An application of V-process in manufacturing cast shape-forming tools is presented in the paper. The made in the Technical University of Sofia, Bulgaria, shape-forming tools comprise: 1) cast iron dies for gravity pouring of Al-Si alloys and 2) aluminium parts for production of tire treads. The cast tools have the best quality – high accuracy and low roughness which is acceptable for the customers.
Процесс вакуумной формовки освоен, исследован и усовершенствован в лаборатории литья металлов при ТУ - София и является методом, на основе которого разработаны технологии литья для успешной отливки формообразующих инструментов - моделей литья из металла, ящиках для стержней, кокилей, прессформ, шприцформ для экспандировки полистирола, матриц вулканизации резины и др.
В данном докладе показаны результаты исследований:
- кокилей из чугуна, выработанных различными методами,
- матриц из алюминия для вулканизации резины.
1. Кокили
Рабочие поверхности кокилей, как известно, выработывают путем литья, механической, электрофизической обработки, сварки, штамповки и комбинирования этих способов. Самое широкое распространение получило литье (во всех его разновидностях) с последующей обработкой резанием (или же слесарской обработкой), причем - со стремлением к минимальному обьему доводки [1]. Ввиду того, что у материалов для кокилей чаще всего ниская теплопроводность, в них появляются внутренние напряжения, вызванные неравномерным нагревом по сечению кокил [2]. Кроме того, поверхность, соприкосающаяся с жидким металлом, подвергется сильному перегреву и это ускоряет процессы коррозии и других химических взаимодейстий. Здесь проделано сравнительное исследование появления и распространения трещин на рабочей поверхности кокилей, выработанных вакуумной формовкой [3], посредством литья в фурановых формах и путем механической обработки.
Стойкость кокилей оценивают числом и суммарной длиной полученых видимых трещин вследствие термических циклов, реализованных погружением в жидкий чугун. Резултаты представлены на рис.1 и рис.2: 1 - кокиль, литая в вакуумной форме;
2 - механически обработанная кокиль; 3 - кокиль, литая в фурановой форме.
 |  |
| Рис.1 | Рис.2 |
Сравнительное исследование показало, что устойчивость кокили, выработанной в вакуумированной форме во много раз выше той кокилей, выработанных иными способами. При механически обработанной кокиле этот результат провокируется самой механической обработкой - при резании удаляется самый наружный слой кокили (так называемая литейная корка), причем графитные включения из внутренных слоев, выходят на поверхность. При кокиле, литой в фурановой форме, причиной слабого результата может быт указана повышенная шероховатость поверхности, что ведет к большей площади топлообмена, из-за чего она работает в более тяжелам термическом режиме по сравнению с литой в вакуумированной форме, как и механически обработаная, что логически сокращает ее жизнь.
Хорошие эксплуатационные качества, вместе с быстрой выработкой и ниской ценой кокилей, литых в вакуумированных формах, является причиной их успешного применения в практике (рис.3).
 |
| Рис.3 |
Качество получаемых в кокилях отливок большой степени зависит от исспользованных обмазок и покрытий [4, 5].
В Лаборатории литья металлов при ТУ - София разработана обмазка для кокилей из чугуна на основе жидкого стекла и аморфного двуокиса кремния. Чтобы остановить прочность покритий относительно металлической поверхности, проведен экперимент, дающий сравнительные оценки. Прочность определяется сопротивлением SiC. Струя падает с высоты 500 mm на расположенную под углом 45°С чугунную плиту с теплоизоляционным покритием, пока обмазка не сотрется и не откроется металлическая поверхность в зоне с диаметром приблизительно двух милиметров. Песок, потраченный для вскрытия металлической поверхности, собирается и взвешивается. В результате проведенных экспериментов было остановлено, что обмазку состаящую из 20 % двуокиса кремния, 15% жидкого стекла и 65% воды, можно с успехом применять при процессе кокильного литья сплавов алюминия.
2. Матрицы для изделий из резины
Интересной инженерной задачей является выработка литой технологической оснастки для вулканизации резиновых протекторов для регенерирования автомобильных шин. На рис.4 показана последовательность выработки деталей посредством вакуумной формовки.
 |
| Рис.4 |
| По отношению к точности и жесткой повтаряемости размеров и качества рабочей поверхности предъявляются серьезные требования. Размеры А, В и С
(рис.5) выработанных восемнадцати отливок для сегмента "Z1" и десяти отливок для сегмента "Z2", были измерены с точностью до 0.05 мм. Модели из гипса имеют следующих размеров (мм): Z1: А = 225.30, B = 165.10, C = 122.60, Z2: А = 224.60, B = 151.70, C = 72.80. |
 Рис.5 |
Шероховатость рабочих поверхностей отливок (табл.5) была измерена аппаратурой Perthem, модели Perthometer C50. Шероховатость отливок соответствует литью в кокилях, точному литью и даже литью под давлением.
| Таблица 1 |
 |
| Таблица 2 |
 |
| Таблица 3 |
 |
| Таблица 4 | Таблица 5 |
 |
 |
Полученные данные показывают что отливки, выработанные в лаборатории литья металов при ТУ - София методом вакуумной формовки, характеризуются высокой точностью и качеством поверхности.
Литература
- Бураков С., под редакцией Вейника А. И., Литье в кокилях, М., Машиностроение, 1980.
- Скобло Ю., Исследование механизма разрушения кокилей разной тепловой нагружености, Автореферат, Донецк, 1977.
- Ангелов Г. и др., Вакуумно формоване, С., Техника, 1984.
- Длъгников И. и др., Покрития за леярски форми, С., Техника, 1985.
- Рангелов Р., Обмазки за метални леярски форми, Национална научно-техническа конференция, Ловеч, 2002.
- Оболенцева Ф., Точность и качество поверхности отливок, М., Машиностроение, 1962.
- Славов Р., Манолов М., Атанасова В., Наръчник по леене на цветни метали и сплави, С., Техника, 1976.
* Доклад на 5th Int'l Scientific Conference Heavy Machinery '05, June 28 - July 3, 2005, Hotel Termal, Matarushka Banja, Serbia and Montenegro
