АФЛ изготовления форм прессованием

Уплотнение литейных форм прессованием – старейший и наиболее известный способ изготовления литейных песчано-глинистых форм.

Основные его преимущества:

· бесшумность и простота процесса;

· возможность создания давления прессования любой величины;

· относительно низкая энергоемкость.

Однако этот способ имеет существенный недостаток – значительную неравномерность распределения плотности смеси по высоте опоки и в околомодельном пространстве, переуплотнение смеси над моделью особенно, если модель имеет большую верхнюю плоскость, недоуплотнние смеси в узких карманах, в силу чего он пригоден только для изготовления форм с невысокими моделями.

Сегодня прессование используется не как самостоятельный способ, а в комбинации с другими, например, встряхиванием, пескострельным процессом, вибрацией и др. Прессование несет основную силовую нагрузку; другие же процессы играют, хотя и вспомогательную, но чрезвычайно важную роль, так как они создают предварительную плотность смеси в околомодельной зоне оснастки и, тем самым, обеспечивают технологически необходимую равномерность уплотнения по всей высоте полуформы.

Методы прессования классифицируются по следующим признакам:

· по направлению движения смеси при уплотнении относительно опоки: верхнее, нижнее и двустороннее прессование;

· по способу профилирования без и с предварительным профилированием смеси: по ладу и контрладу;

· по принципу действия или типу прессовой головки: прессование жесткой плоской плитой, профильной плитой, эластичным элементом, многоплунжерной колодкой, прессование решетчатым элементом, роторной головкой, лопастным рабочим органом и др.;

· по давлению прессования: низкое (0,3-0,7 МПа), среднее (0,7-2,0 МПа), высокое (2,0 МПа и выше).

Первые прессовые АФЛ в СССР были созданы в конце 60-х начале 70-х годов ХХ века ВНИИЛитмашем.

Одними из первых отечественных АЛЛ, внедренных в производство, были линии с карусельным четырех- и шестипозиционными прессовыми формовочными автоматами. Линии имели горизонтально замкнутые непрерывно движущиеся или пульсирующие литейные конвейеры. Применялись опоки с размерами от 420х300х70 до 900х720х250 мм. Формы уплотняли прессованием под высоким удельным давлением (> 2 МПа).

Применение таких линий, даже при всем их несовершенстве (сложность конструкций механизмов, малая надежность, отсутствие накопителей, дублирующих структурных элементов и др.), способствовало сокращению количества занятых рабочих, значительному улучшению условий труда и повышению производительности.

На рис. 5.1. показана АЛЛ модели 22821 для мелкосерийного и серийного производства отливок из чугуна и стали – одна из первых в СССР серийных автоматических формовочных линий. Линия может иметь два или три формовочных блока (8) и различные варианты компоновки оборудования (в зависимости от условий и требований производства).

Формовочный блок представляет собой четырехпозиционный автомат карусельного типа: позиция I – замена, обдувка и опрыскивание модели; II – кантование опоки, засыпка и предварительное прессование смеси; III – встряхивание и допрессовка смеси; IV – протяжка модели и кантование полуформ.

Состав АЛЛ:

1 – литейный конвейер; 2 – установка выбивки форм и перестановки опок;

3 – приводной рольганг-накопитель пустых опок; 5 – наклонный рольганг; 7 – устройство очистки платформ (тележек) конвейера; 6 – распаровщик опок; 10 – сборщик форм; 4 – толкатель, 9 – участок простановки стержней, 13 – охладительная ветвь литейного конвейера; 8 – формовочный блок (карусель); 11 – механизм передачи форм на литейный конвейер; 12 – нагружатель литейных форм (следящий конвейер на участке заливки форм).

Производительность одного формовочного блока 120 форм/ч. Металлоемкость формы 20-30 кг при размерах опок 500х400х150/150 мм. Наличие нескольких формовочных блоков на одном литейном конвейере обеспечивает высокую технологическую гибкость АЛЛ. Следует отметить, что многопозиционные карусельные автоматы не нашли широкого применения из-за громоздкости и низкой надежности и сейчас применяются редко.

ВНИИЛитмаш и его Харьковский филиал в середине 70-х разработали АЛЛ модели 3Л22914 на базе трехпозиционных формовочных автоматов с челночным перемещением опок для производства мелких и средних чугунных отливок в условиях крупносерийного и массового производства (рис. 5.2). Формообразование осуществляется методом встряхивания с прессованием либо последовательным прессованием.

Линия представляет собой горизонтально замкнутый тележечный конвейер пульсирующего типа, внутри которого размещены два формовочных блока для отдельного изготовления нижних и верхних полуформ. В трехпозиционных формовочных автоматах (12, 13) на центральной позиции устанавливают опоки на модельную плиту, дозируют и засыпают смесь, а также протягивают модель после формовки. На крайних позициях, оснащенных пневматическими механизмами безударного встряхивания и прессовыми гидроцилиндрами, производится уплотнение смеси в опоке.

После изготовления нижние полуформы кантуются, с них срезают излишки смеси и затем механизмом (5) ставят на участок (6) литейного конвейера, который служит для простановки стержней. Изготовление верхних полуформ отличается от изготовления нижних тем, что при формовке в них сверлится литниковая воронка, а напуск смеси не срезается.

После сборки (п.7) формы нагружаются с помощью поперечного грузоукладчика (9) и поступают на заливку (10). Залитые и охлажденные в охладителе (11) формы идут на позицию выдавливания кома 2, откуда ком смеси с отливкой толкателем подается на транспортер дополнительного охлаждения (1), а затем на выбивную решетку (18). Освобожденные опоки очищаются (17) и передаются на распаровку (15), а затем – к формовочным автоматам.

Производительность линии 120 форм/ч при опоках размерами 900х700х350/350 мм.

Состав АЛЛ модели ЗЛ22914.

1 – конвейер дополнительного охлаждения; 2 – механизм выдавливания кома смеси; 3 – сталкиватель; 4 – механизм очистки конвейера; 5 – установщик нижних полуформ на литейный конвейер; 6- участок простановки стержней; 7 – сборщик форм; 8 – литейный конвейер; 9 – грузоукладчик; 10 – участок заливки форм; 11 – охладительный кожух; 12/13 – трехпозиционный формовочный автомат комбинированного уплотнения смеси либо последовательного прессования; 14 – съемщик опок; 15 – распаровщик; 16 – конвейер для опок; 17 – механизм очистки опок; 18 – выбивная решетка.

