[Dorosh]

Получение отливок из металла по ледяным моделям (принцип "просто добавь воды")

   Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения, на долю литых деталей в среднем приходиться 50-70 % массы машин и механизмов и 20 % стоимости машин. Основная доля трудоемкости изготовления отливок, а именно 50-70%, мощности литейного цеха (по учебнику Аксенова П. Н.) приходится на формовку (с приготовлением формовочных смесей) и изготовление стержней, от качества формы также зависит трудоемкость выбивки и очистки отливок. В действующих литейных цехах при производстве 1 т отливок из чугуна и стали вывозят в отвал до 5 т твердых песчаных отходов. Особенно экологически небезопасна формовка с использованием синтетических смол (в результате экспансии зарубежных фирм преобладает в большинстве крупных литейных цехов) и других органических материалов, которые дают до 70% загрязнений природной среды от литейных цехов.
Привлечение криотехнологии в литейное производство преследует цель заменить льдом органические материалы для изготовления разовых литейных моделей в целях ресурсосбережения и повышения экологической безопасности литья.
   Ледяные модели за рубежом стали делать роботы-принтеры, см.: http://www.proektant.ru/content/1582.html
   Мы предложили три способа изготовления песчаных оболочковых форм по ледяным моделям путем получения твердеющих связующих композиций типа «связующее + отвердитель». 1) ледяная модель служит носителем связующего, а сухая песчаная облицовочная песчаная смесь содержит отвердитель; 2) ледяная модель служит носителем отвердителя, а облицовочный слой песка — связующего; 3) модель замораживается из чистой воды (наиболее экологически благоприятный вариант), которая (расплав модели) не вступает в реакции отверждения формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего (в виде порошка), но без воды эти реакции не идут. В этих трех способах подбирали составы с максимальной скоростью твердения.
   При изготовлении оболочковой формы путем засыпки песка в контейнер с ледяной моделью и виброуплотнения, таяния модели и пропитки песка получают песчаную корку толщиной 3…8 мм. При этом в состав оболочки достаточно вводить 0,3...0,4% связующего от массы песка в контейнере, что примерно на порядок меньше, чем вводят в традиционных формах из холоднотвердеющих песчаных смесей (ХТС) со связующим.
Вообще, применение агрегатных переходов воды (из жидкого в твердое при замораживании модели, опять в жидкое при таянии модели и освобождении полости формы, а затем испарение при сушке увлажненной формы) в какой-то мере подобно кругообороту воды в природе. Идея цикличности материальных ресурсов как метод экологизации производства заимствована у Природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы, поэтому производственные технологии должны быть созвучны биосферным законам, и в первую очередь закону круговорота веществ.
   Разработка составов замораживаемых в составе модели водных композиций, в которых один компонент связующего находится в модели, а другой в окружающей ее песчаной смеси, показала достаточно хорошую технологичность получения оболочковых форм путем пропитки водным составом от тающей модели. 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 или гипса. Продолжительность твердения оболочки от начала таяния модели массой 0,2…0,9 кг составляла порядка 6…10 мин. и более (в зависимости от типа цемента/гипса), после полного расплавления модели остаток (не пропитавший окружающий песок) модельной композиции выливали из затвердевшей оболочки, а оболочковую форму направляли на подсушку или заливку металлом с небольшим вакуумированием.
   Также разработаны способы вакуумной упаковки ледяных моделей в синтетическую пленку для последующего использования технологии вакуумно-пленочной формовки. Способы получения оболочковых форм с противопригарными свойствами вокруг ледяной модели дали новую криотехнологию литья. Эта криотехнология литья по разовым ледяным моделям деталей из металлов для машиностроения исключает или минимизирует использование полимеров или связующего для песка литейной формы, заменяет органические (пенопластовые или парафино-стеариновые выплавляемые) модели на ледяные, а такой процесс производства отливок полностью соответствует экологически чистым безотходным технологиям по принципу "просто добавь воды".

