BADANIA ZWIĄZANE Z MODERNIZACJĄ TECHNOLOGII WYKONYWANIA MAS FORMIERSKICH. Instytut Odlewnictwa, ul.zakopiańska 73, Kraków 4,5

Transkrypt

1 165/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN BADANIA ZWIĄZANE Z MODERNIZACJĄ TECHNOLOGII WYKONYWANIA MAS FORMIERSKICH E. SMOLUCHOWSKA 1, F. PEZARSKI 2, Z. MANIOWSKI 3, M. MŁYŃSKI 4, Z. SIERANT 5 1,2,3 Instytut Odlewnictwa, ul.zakopiańska 73, Kraków 4,5 Metalodlew S.A. ul. Ujastek 1, Kraków STRESZCZENIE Przedstawiono próby i badania optymalizacji składu mas formierskich ze szkłem wodnym, którą przeprowadzono dzięki modernizacji instalacji dozowania składników ciekłych mieszarko-nasypywarkach Bistromix. Dzięki nowej instalacji dozowania składników ciekłych można przemienne wykonywać masy przymodelowe i wypełniające przy zaprogramowanych oraz kontrolowanych ilościach różnych spoiw, utwardzaczy i różnych zawartościach regeneratu i piasku świeżego. Key words: moulding sand, installation for feeding liquid components, mixer-slinger, optimising sand composition 1. WPROWADZENIE W ostatnich latach w METALODLEW S.A. wdrożono szereg nowych technologii wpływających na poprawę jakości odlewów, zmniejszenia zużycia materiałów, zmniejszenia ilość odpadowych mas formierskich. Wprowadzono między innymi nowy gatunek szkła wodnego, nową technologię form dwuwarstwowych z zastosowaniem masy przymodelowej z alkalicznym spoiwem żywicznym do form z masą wypełniającą ze szkłem wodnym. Jednak z uwagi na stosowaną przestarzałą technikę i technologię 1 mgr inż. Elżbieta Smoluchowska: esmol@iod.krakow.pl 2 mgr inż. Franciszek Pezarski: fpez@iod.krakow.pl 3 mgr inż. Zbigniew Maniowski: zman@iod.krakow.pl 4 mgr inż. Mariusz Młyński: mmlynski@metalodlew.com.pl 5 mgr inż. Zbigniew Sierant: zsierant@metalodlew.com.pl 501

2 sporządzania mas formierskich z wykorzystaniem mieszarko-nasypywarek typu Bistromix o wydajności od 3 do 12 ton efekty tych działań były ograniczone. Dozowanie spoiw i utwardzaczy w tych mieszarkach miało charakter pulsacyjny bez możliwości ciągłej kontroli ilości dozowanych składników i bez możliwości regulacji rodzaju i jakości masy w czasie pracy mieszarki. Sporządzane masy ze względu na sposób dozowania spoiw, utwardzaczy a także piasku i regeneratu charakteryzowały się dużą niejednorodnością składu i niestabilną jakością. Przykład badania stabilności wytrzymałości na ściskanie masy floster sporządzonej z udziałem regeneratu w mieszarko-nasypywarce Bistromix 12 w czerwcu 2003 roku pokazano na rys.1.. Rys. 1. Zmiany wytrzymałości na ściskanie mas floster sporządzonych z udziałem regeneratu w czerwcu 2003 roku Fig. 1. Changes in compression strength of floster sands prepared with reclaim in June 2003 METALODLEW S.A. podobnie jak i inne odlewnie eksploatujące mieszarki wyposażone w pompy tłokowe o działaniu pulsacyjnym zmuszony był stosować zwiększoną ilości spoiw i utwardzaczy, co wpływało na zwiększone zagazowanie i inne wady produkowanych odlewów, podwyższało koszty produkcji oraz wpływało niekorzystnie na regenerację piasków i recykling mas Zamontowanie instalacji dozowania składników ciekłych nowej generacji umożliwiło przemienne sporządzanie masy wg wybranego programu z możliwością jego zmiany w trakcie zasypywania formy bez zatrzymywania mieszarki. Zastosowanie specjalnych dysz dozujących pozwoliło na szybsze, dokładniejsze i oszczędniejsze rozprowadzenie dozowanych spoiw i utwardzaczy w sporządzanej masie. Dzięki zastosowanym rozwiązaniom powstała możliwość optymalizacji składu i rodzaju mas dla poszczególnej części formy. 502