Одна из наиболее успешных прессовых АФЛ в СССР была создана в 1983 году на «Горьковском автозаводе» при участии «ВНИИЛитмаш» АС5440 (рис.5.3):

- размер опок 700х650 (250/200)

- производительность 300 ф/ч

- масса отливок, макс. – 40 кг

- тип формовочного автомата – проходной однопозиционный

- удельное давление прессования – 0,8 МПа

- типа привода – электро-пневматический

- система управления – АСУТП на базе программируемого контроллера

- компоновка – замкнутая, двухблочная

- способ уплотнения – вибропрессование многоплунжерной головкой

- съем полуформ – штифтовый с подачей сжатого воздуха по плоскости разъема

- конвейер – непрерывно движущийся

- устройство постановщика и сборщика опок выполнены по принципу параллельного следования с конвейером (догоняют литейный конвейер и следую с ним).

Линия работает следующим образом. После заливки форма на непрерывно движущемся конвейере проходит охладительный кожух (3) и поступает в зону выбивки опок. Толкатель (8) подает форму на прошивку (7). Формовочная смесь и отливки падают на выбивную решетку (9), где происходит дальнейшее отделение отливок от формовочной смеси. Пустые опоки толкателями (10, 11) и рольгангом (12) возвращаются на тележку литейного конвейера (3).

Литейный конвейер транспортирует выбитые формы к формовочным блокам (1 и 2), работающим независимо друг от друга. Толкатель (13) первого формовочного блока подает пустые опоки на поперечный рольганг (14), а толкатель (15) в кантователь (16) и далее на продольный рольганг (17). На приемной позиции (18) автомата нижних полуформ встроенный в рольганг подъемник подает опоки вверх на приемную позицию каретки. Загрузка опоки низа и опоки верха происходит аналогичным образом (поз. 19).

Формовочные автоматы линии обеспечивают заполнение опок смесью, изготовление полуформ методом прессования с вибрацией, съем полуформ с модели. Готовые полуформы из автомата выдаются в постановщики (20) и сборщики (21), которые осуществляют установку и сборку форм на непрерывно движущемся конвейере. Между этими позициями осуществляется простановка стержней (вручную) (22).

Готовые формы тележечным конвейером перемещаются в зону заливки. Перед заливкой формы автоматически нагружаются с помощью подвесного конвейера (4), работающего от привода литейного конвейера. Заливка форм осуществляется ручными поворотными ковшами, подвешенными на монорельсе (6), при этом заливщик находится на движущемся со скростью конвейера тротуаре (5).

В середине 80-х минским институтом НИИЛитАвтопром, «ЗИЛ» и АвтоВАЗ была создана еще одна популярная прессовая АФЛ 7501(03…09) аналог американской линии СПО, серийный выпуск которой был освоен Пинским заводом «Кузлитмаш». Линия отличалась компактностью, оригинальным решением задачи выбивки формы: на АФЛ отдельно выбиваются нижняя и верхняя полуформы. Схема линии представлена на рис. 4.4.

АФЛ имела следующий состав:

1- механизм съема нижних полуформ; 2 – механизм выбивки нижней полуформы; 3 – приводной рольганг со щеткой; 4 – автоматическая формовочная машина нижних полуформ; 5 – рольганг подачи нижней полуформы; 6 – кантователь на 180⁰; 7 – механизм установки на конвейер нижней полуформы; 8 – механизм сборки форм; 9 – кантователь на 360⁰; 10 – установка для накалывания вентиляционных отверстий сверху; 11 – установка для накалывания вентиляционных отверстий снизу; 12 – автоматическая формовочная машина верхних полуформ; 13 – рольганг подачи верхней опоки со щеткой; 14 – механизм выбивки верхней полуформы; 15 – механизм съема верхней полуформы; 16 – пневмооборудование; 17 – гидрооборудование; 18 – электрооборудование участка заливки; 19 – заливочная площадка; 20 – электрооборудование литейного конвейера; 21 – литейный конвейер; 22 – стержнеукладчик; 23 – пульт управления; 24 – система разделения смеси и отливок; 25 – щетка очистки платформы конвейера.

АФЛ 7501-7509 предназначены для изготовления отливок широкой номенклатуры из черных металлов в разовые песчано-глинистые формы, полученные методом высокочастотного встряхивания с последующим дифференциальным прессованием (рис. 5.4). Особенности линий:

- все операции по получению формы за исключением заливки форм, иногда простановки стержней, осуществляются автоматически, в том числе автоматизированы операции смены моделей, укладки стержней в нижнюю полуформу, накола вентиляционных отверстий;

- установки механизированной заливки оснащены системами автоматической синхронизации с работой конвейера в процессе заливки форм;

- непрерывно движущийся литейный конвейер может изгибаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

- мощный пневмогидропривод и гидравлические амортизаторы обеспечивают быстрое и плавное перемещение рабочих органов и оснастки, исключая при этом поломку полуформ.

Линии созданы по принципу агрегатирования на базе отдельных самостоятельных технологических механизмов, связанных между собой системой управления, что позволяет в короткий срок собрать формовочную линию.

Все технические агрегаты линии объединены горизонтально-замкнутым, непрерывно движущимся литейным тележечным конвейером с пространственной трассой с регулируемой скоростью от 0-7 м/мин.

Самая большая линия этого ряда имеет следующие характеристики:

- размер опок 1100х750х(300/300)

- вес опок 890/590, залитой формы – до 2400 кг

- производительность 240 форм/час, скорость конвейера 6,6 м/мин

- заливочный ковш емкостью 1500 кг

- время заливки ~ 30 с, металлоемкость ~ 120 кг

- время охлаждения – 28 мин.

- количество тележек на конвейере – 210.

Работа линии:

После заливки и охлаждения, форма по литейному конвейеру (21) поступает к механизму съема верхней полуформы (15), который снимает и передает ее в технологическую ветвь изготовления верхней полуформы. Снятая с конвейера верхняя полуформа поступает в выбивное устройство (14), где производится выдавливание формовочной смеси из полуформы. Далее опока попадает на рольганг (13) со щеткой зачистки лада, после которого она поступает в формовочную машину (12) изготовления верхней полуформы. Заформованная верхняя полуформа рольгангом подается в механизм накалывания вентиляционных отверстий снизу (11) и в механизм накалывания вентиляционных отверстий сверху (10). Далее верхняя полуформа поступает в кантователь (9), где кантуется на 360⁰.

