О применимости метода исправления дефектов чугунной корпусной отливки

JSSN1560-3644 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2023. № 4

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

Научная статья УДК 621.74

http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-85-90

О применимости метода исправления дефектов чугунной корпусной отливки

И.В. Селевцова, Т.В. Дорф

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова,

г. Новочеркасск, Россия

Аннотация. Представлены промышленные испытания полимерного пропиточного состава АНАКР0Л-2505 для решения проблемы устранения течи в местах установки жеребеек чугунных корпусных отливок. Исследована технология исправления дефектов литья, определена оптимальная очередность технологических операций, проведены промышленные испытания. Указанная цель достигнута, описаны результаты выполненных работ и показана перспективность выбранного метода для практики.

Ключевые слова: метод, отливка, дефект, раковина, сварка, жеребейка, пропитка, герметичность

Для цитирования: Селевцова И.В., Дорф Т.В. О применимости метода исправления дефектов чугунной корпусной отливки // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2023. № 4. С. 85-90. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-85-90.

Original article

On the applicability of the method of correcting defects in cast iron body casting

I.V. Selevtsova, T.V. Dorf

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia

Abstract. The purpose of the presented work is industrial testing of the polymer impregnation composition ANACROL-2505 in solving the problem of eliminating leaks in the places of installation of cast iron body castings. The technology of correction of casting defects is investigated, the optimal sequence of technological operations is determined, industrial tests are carried out. The specified goal has been achieved, the results of the work performed are described and the prospects of the chosen method for practice are shown.

Keywords: method, casting, defect, casting sink, weld, chaplet, impregnation, leak-tightness

For citation: Selevtsova I.V., Dorf T.V. On the applicability of the method of correcting defects in cast iron body casting. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2023;(4):85-90. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-85-90.

Введение

Актуальной задачей для предприятий, занимающихся литьём и механической обработкой, является задача устранения дефектов отливок с применением новых эффективных технологий.

В связи с этим экспериментальные и теоретические исследования в этой области особенно важны. Целесообразно применять

существующие на данный момент методы исправления литейных дефектов, так как экспериментальная отработка литейной технологии не всегда экономична.

Анализ имеющихся литературных и практических данных показывает, что наиболее распространёнными способами исправления литейных дефектов являются заварка и пропитка. При этом пропитка относится к основным способам исправления пористых отливок.

© ЮРГПУ (НПИ), 2023

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям является дефектом [1]. К основным дефектам отливок относятся несоответствие по геометрии, дефекты поверхности, несплошности в теле отливки, включения, несоответствие по структуре [2].

Наибольший ущерб механическим свойствам и надежности литых заготовок приносят дефекты усадочного происхождения. Основными видами брака, подлежащими исправлению, являются несплошности в теле отливки: течь при гидроиспытании, несквозные газовые, усадочные, песчаные и шлаковые раковины. Исправление дефектов производится как на необрабатываемых, так и на обрабатываемых поверхностях, при условии, если дефектные места доступны для их исправлений [3]. Несплошности в теле отливки и включения обнаруживаются, как правило, при механической обработке литых деталей при их изготовлении и при превышении определенных размеров недопустимы. Если технические требования к деталям не регламентируют наличие в отливках литейных дефектов и газовые раковины располагаются не на рабочей поверхности, не влияя на эксплуатационную надежность, рекомендуется провести ремонт деталей и устранить исправимые недостатки и улучшить их внешний вид.

Устранение дефектов в чугунных отливках производится в основном сваркой, пай-косваркой, пайкой, пропиткой и замазкой. Чугун является трудносвариваемым сплавом вследствие образования в шве и околошовной зоне хрупких и труднообрабатываемых структур отбела и закалки, повышенной склонности к образованию трещин и к порообразованию. Эти затруднения особенно резко возрастают при холодных способах сварки. При горячей сварке, когда отливки предварительно нагреваются, а также при низкотемпературных процессах пайки и пайкосварки образование вышеуказанных дефектов менее вероятно и обычно полностью исключается.

При выборе способа сварки учитывается марка чугуна, конструктивные особенности деталей, назначение поверхностей, на которых производят сварку, стадии механической обработки, на которых выявляется дефект, его размер и расположение. В большинстве случаев сварное соединение должно иметь структуру и свойства, аналогичные основному металлу [4]. Исправление дефектов производится после под-

готовки поверхности и полного удаления дефектов до чистого металла с последующей обработкой исправленного участка заподлицо с основной поверхностью. Материал, используемый для исправления поверхности и формы отливок, в которых имеются повреждения и дефекты, не должен влиять на общую структурную прочность изделия. Для устранения напряжений после сварки необходима термическая обработка отливок.