Подробнее смотри:
http://www.proektant.ru/content/1583.html
http://www.proektant.ru/content/1584.html
http://www.proektant.ru/content/1586.html
http://www.proektant.ru/content/1587.html
http://www.proektant.ru/content/1597.html
Резюме.
Криотехнология машиностроения - литье из черных и цветных металлов по ледяным моделям. 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. Владимир Дорошенко, тел. +380 (66) 145-78-32.

[Dorosh]

КРИОТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА ПО РАЗОВЫМ МОДЕЛЯМ КАК ОДИН ИЗ ПУТЕЙ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА / Владимир Дорошенко, тел. +380 (66) 145-78-32.

   В настоящее время интенсивное развитие холодильной техники сделало холод технически и экономически доступным, а исследования в области криохимии, криофизики и нженерные решения открыли перспективы создания разнообразных физико-технологических и металлургических процессов с использованием низкотемпературных воздействий. Криотехнология позволяет решить ряд задач при переводе молекул в состояние, невозможное при обычных температурах; включить новые механизмы взаимодействия молекулярных комплексов в ресурсосберегающие технологии литейной формы; расширить градиентный диапазон тепло-массо-переноса при охлаждении металла отливки и песка формы, например, с примененеем ледяной модели; а также привлечь методы физико-химии поверхностных явлений для регулирования пропитки песка формы талой жидкостью модели и получения оболочковых форм в сухом песке.
Обзор патентов процесса литья по ледяным моделям на сайтах http://ru.espacenet.com , http://ukrpatent.org дает представление о трех составляющих этой технологии:  получение моно-, многослойных (в т. ч., пустотелых) или армированных ледяных моделей (пат. UA 80072, 80073, 80380, 80656, 82154, 83447, 83882, 85234, заявки 2009008849, 200909910); разновидности формовки (пат. UA 80235, 80372, 80381,  81726, 83891, 85515, 88304, 89664, заявки 200612809, 200908850, 200911975, 201003761, 201008732, 201012249); конвейерые процессы (пат. UA 91282, заявка 200909850). Эти патенты описывают следующие ноу-хау. При формовке разовую ледяную модель используют не только для традиционной функции создания конфигурации металлоотливки, но и как 1) носитель жидкой композиции, участвующей в образовании оболочковой песчаной формы путем создания в песке связующей композиции, 2) компоненты которой предварительно вводят в замораживаемую жидкость модели  и/или 3) в сухой формовочный материал. Формовка состоит в получении оболочковой формы в несвязанном сыпучем формовочном материале путем 4) фильтрации через него жидкой фазы тающей модели с добавлением через стояк или выпор дополнительного количества жидкости (для создания гидростатического напора и/или компенсации уменьшения объема при таянии льда и расхода жидкости на пропитку). При этом 5) в контактном с моделью слое формовочного материала толщиной 2...4 мм остаются в виде нефильтрата практически все технологические примеси (частицы и крупные молекулярные комплексы), добавленные в воду жидкой композиции модели, вода проходит дальше вглубь сухого песчаного материала с хорошо смачиваемой поверхностью песчинок. Если в воду модельной композиции ввести 5...10% связующего (например, жидкого стекла), то оно практически все «застрянет» в оболочковом слое, где его концентрация увеличится почти на порядок, не проникая дальше в песок, который обычно оставляют без связующего. Толщину связанного оболочкового слоя (глубину проникновения связывающего реагента) и скорость его образования регулируют изменением 6) гидростачического давления жидкости в полости формы, в ряде вариантов прибегая к вакуумированию формы, 7) дисперсности порошкового покрытия модели, скорости и типа реагирования его компонентов с компонентами модельной композиции. Также вводимую через трубчатый стояк/выпор жидкость 8) заливают нагретой в качестве теплоносителя для ускорения таяния модели и/или герметизатора при вакуумировании формы. Формовочный материал, кроме вошедшего в оболочку, остается несвязанным и используется повторно. Содержание связующего компонента в модельной композиции поддерживают минимально допустимым как для экономии материалов и экологизации процесса, так и по причине влиянием его на качество отливок. Добавление > 10% жидкого стекла в эту композицию приводит к переизбытку его на поверхности оболочковой формы, при подсушке оно может отслаиваться (шелушиться), загрязняя полость формы. Также разработан способ ВПФ по разовым ледяным моделям (упакованным в синтетическую пленку), при котором вода не попадает в песок формы, а используется повторно наряду с многократным использованием песка.
Минизация связующего (как правило, неорганического) для получения тонкостенных оболочковых форм, применение недорогого экологичного материала для разовых моделей - воды, которая своими фазовыми переходами (из жидкого в твердое при замораживании модели, опять в жидкое - таяние модели для освобождения полости формы, а затем испарение при подсушке этой формы) в какой-то мере напоминает кругооборот воды в природе, отвечает экологизации литейного производства. Идея цикличности материальных ресурсов заимствована у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы, наследуя которые создатели новых производственных технологий стремятся приблизить их к соответствию биосферным законам, и в первую очередь закону круговорота веществ.