Затем верхняя полуформа поступает в сборщик (8), устанавливающий ее на нижнюю полуформу на литейном конвейере. Нижняя плуформа с отливкой, после съема верхней полуформы механизмом (15), остается на литейном конвейере и транспортируется им к механизму (1), где производится съем нижней полуформы с конвейера. Далее нижняя полуформа поступает в выбивное устройство (2).

После съема нижней полуформы производится очистка платформ литейного конвейера от просыпи формовочной смеси механизмом (25).

В механизме (2) производится ваыдавливание формовочной смеси и отливок из опоки. Отливка с комом смеси попадает на выбивную решетку системы разделения смеси и отливок (24).

Затем опока поступает на рольганг (3), где производится ее очистка. После очистки опока поступает в формовочную машину (4), где производится изготовление нижней полуформы (рис. 5.4). Заформовоная нижняя полуформа рольгангом (5) передается в кантователь (6), где она кантуется на 180⁰. После кантователя нижняя полуформа рольгангом (19) подается к механизму (7), который устанавливает ее на платформу литейного конвейера. Конвейером нижняя полуформа транспортируется к стержнеукладчику (22), который устанавливает стержни в полуформу. Далее нижняя полуформа транспортируется к механизму (8), где происходит сборка с верхней полуформой. Собранная форма поступает на участок заливки (19).

Заливка осуществляется с использованием заливочных устройств, установленных на тележках, которые перемещаются по рельсовому пути, установленному параллельно с литейным конвейером (16,17,18 и 20) – системы (силовые шкафы и шкафы автоматики) электроснабжения, маслостанция, компрессоры.

ЛЕКЦИЯ 6

АФЛ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ ВОЗДУШНО-ПРЕССОВЫМ

МЕТОДОМ (СЕЙАТСУ-ПРОЦЕСС)

Воздушно-прессовый метод изготовления разовых песчано-глинистых форм (сейатсу-процесс) сегодня один из самых популярных методов формообразования, позволяющий получать формы с высокой производительностью и высокого качества.

Первая серийная формовочная машина, построенная на принципе воздушно-прессового уплотнения формовочной смеси, была выпущена японской фирмой «Синто». Эта же фирма запатентовала этот способ как метод получения форм из ПГС и сейчас наиболее часто используемым названием воздушно-прессового метода является название – «сейатсу-процесс» (Seiatsu).

«Сейатсу-процесс» сегодня практически повсеместно вытесняет уплотнение «встряхиванием с последующим прессованием».

Сущность этого метода формообразования и последовательность выполнения операции следующая: надмодельное пространство заполняется формовочной смесью, поступающей из бункера-дозатора, оснащенного жалюзистным затвором (рис. 6.1 п.1) Затем модельно-опочная оснастка, с наполнительной рамкой, заполненная смесью, прижимается к рабочему органу машины (ресиверу) (рис. 6.1. п.2). Таким образом, весь объем форм герметично закрывается. Сжатый воздух проходит через формовочную смесь от ее верха до модельной плиты и выходит через венты. Поток воздуха перемещает каждую частицу смеси, направлено вниз, и, таким образом, уплотняет весь столб смеси. Смесь течет вместе с потоком воздуха по направлению к вентам в более глубокие промежутки модели. Полости формы равномерно заполняются частицами смеси. Осуществляется чистое прилегание смеси к контурам моделей с формированием четкого отпечатка. Прочность и плотность формовочной смеси повышается в сторону модельной плиты. Поэтому наибольшее уплотнение достигается вблизи модели (рис. 6.2). Окончательную прочность получает форма при последовательном прессовании (п.3 рис 6.1.) плоской прессовой плитой или многоплунжерной головкой (р~1,5 МПа). Высоту прессового хода, давление и продолжительность потока сжатого воздуха можно регулировать, что позволяет получать оптимальную твердость формы для каждого случая применения (в зависимости от конфигурации модельной оснастки, характеристик формовочной смеси и требований к готовой форме).

Преимущества:

- высокая равномерность уплотнения и твердость отпечатка (рис. 6.2);

- возможность получать полуформы с глубокими карманами и высокими балванами (h/d@2/1), при минимальных уклонах (~0,5⁰ против 1,5⁰ при встряхивании с допрессовкой);

- возможность изготавливать формы с большей металлоемкостью;

- низкая удельная энергоемкость;

- высокое качество;

- низкий уровень шума и вибрации.

Лидером по выпуску АФЛ, основанных на применении «сейатсу-процесса» является немецкий концерн «HWS».

АФЛ предлагаемые «HWS» имеют различные уровни автоматизации и различную комплектацию: от решений, включающих в свой состав самую простую формовочную машину – двухпозиционный автомат с поворотным столом, устройство выбивки форм и отдельные механизмы для кантования и передачи опок на литейный конвейер (ЛК), до комплексов, включающих в свой состав формовочные четырехпозиционные автоматы для одновременного изготовления верха и низа форм, автоматизированное решение межоперационных связей, автомат стержнеукладчик, автомат заливщик, устройство выбивки форм, а также систему охлаждения и подготовки оборотной формовочной смеси и систему смесеприготовления. Различаются и формовочные автоматы, предлагаемые для комплектации различных линий:

- HSP – двухпозиционный (с поворотным столом) формовочный автомат, с штифтовым (или роликовым) съемом полуформы, с поочередным (попеременным) изготовлением верхних и нижних полуформ, наполнением дозатора формовочной смесью с помощью ленточного питателя с рабочим органом в виде плоской плиты или мембраны, с ручным транспортированием опок к машине и полуформ на ЛК (кран-балки);

- HSH-D – двухпозиционный автомат проходного типа, с бункером дозатором и рольгангом, оснащенным гидротолкателем для автоматической подачи опок и выдачи полуформ.

- DAFM-SD – четырехпозиционная машина для одновременного изготовления верхних и нижних полуформ, с плоской или мембранной, либо многоплунжерной головкой;

- EFA-S(SD) – автомат, который дополнительно оснащен челночным (либо поворотным) механизмом для замены модельной оснастки, многоплунжерной головкой, автоматической транспортировкой опок и заменой модельной оснастки;

- ZFA-S (и SD) – удвоенные четырехпозиционные автоматы с челночным (или поворотным) столом для одновременного изготовления верхней и нижней (или двух верхних и двух нижних полуформ), оснащенные плоской или многоплунжерной головкой, бункером дозатором жалюзного типа, стержнеукладчиком и автоматизированными рольгангами.

Система управления всех формовочных линий HWS соответствует последним стандартам техники. Управление свободно программируется в соответствии с производственными характеристиками (потребностями) литейного цеха.

