Импортозамещающие разделительные покрытия для пресс-форм литья под низким давлением

В современных условиях зависимости промышленности от рыночной и политической обстановки в совокупности с отрицательной динамикой роста, наблюдаемой в российском производстве изделий из алюминия, с каждым годом все усложняется задача выпуска конкурентоспособной продукции с минимальными затратами [1].

В связи с этим освоение импортозамещающих технологий в настоящее время – основополагающее направление, реализуемое на многих металлургических заводах, выпускающих продукцию на основе алюминия, в т.ч. и на предприятии ООО «КиК» – крупнейшем в России и одном из ведущих в мире заводе по производству легкосплавных колесных дисков [2]. На предприятии ведется поиск технологий, повышающих качество поверхности дисков автомобильных колес за счет совершенствования процесса подготовки пресс-форм.

Одним из наиболее распространенных способов защиты поверхности пресс-форм от химического и теплового воздействия струи металла в производстве является использование разделительных покрытий [3].

Предпосылки проводимого исследования:

• –    сложность выбора исходных материалов покрытия из-за недостаточной изученности процессов, происходящих в системе «отливка – разделительное покрытие – рабочая поверхность пресс-формы»;

• –    неудовлетворенность производителей фасонной алюминиевой продукции имеющимися на рынке отечественными разделительными покрытиями;

• –    существенное увеличение стоимости готовой продукции при использовании на пресс-формах разделительных покрытий, закупаемых за рубежом (Англия, Германия);

• –    отсутствие в регионе производства подобных покрытий при имеющейся ресурсной базе.

Таким образом, цель данной работы заключается в разработке импортозамещающих разделительных покрытий для пресс-форм.

Достижение поставленной цели подразумевает выполнение задач по изучению влияния химического и фракционного составов наполнителей на свойства покрытий и влияния покрытий на качество поверхности дисков автомобильных колес, изготавливаемых методом литья под низким давлением.

Образцы и методы исследования

Работа выполнена на ООО «КиК» и в лабораториях ИЦМиМ СФУ.

В результате проведенных ранее исследований [4, 5] был предложен ряд составов разделительных покрытий на основе оксидов титана и алюминия, соли бария.

Технология приготовления покрытий заключалось в следующем. Пастообразные концентраты разрабатываемых покрытий и серийно применяемых на предприятии зарубежных аналогов разбавляли водой до нужной плотности, обеспечивающей их равномерное нанесение распылителем.

Общие и технологические свойства покрытий исследовали по ГОСТ 10772-78. Фотографии микроструктуры покрытий, нанесенных на металлические пластинки, получены с помощью инвертированного оптического микроскопа OLYMPUS GX51.

Оценка влияния покрытий на жидкотекучесть сплава АК12 проводилась при помощи спиральной металлической пробы по ГОСТ 16438-70.

Обсуждение результатов

Результаты исследований показывают, что увеличение содержания связующего по отношению к тонкодисперсному наполнителю в разработанных составах положительно сказывается на седиментационной устойчивости и приведенной прочности, что позволяет приблизиться и превзойти показатели зарубежных аналогов (табл. 1).

Общий более низкий уровень жидкотекучести обусловлен отличными от серийного покрытия теплофизическими свойствами и структурой слоя на поверхности формы (рис. 1, 2). При этом отмечается, что с увеличением содержания связующего жидкотекучесть сплава АК12 повышается.

Среди разработанных составов наибольшей применимостью обладает КП80: его оптимальные свойства обеспечиваются соотношением наполнителя и связующего, близким к 1:1.

Поэтому данный состав был опробован на литейном участке ООО «КиК», в ходе работы окрашивали одну из рабочих пресс-форм (рис. 3). Отливки колес определенной модели получали на одной и той же литейной машине, после чего они проходили отбраковку по рентген-контролю.

Опытно-промышленные испытания продемонстрировали увеличение выхода годного при литье колеса выбранной модели с 95,44 до 96,56 %, что является существенным показателем для данного производства.

Для повышения рабочих и технологических свойств покрытий (рис. 4-6), а также получения их более плотной структуры слоя на поверхности пресс-формы было изменено соот- – 688 –

Таблица 1. Сравнение свойств покрытий

Свойство	Покрытие
Производитель	Германия	Англия	Разрабатываемые составы
Обозначение	H1	D1	КП60	КП70	КП80	КП90	КП100
Содержание связующего, %	-	-	44	47	50	53	56
Соотношение с водой	4:1	6:1	5:1
Плотность, кг/м3	1075	1070	1085	1085	1080	1075	1075
Вязкость, с	10
Седиментационная устойчивость, % отметки через, ч: 0,5	100	55	77	80	83	82	78
1	99	15	59	67	71	64	51
3	99	8	22	25	31	20	12
7	99	8	12	20	10	4	7
24	98	8	12	20	7	4	7
Приведённая прочность, г/мм	7830	8780	3960	5410	8850	8810	8780
Жидкотекучесть АК12, см	45	43	28	32	34	37	40

а

б

Рис. 1. Пробы жидкотекучести сплава АК12 в зависимости от нанесенного покрытия: а – серийное D1; б – разработанное КП80

Рис. 2. Микроструктуры покрытий: а – серийное D1; б – разработанное КП80

Рис. 3. Заводская пресс-форма, окрашенная опытным покрытием

Рис. 4. Сравнение седиментационной устойчивости покрытий

Рис. 5. Сравнение приведенной прочности покрытий

ношение компонентов КП80 и введены в его состав минеральные добавки тонкого помола, что позволило разработать покрытие КПТ110 (рис. 7).

Опытно-промышленные испытания покрытия КПТ110 показали: увеличение выхода, годного для двух моделей колес диаметром 17``, составило от 1,53 до 4,11 %, для модели – 690 –

Рис. 6. Сравнение жидкотекучести АК12 в зависимости от нанесенного покрытия

Рис. 7. Фотография микроструктуры покрытия

Рис. 8. Сравнение стоимости 1 кг концентрата покрытий колеса диаметром 18`` – 10,35 %. При этом данное покрытие, по предварительным расчетам, обладает в 3 раза меньшей себестоимостью, чем серийно используемый зарубежный аналог (рис. 8).

Заключение

В результате проведенной работы:

• –    определены свойства разделительных покрытий, применимых для литья автомобильных дисков под низким давлением;

• –    разработан ряд экспериментальных составов разделительных покрытий, из которых выбран оптимальный;

• –    при литье колеса выбранной модели c использованием состава КП80 выход годного увеличен на 1,12 %;

• –    при опробовании покрытия КПТ110 установлено увеличение выхода годного для трех моделей колес, на 1,53, 4,11 и 10,35 % соответственно;

• –    создан задел по разработке и внедрению технологии покрытий в промышленное производство дисков методом литья под низким давлением на ООО «КиК».

Таким образом, разработанное покрытие позволяет снизить простои пресс-форм в процессе литья, увеличить производительность, продлить срок службы пресс-форм по сравнению с зарубежными аналогами. В то же время разработанное покрытие дает возможность избежать брака в виде пористости на поверхности отливок, тем самым улучшая качество готовых колес.

Подана заявка на патентование разработанных и опробованных составов разделительных покрытий. Ведется работа над составами покрытий с повышенными изолирующими свойствами и смазывающим эффектом.