Для исправления течи в отливках применяется пропитка. Метод пропитки пористых отливок состоит в заполнении пор и пустот твердеющими материалами, устойчивыми к воздействию агрессивных сред. В практике широко используют бакелитовый и асфальтовые лаки, натуральную олифу, жидкое стекло и этилсили-кат. Перед пропиткой отливки должны очищаться промывкой и подвергаться вакуумирова-нию. Операция пропитки осуществляется в специальных автоклавах под давлением. Длительность выдержки отливок под пропиткой определяется толщиной стенок, величиной пор и свойствами пропитывающего материала. Она колеблется в пределах 0,5-1,5 ч. Для отверждения пропитывающего материала отливки нагревают до 125-175 °С и выдерживают в течение 3-5 ч. Пропитка материалами, применяемыми в отечественной практике, имеет низкую производительность, значительную продолжительность и трудоёмкость, высокие энергетические затраты. Пропиточные материалы загрязняют поверхности деталей, токсичны и имеют ограничения по температуре эксплуатации.

Учитывая вышеизложенное, предприятия, занимающиеся литьём и механической обработкой, всегда в поиске оптимальных технологий, позволяющих с наименьшими затратами отремонтировать дефектное литьё. Дефекты отливок исправляют, если это технически возможно и экономически целесообразно. Необходимо проводить анализ стоимости устранения дефектов. Когда расходы выше, чем стоимость самого литья, отливку бракуют.

На рис. 1 показаны литейные дефекты, выявленные в партии отливок полумуфт после черновой механической обработки. В этом случае ремонт с использованием приведённых методов исправления литейных дефектов нецелесообразен, отливки требуется перелить на годные, предварительно внося изменения в технологический процесс литья, чтобы предотвратить повторные дефекты [5].

Рис. 1. Неисправимый брак в отливках, выявленный после черновой механической обработки Fig. 1. Irreparable defect in castings detected after rough mechanical processing

Рассмотрим практический метод ремонта чугунного корпуса (рис. 2) пропиточным составом АНАКРОЛ-2505 производства ООО НПП «САТУРН», позволивший решить проблему течи в местах жеребеек [6].

Рис. 2. Общий вид чугунной корпусной отливки Fig. 2. General view of an iron body casting

Предложенный метод позволяет исключить подготовительные работы по предварительному подогреву отливок, зачистке поверхности отливок в месте литейного дефекта, разделку дефектов до их полного удаления, засвер-ловку концов трещин, обезжиривание кромок разделки и термической обработки отливки для снятия остаточных напряжений и обеспечения обрабатываемости резанием сварного соединения, требующиеся при заварке дефектов литья, а в нашем случае двусторонней заварке [7].

Отливка является крупногабаритной 840x500x1065 мм, весит 750 кг, использование стандартных технологий пропитки не представляется возможным без применения специального оборудования и является дорогостоящей операцией.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2023. № 4 TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

Песчаный стержень крепится в литейной форме и поддерживается во время заливки формы с помощью жеребеек [8]. Свариваясь с металлом, они остаются в теле отливки рис. 3.

Рис. 3. Места установки жеребеек после

механической обработки

Fig. 3. Installation places of chaplets

С одной стороны, не рекомендуется применять жеребейки при производстве отливок, которые необходимо испытывать на проницаемость жидкости через стенки отливки. С другой - отказаться от них при формовке и отливке чугунного корпуса не представляется возможным. Использование жеребеек является оптимальным методом для увеличения устойчивости тяжелого и сложного по форме стержня, удерживания стержня в требуемом положении и предотвращения всплытия его при заливке металла [9]. Однако при плохой свариваемости жеребейки с отливкой последняя может не выдержать гидравлические испытания и дать в этом месте течь.

Литьё в зоне жеребеек, даже с учётом их хорошей свариваемости с чугуном, не даёт однородной по свойствам литой структуры, и в готовых отливках в этой зоне возникает проницаемость для жидкостей и газов. Непровар жеребеек в виде несплошности соединения металла отливки с поверхностью жеребеек является дефектом [10].

Методы контроля и результаты испытаний

Методом проверки качества чугунной корпусной отливки выбран метод керосиновой пробы, который основан на высокой проникающей способности керосина и выявляет сквозные дефекты (рис. 4). Керосиновая проба относится к капиллярным методам контроля и является оптимальной в условиях производства для быстрого обнаружения скрытых сквозных дефектов.