[Dorosh]

ЛИТЬЕ ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ

Одно из научно-технических направлений в институте ФТИМС НАН Украины - крио-вакуумные технологии формовки посвящено решению задач экологизации, снижения ресурсоемкости процессов точного литья. Сочетание этого направления с компьютерным мониторингом и 3D-технологиями отражает понимание основополагающей роли продуктивности и скорости реальных процессов как одного из основных показателей их эффективности. Разрабатываемый процесс литья по ледяным моделям (ЛЛМ) в вакуумируемые песчаные формы включает операцию удаления разовой модели путем фильтрации ее расплава в песок формы с сохранением на месте модели полости формы для последующей ее заливки расплавом металла, что позволяет отнести его к разновидности фильтрационной формовки. Подобный термин использован в публикациях [1, 2] о формовке с твердением сухой сыпучей песчаной смеси после фильтрации через нее жидкости – отвердителя этой смеси. При ЛЛМ кроме подобного отвердения сухого сыпучего наполнителя с образованием оболочковой формы, фильтрация одновременно служит удалению модели из песчаной формы. Оценивая область применения ЛЛМ, учитывали, что ледяная модель в идеале может приближаться по конструкции к пустотелой стеклянной елочной игрушке, а по размерам быть в диапазоне от снежинки до ледяных блоков размером 0,25x0,5x1,0 м и весом 150 кг. Такие блоки серийно производят в морозильниках, их несложно «склеиванить» водой в сборные конструкции. Обычные для супермаркетов многометровые ряды морозильных бонет с замороженными продуктами размерами от горошины до мясной туши, дают основание полагать, что подобные ряды могут стоять в цехе ЛЛМ с моделями таких же размеров и температуры.
Предполагаемые преимущества процесса ЛЛМ. 1. Экологическая безопасность по сравнению с литьем по разовым моделям из органических материалов, при котором потери (в основном горение в помещении цеха) модельного материала за цикл обычно составляют 10…100%. 2. Дешевизна получения ледяных изделий при современном уровне развития холодильной техники. Обычно на производство 1 т льда расход электроэнергии составляет до 100 кВтч. Замораживание ледяных моделей на 1 т отливок массой 1 кг из железоуглеродистых сплавов требует до 50 кВтч электроэнергии. Почти 5-кратное снижение суммарных затрат на материалы и энергию при получении форм под заливку при переходе от ЛГМ к ЛЛМ благодаря низкой стоимости модельных материалов, состоящих из воды на  95% [3]. 3. Сокращение длительности и трудоемкости изготовления оболочковой формы из одного слоя толщиной 4…15 мм по сравнению с такими же показателями при получении многослойных оболочек при традиционном литье по выплавляемым моделям. Отрабатываемый процесс формовки имеет следующую длительность основных операций: засыпка и уплотнение сухой песчаной смеси в форме с моделью, герметизация пленкой и подключение к вакуум-насосу - 3…8 мин., таяние модели в форме с фильтрацией ее жидкости, отверждением оболочки и удалением избытка жидкости из полости – 10…20 мин. Затем форму направляют на заливку при вакуумировании формы, либо на подсушку и заливку, либо на извлечение оболочки из сыпучего песка и ее подсушку. Есть теплоносители и способы нагрева для совмещения плавления модели и сушки оболочки. 4. Благодаря низкой вязкости водной композиции по сравнению с воскообразными составами ледяная модель имеет четкий отпечаток от пресс-формы, чему способствует расширение воды при замораживании, практически отсутствует традиционная усадка твердой модели. Высокая прочность льда по сравнению с традиционными органическими материалами. 5. Твердение оболочек в объеме уплотненного вибрацией и вакуумом песка вокруг модели повышает точность, стабильность размеров, качество поверхности отливки и трещиноустойчивость, в отличие от традиционных оболочек, твердеющих послойно, что вызывает напряжения, и также подтверждено [2]. 6. Наличие методов послойного 3D-намораживания ледяных моделей (Rapid Freeze Prototyping) и 3D-деформирования моделей из порошкового льда на станках с ЧПУ позволит автоматизировать процесс их производства.

