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 финансово-хозяйственной деятельности предприятий ЗПК на основе оптимизации использования ресурсов, повышения уровня экологичности и безотходных 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 оптимально- го количества компонентов, используя математические модели, учитывающие количественные характеристики процессов плавки конкретных литейных цехов.
Рис.1 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 шестоватая (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 качественно- го 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 наносекундного 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 качест- венного заполнения литейной формы расплавом и формирования отливки»;
– четвертый принцип − «Максимальное разупрочнение литейной формы после затвердева- ния и остывания отливки»;
– пятый принцип − «Повышение ТВГ и коэф- фициента использования металла при изготовле- нии литых деталей»;
– шестой принцип − «Анализ, прогнозирова- ние и оптимизация использования ресурсов на всех этапах литейной технологии».
Автор И.Н. Ердаков
Литература
1. Знаменский, Л.Г. Закономерности форми- рования системы «гипс – металлофосфатный раствор» для цветного литья / Л.Г. Знаменский, Б.А. Кулаков, И.Н. Ердаков // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. − 2001. − № 4 − С. 21–25.
2. Пат. 2175902 Российская Федерация, МПК7 В22С1/00. Смесь для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем при произ- водстве отливок из цветных и драгоценных сплавов / И.Н. Ердаков, Л.Г. Знаменский, В.К. Ду- бровин, Б.А. Кулаков, С.А. Зорин, В.И. Бобер. – № 2000125253/02; заявл. 05.10.2000; опубл. 20.11.2001, Бюл. № 32. – 6 с.
3. Пат. 2252103 Российская Федерация, МПК7 В22С1/00. Смесь наливная самотвердеющая для изготовления форм и стержней при производ- стве отливок по выплавляемым моделям / В.К. Дубровин, Б.А. Кулаков, А.В. Карпинский, Л.Г. Знаменский, И.Н. Ердаков, О.В. Ивочкина. – № 2003467899/02; заявл. 23.12.2004; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14. – 6 с.
4. Ердаков, И.Н. Исследование процесса изго- товления литой плиты методом планируемого эксперимента / И.Н. Ердаков, В.М. Ткачев // Вест- ник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». − 2010. − Вып. 15. − № 34 (210). – С. 46–49.
5. Развитие теории трещиноустойчивости отливок / М.А. Иванов, В.И. Швецов, Е.Л. Волоса- това, Д.В. Изотов // Вестник ЮУрГУ. Серия