Систему электроники можно комплектовать системой управления, которая контролирует и регистрирует все функции формовочной линии.

На рис. 6.3. показана схема компактной АФЛ, оснащенной автоматом HSP-D производительностью до 40 форм в час, для изготовления алюминиевых отливок.

Охлажденные формы попадают на станцию выбивки (1), где происходит выталкивание формовочного кома, а также очистка и распаривание опок. Толкающий цилиндр продвигает поочередно верхние и нижние опоки в машину. После кантования и просверливания литниковых воронок готовые полуформы поступают на участок простановки стержней (2) ладом вверх. После того как стержни установлены в полуформе низа, на станции спаривания (3) происходит снятие, поворот полуформ верха и спаривание форм. На параллельной ветке конвейера осуществляется заливка и охлаждение форм. Благодаря короткому времени охлаждения алюминиевого литья достаточно одного участка заливки и охлаждения (4).

Из участка заливки залитые формы транспортируют на участок охлаждения. После затвердевания отливок и охлаждения формы они поступают на выбивную станцию. Ком формовочной смеси с отливками выдавливается из опоки, и затем отливки отделяются от формовочной смеси. При недостатке рабочей площади можно использовать многоуровневый охладительный конвейер, где ком смеси с отливкой хранится на охладительной тележке, и затем уже поступает на выбивную решетку.

На рис. 6.4. представлена схема стандартной АФЛ с многоветьевым охладителем и формовочной машиной типа EFA-SD.

Опоки с охлажденными формами поступают на выбивную решетку (1) и после выбивки возвращаются на тележку. Распариватель (2) поочередно поднимает верхние и нижние опоки выше уровня конвейера опок формовочной линии, где они передаются на формовочную машину (5) с помощью толкающего цилиндра. Тележка отводится к участку транспортировки и очищается щеткой. Литниковые воронки и выпоры в верхней полуформе просверливаются на кантователе (3). После возвращения верхней опоки с помощью кантователя в прежнее положение, в установке спаривания (4) формы собираются. Линия оснащена многоветьевым участком охлаждения форм и автоматическим заливочным устройством (6).

Первая в Беларуси линия HWS была установлена в 2006-2007 годах на «Минском тракторном заводе».

Комплект поставки состоял из:

- одной автоматической формовочной линии сейатсу для сырых смесей типа ZFA-SD 5 с автоматическим постановщиком стержней, автоматической сменой модельной оснастки, автоматическим устройством отделения отливки от смеси;

- двух заливочных машин типа «GIMA 12»;

- смесеприготовления.

Формовочные автоматы оснащены многоплунжерной прессовой головкой и поворотным столом. Верхние и нижние полуформы производятся одновременно на одном формовочном автомате.

Смена моделей производится автоматически во время рабочего цикла с помощью поворотного стола. Общий технологический процесс производства форм полностью автоматизирован.

Технические данные:

Программа производства 6-тицилиндровые блоки двигателей,

Головки корпуса, коробки передач

Материал отливок:

чугун серый и высокопрочный

Размер опок: 1150х950х400/400мм

Тактовый цикл формовочной

машины ZFA 18 cек

Производительность формовочной линии: 140 готовых форм в час

Время охлаждения: около 100 мин

Охлаждение: в углубленном на 1-ый этаж

многоуровневом охладителе

(вертикальнозамкнутый конвейер)

Специфическое давление прессования: регулируемое, до 150 Н/см²=

=1,5 МПа(среднее давление)

Макс.высота болванов в форме: 350 мм

Потребление формовочной смеси: около 175-200 т/ч

Вид устройства управления:

контроллер Siemens S7

ЛЕКЦИЯ 7

ПЕСКОДУВНО-ПЕСКОСТРЕЛЬНО-ПРЕССОВЫЕ МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ БЕЗОПОЧНОЙ ФОРМОВКИ.

Пескодувный или пескострельный методы для уплотнения формовочной песчано-глинистой смеси, как самостоятельные способы формообразования не применяются из-за низких абсолютных значений достигаемой плотности и рыхлого верхнего слоя. Как правило, эти методы используются в сочетании с прессованием. Однако для уплотнения сыпучих ХТС (реже ГТС) эти методы могут использоваться и как самостоятельные способы формообразования. При этом важнейшее их преимущество – равномерное заполнение рабочего (технологического) объема оснастки смесью в потоке воздуха.

Сегодня пескодувно- и пескострельно-прессовый методы формообразования – самые популярные методы изготовления безопочных форм, как с вертикальной, так и с горизонтальной плоскостью разъема.

Последовательность изготовления безопочных форм с вертикальной плоскостью разъема (АФЛ «Disamatic» фирмы «Disa+GF»), аналогична последовательности изготовления безопочных форм с горизонтальной плоскостью разъема (АФЛ «Formatic» или АФЛ «FBO» фирмы «HWS»). Разница заключается в том, что при горизонтальной плоскости разъема используется поворотная рама (кондуктор), в которой установлена технологическая емкость, вакуумируемая двухсторонняя подмодельная плита, выдавливание кома происходит на платформу литейного конвейера, ком имеет в сечении форму трапеции. При вертикальной плоскости разъема рама имеет только горизонтальное перемещение, модели крепятся непосредственно на прессующий плите, форма в разрезе имеет вид прямоугольника, формы образуют непрерывную горизонтальную стопку.

Главным преимуществом безопочной формовки с горизонтальной плоскостью разъема – широкая номенклатура изготавливаемых отливок благодаря тому, что практически неограниченны размеры форм от 500х400 до 1100х800. Формовочные автоматы для безопочных форм с вертикальной плоскостью разъема отличаются более простой конструкцией, надежностью и производительностью (240-300 ф/час). Производительность АФЛ безопочной формовки с горизонтальной плоскостью разъема, как правило, не превышает 140-160 форм в час.

На рис. 7.1 показаны последовательные фазы процесса получения безопочной формы с вертикальной плоскостью разъема:

В положении «а» реализуется пескострельный процесс наполнения рабочей камеры – 3 машины из пескострельного резервуара – 1 и предварительное уплотнение смеси.

В положении «б» вспомогательный плунжер 8 создает в камере 9 избыточное давление ~ 2 МПа, при этом происходит прессование смеси в рабочей камере плунжером – 5. Кроме того, давление масла в камере - 9 передается также на плунжер – 6, который двигает вправо раму 7 и также производит прессование смеси в рабочей камере – 3. Таким образом, в этой установке имеет место двусторонее прессование.

