В ключевых отраслях промышленности, таких как производство тяжелого оборудования, возобновляемая энергетика и аэрокосмическая промышленность, крупные отливки служат основными несущими элементами, и их качество напрямую определяет производительность, безопасность и срок службы всего оборудования. Процесс подачи, являясь важнейшим звеном в производстве крупных отливок, проходит через весь процесс литья и играет решающую роль в формировании конечного качества отливок. Улучшение эффекта подачи крупных отливок — это не только техническое требование для решения производственных проблем, но и стратегическая мера для обеспечения промышленной безопасности и повышения конкурентоспособности отрасли. Его важность в основном отражается в следующих пяти ключевых аспектах.

1.1 Обеспечение точности размеров для соответствия требованиям высококачественной сборки.

Крупные отливки часто служат основными компонентами или ключевыми соединительными элементами оборудования, и требования к их точности размеров значительно выше, чем к обычным отливкам. Даже незначительные отклонения в размерах могут привести к сбою сборки или ненормальной работе оборудования. На точность размеров крупных отливок влияет совокупность множества факторов. На уровне сырья чрезмерно высокое содержание примесей в расплавленном металле вызовет неравномерную кристаллизацию, что приведет к усадке и деформации отливок. На уровне параметров процесса чрезмерно высокая температура заливки может вызвать перегрев и набухание отливок, в то время как неправильный контроль скорости охлаждения вызовет температурные напряжения и приведет к отклонению размеров. На уровне формы точность изготовления и способность формы контролировать термическую деформацию также напрямую связаны с конечными размерами отливок.

Процесс подачи материала эффективно предотвращает усадку и деформацию за счет точного контроля компенсации объема во время затвердевания отливок. Недостаточная подача приведет к образованию усадочных полостей и пористости в отливках, что, в свою очередь, вызовет локальную структурную деформацию. Избыточная подача, с другой стороны, может привести к образованию избыточных структур в месте соединения питателя и отливки, что усложнит последующую обработку. Только за счет точной подачи материала можно обеспечить строгое соответствие допусков размеров крупных отливок проектным требованиям, гарантируя их эффективную адаптацию к другим компонентам и обеспечивая базовую гарантию общей производительности оборудования.

1.2 Оптимизация внутренних качеств и повышение основных механических свойств

Внутреннее качество крупных отливок является ключевым фактором, определяющим их механические свойства, а процесс подачи расплава напрямую влияет на формирование внутренней структуры отливок. В процессе затвердевания отливок расплавленный металл постепенно охлаждается от поверхности к центру. Если система подачи расплава спроектирована нерационально или время подачи контролируется неправильно, в зоне затвердевания образуется пространство с отрицательным давлением, что, в свою очередь, приводит к внутренним дефектам, таким как газовые полости, усадочные полости и включения. Эти скрытые дефекты серьезно нарушают внутреннюю целостность отливок, вызывают концентрацию напряжений под действием силы и значительно снижают их прочность на растяжение, ударную вязкость и коррозионную стойкость.

Например, в крупных отливках, используемых для сосудов высокого давления, крошечные внутренние газовые отверстия могут постепенно расширяться под давлением, что в конечном итоге приводит к утечкам. В несущих отливках строительной техники пористость снижает усталостную прочность и сокращает срок службы оборудования. Благодаря научному проектированию системы подачи, например, рациональному расположению питателей и применению технологии инокуляции с следованием потоку, обеспечивается непрерывное заполнение объемного зазора расплавленным металлом в процессе затвердевания, что снижает вероятность возникновения дефектов и способствует измельчению зерна. Таким образом, оптимизируется однородность внутренней структуры отливок и гарантируется их соответствие заданным показателям механических свойств.

1.3 Повышение эффективности производства и достижение цели снижения затрат и повышения эффективности

Производство крупногабаритных отливок характеризуется длительным циклом, большими инвестициями и сложными процессами, а эффективность подачи напрямую влияет на плавность и экономичность производственного процесса. Правильная подача позволяет снизить производственные затраты и повысить эффективность производства по нескольким направлениям: во-первых, снизить процент брака. Отливки с качественной подачей не требуют доработки или переплавки, что позволяет избежать потерь металлического сырья, энергии и трудозатрат. Во-вторых, сократить производственный цикл. Стабильная подача позволяет сократить дополнительные процессы, такие как последующий дефектоскопический контроль и устранение дефектов, ускоряя оборот отливок. В-третьих, снизить затраты на обработку. Отливки с точной подачей обладают высокой точностью размеров и малым количеством внутренних дефектов, что позволяет сократить объем режущей обработки и продлить срок службы режущего инструмента.

