Инновации в литейном производстве

Одним из главных условий технического прогресса в настоящее время является постоянное обновление выпускаемой инновационной продукции, а одним из основных требований к современному производству – обеспечение возможности освоения новой продукции при минимальных затратах времени.

В последнее время технологические достижения в области литейного производства перешли на более высокий уровень, но, несмотря на это, работники литейных цехов постоянно сталкиваются с устойчивыми опасными и вредными факторами, которые оказывают влияние непосредственно на их здоровье и безопасность. Рост производства приводит к потенциально опасным упрощенным технологиям, поэтому решение проблемы сохранения благополучия персонала остается важной нерешенной задачей. До сих пор возникает постоянная потребность в обучении контролю за вредными  факторами. Модернизация литейного производства будет осуществлена в случае интенсивного применения инновационных технологий.

Следует больше внимания уделять сокращению численности занятых на работах с неблагоприятными условиями труда путем создания систем машин, оборудования, механизмов с дистанционным управлением технологическим процессом  с централизованного изолированного пульта, а впоследствии — с помощью компьютеров. Широкое применение компьютерного моделирования — заполнение формы  металлом, затвердевание и охлаждение отливки, формирование внутренних напряжений и деформаций позволяет освободить человека от монотонного и тяжелого труда, что является одним из наиболее перспективных средств борьбы с чрезвычайными ситуациями на производстве.

Необходимо внедрить более совершенную систему управления участками. Обязательно присутствие руководителей участков, специалистов по планированию-диспетчерированию, руководителей по качеству и др. Благодаря реинжинирингу технологических маршрутов появилась возможность оптимизировать, сконцентрировать и сократить количество операций на 30 %.

Перспективы развития заключаются в применении проектно-конструкторских работ, разработок и исследований, приобретения программных продуктов. Для проведения модернизации данной отрасли, в частности, литейного производства, недостаточно именно этих ресурсов.

К мероприятиям по модернизации могут быть отнесены:

- на плавильных участках — замена вагранок индукционными печами средней частоты (при этом объем вредных выбросов сокращается: пыли и двуокиси углерода в 13 раз, двуокиси серы в 30 раз), оборудование действующих вагранок и дуговых сталеплавильных печей системами пылегазоочистки со степенью очистки в пределах ПДК;

- на формовочных и стержневых участках;

- создание и применение малотоксичных и не токсичных составов смесей и оснащение формовочного и стержневого оборудования эффективными системами улавливания и нейтрализации выделяющихся вредностей;

- на обрубно-очистных участках — организация эффективной работы вентиляционных систем и утилизаций твердых отходов, внедрение современного очистного и зачистного оборудования и ручного инструмента с пониженной вибрацией.

Уже сейчас нанотехнологии позволяют получать материалы с принципиально улучшенными свойствами, многократно повышать эффективность процессов, создавать оборудование для тонких и выскоих технологий со значительно меньшими удельными издержками, чем у аналогов при производстве традиционными способами [2, с.132].

30 апреля 2010г. была проведена заводская приемка автоматической формовочной линии типа «EFA-SD 7», работающей по технологии Сейатцу-процесс (песчано-глинистая формовка).  Особенностью является то, что поочередная подача модельной формовочной смеси с последующей подачей наполнительной смеси в опоки происходит полностью автоматически. 

Наиболее безопасный для окружающий среды способ получения отливок — литье по малогазифицируемым моделям (ЛГМ). Опыт внедрения данного процесса в Польше, Румынии, Вьетнаме показывает, что благодаря преимуществам ЛГМ инвестиции в него быстро окупаются. Литейный цех, работающий по ЛГМ процессу, отличается от цехов литья в песчаные формы со связующим:

1) структурой;

2) технологическим процессом и оборудованием;

3) материальным и энергетическим обеспечением;

4) специализацией и количеством персонала.