В положении «в» левая стенка рабочей камеры с моделью отодвигается влево (протяжка левой модели) и плита с моделью поворачивается в горизонтальное положение, для чего масло под давлением впускается в кольцевое пространство рабочего цилиндра 4 позади плунжера 6 подвижной рамы – 7 одновременно масло вытесняется в верхнюю часть камеры – 9, в т.н. цилиндр аккумулятора. В это же время идет наполнение пескострельного резервуара формовочной смесью.

В положении «г» уплотненный ком (блок) под действием плунжера 5 перемещается влево от машины и присоединяется к стопке безопочных блоков. Одновременно с этим шагающий конвейер передвигает и всю горизонтальную стопку форм на расстояние, равное толщине одного блока. Такое движение основного плунжера – 5 происходит за счет перемещения верхнего вспомогательного плунжера 8 влево и перетекания масла из верхней части полости – 9 в нижнюю.

В положении «д» масло подается в кольцевой зазор рабочего цилиндра 4 позади плунжера 5, что обеспечивает протяжку правой модели и возвращение ее в исходное положение.

В положении «е» рама 7 возвращается в крайнее правое (рабочее) положение, благодаря движению верхнего вспомогательного плунжера 8 влево, при этом масло перетекает в нижнюю часть полости – 9, а передняя (левая) стенка рабочей камеры, двигаясь вправо, возвращает левую модель в исходное положение.

На рис. 7.1. (II) представлена функциональная схема формовочного автомата линии «Formatic», позволяющего изготавливать до 140 безопочных форм с горизонтальной плоскостью разъема. Основными функциональными узлами автомата являются: 1 – формовочная камера, 2 – камера вакуумирования, 3 – модели, 4 – пескодувно-прессовая плита, 5 – полуформа низа на позиции простановки стержней, 6 – поворотный 2-х позиционный стол. После поворота вакуумируемой камеры с установленными на ней моделями верха и низа на позицию формовки срабатывают клапаны, и в оснастку надувается (настреливается) смесь. Одновременно открывается клапан, соединяющий камеру с ресивером вакуумнасоса. По окончании надува смеси, осуществляется двустороннее прессование. Далее поворот стола на позицию протяжки и приостановки стержней.

На рис.7.2 представлена схема АФЛ «FBO» безопочной формовки с горизонтальной плоскостью разъема стандартной комплектации:

1,2,3 – формовочная машина с ресивером и автоматом смены модельной оснастки;

4 – позиция простановки стержней (либо стержнеукладчик);

5,10 - транспортирующие цилиндры рельсовой дороги;

6, 11 – тормозные цилиндры рельсовой дороги;

7 – передаточное устройство плиты нагружения и жакета с внутренним очистителем;

8 - устройство сдвигания кома;

9 - механизм передачи тележки;

12-26 – рельсовая дорога, тележки, устройства юстировки тележек, стопор обратного хода, системы смазок, управления безопасности, жакеты и т.д.;

27-28 – выбивная решетка, сито отделения комьев смеси;

30-31 – монорельс, заливочный ковш (либо заливочное устройство).

Технические характеристики линии FBO - III:

- производительность - 128 форм/час (при изготовлении стержневых отливок), 160 форм/час (при получении стержневых отливок);

- размер формы 610х508х(130-200);

- участок заливки – 20 форм;

- время охлаждения – 22 мин;

- усилие прессования 1 МПа;

- расход смеси – 33 т/час.

Наибольшее распространение в современной практике получила пескострельно-прессовая безопочная автоматическая машина «Disamatic» с вертикальным разъемом блоков (форм).

На рис. 7.3 (а и б) представлен автоматизированный комплекс, предлагаемый фирмой «Disa+GF»:

1 - Основа комплекса - автоматическая формовочная линия (рис. 7.3 п.б) и одноименная машина ДИСАМАТИК (модель 2013 МК5). Наиболее популярными являются три типоразмера формовочного автомата ДИСАМАТИК с размером формы: 400х600; 560х700; 640х800.

2 - Охлаждающий выбивной барабан ДИСАКУЛ.

Охлаждающий выбивной барабан ДИСАКУЛ – это многофункциональная установка, занимающая небольшую площадь. Барабан осуществляет отделение отливок от смеси, размельчение комьев, охлаждение смеси и отливок, гомогенизацию смеси и подготовку отливок к очистке в дробеметной установке. ДИСАКУЛ выпускается шести типоразмеров с максимальной производительностью до 140 т/час.

3 - Автоматические системы подготовки оборотной формовочной смеси.

Предлагаются любых типоразмеров с использованием самой передовой технологии. Системы обеспечивают получение однородной высококачественной формовочной смеси для всех типов машин ДИСАМАТИК и других современных формовочных систем. Системы компонуются в соответствии с требованиями Заказчика и с учетом существующих производственных условий, как правило, включают в свой состав магнитные сепараторы, охладители, гомогенизаторы, сита и систему обеспыливания.

4 - Смеситель Турбомикс.

Основа участка смесеприготовления - смеситель периодического действия ТУРБОМИКС производительностью от 20 до 120 т/час. Надежный высокоскоростной смеситель оснащен системами дозирования добавок и контроля свойств смеси и обеспечивает производство высококачественной однородной смеси для современных формовочных систем.

5 - Центральная система управления.

Система управления литейного цеха разработана в соответствии с требованиями современного комплексного автоматизированного производства, объединяет и координирует локальные системы управления различным технологическим оборудованием комплекса.

6 - Автоматическая заливочная установка.

Полезная емкость от 3,2 до 30 тонн. Автоматические заливщики обеспечивают поддержание требуемой температуры расплава, точную дозировку расплава в формы и необходимый темп разливки расплава в соответствии с ритмом работы АФЛ.

7 - Стержневая машина КОМБИКОР.

Формовочные системы ДИСАМАТИК могут комплектоваться любыми стержневыми машинами, в том числе машиной КОМБИКОР с экструзионным методом заполнения стержневого ящика.

8 - Дробеметные очистные машины.

Это машины непрерывного действия с лопастными дробеметными головками, предназначенные для очистки широкой номенклатуры отливок, в том числе при мелкосерийном производстве. Также могут использоваться:

- барабаны периодического действия;

- подвесные монорельсовые установки;

- манипуляторы.

9 - ДИСАМАТ МК2.

Оптимальный вариант оборудования для автоматической зачистки отливок, включая отрезку прибылей, заточку питателей и облоя.

