Производство высококачественных литых деталей из алюминиевых сплавов

В условиях рыночной экономики получение высококачественной продукции и минимизация ее себестоимости являются наиболее значимыми факторами в конкурентной борьбе среди производителей.

Существует множество различных способов повышения качества отливок, которые можно разделить на физические, химические и электромагнитные методы воздействия на расплав. Однако применение этих методов в каждом конкретном случае связано с рядом сложностей: дороговизна и громоздкость необходимого оборудования, низкая эффективность обработки, увеличение времени производства единицы изделия, ограниченность сортамента сплавов, для которых данный метод обработки может быть применим и другие. В связи с этим на кафедре «Металлургия и литейное производство» ЮУрГУ активно изучается метод импульсного электромагнитного воздействия на кристаллизующиеся сплавы [1–4].

В качестве объекта исследования выбраны широко использующиеся в машиностроении алю-мокремниевые сплавы АК12 и АК7ч. Для проведения исследований в данном направлении разра- ботаны две принципиально разные лабораторные установки: с наличием диэлектрика между электродом и расплавленным металлом и с прямым погружением электродов в расплав.

Для создания импульсного электромагнитного поля (ИЭМП) в полости форм использовался генератор марки FID-technology с амплитудой импульсов 10 кВ и частотой излучения 1000 Гц.

В результате проведенных исследований зафиксировано, что воздействие ИЭМП на кристаллизацию силумина уменьшает размер дендритных ячеек α-фазы в 1,1–1,5 раза, способствует измельчению зерен литой структуры на 10–30 % по сравнению с исходным сплавом и значительно снижает усадочную микропористость.

Полученные результаты позволяют судить об эффективности воздействия ИЭМП на формирование качественной структуры отливки.

Апробация данного способа физического воздействия в условиях опытного производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак» позволила адаптировать экспериментальную установку к промышленным условиям и устранить дефектность отливок по показателю «герметичность» (рис. 1–3).

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для создания эффективного электромагнитного воздействия на кристаллизующийся алюминиевый сплав: 1 - разовая песчано-глинистая форма; 2 - электроды; 3 - изоляционный материал; 4 - генератор импульсного электромагнитного поля; 5 - термопара; 6 - милливольтметр

Новокрещенов В.В.

Рис. 2. Заводской вариант установки эффективного электромагнитного воздействия на кристаллизующийся силумин: форма из ХТС и генератор электромагнитного поля марки FID-technology

а)

б)

Рис. 3. Опытные отливки ООО «ЧТЗ-Уралтрак»: а – корпус из сплава АК7ч; б – корпус из сплава АК12

а)

б)

Рис. 4. База данных материалов ProCAST: а – изменение коэффициента термического линейного расширения ХТС; б – изменение модуля Юнга ХТС

В современном мире наряду с теоретическими исследованиями и физическим экспериментом активно развивается вычислительная наука.

Вычислительная наука создает уникальные возможности для проведения научных исследований, а применение ее методов в промышленности является чрезвычайно перспективным, так как позволяет получить весьма существенные экономические и материальные выгоды.

Актуальным направлением развития литейных технологий в настоящее время является эффективное освоение на предприятиях России систем

2013, том 13, № 1

компьютерного анализа литейных технологий [5]. На сегодняшний день ведущим программным пакетом в области литейного производства является ProCAST (Франция).

Из-за отсутствия в системе ProCAST всех необходимых данных по теплофизическим свойствам стержневых смесей развитие высококачественного проектирования литейных технологий на машиностроительных предприятиях России существенно затруднено.

Для повышения эффективности компьютерного анализа в ProCAST, экономии материалов при литье опытных отливок и изготовлении опытной оснастки сотрудниками кафедры литейного производства ЮУрГУ совместно со специалистами-литейщиками ООО «ЧТЗ-Уралтрак» формируется база данных свойств стержневых смесей, включающая коэффициент термического линейного расширения, модуль Юнга, коэффициент Пуассона (рис. 4). Пробные компьютерные расчеты линейных размеров отливки показали отклонение от фактических значений на 10–15 %.

Возможность управления процессом формирования годной отливки при помощи внешнего электромагнитного воздействия, а также компьютерный анализ тепловых процессов затвердевающей отливки в системе ProCAST, использование ее решателей для оценки термических напряжений и затрудненной усадки являются одним из совре- менных способов производства высококачественных литых деталей.