Напротив, если технология подачи не соответствует стандартам и сбои в подаче происходят часто, это не только потребует реорганизации литейного производства, что приведет к многократному увеличению производственного цикла, но и вызовет значительные задержки с поставками сырья и энергопотреблением, что существенно повысит производственные затраты. Поэтому улучшение эффективности подачи является важным способом для крупных литейных предприятий реализовать принципы бережливого производства и повысить конкурентоспособность на рынке, что напрямую связано с экономическими выгодами и влиянием предприятий на отраслевой дискурс.

1.4 Создайте надежную линию безопасности и избегайте серьезных угроз безопасности.

В течение срока службы крупные литые детали часто подвергаются большим нагрузкам, высокому давлению или работают в суровых условиях, и их безопасность напрямую связана с эксплуатационной безопасностью оборудования и безопасностью жизни персонала. Внутренние дефекты, вызванные неправильной подачей материала, могут стать взрывоопасными и представлять угрозу безопасности, что может привести к внезапным поломкам при длительной эксплуатации. В качестве примера рассмотрим ветроэнергетику: главный вал ветроэнергетической установки, как крупная литая деталь, должен выдерживать огромный крутящий момент и переменную нагрузку, передаваемую лопастями. Если из-за недостаточной подачи материала возникает пористость, это может привести к внезапной поломке главного вала во время работы, что повлечет за собой серьезные последствия, такие как повреждение агрегата, остановка и приостановка производства, и даже аварии.

В таких высокорискованных отраслях, как атомная энергетика и нефтехимическая промышленность, крупные отливки имеют еще большее значение для безопасности. Оптимизация и модернизация процесса подачи могут снизить потенциальные риски для безопасности отливок еще на этапе производства, обеспечить их структурную стабильность даже в экстремальных условиях эксплуатации, предоставить надежную гарантию долгосрочной безопасной эксплуатации оборудования и служить основной технической поддержкой для реализации концепции производства «безопасность прежде всего».

1.5. Стимулировать технологический прогресс и соответствовать тенденциям промышленного развития.

В связи с быстрым развитием материаловедения и производственных технологий, сферы применения крупногабаритных отливок постоянно расширяются, а требования к их характеристикам становятся все более жесткими, например, повышение прочности, улучшение коррозионной стойкости и снижение веса. Эти требования ставят новые задачи перед технологией подачи. Совершенствование технологии подачи является ключевым прорывом для достижения высоких эксплуатационных характеристик крупногабаритных отливок. Интеграция передовых технологий, таких как численное моделирование и интеллектуальное управление, позволяет реализовать точное прогнозирование и динамическое регулирование процесса подачи, способствуя трансформации процесса литья от подхода, основанного на опыте, к подходу, основанному на данных.

В то же время, в соответствии с целью двойного сокращения выбросов углерода, «зеленая» трансформация обрабатывающей промышленности стала неизбежной тенденцией. Оптимизация процесса подачи позволяет сократить потери расплавленного металла, снизить энергопотребление в процессе разливки и уменьшить загрязнение окружающей среды, вызванное утилизацией отходов, что соответствует требованиям охраны окружающей среды и устойчивого развития. Кроме того, инновационный прогресс в технологиях подачи может также способствовать скоординированному развитию соответствующих производственных цепочек, таких как модернизация вспомогательных отраслей, включая новые материалы для питателей и интеллектуальное оборудование для измерения температуры, способствуя переходу всей литейной промышленности к высокотехнологичному, экологичному и интеллектуальному направлениям и обеспечивая мощную поддержку высококачественному развитию обрабатывающей промышленности.

В заключение следует отметить, что важность улучшения подачи крупных отливок прослеживается по всей цепочке обеспечения качества продукции, эффективности производства, гарантии безопасности и промышленного развития. В критический период модернизации промышленного производства до высокотехнологичного уровня необходимо уделять большое внимание исследованиям, разработке и применению технологий подачи. Благодаря технологическим инновациям и оптимизации процессов необходимо постоянно улучшать эффект подачи крупных отливок, чтобы заложить прочную основу для самостоятельного контроля и высококачественного развития тяжелой машиностроительной отрасли нашей страны.