10 - Система пылегазоочистки.

С учетом современных требований к защите окружающей среды в комплекс входят системы пыле- и газоудаления и очистки для всех отделений литейных цехов, включая участки плавки и смесеприготовления.

На рис. 7.4 представлена схема шагающего конвейера для транспортировки безопочных форм с вертикальной плоскостью разъема.

ТЕМА 6 (ЛЕКЦИЯ VIII)

АФЛ ИМПУЛЬСНОЙ ФОРМОВКИ

Импульсные процессы формообразования (ИПФ) – процессы, характеризующиеся кратковременным (<0,1 с) уплотняющим воздействием на формовочную смесь ИПФ подразделяются на:

- воздушно-импульсные методы высокого (2-10 МПа и выше) и низкого (0,3-1 МПа) давления;

- газоимпульсные (или формовку взрывом) - давление продуктов сгорания над формовочной смесью достигает 0,4-0,5 МПа.

Иногда к ИПФ относят также формовку высокоскоростным прессованием.

В СССР ведущим разработчиком АФЛ и ИПФ был Крамоторский НПО «НИИПТМаш» и «ВНИИЛитМаш». Эти линии разрабатывались в основном для изготовления средних и крупных форм от 800х700х (200/400) до 3000х2000 (500/1000) мм при производительности от 70 до 140 ф/час.

Основные способы импульсной формовки были разработаны в 60-е годы ХХ века, и мировое первенство здесь принадлежит советским ученым: способ уплотнения взрывом, пневмоимпульсный высокого давления и пневмоимпульсный низкого давления были запатентованы в середине 60-х годов.

Однако развитие и широкое распространения эти способы получили только в 80-е годы, что связано с постепенным совершенствованием конструкций формовочных машин и в первую очередь импульсных головок, сердцем которых является быстродействующий импульсный клапан.

Сегодня мировыми лидерами в производстве АФЛ ИПФ являются «Disa+GF», «BMD». Время срабатывания клапана в формовочных автоматах этих производителей составляет 0,003-0,01 с. Принцип открывания клапана: 1 – ударом, 2 – с использованием разгонного участка.

Эффективность уплотнения импульсом определяется в первую очередь скоростью нарастания давления над смесью (dp/dt). Высокоскоростной газовый поток разгоняет формовочную смесь. Уплотнение происходит при торможении разогнавшейся формовочной смеси о модель и подмодельную плиту за счет сил инерции.

ИПФ имеют низкую энергоемкость, обеспечивают высокую равномерность и достаточную плотность формы, относительно простую конструкцию формовочного автомата. Однако при реализации этих методов имеет место недоуплотнение верхних слоев формы (поэтому зачастую ИПФ используют в сочетании с прессованием, или срезают верхний слой смеси). Кроме того, при использовании ИПФ имеет место повышенный шум, особенно при формовке импульсом высокого давления и формовки взрывом.

Скорость движения смеси при ИПФ достигает 10-15 м/с, а ускорение 20-50.

Важными условиями хорошего уплотнения смеси ИПФ являются:

- предварительная аэрация смеси;

- относительно высокий столб смеси;

- смесь с невысокой влажностью (3,2-3,6 %).

Важнейшее требование – высокая скорость срабатывания воздушного клапана, которая определяет скорость нарастания давления над формовочной смесью.

Мощность воздействия воздушного потока на смесь можно выразить уравнением:

, (Вт)

где Р_р и V_р – давление и объем в ресивере;

k - показатель адиабаты;

Е₀ – энергия воздушного потока;

t_n – время истечения воздуха из ресив6ера, с.

Для ВПФ под высоким давлением наиболее рациональными являются следующие параметры: Р_р = 7-10 МПа, V_р= 0,05-0,1 V_on, F_bn.о³(0,025-0,043)F_on.

Для импульсной формовки низкого давления оптимальные такие характеристики: V=4-5 V_опоки; t_к (время) открытия клапана = 0,003-0,007 с; Р_р=0,5-0,7 МПА; минимальный объем подклапанной полости (пространство между клапаном и поверхностью формовочной смеси); F_{на отв.} ³(0,15-0,2) F_on; F_вент=(0,01-0,012) F_on.

Мощность, развиваемая воздушным потоком должна быть на уровне 80-100 кПа/с для ВПФ высокого давления, 10-100 МПа/с – для ВПФ низкого давления и ГИФ.

Различают клапаны:

- взрывного типа

- ударного типа открытие ударом, недостатки: низкая стойкость,

- пружинные сложность установки; преимущества: простота, компактность.

- ступенчатые поршневые

(с телескопическим штоком)

- рычажные открытые с предварительные разгоном клапана

- шиберные преимущества: долговечность, точная повторяе-

- тарельчатые мость установки; недостатки: большие габариты,

сложность конструкции, энергоемкость.

На рис. 7.1. представлена схема процесса уплотнения формовочной смеси воздушным импульсом высокого давления. Дозированная порция смеси заполняет формообразующую емкость, образованную модельной плитой 1 с моделями 2, опокой 3 и наполнительной рамкой 4, причем модельная оснастки обязательно снабжена вентами 5. Формообразующая емкость герметично соединяется с импульсной головкой. Герметичность достигается за счет эластичных уплотнений 6 (резиновых жгутов) на модельной плите и рамке. Ресивер импульсной головки 7 заполняют сжатым воздухом в количестве 10-40 объемов уплотняемой смеси. Но поскольку он очень сильно сжат (5-8 МПа), то объем ресивера на порядок меньше объема опоки. Посредством воздушного клапана воздух быстро, за 0,02-0,03 с выпускается и равномерным потоком направляется на свободную поверхность формовочной смеси. Воздух истекает из ресивера узкой струей со сверхзвуковой скоростью. Благодаря рассекателю с дефлектором, происходит усреднение скорости потока по его поперечному сечению. Рассекатель – одна или несколько перфорированных плит с размерами, соответствующими размерам в свету наполнительной рамки. Диаметр отверстий – 5-10 мм. Дефлектор представляет собой конус, расположенный на верхней плите (решетке) рассекателя сносно выпускному отверстию. Воздушный поток, ударяясь о дефлектор, меняет направление, теряя скорость, и заполняет полость рассекателя. Проходя через решетку рассекателя, воздушный поток дробится и поступает в полость прессования (надопочное пространство) в виде множества отдельных маленьких струек. Кинетическая энергия их мала и не оказывает существенного влияния на процесс. Основным уплотняющим фактором здесь является скорость роста давления над смесью. Воздух интенсивно фильтруется по порам смеси со скоростью порядка 10-15 м/с и приводит формовочную смесь в псевдоожиженное состояние, разрывая первичные связи между отдельными конгломератами и песчинками. Быстро растущее давление над смесью разгоняет ее. При резком торможении о модельную плиту и модели происходит уплотнение нижних слоев. Верхние слои уплотняются, ударяясь о нижележащие, уже уплотненные слои. Внутрипоровой воздух удаляется в атмосферу через венты в модельной оснастке. Происходит окончательное доуплотнение смеси за счет фильтрации воздуха. К концу процесса давление над смесью снижается вследствие фильтрации. Этот избыток давления сбрасывается в атмосферу через специальный выхлопной клапан в наполнительной рамке. Верхний неуплотненный слой смеси обычно срезается.