Список литературы
1. Знаменский Л. Г., Кулаков Б. А. и др. Фильтрационное формообразование гелеобразующих систем в точном литье // Литейное производство. - 1997. - №4. - С. 34.
2. Знаменский Л. Г. Ивочкина О. В., Ердаков И. Н. Электроимпульсно-фильтрационные технологии изготовления лит. стержней и форм//Вестник ЮУрГУ.-2007.-№13.-С. 39-42. 3. Дорошенко В. С., Бердыев К. Х. Сравнительный расчет экономических затрат на изготовление песчаных форм по газифицируемым и ледяным моделям в литейном производстве // Экологический вестник России. - М. - 2011. - №10. - С. 42 - 47.

[Dorosh]

Наши наработки по реализации еще одной экологической концепции – повсеместного применения саморазрушающихся после выполнения своих функций материалов.
, 3, 4, 5, 6, ,  
9, 10,   11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,  19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, Ледяные модели , 28, 29, , 42

[Dorosh]

Дорошенко В.С., doro55v@gmail.com
Материалы, разрушающиеся после выполнения своих функций, и самопроизвольные процессы литейного производства

В экологических концепциях будущего прогнозируют широкое использование материалов, самостоятельно разрушающихся после выполнения своих функций без накопления долговременных отходов. Сегодня во многих случаях причинами загрязнения окружающей среды является массовое производство материалов чуждых земной биосфере. Способ литья металлоизделий по ледяным моделям (ЛМ, Investment Casting with Ice Patterns), продукты таяния которых впитываются в поры песка формы, является примером создания малоотходных процессов литейно-металлургического производства по разовым моделям без органических материалов в соответствии с вышеупомянутой эко-идеей, описанной в работе [1].
Суть технологии состоит в том, что в литейном цехе при производстве металлических деталей машин или механизмов эти детали сначала изготавливают изо льда как литейные ледяные модели (ЛМ) – копии металлической отливки. Затем эти ЛМ засыпают в металлическом контейнере (опоке) сухой огнеупорной песчаной смесью и ее уплотняют вибрацией. Модель в песчаной смеси плавится, впитывается в сухую смесь и образует полость песчаной литейной формы. Этот процесс получения песчаной формы называется формовкой. Затем в полость полученной формы заливают расплавленный металл, он затвердевает, и литейщики получают металлическую деталь. Такая криологическая технология (криотехнология) при самопроизвольным таянии льда разовой литейной модели в песчаной форме с температурой выше 0 °С приближает процесс литья к безвредному обмену веществ и теплоты с окружающей средой.
Оценивая постепенное развитие ледяных технологий как один из шагов в завтрашний день промышленного производства с новым уровнем экологической культуры, отметим, что бум криотехнологий, по нашему убеждению, еще только предвидится по сравнению с сегодняшним вниманием к нанотехнологиям (последний термин впервые введен в научный оборот в 1974 г.). Еще в начале прошлого века польский геофизик А. Б. Добровольский в своей монографии «Естественная история льда» (пожалуй, единственной в мире такого рода публикации) предложил называть криологией отрасль науки, изучающей лед во всех видах и проявлениях [2]. Термин «криотехнология» распространен в основном пока лишь среди медиков, пищевиков и создателей холодильной техники. Сам же лед как материал для изготовления промышленных конструкций еще не нашел широкого применения.
В то же время интенсивное развитие холодильной техники сделало холод в настоящее время экономически и технически доступным в больших масштабах, все шире открывая возможности использования низких температур для создания технологических процессов, включая изменение агрегатного состояния вещества [3]. Природный холод использовали издавна, например, для замораживания грунтовых вод, при консервации пищи и закалке стали. Явление замораживания воды при быстром испарении ее в вакууме позволило Д. Лесли (1810 г.) построить первую установку для получения искусственного льда, а в 1875 г. К. Линде создал аммиачную компрессорную холодильную машину, положившую начало современной криотехнологии. Вовлечение обширного массива междисциплинарных знаний из области криологии в литейно-металлургическое производство как технологического использования науки в качестве производительного ресурса неизбежно даст высокотехнологичные способы получения отливок [4]. Это будет отечественный вклад в решение эко- и ресурсосберегающей проблематики в той области промышленности, где отечественная научная школа обладает запатентованными приоритетами новизны, о чем свидетельствуют нижеприведенные примеры способов формовки и литья.

