МТ-5 "Литейные технологии"

← Назад

В 1929 г. в МГТУ на базе учеб¬ных мастерских и литейного цеха была создана литейная лаборато¬рия, ныне носящая имя Н.Н.Рубцова, в которой начались исследова¬ния литейных процессов и оборудо¬вания. Наряду с перспективными исследованиями проводились разнообразные работы, отвечающие те¬кущим потребностям развивающей¬ся промышленности. При этом направления, возникшие уже в пер¬вые десятилетия, стали для кафедры "традиционными", и в итоге они переросли в три научно-технические на-правления, существующие на кафед¬ре до сих пор:

Первые в стране исследования по формовочным материалам были проведены в лаборатории кафед¬ры. В них изучали пески, глины новых карьеров, разрабатывали составы формовочных смесей для массового производства отливок, различные связующие для замены льняного масла, крахмала и тому подобных материалов, применяв¬шихся тогда в стержневых смесях (братья В.А. и Н.А. Ароновичи, Н.А.Чернышов и др.). Исследова¬ние свойств формовочных матери¬алов реологическими методами проводил до войны И.Б.Куманин. Они были продолжены в 50...80-е гг. М.И.Воробьевым, М.Г.Анучиной, О.Н.Косичкиным и Г.И.Минаевым. В результате первых исследо¬ваний ваграночных процессов (под руководством Н.Н.Рубцова) стало возможным применение торфяного кокса, апатитонефелиновой руды, брикетированной стружки (В.В.Балабин, М.И.Воробьев, С.А. Колков и др.). Исследования ваг¬раночных процессов, связанные с изучением динамики движения га¬зов, разработкой теории горения топлива и на ее основе методов интенсификации горения, продол¬женные под руководством проф. Л.М.Мариенбаха, привели к раз¬работке вагранок с многорядны¬ми фурмами, коксогазовой вагран¬ки (Н.А.Баринов).

В 30...40-е гг. ученые кафедры провели серию работ по изучению ковкого чугуна (КЧ) как литейного машиностроительного материала. Были разработаны методы расче¬та литниковых систем (ЛС), режимы ускоренного отжига бело¬го чугуна на КЧ, которые нашли применение на ЗИЛе, ГАЗе, Ростсельмаше (П.Н.Аксенов, Б.В.Раби¬нович, Д.С.Соскин, М.Б.Дубасов, А.В.Фуклев, Д.П.Иванов, И.А.Соко¬лов). Эти работы продолжены в на¬правлении получения высокопроч¬ного чугуна для замены стальных коленвалов на чугунные (Н.Н.Барбашин, Н.Н.Лифиренко, В.Б.Гокун).

Работы по повышению износос¬тойкости литых деталей из Си-спла¬вов (А.А.Лунев) и чугунов (М.С.Шкаликов) в послевоенный период были продолжены П.П.Жевтуновым, В.А.Васильевым, Б.Н.Яковлевым.

Особо следует выделить иссле¬дования, ставшие впоследствии на долгий период основными направ¬лениями работы кафедры. Уже в 1926 г. Н.Н.Рубцов опубликовал статьи о преимуществах спецспо¬собов литья. В 30-е гг. на ка¬федре начались исследования цен-тробежного литья. В результате была разработана новая центро¬бежная машина для литья чугунных канализационных труб в футеро¬ванные изложницы. Созданы и исследованы многопозиционные центробежные машины литья роторов и статоров бура (Т.Б.Каневская, П.И.Половинкин).

В начале 30-х гг. производилась разработка теоретических и практических вопросов литья в кокиль (ЛК). Исследовали свойства материалов для кокилей, вопросы кристаллизации чугуна в различных формах, огнеупорные краски и покрытия для кокилей. Проектировали и изготовляли карусельные и однопозиционные машины, осваивали техпроцессы отдельных деталей на ЗИЛе, Челябинском, Харьковском, Ленинградском тракторных заводах (М.И.Воробьев, И.А.Чернышев, М.В.Нике Н.П.Дубинин). Обобщили исследования в области ЛК в "Трудах МВТУ".

Накопленный до войны не только теоретический, но и практический опыт позволил в послевоенные годы разработать технологии литья чугунных корпусов в кокилях с минимальной последующей механообработкой, данная технология была освоена на 70 заводах.

