Одной из главных задач развития современного машиностроения, а следовательно, и литейного производства является дальнейшее повышение производительности труда и качества продукции на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, применения прогрессивной техники и технологии. При этом особое внимание уделяется существенному сокращению доли ручных операций и улучшению условий труда рабочих.
Следует признать, что в литейном производстве удельный вес ручного труда особенно велик. Это в первую очередь относится к процессам изготовления стержней и форм в отраслях с единичным, мелкосерийным и крупносерийным характером производства. В то же время на эти отрасли приходится больше половины общего выпуска литья.
Низкий уровень механизации в данном случае объясняется трудностью ее осуществления из-за многообразия номенклатуры, типоразмеров, а часто и больших габаритных размеров изготовляемых стержней и форм.
Хорошо известные механизированные способы изготовления стержней с помощью пескодувных и пескострельных машин позволяют получать стержни небольшого размера, требуют применения специальной оснастки и пригодны в основном для условий массового и серийного производства.
Процессы механизации изготовления форм в единичном и мелкосерийном производстве базируются, главным образом, на использовании встряхивающих машин и пескометов. Развитие этих процессов за последние годы шло по пути увеличения мощности встряхивающих машин, постепенного освоения пескометной формовки в сталелитейных цехах, применения новых методов уплотнения смеси прессованием, вибропрессованием и др. Однако даже при механизированных способах изготовления форм объем ручных работ остается большим. Особенно велика доля ручного труда при почвенной и кесонной формовке крупных отливок.
Почти все известные способы изготовления форм и стержней основаны на применении принципа уплотнения смесей. Отсюда можно прийти к выводу, что на основе применения известных пластических (требующих уплотнения) формовочных смесей не пред.
Ставляется возможным успешно справиться с задачей коренной механизации процессов изготовления стержней и форм в единичном и мелкосерийном производстве.
Совершенно новые перспективы для решения этих задач открываются при применении разработанной в ЦНИИТмаше в содружестве с заводами, научно-исследовательскими и учебными институтами принципиально новой технологии изготовления стержней и форм из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС).
Жидкие самотвердеющие смеси, как следует из их названия, сочетают в себе свойства жидкости, позволяющей получать стержни и формы свободной заливкой смеси, и способность самозатвердевать на воздухе в заданное время.
Иногда эти смеси называют наливными, псевдожидкими, жидко — подвижными. Нами принят термин «жидкая смесь». По нашему мнению, он достаточно полно характеризует свойства смеси и правомочен по двум соображениям. Во-первых, как будет показано ниже, жидкая формовочная смесь по своим реологическим свойствам представляет собой вязко-пластичную систему. Она отличается от истинных ньютоновских жидкостей, и по принятой терминологии ее можно назвать «неньютоновской, аномальной жидкостью». Во-вторых, жидкая смесь сразу после приготовления обладает в той или иной степени свойствами жидкости. Она, как и всякая жидкость, свободно принимает форму того сосуда, в который налита; она создает давление на стенки стержневого ящика или модель, которое подчиняется законам гидростатики.
При использовании ЖСС исключается трудоемкое ручное или машинное уплотнение смеси, а процесс изготовления стержней и форм сводится к простой операции заливки жидкой смеси в стержневой ящик или на модель.
Важное свойство жидкой смеси — самозатвердевание на воздухе — в свою очередь дает возможность отказаться от тепловой сушки стержней и форм (при применении самовысыхающих красок) или ограничиться кратковременной подсушкой водных красок. Все это вместе взятое позволяет в несколько раз повысить производительность труда на участках изготовления стержней и форм.
В случае применения ЖСС средства механизации существенно упрощаются. Жидкие смеси открывают реальную возможность для широкой комплексной механизации и автоматизации процессов изготовления стержней и форм в литейных цехах с единичным и мелкосерийным характером производства.
Эти и другие преимущества новой "технологии способствовали быстрому распространению ее в литейном производстве СССР и ряда зарубежных стран. Широкое внедрение технологии началось в 1964 г. За последующие 10 лет объем выпуска литья по жидким смесям на заводах СССР увеличился почти в 10 раз. Технология нашла применение при производстве отливок из чугуна, стали и цветных сплавов в станкостроении, тяжелом, энергетическом, дорожном, дизельном, металлургическом машиностроении, при изготовлении изложниц и т. д. Причем масса отливок, получаемых в стержнях и формах из ЖСС, колеблется от нескольких десятков килограммов до нескольких десятков тонн.
Одновременно возникла необходимость в проведении дальнейших исследований, связанных с доработкой составов ЖСС, изучением свойств смесей, изысканием новых рецептур ЖСС на основе других связующих материалов. Параллельно велись интенсивные работы по созданию средств механизации процесса и совершенствованию технологии применения жидких смесей.
Большие и важные работы в перечисленных направлениях выполнены рядом научно-исследовательских, учебных, проектно — конструкторских и технологических институтов, а также заводами. Помимо ЦНИИТмаша, следует назвать Харьковский, Киевский и Челябинский политехнические институты, Московский автодорожный институт, ВПКТИстройдормаш ВПТИтяжмаш, ВПТИлитром, Московский завод «Станколит», «Запорожсталь», Уралмашзавод им. С. Орджоникидзе, Южно-Уральский завод тяжелого машиностроения, Днепропетровский завод металлургического оборудования и многие другие.
Несмотря на большое число плодотворных исследований по ЖСС, проведенных как в Советском Союзе, так и за рубежом, до настоящего времени нет обобщающих работ в этой области и единого подхода к рассмотрению нового процесса во всех его аспектах. Не проанализирован также достаточно богатый и многолетний опыт применения ЖСС на заводах. Не определено место, которое должны занять ЖСС среди других процессов формообразования в литейном производстве.
Данная работа представляет собой попытку в какой-то мере восполнить этот пробел.
В книге в основном изложены результаты работ по жидким смесям, выполненных в ЦНИИТмаше под руководством или при участии авторов, а также результаты работ, проводившихся ЦНИИТмашем в содружестве с коллективами ряда заводов и институтов страны. В работах на разных стадиях ее выполнения от ЦНИИТмаша принимали участие С. С. Жуковский, 3. Г. Усу — бов, Л. Д. Снулова, В. Г. Кузнецов, А. С. Варшавский, А. В. Волков, П. И. Побежимов, И. В. Валисовский, В. Н. Ромашкин, В. П. Краснощекова и др.
Авторы выражают благодарность коллективам ЦНИИТмаш и заводов за помощь при проведении работы и внедрении разработанной технологии в производство.