Коренное отличие — в модельном и формовочном отделениях и отсутствии стержневого и смесеприготовительного отделения. Из-за того, что единственным формовочным материалом является природный кварцевый песок, выбивное отделение намного проще и имеет меньше технологического оборудования. Указанные отличия облегчают механизацию и автоматизацию всего литейного процесса. Контроль качества отливок и их ремонт при переходе на ЛГМ намного упрощается.

Внедряемые инновации в литейном производстве позволяют купить литье более высокого качества, улучшают условия труда и сберегают окружающую среду от загрязнений [3, с.27].

Традиционные связующие вещества для производства стержней по колд-бокс технологии никогда не соответствовали высоким требованиям голландского предприятия. В 2011 компания MGG начала тестировать новую технологию связующих материалов ECOCURE с пониженным содержанием растворителей, чтобы с ее помощью снизить выбросы БТК (бензола, толуола, ксилола) и запаха, улучшить физические и термические свойства стержней и, наконец, добиться снижения добавки связующих компонентов и амина. После года работы в испытательном режиме началось серийное производство отливок с использованием нового поколения связующих материалов с пониженным содержанием растворителя ECOCURE производства компании ASK Chemicals.

Применение технологий цифрового производства на предприятиях оборонно-промышленного комплекса (ОПК) позволит:

- существенно повысить гибкость производства предприятий ОПК в целях обеспечения их конкурентоспособности;

- сократить сроки постановки на производстве специальной продукции новых поколений, увеличить объемы выпуска высокотехнологичной продукции;

- снизить расходы всех видов ресурсов (временных, материальных, финансовых и трудовых) на проектирование, реинжиниринг и последующее производство как существующих, так и принципиально новых образцов специальной техники.

Одной из инновационных технологий в литье является криотехнология получения отливок из металла в песчаных формах по ледяным моделям.

При таянии ледяной модели вода пропитывает песок, создавая тонкостенную оболочковую форму. Преимуществом метода является исключение из процесса экологически небезопасных органических модельно-формовочных материалов. Ледяные модели как одноразовые дают более точное литье, а цикличность и многократность использования воды (замораживание, таяние модели, испарение при сушке формы) и песка до 90% снижают затраты на приобретение сырья. Такая технология относится к крио-вакуумным процессам, в которых сухой песок формы (без связующего) упрочняется под воздействием вакуума при подключении литейных форм трубопроводами к вакуум-насосу [1, с.17]. Создание и отработка способов получения оболочковых форм с противопригарной и мелкозернистой облицовкой (покрытием) вокруг разовой ледяной модели закладывает основу новой крио- (крио-вакумной) технологии литья мелких и средних металлозаготовок. Она исключает или сводит к минимуму использование органических полимеров: связующего для песка оболочковой литейной формы, заменяет пенопластовые или выплавляемые парафино-стеариновые модели на ледяные. Такая криотехнология литья по разовым моделям соответствует экологически чистым безотходным технологиям с использованием принципа «просто добавь воды». Замораживают модели при температурах не ниже минус 15…18 град. С (для ускорения последующего таяния их в форме), для чего достаточно бытовой морозильной камеры.

Наблюдение образования поликристаллической структуры прозрачной модели, формовка в сухом песке, удаление модели, извлечение из сухого наполнителя и сушка оболочки охватывают почти все процессы модельно-формовочной тематики (с рядом фазовых переходов), с физико-химическим подбором модельно-связующих композиций, процессами тепло-массопереноса и поверхностными явлениями. Такой инновационный характер обучения при ознакомлении с новыми крио-вакуумными технологиями, оценка их экологичности, энерго- и ресурсосберегаемости даст преимущества молодым специалистам для применения их на производстве.

Если математические модели, полученные при планировании экспериментов на двух уровнях факторов, не позволяют прогнозировать многофакторные процессы, то можно использовать математическое моделирование при планировании экспериментов на трех уровнях факторов. Компьютерные программы математического моделирования и расчетов по математическим моделям приведены в работе [4].