Исследования в области спец¬способов литья были систематизи¬рованы и представлены в первой монографии Н.Н.Рубцова "Специ¬альные виды литья", 1940 г., одноименном учебнике 1955 г., учеб¬никах коллектива преподавателей в 1970 и 1983 гг.

В 30-е гг. на кафедре были на¬чаты первые в СССР исследова¬ния формовочных машин и процес¬сов машинной формовки, в резуль¬тате которых Н.П.Аксеновым, М.В.Чунаевым и другими учеными создана теория уплотнения форм прессованием и встряхиванием. Были предложены новые варианты прес¬сования (с вибрацией, профильной колодкой), новый вариант встряхива¬ния с динамической подпрессовкой, исследован рабочий процесс пневмомеханизма встряхивания. Одновременно исследовали рабочие процессы и других типов оборудования (смесеприготовительного, очистного и т.д.), разра¬батывали методики расчета их параметров, что позволило Н.П.Ак¬сенову выпустить в 1946 г. моно¬графию "Оборудование литейных цехов". Итогом многолетних иссле¬дований в этом направлении явля¬ется двухтомный учебник "Обору¬дование литейных цехов"(1949...50 гг.), за который его авторам Н.П.Аксенову и П.Н.Аксенову была присуждена Госпремия.

В довоенные годы сотрудники кафедры помогали промышленно¬сти в проектировании и освоении построенных литейных цехов, на¬ладке и пуске литейного оборудо¬вания (Л.И.Фанталов, П.И.Половинкин и др.).

В послевоенные годы исследо¬вательские работы кафедры раз¬вивались в русле указанных трех направлений с учетом последних достижений науки и изменений в литейном производстве.

Было положено начало иссле¬дований в области литья по выплавляемым моделям (И.С. Рас¬торгуев), которые были расшире¬ны работами В.А.Озерова, М.Г. Анучиной, С.А.Казеиновым и дру¬гими в области исследования вли¬яния материалов и техпроцессов на точность и качество поверхности отливок, в результате чего были установлены границы возможнос¬тей этого способа литья, созданы отдельные приборы для контроля параметров процесса. Продолжив работы в этом направлении, И.Е. Писарев, В.А. Рыбкин разработа¬ли способ получения моделей с по¬вышенным содержанием воздуха, что позволило повысить точность отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям. В 80-е гг. Целью работы стало дальней¬шее повышение точности отливок при уменьшении длительности про¬цесса, которая была сокращена до 2 ч., вместо 24...48 ч. (В.А.Рыбкин, А.А.Руденко, Р.Ф.Юсипов, Е.М.Косицын и др.). В результате работ по исследованию формирования точности в многооперационных техпроцессах производства отли¬вок (литье в разовые песчаные и оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям) сфор¬мированы положения, вносящие определенный вклад в теорию тех¬нологического наследования (В.А. Рыбкин, О.В. Харитонов, Ю.Ф. Сысоев).

В 50-е гг. начался цикл иссле¬довательских работ по изучению различных способов литья тонко¬стенных деталей больших разме¬ров (Е.С.Стебаков, Г.Ф.Баландин, Ю.А.Степанов, Э.Ч.Гини, Ю.П. Яковлев, Е.А.Соколов, Ю.П.Матвейко). В результате разработаны основы выбора рациональных спо¬собов литья для деталей из AI- и Mg-сплавов; способы, предупреж¬дающие возникновение горячих трещин при литье выжиманием теплопрочных Al- и Мg-сплавов, склонных к горячеломкости. Л.П.Каширцевым выполнены реологичес¬кие исследования поведения спла¬вов в твердожидком состоянии.

Прямое продолжение этих ра¬бот - исследования литья под низ¬ким давлением (Б.К.Уразбаев, В.Н.Майоров), вакуумного всасы¬вания (Н.Ф.Рыжков), которые по¬зволили разработать методики расчета параметров пневмоустановок для обеспечения необходи¬мых режимов литья.

В 60...70 гг. на кафедре под руководством Ю.А.Степанова вы¬полнен большой цикл работ по ис¬следованию нового способа литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) (В.П.Кирпиченков, Д.С.Гришин, В.Г.Москалев, А.Н.Гавришин, О.Н.Голенков, В.В.Ильин, В.И.Семенов, А.В.Цыплаков, В.Н.Каштанов, В.С.Фомин и др.). В итоге разработаны: теория фор¬мирования отливок при ЛГМ, тре¬бования к исходным материалам, некоторые виды оборудования, технологические режимы ЛГМ за¬готовок из чугуна, углеродистой и легированных сталей, Си-сплавов и т.д. Результаты этих работ осво¬ены в производстве при непосред¬ственном участии сотрудников ка¬федры на мос¬ковском заводе "Динамо", ГАЗе, ВАЗе и др. Они вошли в общесоюзные нор¬мативные документы, обобщены в монографии "Литье по газифици¬руемым моделям" (1976 г.).