3 2. BADANIA LABORATORYJNE MAS Na wstępie przystąpiono do określenia parametrów technologicznych mas testowych w celu ustalenia warunków brzegowych nowych instalacji dozowania. Założono, że badania dotyczyć będą jedynie masy ze szkłem wodnym, która w formach dwuwarstwowych stanowi masę wypełniającą. Badania rozpoczęto od wykonywania masy o składzie podstawowym, stosowanym w Metalodlewie tj. 2,5 cz. wag szkła wodnego gat. 150 i 0,3 cz. wag floduru 1. Następnie obniżano ilość spoiwa i proporcjonalnie utwardzacza. Zmieniano też ilość regeneratu i świeżego piasku Szczakowa. Analiza wyników badań uzyskanych własności technologicznych mas pozwoliła na ustalenie danych brzegowych nowych instalacji dozujących na zakres: szkło wodne od 1,6 do 2,5 cz. wag. utwardzacz flodur od 0,19 do 0,3 cz.wag. przy udziale regeneratu w masie 50 do 70%.. W celu określenia stopnia przepalenia masy, a więc wytrzymałości masy formierskiej po zalaniu formy metalem przeprowadzono analizę zmian własności technologicznych masy formierskich pod wpływem oddziaływania cieplnego dla obu rodzaju spoiw stosowanych przy wykonywaniu form dwuwarstwowych. Badania prowadzono dwukierunkowo : doświadczalnie w laboratorium na kształtkach walcowych Ø 50 i h = 50 mm oraz poprzez symulację komputerową rozkładu temperatur w formie w czasie zalewania i stygnięcia wytypowanego przez Metalodlew odlewu tzw. bijaka, na podstawie dokumentacji technologicznej tego odlewu oraz bazy danych programu komputerowego MAGMASOFT; odlew wykonany jest z żeliwa sferoidalnego i formowany w masie z udziałem szkła wodnego (2,5 cz.wag), piasku (50%) i regeneratu (50%). Symulacja i badania laboratoryjne pozwoliła na sfomułownie następujących wniosków. wytrzymałość na ściskanie masy formierskiej w formie sporządzonej z udziałem szkła wodnego lub żywicy OD-1 na skutek działania na nią ciekłym metalem jest zróżnicowana i zależy od temperatury jaką posiada dana warstwa masy, po zalaniu formy metalem, wytrzymałość na ściskanie tzw. wytrzymałość resztkowa masy ze szkłem wodnym początkowo maleje, po czym rośnie. W przypadku żywicy wytrzymałość resztkowa maleje aż do destrukcji masy, dodatek regeneratu wpływa na obniżenie wytrzymałości na ściskanie masy badanej w temperaturze otoczenia oraz na wielkość wytrzymałości resztkowej. rozpatrywanie wytrzymałości na ściskanie masy formierskiej w powiązaniu z temperaturą w danym miejscu formy pozwala na stwierdzenie, że w niektórych miejscach formy, np. tych najbardziej oddalonych od odlewu nie ma konieczności posiadania przez masę bardzo wysokiej wytrzymałości, zwłaszcza, że w tym zakresie temperatur wytrzymałość wzrasta w porównaniu do wytrzymałości określanej w temperaturze otoczenia. Wypełnianie miejsc najbardziej oddalonych od odlewu masą o mniejszym udziale spoiwa i utwardzacza oraz ze zwiększoną ilością regeneratu pozwoli na obniżenie kosztów produkcji. 503

