«Литьё в землю» или технология ПГС

Эта технология появилась первой из известных человечеству методов получения литья. Она так же естественна как другие ремесленные технологии — ткачество, гончарное или кузнечное дело.

За века технология поменялась и усовершенствовалась, но суть не изменилась. Мы получаем отливки, заливая металл в форму «из земли» — смеси песка и глины. Называется это — литьё в разовые песчано-глинистые формы. И основа этих форм — песчано-глинистые смеси (ПГС).

Преимущества и недостатки литья в ПГС

Теоретически этот способ не имеет ограничений. Можно получать отливки из любых сплавов и любой конфигурации. На деле производственникам для получения качественного литья приходится приспосабливаться к каждой номенклатуре, к каждому виду сплава. Но если приспособиться получается, литьё в песчано-глинистые формы раскрывает все свои преимущества. А они существуют!

1. Универсальность

Получение отливок из различных сплавов — чугун, различные стали, алюминий и другие цветные сплавы.

2. Дешевизна

Себестоимость отливок не высока, в результате, можно наладить производство недорогих деталей.

3. Быстрота

От формовки до получения готовой отливки при налаженном производстве проходит минимальное количество времени по сравнению с большинством других литейных технологий.

4. Экологичность

При правильно налаженном процессе получения отливок в ПГС 95 % отработанной смеси возвращается в оборот, а в составе смеси присутствует минимальное количество химических веществ. ПГС, по сравнению с другими методами, можно даже назвать «экологически чистой литейной технологией».

5. Автоматизация

Процесс получения отливок в песчано-глинистые смеси может быть полностью автоматизирован c применением элементов искусственного интеллекта.

Если говорить о недостатках процесса, то это:

- большое количество вспомогательных материалов, для которых необходимы площади для хранения и переработки

- сложность понимания и управления многокомпонентной системой

- сложность в получении тонкостенных отливок по сравнению с литьём под давлением или литьём по выплавляемым моделям

- необходимость обязательной металлообработки отливок для получения точных деталей

- не самые лучшие условия труда из-за постоянной взвеси пыли в воздухе на участке смесеприготовления

Состав песчано-глинистых смесей

Это многокомпонентные смеси природных и синтетических материалов.

Огнеупорная основа смеси — это кварцевый песок. Было бы идеально использовать только его! Ведь этот материал действительно очень термостоек. Огнеупорность кварцевого песка достигает 1700 град. С

Однако песок, чтобы из него получить форму и залить в неё металл, должен быть связан в единую систему. Для этих целей используется связующие и в песчано-глинистых смесях эту роль выполняет глина — природный материал, который состоит из мельчайших частиц алюмосиликатов, способных набухать в воде обволакивать и связывать зёрна кварца, образуя прочную и пластичную структуру.

Используют два вида природных глин — каолинитовые и монтмориллонитовые (бентонит). Они отличаются структурой и составом, а значит, различны в свойствах.

Монтмориллонитовые глины лучше набухают в воде, чем каолинитовые. А чем более глины способны набухать, тем меньшее количество их надо добавлять в смесь и тем при меньшей влажности возможно получение качественной формы.

А мы уже отметили, что в идеале — нам бы получать формы при минимальном содержании связующего да и повышенная влажность формы может привести к дальнейшим дефектам в отливке.

На основе высококачественных бентонитов получают высокопрочные и высокотекучие формовочные смеси, необходимые для использования на автоматических формовочных линиях для получения конкурентоспособных отливок.

Кроме песка и бентонита ПГС содержат различные добавки:

- крахмалсодержащие — крахмал, ЭКР, мальтоза — для повышения пластичности и улучшения качества отпечатка формы

- противопригарные — молотый уголь, каменноугольную пыль, битум — для уменьшения пригара и улучшения качества поверхности отливки

- упрочняющие и предающие смеси дополнительную текучесть — ПФЛХ, УЩР, окзил.

Приготовление ПГС

В процессе приготовления песчано-глинистой смеси каждая частичка песка обволакивается растворённой в воде глиной и примесями других составляющих смеси все это происходит в специальном оборудовании - смесителях.

Смесители бывают периодического и непрерывного действия.

Самые распространённые смесители — катковые. При их работе происходит постоянное уплотнение смеси катком и разрыхление — плужком. В результате и формируются глинистые оболочки.

Второй по распространённости и более современный смеситель для приготовления песчано-глинистых смесей — это вихревой.

В результате высокой скорости вращения вихревых головок и плужка в центре смесителя происходит соударение частичек смеси друг с другом и со стенками смесителя.

В отличие от катковых, в вихревых смесителях не происходит быстрого усвоение глины ввиду отсутствия силового воздействия катков на смесь, но задача вихревого смесителя — это максимально быстрое распределение глины, которая даётся на освежение в замесе.

Все остальные необходимые силовые воздействия на смесь происходят при уплотнении смеси, выбивке и т.д.

Уплотнение ПГС

Песчано-глинистые смеси как при приготовлении, так и при уплотнении требуют больших энергозатрат. При этом уплотнение нужно, чтобы форма из смеси приобрела необходимую прочность, чтобы выдержать воздействие металла при заливке.

Уплотнение производят на формовочных машинах различными методами:

- встряхивание

- прессование

- импульс сжатого воздуха

Встряхивание — процесс уплотнения формовочной смеси основанный на поднятии и резком опускании опоки с формовочной смесью. При резком останове происходит уплотнение. Так происходит несколько повторяющихся циклов. При этом каждый раз разрушается форма, полученная предыдущим циклом и образуется новая. С помощью такого уплотнения максимальная плотность формы образуется у модельной плиты — ладе формы, поэтому в конце процесса уплотнения встряхиванием необходимо доуплотнение, например, прессованием контрлада формы.

Прессование — самый распространённый способ уплотнения песчано-глинистых смесей. Различают верхнее, нижнее и комбинированное прессование.

Часто верхнее прессование осуществляется многоплунжерной головкой с целью выравнивания плотности формы. Так как максимальное уплотнение происходит непосредственно у прессового элемента, то наиболее эффективным является комбинированный способ уплотнения — сочетание верхнего и нижнего прессования.

Уплотнение импульсом сжатого воздуха основано на фильтрации потока воздуха через формовочную смесь с возникновением наибольших сжимающих усилий у модельной плиты. С помощью этого способа уплотнения происходит перераспределение массы смеси с поверхности модели в узкие карманы.

Так же, как и при встряхивании, не уплотняется контрлад формы и требуется его дальнейшая подпрессовка.

Компания СЛТ готова поставить полный спектр оборудования по ПГС с отработкой по технологии для получения качественного конкурентоспособного литья. Например, в рамках реализации проекта модернизации завода ДП «ЛМЗ» в Узбекистане была поставлена автоматическая формовочная линия Kunkel-Wagner Prozesstechnologie GmbH с полным замкнутым циклом песчано-глинистой формовки для получения железнодорожного литья. А на Бежицкий Сталелитейный завод — встряхивающие машины с многоплунжерным прессованием