На рис. 7.2. представлена схема работы импульсной установки низкого давления с клапаном тарельчатого типа (летающая тарелка «Georg Fischer»):

Импульсная головка имеет ресивер – 3 сжатого воздуха, давлением (0,5-0,6) МПа, рабочий запорный орган – 8 тарельчатого типа, установленный с возможностью вертикального перемещения в клапанной коробке – 7, смонтированной в ресивере – 3 импульсной головки. В положении закрытия клапана рабочий запорный орган – 8 перекрывает выпускное отверстие – 9, которое при открытии клапана сообщает ресивер – 3 с формообразующей емкостью, направляя в нее воздушный импульс. Управление рабочим запорным органом – 8 производится через трубопровод – 2 с клапаном – 1. Давление в ресивере – 3 создается подачей сжатого воздуха через патрубок – 5 с клапаном – 4. При снятии давления в полости 6 запорный орган отрывается от седла выпускного отверстия – 9 и ускоренно поднимается до упора в днище клапанной коробки – 7 под давлением в ресивере – 3, воздействующим на всю площадь нижней поверхности запорного органа. В результате из ресивера через выпускное отверстие в формообразующую емкость, включающую наполнительную рамку, опоку и модельную оснастку, поступает воздушная волна для импульсного уплотнения смеси.

Тарельчатый клапан в представленной конструкции практически неизнашиваемый надежный и простой в изготовлении, площадь впускного отверстия ~ 0,5 F_on, однако клапан имеет достаточно большой ход (h~D/4), что увеличивает время его открытия.

Воздушноимпульсная формовка под высоким давлением позволяет изготавливать крупные формы (до 6м²) на достаточно компактных машинах. Однако этот метод требует использования мощных компрессоров, сопровождается высоким уровнем шума и энергозатрат.

Воздушноимпульсная формовка под низким давлением имеет низкий уровень шума, низкие энергозатраты, высокую производительность, позволяет использовать сетевой сжатый воздух и не делать венты в модельной оснастке (силы фильтрации для ВИФ низкого давление не играют существенной роли, так как DР/dt на порядок выше, чем при ВИФ высокого давления).

Для газоимпульсной формовки (ГИФ) справедливы все закономерности процесса ВИФ низкого давления. Наиболее рациональными являются следующие параметры процесса: Р_к=0,5-0,6 МПа (давление в камере сгорания), Р=10-50 МПа/с, V₂=0-12 м/с, F_d=1/2 F_камеры; V_k=(3,5-5,5)V_см, t_{процесса}=0,02-0,03 c.

На рис. 7.3 представлена схема газоимпульсной формовочной установки. Газоимпульсная установка состоит из камеры сгорания – 1, трубы-дефлектора – 2, запальной свечи – 3, вентилятора – 4, переходной камеры – 8, наполнительной рамки – 9, модельно-опочной оснастки – 10, 11, 12.

Горючий газ подается по трубопроводу – 7 в дозатор – 6 объемного типа и далее в камеру сгорания – 1. Перед подачей горючего газа в камеру сгорания ее проветривают вентилятором при открытой свече – 5. Таким образом, окислителем при сгорании газа является атмосферный воздух, находящийся в камере сгорания в соотношении 1:10 (на 1 объем газа – 10 объемов воздуха). Газ подается в камеру сгорания, как правило, самотеком. Объем дозы определяется электроконтактными манометрами (ЭКМ), установленными в дозаторе. При достижении заданного давления газа в дозаторе от ЭКМ подается команда на закрытие впускного клапана и открытие выпускного. При снижении давления в дозатора до ~ 0,01 МПа выпускной клапан закрывается и открывается впускной. При образовании искры в источнике зажигания (электрозарядник) происходит мгновенное сгорание газовоздушной смеси. Образовавшаяся волна давления продуктов сгорания через переходную камеру – 8 мгновенно воздействует на формовочную смесь, находящуюся в наполнительной рамке – 9 и опоке – 10, разгоняет ее в направлении модели – 11 и модельной плиты – 12, где она резко тормозится и, под действием сил инерции, уплотняется. Давление газов над смесью в период рабочего процесса составляет обычно 0,4-0,5 МПа, а давление смеси на модельную плиту достигает – 0,6-0,8 МПа. Верхние слои смеси при этом остаются неуплотненными. Характер распределения плотности формовочной смеси по высоте опоки при газоимпульсном процессе уплотнения аналогичен процессам встряхивания и воздушноимпульсному.

Установки ГИФ просты в изготовлении, не требуют использования дорогостоящих клапанов, однако из-за шума и необходимости применения взрыва не получили широкого распространения.

Формовка высокоскоростным прессованием (ВСП-процесс) обеспечивает лучшую равномерность уплотнения по высоте формы, чем обычное статическое прессование. После того, как раскрылись пневматические захваты, удерживающие подвижные части ударного устройства, в том числе и прессовую колодку, прессовая колодка, двигаясь вниз, ударяется по свободной поверхности смеси, находящейся в модельно-опочной оснастке и уплотняет ее. Скорость колодки в момент удара достигает 4-8 м/с. Верхние слои смеси уплотняются в большей степени, чем нижние.

Однако скорость, которую приобретает слой формовочной смеси, в технологической оснастке обеспечивает дополнительное уплотнение при торможении смеси модельной плитой (рис. 7.4 и 7.5).

Процесс высокоскоростного прессования литейных песчаных форм по характеру силового взаимодействия на смесь можно подразделить на два способа:

а) до удара смесь с оснасткой неподвижна, а движется прессовая колодка;

б) смесь с оснасткой до удара движутся, а прессовая колодка неподвижна.

