Ресурсосберегающие принципы в литейном производстве

Предстоящая интеграция России в мировое торговое сообщество требует от участников российского рынка готовности к конкуренции на мировом уровне, что возможно при сниженных затратах на производство продукции.

Концепция устойчивого развития современной экономики ограничивает дальнейшее экстенсивное развитие и должна быть воспринята субъектами российского рынка. Ввиду стратегической важности отраслей заготовительно-перерабатывающего комплекса (ЗПК) в обеспечении экономической безопасности страны создание предпосылок для их устойчивого и ресурсосберегающего развития является важной народнохозяйственной задачей. На современном этапе развития ЗПК определяющим фактором эффективности функционирования комплекса во взаимосвязи с потребляющими его продукцию отраслями становится ресурсосбережение.

Для обеспечения эффективности финансовохозяйственной деятельности предприятий ЗПК на основе оптимизации использования ресурсов, повышения уровня экологичности и безотходности технологий требуется научное обоснование и разработка мер по совершенствованию организационно-экономического механизма ресурсосбережения на предприятиях ЗПК. Актуальность данной проблемы, а также современные требования к технологиям изготовления литых деталей определяют направления развития литейного производства в ближайшее десятилетие.

В целях формирования основ ресурсосберегающих литейных процессов, анализа и развития существующих технологий в данном направлении необходимо определить принципиальные аспекты эффективного производства отливок.

Технологический процесс литья можно разделить на пять этапов, представленных на рисунке:

• 1)    подготовка исходных материалов;

• 2)    изготовление литейной формы;

• 3)    плавка металла;

• 4)    заливка жидкого металла в форму;

• 5)    выбивка отливки из формы.

В качестве примеров ресурсосберегающих процессов для каждого из этапов могут быть следующие технологии.

Перспективным направлением развития литейных процессов является применение наливных кристаллогидратных смесей [1-3]. Указанный тип процесса формообразования обеспечивает высокие показатели по экологической безопасности: отсутствуют опасные для человека органические соединения, вибрации и запыленность на участке формовки.

Наливная формовка допускает применение различного фракционного состава одного и того же песка или использование отходов производства шамотных изделий. Литье в наливные кристаллогидратные формы менее требовательно к конструкции формовочного оборудования.

Главным фактором ресурсосбережения на уровне шихтовых материалов следует выделить увеличение в ее составе доли возврата от собственного производства и определение оптимального количества компонентов, используя математические модели, учитывающие количественные характеристики процессов плавки конкретных литейных цехов.

Технологический процесс литья и принципы ресурсосбережения

В случае изготовления деталей, работающих при одновременном действии истирающей и ударной нагрузки, используется легированная марганцем сталь 110Г13Л. Высокая температура заливки этой стали недопустима, так как начинают интенсивно протекать окислительные процессы. Образующиеся оксиды марганца при соприкосновении с материалом стержней и формы дают легкоплавкие силикаты (пригар). Кроме того, в отливках, залитых перегретой сталью, развивается шестова-тая (столбчатая) структура, следствием чего является резкое снижение прочности и износостойкости отливок.

Выбор способа изготовления литых деталей из данной стали главным образом зависит от их габаритных размеров, конфигурации и возможности создания направленного затвердевания отливки.

Известны классические способы качественного литья плит из данной стали, но они отличаются низким технологическим выходом годного (ТВГ) (45–60 %) и трудоемкостью технологического процесса в связи с необходимостью манипулирования литейной формой при заливке. Поэтому полученные в работах [4, 5] результаты развития литейных технологий в этом направлении представляются перспективными и обеспечивают выбор рационального способа заполнения формы и повышение ТВГ.

Проведенные в работах [6–8] исследования воздействия короткоимпульсного электромагнитного поля на формовочные материалы и сплавы показали, что данный вид физического воздействия обеспечивает улучшение свойств формовочных материалов, их экономию, а также повышение эффективности этапа приготовления расплава.

В плане развития данного способа физического воздействия необходимо изучать влияние нано- секундного электромагнитного поля (НЭМП) на стадии кристаллизации сплава [9].

Полученные в ходе исследований новые экспериментальные данные позволят уточнить закономерность электромагнитного воздействия на кристаллизационный процесс и структуру металлического сплава, снизить энергетические затраты при облучении сплава, а также расширить область применения НЭМП в технологии изготовления отливки.

Для достижения максимального эффекта использования материалов на всей технологической цепочке изготовления литых деталей необходимо осуществлять мониторинг параметров процесса и при помощи специально программного обеспечения анализировать, прогнозировать и оптимизировать текущий расход материалов [10].

В производстве литых деталей могут быть выдвинуты следующие ресурсосберегающие принципы (см. рисунок):

• –    первый принцип - «Многоразовое использование и глубокая переработка исходных формовочных и шихтовых материалов»;

• –    второй принцип - «Применение экологически чистых процессов формообразования и плавки металлов»;

• –    третий принцип - «Обеспечение качественного заполнения литейной формы расплавом и формирования отливки»;

• –    четвертый принцип - «Максимальное разупрочнение литейной формы после затвердевания и остывания отливки»;

• –    пятый принцип - «Повышение ТВГ и коэффициента использования металла при изготовлении литых деталей»;

• –    шестой принцип - «Анализ, прогнозирование и оптимизация использования ресурсов на всех этапах литейной технологии».

  Ердаков И.Н.

  
  

Ресурсосберегающие принципы в литейном производстве