковые формы получены из черных и цветных металлов отливки шестерен и полумуфт как при формовке одной ледяной модели со стояком, так и блока из двух и более моделей.
Описанное применение криотехнологии для литья по одноразовым ледяным моделям деталей из металлов для машиностроения исключает или минимизирует использование полимеров или связующего для песка в литейной форме, заменяет органические (пенопластовые или парафин-стеариновые выплавляемые) модели на ледяные, а такой процесс производства отливок полностью соответствует экологически чистым безотходным технологиям.
, , , , , , , ,  , ,   , , , , , , ,  ,, , , , ,

Подробнее смотри: http://www.holodilshchik.ru/Icy_models_ … metal.pdf, http://www.eco-time.com.ua/publications-24.html, http://www.eco-time.com.ua/publications-31.html, http://dorosh.steelsite.ru/news.php
Резюме.
Криотехнологии машиностроения - литье из черных и цветных металлов по ледяным моделям, получение отливок из чугуна, стали, алюминия, медных и др. сплавов. Институтом ФТИМС (г. Киев) эта криотехнология защищена десятками патентов на изобретения.
Ищем научных и инженерных партнеров для совместных исследований и внедрения такого вида литья в производство как решение проблем экологии и ресурсосбережения. dorosh@inbox.ru, т.38(066)1457832