ЛИТЕРАТУРА
1. Дорошенко В.С. Криотехнология литья по ледяным моделям // Литейное производство. - 2013. - № 3. - С. 16 – 20.
2. Dobrowolski A.B. Historia naturalna lodu. – Warszawa: Wyd. Kasa im. Mianowskiego, 1923. – 940 s.
3. Третьяков Ю. Д. Низкотемпературные процессы в химии и технологии / Ю. Д. Третьяков // Современное естествознание: энциклопедия / Гл. ред. В. Н. Сойфер. Т. 10. Современные технологии. - М.: Магистр-Пресс, 2000 - 2001. - С. 174-180.
4. Дорошенко В. С. Криотехнология литейного производства - получение металлоотливок по ледяным моделям // Промышленный Казахстан. – 2012.- № 4 – С. 28 - 31.
5. Дорошенко В.С. Анализ и идентификация литых легковесных металлоконструкций с использованием теории минимальных поверхностей // Металл и литье Украины. – 2015.- № 11. – С. 24 - 28.
6. А. с. № 1121089 СССР, МКИ В22 С7/00. Неразъемная замороженная модель для низкотемпературной формовки / О. И. Шинский, В. И. Московка, В.А. Шевченко и др. Опубл. 1984. Бюл. № 40.
7. Дорошенко В.С. Что может быть экологичнее воды? Криотехнология получения металлических отливок по ледяным моделям // Литье и металлургия. - 2012. - № 2. - С. 45-50.
8. Патент № 83891 Украины, МПК В22С9/04, В22С 7/00. Способ изготовления литейных форм по легкоплавким моделям / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко - Опубл. 2008, Бюл. №16.
9. Патент № 82026 Украины, МПК В22С 7/00. Способ нанесения порошковой краски на ледяную модель / О. Й. Шинский, В. С. Дорошенко. - Опубл. 25.07.2013, Бюл. № 14
10. Патент № 88304 Украины, МПК В22С 7/00. Способ нанесения покрытия на охлажденную модель / О. Й. Шинский, В. С. Дорошенко - Опубл. 12.10.09, Бюл. № 19.
11. Дорошенко В. С. Нанесение порошковых красок на ледяные литейные модели, применяемые для получения отливок из металла // Экология и промышленность России. - 2011. - № 3. – С. 10 – 13.
12. Патент № 81726 Украины, МПК В22С 9/00, 9/02, 9/06. Способ засыпания модельных блоков песком в контейнере / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко - Опубл. 2008, Бюл. № 2.
13. Патент № 83018 Украины, МПК В22С 9/02. Сухая формовочная смесь, уплотняемая в сыпучем состоянии / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко - Опубл. 27.08.2013, Бюл. № 16.
14. Патент № 91197 Украины, МПК В22С 9/02. Способ фильтрационного формования / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко - Опубл. 25.06.2014, Бюл. № 12.
15. Гамов Е. С. Расчет освежения оборотных кристаллогидратных самотвердеющих смесей // Литейное производство. – 1978. – № 2. – С. 16 - 17.
16. Дорошенко С. П. О двух важнейших проблемах песчаной формы // Литейное производство. - 2001. - № 4. - С. 26 – 27.
17. Минин В.Н. Самопроизвольные процессы // Журнал Русской Физической Мысли. – 2011.- № 1-12. - С. 49 - 66.