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

В качестве индикатора течи используется меловая обмазка. Места течи выявляются визуально по пятнам керосина цвета ржавчины на меловой обмазке. Нельзя использовать загрязненный керосин, это повышает его вязкость, что может привести к невыявлению скрытых дефектов, которые при эксплуатации изделий могут проявиться в виде значительных течей.

Таблица 1 Table 1

Показатели пропиточного состава АНАКРОЛ-2505 Indicators of the impregnating composition of ANACROL-2505

Рис. 4. Керосиновая проба, выявившая места течи Fig. 4. A kerosene sample that revealed the leak sites

Обнаруженные в чугунном корпусе дефекты устраняются пропиточным составом АНАКРОЛ-2505, который представляет собой бесцветный раствор термореактивного акрилового полимера в смеси растворителей. Согласно ТУ 2257-014-50686066-2006 полимер стоек к воздействию СОЖ, различных марок ГСМ и трансмиссионных масел, спиртам, гликолям, растворяющим солям, растворам кислот и щелочей, газам и фреонам. Отверждённый материал теплостоек в диапазоне температур от -60 до +150 °С, 4 ч до +250 °С. Кроме того, герметизирует и устраняет коррозию в макропорах и макротрещинах в металлических отливках размером 0,1 - 0,5 мм. Состав не вызывает коррозии металлов и сплавов, проникая в микродефекты, он отверждается с образованием высокопрочного, эластичного материала, а образующаяся на поверхности детали плёнка не ломка и выдерживает механические вибрации.

В табл. 1 приведены основные показатели пропиточного состава АНАКРОЛ-2505 с указанием методов их определения.

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Плотность состава при температуре (23±0,5) оС, г/см3 0,910-0,940 По ГОСТ 3900-2022, метод 1

Условная вязкость при температуре (20±0,5) оС по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с 14-17 По ГОСТ 8420-2022

Массовая доля нелетучих веществ, % 25-35 По ГОСТ Р 52487-2010

Кислотное число, мг КОН/г, не более 0,1 По ГОСТ 23955-80

Время высыхания до степени 3, при температуре (23±2) оС, мин, не более 20 По ГОСТ 19007-73

Адгезия покрытия к металлической основе, балл, не более 0 По ГОСТ 31149-2014

Термостойкость покрытия при температуре (250±5) оС, ч, не менее 4 По ТУ 2257-01450686066-2006

На рис. 5 показаны кривые термогравиметрического анализа (ТГА) для АНАКР0Л-2505, полученные на приборе NETZSCH STA 449F1.

Рис. 5. Кривые термогравиметрического анализа ТГА для АНАКР0Л-2505

Fig. 5. TGA Thermogravimetric analysis curves for ANACROL-2505

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

Толщина стенки чугунного корпуса в местах установки жеребеек после механической обработки 25 мм. Чтобы состав не растекался, корпус располагается горизонтально, вокруг места течи силиконом обозначается защитный буртик (рис. 6). Для удаления остатков пыли и жировых загрязнений отмеченное место обрабатывается ацетоном. Это необходимо, чтобы металлическая пыль и жировые загрязнения с поверхности детали не переходили в пропиточный состав, ухудшая его герметизирующие свойства. Затем внутрь на высоту буртика заливается пропиточный состав АНАКРОЛ-2505.

Рис. 6. Полимерная плёнка после отверждения Fig. 6. Polymer film after curing

Длительность пропитки составляет от 24 до 48 ч. После отверждения на воздухе при 15-30 °С полимерная плёнка и силикон снимаются, отливка повторно контролируется, корпус окрашивается и отправляется на сборку.

Основное требование к ремонту - качественная герметизация на весь срок эксплуатации изделий. Течи трансмиссионного масла при эксплуатации корпусов, отремонтированных этим способом, в течение трех лет не обнаружено, что может служить рекомендацией к использованию метода пропитки для герметизации отливок в местах установки жеребеек. Помимо прочего, практика показала, что пропитка даёт хороший результат, если проводить её и до механической обработки корпуса.

Заключение

Промышленные испытания подтвердили эффективность предложенного метода ремонта чугунных деталей с толщиной стенки 25 мм, отливки - 40 мм. Установлено, что использование

рассмотренного в статье метода пропитки возможно как до, так и после механической обработки дефектного места. Приведенная технология внедрена в производство. Разработана техническая документация по использованию пропиточного состава АНАКРОЛ-2505 для устранения дефектов отливок.

Применение в литейном производстве пропиточного состава АНАКРОЛ-2505 позволяет восстанавливать целостность и герметичность отливок на месте производства без применения вакуума, давления и температуры. Это од-нокомпонентный, готовый к применению состав. Преимуществами его использования является низкая трудоёмкость, высокая производительность без расхода энергии и больших затрат времени. И главное - исключаются затраты на переплавку забракованных отливок и вторичную механическую обработку.