4 Na rysunku 2 pokazano przykład przebiegu wytrzymałości na ściskanie masy ze szkłem wodnym o składzie (w cz.wag) : masa nr 1 piasek - 100,0;szkło wodne- 2,5; flodur 1-0,3; masa nr 2 piasek - 50,0; regenerat - 50,0; szkło wodne - 2,5; flodur 1-0,3 oraz masa nr 3 piasek- 100,0 ; żywica OD1-1,5; utwardzacza- 0,4 i masa nr 4 piasek- 50,0; regenerat 50,0; zywica-1,5; utwardzacz-0,4. Rys. 2. Zmiany wytrzymałości na ściskanie mas ze szkłem wodnym i 50% udziałem regeneratu (z lewej) i mas z żywicą OD1 i 50% udziałem regeneratu (z prawej)w zależności od temperatury masy Fig. 2. Changes in compression strength of sodium silicate 50% reclaim sand (left) and OD1 resin 50% reclaim sand (right) in function of the sand temperature 3. PRÓBY I BADANIA PÓŁPRZEMYSŁOWE WYKONYWANIA MAS Nowa instalacji dozująca składniki ciekłe w pierwszej kolejności zainstalowana została w mieszarko-nasypywarce Bistromix o wydajności 12 ton. Sukcesywnie instalacja ta zakładana jest na pozostałych mieszarko-nasypywarkach Bistromix pracujących w Metalodlewie S.A. Jest ona wyposażona w pompy śrubowe o napędzie elektrycznym typu NEMO o działaniu ciągłym, w miejsce dotychczasowego kompletu pomp nurnikowych typu NDA krajowej produkcji o działaniu pulsacyjnym. Dodatkowo, pompa do szkła wodnego oraz do utwardzacza flodur wyposażona została w automatykę sterującą do kontroli przepływu oraz falownik do regulacji ilości podawanych składników ciekłych. Do prób wykonywania mas z zastosowaniem nowej instalacji dozującej przystąpiono po ustawieniu wydajności poszczególnych pomp i powiązaniu ich z nastawami oprogramowania i wskazaniami na wyświetlaczu przepływu. Zaprogramowano ustalone doświadczalnie wartości dozowanych składników ciekłych dla mas wypełniających i masy przymodelowej. Skład mas, nastawy na pulpicie oraz uzyskane wytrzymałości na ściskanie pokazano w tabeli 1. Wg ustawionego oprogramowania wykonano 9 rodzajów mas próbnych ze szkłem wodnym o różnym udziale składników ciekłych. Wyniki badań wykazały, że wytrzymałość na ściskanie badanych mas maleje wraz z obniżającą się ilością spoiwa w masie. W przypadku masy wypełniającej znajomość wartości granicznych wytrzymałości na ściskanie ma duże znaczenie, gdyż pozwala sporządzać przemiennie 504

5 w zależności od potrzeb technologicznych mocniejszą lub słabszą masę wypełniającą, miejscowo lub w określonej objętości formy. Taka zróżnicowana wytrzymałościowo forma jest łatwiejsza do wybicia i tańsza. Tabela 1. Nastawy składników ciekłych i wyniki badań technologicznych mas ze szkłem wodnym i żywicą OD1 Table 1. Measured batches of liquid components and results of technological trials made on sandswith sodium silicate and with OD1 resin Przykład wykonywania formy przed opracowaniem nowej technologii (schemat lewy) i po jej zastosowaniu (schemat prawy), dzięki modernizacji instalacji dozującej składniki ciekłe pokazano na rys.3. Po optymalizacji i synchronizacji sterowania, oprogramowania i działania urządzeń dozujących składniki ciekłe przystąpiono do wykonywania próbnej partii mas w formie dwuwarstwowej. Rys. 3.Schemat wykonywania form w METALODLEW S.A. przed i po optymalizacji technologii sporządzania mas ze szkłem wodnym Fig. 3. Pictorial diagram of mould manufacture for pilot castings in Metalodlew S.A before (left) and after (right) technology optymasing of sodium silicate sands 505

6 Masy wypełniające ze szkłem wodnym wykonywano z 50% i 70% udziałem regeneratu, masę przymodelową żywiczną wykonywano ze 100% udziałem świeżego piasku. Dla wytypowanych odlewów oprawy łożyska i pierścienia przyjęto następujące założenia technologiczne wykonania formy : masy wypełniające ze szkłem wodnym : spód połówki formy masa wg programu nr 8 tj % szkła wodnego, otoczenie masy przymodelowej masa wg programu nr 4 tj. 1.95% szkła wodnego. masa przymodelowa żywiczna ustawienie 1 tj. 1.8 % żywicy OD 1 W oparciu o próby i badania oraz na podstawie oceny jakościowej wykonanych odlewów próbnych, opracowana została przemysłowa technologia wytwarzania mas formierskich w mieszarko-nasypywarkach Bistromix. Nowa instalacji dozująca składniki ciekłe umożliwiła szybsze, dokładniejsze i oszczędniejsze dozowanie i rozprowadzenie spoiw i utwardzaczy w sporządzanej masie jak również przemienne wykonywanie mas o różnych ilościach spoiw i utwardzaczy, co oprócz oszczędności materiałów wpłynęło na poprawę wybijalności mas, zmniejszenie ilości mas odpadowych i poprawę regeneracji. SUMMARY STUDIES ON MODERNISATION OF THE MOULDING SAND MANUFACTURING TECHNOLOGY Tests and studies on optimising the composition of sodium silicate moulding sands were carried out. Optimising of the sand composition was possible by modernisation of an installation for feeding the liquid sand components to a Bistromix mixer-slinger unit. Owing to this new installation for feeding of the liquid components it is now possible to alternately produce facing and backing sands using a programmable system monitoring the volume addition of different binders and hardeners, and applying different new-toreclaimed sand ratios. Recenzował: Prof. Andrzej Białobrzeski 506