ЛГМ – оптимальная технология для литейного бизнеса

Системная интеграция отечественной экономики в мировое экономическое пространство, о чем свидетельствует недавнее вступление Украины в ВТО, стимулирует развитие конкурентоспособных технологий в нашей стране, в частности в машиностроении при снижении металлоемкости и себестоимости продукции за счет производства высокоточных металлозаготовок, в т.ч. литых. Статистика опережающего роста обрабатывающей промышленности в Украине свидетельствует о необходимости развития металлозаготовительной базы на инновационно-инвестиционной основе.

В современном литейном производстве Украины при появлении на месте крупных производств множества некрупных самостоятельных предприятий при характерных для них малосерийности и многономенклатурности продукции гибкость технологии в сочетании со сравнительно низкими капитальными затратами на внедрение и высокой точностью выпускаемой продукции является решающим фактором. Этим параметрам наиболее соответствует технология литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенополистирола. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое превысило 1,5 млн. т/год, в одном КНР работает более 1,5 тыс. таких участков.

Во ФТИМС НАНУ в отделе ФХПФ под руководством проф.

На действующем опытно-промышленном литейном цехе института, базирующемся на ЛГМ-процессе и служащим в какой-то мере демонстрационной базой, где это оборудование проходит отладку и модернизацию до уровня лучших зарубежных аналогов, выпускается до 50 т в месяц отливок из черных и цветных металлов. На стадии проектирования литейных участков и цехов конструкторами института осуществляется расстановка технологического оборудование и компоновка его в разных производственных вариантах (от единичного и ремонтного до серийного производства отливок) в соответствии с требованиями, особенностями планировки помещений и инвестиционными возможностями завода-заказчика. Часто модельное производство (поскольку модели очень легковесные) выносится на второй этаж помещения цеха, а система оборотного транспортирования, подготовки и складирования сухого песка выносится на внешнюю сторону литейного цеха (открытый воздух) и состоит преимущественно из бункерно-трубопроводного оборудования, изготовленного из листового металла. Такое вынесение оборудования по пескообороту экономит площадь цеха, а в сочетании с отсосом газов из форм, подключаемых к вакуумным насосам на период заливки-затвердевания отливки, улучшает санитарно-гигиенические условия труда, что в целом способствует повышению культуры производства.

Технологическая целесообразность применения ЛГМ, взамен устаревших технологических процессов, описана исчерпывающе. Коротко остановимся лишь на некоторых характерных показателях. Стабильность размеров модели, отсутствие разъема формы и постоянство технологических параметров позволяют поднять точность отливок до уровня, равного точности отливок по выплавляемым моделям (ЛВМ). В полость формы, заполненную пенополистиролом, не могут попасть инородные включения, что обеспечивает уменьшение количества засоров. По шероховатости поверхности, определяемой во многом шероховатостью поверхности формы, отливки соответствуют отливкам по ЛВМ. Объясняется это тем, что в обоих случаях противопригарную краску или покрытие наносят на модель, а не на поверхность формы, исключается применение стержней и сборки формы. Развес полученных отливок по ЛГМ-процессу говорит сам за себя: от 0,1 кг до отливок весом в несколько тонн без ограничений по маркам сплавов.

В ЛГМ-процессе получить модель отливки означает уже наполовину получить отливку, остановимся на этом подробнее. Современные тенденции производства высокоточных пространственных (трехмерных) изделий: моделей, форм, мастер-моделей из алюминия, дерева, МДФ, макетных пластиков и пр. связаны со стремительным развитием компьютерной техники, программного обеспечения, цифровой передачи данных, а также усовершенствованием систем приводов обрабатывающих станков (применение серводвигателей с обратной связью), что сделало доступным для производственников автоматизированное оборудование с числовым программным управлением. Системы ЧПУ вытесняют практически любые другие системы управления, как на крупных автоматизированных производствах, так и на совсем небольших, но очень гибких универсальных производствах (макетно-модельное, инструментальное, сувенирно-рекламное, ремонтное). Таким оборудованием все чаще пользуются как частные предприниматели, так и обслуживающие широкой круг заказчиков специализированные участки. Для оперативного просчета и изготовления форм, матриц, моделей необходимо лишь прислать на электронный адрес трехмерное изображение изделия.

Значительное снижение стоимости компьютеризированных систем и систем с ЧПУ послужило толчком для использования их в более простом недорогом классе оборудования. Появился целый класс сравнительно общедоступного оборудования, позволяющего с чертежа детали на компьютере получить с фрезерного станка с ЧПУ готовую пресс-форму в металле или ее модель из пенополистирола, когда программа такого изготовления «сама учла» литейную усадку, а также припуски литейные и на механообработку. Из пенополистироловой модели пресс-формы по ЛГМ-процессу отливают алюминиевую пресс-форму, а затем, если необходимо, доводят ее до требуемой чистоты поверхности на том же станке с ЧПУ. Это упрощает всю технологию перевода изделия с чертежа до пеномодели и отливки, ускоряет получение пресс-форм (до нескольких часов) для производства моделей от стадии проектирования до их изготовления, в тоже время требуя компьютерной грамотности и повышения квалификации персонала.

По принципу действия система ЧПУ с серводвигателем является системой с обратной связью, сигнал позиции подается от оптического датчика (инкодера), который закреплен на двигателе и снабжает контролер информацией о реальном повороте вала двигателя. Эта информация используется для постоянной коррекции отклонений между величиной заданного и реального перемещения. Для получения объемной копии с детали без чертежа в этих станках используется сканирование с цифровой записью информации. Управление станком осуществляется через USB порт с обычного персонального компьютера в среде Windows, с помощью модема возможна функция удаленного доступа к ЧПУ, включающая диагностику и модернизация программного обеспечения.

На рынке Украины чаще всего встречаются станки с ЧПУ фирмы Obrusn (Польша) десяти моделей для объемной обработи цветных металлов и сплавов, полимеров, дерева с точностью позиционирования от ±0.05 до ±0.1 мм, разрешающей способностью ЧПУ ±0.01 мм и весом станка от 60 до 1450 кг, а также более крупные станки фирмы Bermaq (Испания) с точностью позиционирования ±0.03 мм, повторяемостью позиции ±0.015 мм и весом 1,5 – 3 т.

Описанные технологии вполне относятся к наукоемким высоким технологиям литейного производства и сопутствующим отраслям, они вопреки сложившемуся стереотипу свидетельствуют, что высокие технологии - это не обязательно сложные малодоступные процессы. Отечественные металлообработка и машиностроение в них все больше будут заинтересованы по мере укрепления тенденции перехода от неглубокой переработки и экспорта полуфабрикатов и сырья к выпуску наукоемкой продукции, что особенно выгодно для Украины, которая относится к немногочисленным странам с замкнутым металлургическим циклом производства металлов из собственных руд.