Технология пропитки полимерным составом решает проблему уменьшения потерь от брака и рекомендуется предприятиям при исправлении таких литейных дефектов, как течь в местах установки жеребеек.

Список источников

1. Справочник по чугунному литью / Под ред. д-ра техн. наук Н.Г. Гиршовича. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978, 758 с.

2. Лакедемонский А.В., Кваша Ф.С. и др. Литейные дефекты и способы их устранения. М.: Машиностроение, 1972. 152 с.

3. Селевцова И.В. Дефекты отливок и методы их исправления. Интеграция науки и практики как механизм развития отечественных наукоемких технологий производства: сб. науч. ст. по материалам VII Всерос. науч.-практ. конф., г. Каменск-Шахтинский, 20 фев., 2018 г. / ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова; Каменск. ин-т (филиал) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова. Новочеркасск: Лик, 2018. С. 343-347.

4. Технология литейного производства: учебник / Ю.И. Категоренко [и др.]; под ред. Ю.И. Категоренко, В.М. Миляева. 2-е изд., перераб. и доп. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2018. 684 с.

5. Селевцова И.В. Влияние технологии изготовления заготовок деталей на качество изделий в машиностроении // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. № 2. С. 75-78.

6. Материалы сайта ООО НПП «САТУРН» URL: https://www.anacrol.ru/Produkciya/ANAKROL-2505 (дата обращения 06.04.2023).

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4

7. Чуркин Б.С. Теория литейных процессов: учебник / под ред. Э.Б. Гофмана. Екатеринбург: РГППУ, 2006. 453 с.

8. Литейное производство: учебник для металлургических специальностей вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 256 с.

9. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Бастраков В.К. Контроль качества отливок: учеб. пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1990. 237 с.

10. Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Атлас литейных дефектов. Черные сплавы. М.: Машиностроение-1, 2005. 327 с.

References

1. Girshovich N.G. Handbook of iron canting. 3rd edition., revised and expanded. Leningrad: Mashinostroenie, Leningrad department. 1978. 758 p.

2. Lakedemonsky A.V., Kvasha F.S. et al. Foundry defects and ways to eliminate them. Moscow: Mashinostroenie.1972. 152 p.

3. Selevtsova I.V. Defects of castings and methods of their correction. Integration of science and practice as a mechanism for the development of home science-intensive production technologies: collection of scientific articles based on the materials of the VII All-Russian Scientific and Practical Conference. Kamensk-Shakhtinsky, Feb.20, 2018. Platov South Russia State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov. Noovocherkassk: Lik. 2018. P. 343-347.

4. Kategorenko Yu.I. et al. Technology of foundry production: textbook 2nd ed., revised and expanded. Yekaterinburg: Publishing house of the Russian State Prof. PED. UN-Ta. 2018. 684 p.

5. Selevtsova I.V. The influence of the technology of manufacturing blanks of parts on the quality of products in mechanical engineering.Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki= Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region.Technical Sciences. 2011 ;

6. Site Materials of LLC NPP «Saturn». Available at: https://www.anacrol.ru/Produkciya/ANAKR0L-2505 (accessed 06.04.2023).

7. Churkin B.S. Theory of casting processes: textbook. Yekaterinburg: RGPPU, 2006. 453 p.

8. Foundry production: Textbook for metallurgical specialties of universities. 2nd edition., revised and expanded. Moscow: Mashinostroenie.1987. 256 p.

9. Vozdvizhensky V.M., Zhukov A.A., Bastrakov V.K. Quality control of castings: Textbook for universities. Moscow: Mashinostroenie. 1990. 237 p.

10. Voronin Yu.F., Kamaev V.A. Atlas of casting defects. Ferrous alloys. Moscow: Mashinostroenie-1.2005. 327 p.

Сведения об авторах

Селевцова Ирина Валерьевнав - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения, технологические машины и оборудование», irinasiv@mail.ru

Дорф Татьяна Викторовна - канд. экон. наук, доцент, кафедра «Математика и математическое моделирование», tavido@mail.ru

Information about the authors

Irina V. Selevtsova - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department «Mechanical Engineering Technology, Technological Machines and Equipment», irinasiv@mail.ru.

Tatyana V. Dorf - Cand. Sci. (Econ.), Associate Professor, Department «Mathematics and Mathematical Modelling», tavido@mail.ru.

Статья поступила в редакцию / the article was submitted 17.05.2023; одобрена после рецензирования / approved after reviewing 26.09.2023; принята к публикации / accepted for publication 04.10.2023.