Систематические исследования ЛПД начаты в конце 50-х гг., в час¬тности гидродинамических парамет¬ров литья, конструкций ЛС (А.К.Белопухов, Л.А.Гаспарян), формирова¬ния газовой пористости в отливках (Н.К.Петрова), процессов прессова¬ния на горячекамерных машинах и подпрессовки на холоднокамерных (В.Я.Невзоров, А.К.Белопухов). Эти исследования внесли новые идеи в теорию ЛПД, которые изложены в инженерной монографии "Литье под давлением", подготовленной под ред. А.К.Белопухова, 1975 г., и пе¬реизданной позже.

В созданной в 70-е гг. специа¬лизированной лаборатории ЛПД велись и ведутся работы по ЛПД сплавов в твердожидком состоянии (Л.Е.Кисиленко, В.Н.Зеленое, С.П.Рожнов и др.), совершенство¬ванию конструкций машин ЛПД, систем автоматического контроля и регулирования параметров про¬цесса (А.А.Мандрик, А.С.Евсеев, А.М.Баранов и др.). Результаты этих исследований освоены на По¬дольском механическом заводе, ВАЗе, КамАЗе, "Точлитмаше". Они вошли в три ГОСТа на машины ЛПД, стенды и методы контроля па¬раметров. Совместно с ГИПХ, со¬зданы смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) для КамАЗа и ВАЗа. Разработан новый способ смазывания форм ЛПД в закрытом состоянии и смазочные материалы для этого способа, что позво¬ляет сократить расход СОЖ в 5-10 раз и существенно, улучшить экологию производства (В.Н.Зеленов, А.М.Зарубин). Процесс осво¬ен на КамАЗе, УЗАМе и других предприятиях.

На основе исследований раз¬работаны пакеты прикладных про¬грамм для расчета режимов литья (П.Н.Доценко, С.П.Третьяк), моде¬лирования рабочих процессов машин ЛПД и расчета их основ¬ных механизмов (А.М.Зарубин), созданы методики проектирования технологии и форм для сложных точных отливок приборостроения (А.М.Зарубин, А.А.Мандрик). Раз¬работан новый способ отделения от отливки элементов ЛС и зали¬вов непосредственно в форме, что существенно снизило трудоемкость обрубных работ (В.А.Ивченко).

В послевоенные годы интенсив¬но развивались работы по второ¬му научному направлению. В на¬чале 50-х гг. на кафедре возобно¬вилось исследование процессов уплотнения форм и стержней, в том числе следует отметить работы П.И.Половинкина - диафрагменного прессования, В.Г.Ракогона и И.А.Радина - пескодувного и пескострельного процессов уплотне¬ния. С работ Л.Е.Комарова, во многом уточнивших теорию уплот¬нения П.Н.Аксенова, начался но¬вый этап исследований в этой об¬ласти (О.А.Беликов, В.И.Семенов, В.В.Ищенко, В.В.Кириллов и др.). Продолжены работы по совершен¬ствованию способа уплотнения встряхиванием с полной аморти¬зацией удара и прессованием (В.А.Мамин, Т.С.Мамбеталиев, А.Н. Болдин, А.Ю.Коротченко).

Впервые для изучения формо¬вочных машин В.И.Вербицкий при¬менил комплексный подход рас¬смотрения машины как технологи¬ческой системы "привод-рабочий орган-оснастка-уплотняющая смесь". Для анализа этой системы разработан взаимосвязанный комплекс динамических моделей, об¬ладающих эвристическим свой¬ством и новая реологическая мо¬дель формовочной смеси. Это по¬зволило существенно уточнить ме¬ханизм уплотнения смеси, изучить процесс функционирования меха¬нических, пневматических и гидрав¬лических систем машин. По суще¬ству, создана новая количествен¬ная теория проектирования фор¬мовочных машин. На основе про¬веденных исследований разрабо¬таны десятки агрегатов для уплот¬нения смеси, которые установле¬ны на автоматических линиях ВНИИлитмаша, выпускаемых се¬рийно, в гамме универсальных формовочных машин (серия 1000 шт.), модернизированы узлы уплот¬нения на четырех линиях для ЗИЛа (г.Ярцево) и Уралвагонзавода (г.Н.Тагил). Указанную методику использовали для расчетов выбив¬ных, охладительных и разделочных барабанов, а также барабанных смесителей.