Аннотация. Пример реализации концепции саморазрушения материалов после выполнения их функций предложен в составе процесса литья металлов по ледяным моделям. Показаны образцы блоков (кластеров) таких моделей для отработки процессов формовки и литья. Прогнозируется распространение подобных материалов и технологических процессов безотходном производстве будущего.
Ключевые слова: саморазрушение материалов, формовочный процесс, песчаная форма, ледяная модель, криотехнология, безотходное производство.

Doroshenko V.S. Materials collapsing after performing its functions, and spontaneous processes of foundry.
An example of the concept of self-destruction materials after the exercise of their functions is provided as part of the metal casting process of the ice patterns. Showing samples of units (bushes) of such patterns for testing the molding process. It is predicted the spread of such materials in the waste-free production of the future.
Keywords: self-destruction of materials, molding process, sand molds, ice pattern, cryotechnology, waste-free manufacturing.

Дорошенко Владимир Степанович, к.т.н., старший научный сотрудник Физико-технологического института металлов и сплавов НАНУ. Тел. 38066 145 78 32, doro55v@gmail.com

если Вы не зарегистрированы, то
пройдите регистрацию

[Hazerdlis20]

Комплексная программа обеспечения безопаснос...

автор: Hazerdlis20

23 Апреля 2024 года, 21:45

Ищем ИЖЕНЕРА-ПРОЕКТИРОВЩИКА удаленно

автор: Наталия26

22 Апреля 2024 года, 15:15

Сепаратор на всасе компрессора

автор: Shvet

22 Апреля 2024 года, 15:11

Трубопровод с ЛВЖ. Установка межфланцевой за...

автор: Профессор Нафаня

19 Апреля 2024 года, 13:01

Резюме СМЕТЫ ЛЮБОЙ СЛОЖНОСТИ! РАСЧЕТ В ДЕНЬ ...

автор: Estimatestroy

18 Апреля 2024 года, 15:23

Резервуары сбора аварийного пролива нефтепро...

автор: Дамир-КИПиА

17 Апреля 2024 года, 08:36

ВАКАНСИЯ РАСЧЕТЧИК (инженер-расчетчик) г. Рж...

автор: Ильина Екатерина

16 Апреля 2024 года, 11:37

Стандарты, проектная документация, ТТ, заруб...

автор: УЦ РЕСУРС

14 Апреля 2024 года, 12:08

Міжнародная система забезпечення безпечності...

автор: DenKLJ

12 Апреля 2024 года, 12:07

Лаборатория испытаний на огнестойкость резин...

автор: Земский

11 Апреля 2024 года, 17:24

Помещение для хранения картофеля. Температур...

автор: Ламбада

10 Апреля 2024 года, 14:39

Продажа оцилиндрованных изделий, колья, брев...

автор: Западный Лес

08 Апреля 2024 года, 22:56

HAZOP. Практика проведения на территории Рос...

автор: УЦ РЕСУРС

07 Апреля 2024 года, 09:20

Предохранительные клапаны. Обсуждение вариан...

автор: УЦ РЕСУРС

06 Апреля 2024 года, 16:14

Задание СТРО для сейсмически активных районо...

автор: Ixion

06 Апреля 2024 года, 15:33

[667]

Сейчас на форумах: гостей - 667, пользователей - 10 Имена присутствующих пользователей: Чистильщик, Alltta, Ne-rylut, doctorRaz, Mav, Zve 1, Андрей11, РоманC, Dmitrii_ID, Beroes Group