В 60-е гг. под руководством О.А.Беликова начались работы по повышению надежности автомати¬ческих машин и автоматичес¬ких формовочных линий (АФЛ), выявлены основные причи¬ны отказов и предложены спосо¬бы их устранения на действующих и вновь проектируемых линиях (А.П. Куприянов, И.А.Большее, А.И.Пан-кратов, В.Г.Барбашин). Исследова¬ли процессы формирования гео¬метрической точности отливок на АФЛ (О.В.Харитонов, А.С.Туралиев), структурного построения АФЛ (А.П.Куприянов, Н.А.Березин), эко¬номических аспектов применения линий (К.У.Акишев, А.Д.Липгарт). Результаты выполненных исследо¬ваний реализованы при создании новых линий во ВНИИлитмаше, НИИтракторосельхозмаше.

На основе системно-структурно¬го подхода разработана методика, позволяющая представлять объект проектирования в форме обобщен¬ной структурной модели, включающей целый класс подобных объек¬тов с их структурным, фундаменталь¬ным и геометрическим описаниями. Анализ обобщенной структурной модели позволяет формализовать процесс формирования базы уни¬фицированных агрегатов-моделей и построения на его основе сложных технических решений, например формовочных автоматов и линий. Это позволило разработать компь¬ютерные методики проектирования АФЛ из модулей (А.Е.Е О.Я.Куцый).

В 80...90 гг. уже на базе широ¬кого применения математическо¬го моделирования и моделирова¬ния на ЭВМ продолжились иссле¬дования процессов заполнения формы, питания отливок, форми¬рования кристаллического строе¬ния, их трещиноустойчивости. В результате разработаны методы компьютерного проектирования технологии литья и технологичных литых заготовок (В.И.Семенов, ИЛ. Воробьев, В.А.Попков, С.Н.Поля¬ков, В.А.Бертман, Г.А.Бадиков, И.Л. Койнов и др.). Большая группа уче¬ников научной школы Г.Ф.Балан¬дина в настоящее время работает в Германии над реализацией его идей на базе компьютерного проектирования литейных процессов, начатые в 50-е гг. по инициа¬тиве В.В.Фролова на кафедре ра¬боты по применению законов физхимии в качестве теоретической основы изучения многих литейных процессов получили развитие в трудах В.А.Васильева, который, использовав матричное представ¬ление уравнений нелинейной тер¬модинамики и химических реакций, смог с позиций физхимии объяснить характер протекания и количе¬ственно оценить многие литейные процессы: химические реакции на границе "металл-форма" при ли¬тье в разовую песчаную и вакуумно-пленочную формы, при ЛГМ, а также при изготовлении отливок особой сложности по выжигаемым моделям, полученных способом лазерной стереолитографии. Ре¬зультаты работы освоены на ГАЗе, ЗИЛе, Северодвинском и Луганском станкозаводах, в других орга¬низациях.

Основные положения нового подхода изложены в учебнике "Фи¬зико-химические основы литейно¬го производства" (1994 г.).

Многие годы на кафедре ведет¬ся работа по сбору и анализу ин¬формации о состоянии литейного производства в нашей стране и за рубежом, в частности, по авто¬матизации литья в разовые песча¬ные формы. Результаты этого ис¬следования регулярно сообщают¬ся специалистам. В настоящее вре¬мя они использованы для разра¬ботки по заданию Миннауки "Кон¬цепции восстановления и развития заготовительных производств в машиностроении", раздел "Литей¬ное производство" (О.А.Беликов, Э.Ч.Тини, В.А.Рыбкин).

Активная работа кафедры по трем основным научным направ¬лениям способствовала совершен¬ствованию и развитию учебного процесса подготовки высококвалифицированных инженеров-литей¬щиков.

В короткой статье невозможно охарактеризовать все актуальные проблемы, решаемые на кафедре. За прошедшие годы сотрудники кафед¬ры опубликовали десятки учебников и учебных пособий. В своих работах кафедра сотрудничает со многими НИИ, КБ и заводами страны.