Схема устройства для высокоскоростного прессования по способу «а» (неподвижная опока и подвижная прессовая колодка) представлена на рис. 7.4).

Устройство состоит из пневмоцилиндра 1, верхней траверсы 3, соединенных четырьмя колоннами 4, захватного устройства 5. На верхней траверсе смонтировано ударное устройство, включающее рабочий цилиндр 1 и ресивер 6, охватывающий рабочий цилиндр. К штоку рабочего цилиндра жестко закрепляется прессовая (ударная) плита 7, удерживаемая захватным устройством 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом. После засыпки смеси в модельно-опочную оснастку 2 в ресивер 6 подается воздух давлением 0,5-0,6 МПа. Затем подачей воздуха в привод захватных устройств прессовая плита освобождается и ударяет по смеси. Смесь уплотняется. Цикл снова повторяется 2-3 раза.

В последнее время широкое распространение получили комбинированные способы формообразования с использованием ВСП.

На рис. 7.6. представлено устройство, на котором реализован процесс уплотнения пакета смеси с эффектом поверхностного упрочнения литейных форм. Сущность процесса заключается в следующем (рис. 7.6а). В опоку 1, установленной на неподвижном столе 2, подается смесь камерой-дозатором 3 (роль камеры может заменить коробчатый дозатор) и фиксируется между опокой и ударной плитой 4. Подвижный стол 5 с модельной плитой 6, моделью 7 с помощью нижнего пневмоцилиндра допрессовки 8 поднимает смесь вверх к ударной плите, тем самым формируя пакет смеси 9 до средней плотности d=1,4-1,5 г/см³, После этого подвижный стол возвращается вниз в исходное положение, а пакет смеси зависает, за счет боковых сил трения, в камере-дозаторе. В результате образуется некоторое пространство между пакетом смеси и модельной оснасткой высотой h₃. Причем

где: Н₀ – высота опоки;

h_н.р.- высота предполагаемой наполнительной рамки.

Зазор Z между камерой-дозатором и ударной плитой составляет порядка 5 мм. При открывании захватного устройства 10 (рис. 7.6б) ударная плита высокоскоростного цилиндра 11 вместе с пакетом смеси движется вниз, набирая в конце хода необходимую скорость (4,5-6 м/с) для получения импульса сил при соударении с модельной оснасткой.

При соударении рабочие поверхности полуформы образуют некоторый упрочненный слой 12 с повышенной плотностью, до 1,76 г/см³ и твердостью > 90 ед. Для повышения плотности и прочности в трудноуплотняемых местах формы и газопроводности, в околомодельной зоне устанавливают «ложную» модель 13, имеющую высоту h_м=(0,45-0,55) Н_м, где Н_м – высота модели 7, тем самым создавая между моделью 7 и «ложной» моделью узкое пространство, где при ударе пакета срабатывает эффект «клина», что приводит к повышению упрочненного слоя на боковой поверхности рабочей зоны.

Применение данного способа уплотнения приводит к повышению эффекта поверхностного упрочнения рабочей зоны в трудноуплотняемых местах эффектом «клина». Пустое пространство, образованное из-за «ложной» модели, увеличивает газопроводность формы, а для определенной категории модели к тому же увеличивает податливость формы при усадке отливки, тем самым, предотвращая горячие трещины и внутренние напряжения в отливках.

Организация и планировочные решения АФЛ импульсных процессов формообразования отличаются от прессовых АФЛ только самим формовочным автоматом, поэтому рассмотрим лишь одну типичную линию импульсной формовки, разработанную в конце 80-х годов ВНИИЛитМашем». Линия представлена на рис. 7.7. имеет следующий состав:

I, II – участки формовки, III - участок заливки, IV – участок охлаждения.

1 – конвейер

2 – подъемный стол (установка опоки на модельную плиту)

3 – обдувка на столе, простановка закладных

4 – формовочная машина (дозатор, импульсный)

5 - срезка верхнего слоя

6, 10, 20 – кантователи

11 – сборщик форм

15 – стол установки формы на поддон

13 – очистка поддонов

16 – стенды заливки форм

17 – стол съема с поддонов

18 – разъединение полуформ

21 – очистка опоки

22 – виброрешетка.

ТЕМА 7 (ЛЕКЦИЯ 10)

АФЛ вакуумно-пленочной формовки,

формовки замораживанием и магнитной формовки

Вакуумно-пленочная формовка и формовка замораживанием относятся к относительно «молодым» методам формообразования. Апробация и активное использование этих методов в производстве начались в 70-80-х годах прошлого века. Наиболее широкое применение сегодня получил метод вакуумно-пленочной формовки, особенно при изготовлении крупных до 2-3 м в диаметре массивных отливок из различных сплавов, в том числе чугуна и стали небольшими и средними сериями. Формовка замораживанием пока используется только при литье цветных сплавов, в основном алюминиевых и цинковых.

Сущность V-процесса формовки заключается в использовании синтетических полимерных покрытий (пленок) и вакуума для получения сухих литейных форм без связующего материала. Достигается это путем создания избыточного напряжения сжатия между песчинками за счет создания вакуума в сыпучем огнеупорном наполнителе формы. Отсутствие связующего и соответственно низкая теплопроводность позволяет получать тонкостенные стальные и чугунные отливки без отбела.

Опыт эксплуатации V-процесса у нас в стране и за рубежом показал, что по сравнению с традиционными способами формообразования он имеет ряд существенных преимуществ:

- отсутствие необходимости в связующих материалах, смесеприготовительном, выбивном и очистном оборудовании;

- экологическая чистота процесса;

- высокое качество поверхности и точность отливок;

- минимальные припуски на механическую обработку отливок, литейные радиусы и уклоны;

- небольшой расход свежего песка (2-5%);

- минимальный износ модели.

Однако этот метод не лишен и недостатков:

- повышенный расход электроэнергии;

- запыленность рабочего места при засыпке опоки песком и ее выбивке;

- возможность образования газовых дефектов в отливке вследствие термодеструкции синтетических пленок;

- повышенное время кристаллизации и охлаждения отливки;

- необходимость использования сложной в изготовлении модельно-опочной оснастки. Для реализации процесса вакуумной формовки изготавливаются специальные пустотелые опоки и подмодельные вакуумируемые плиты, а в моделях выполняются венты – отверстия, сообщающиеся с полостью формы.

Сущность способа и последовательность операций вакуумной формовки представлена на рис. 7.1. Модельная плита 1 с закрепленной на ней моделью 2 монтируется на вакуумируемой подмодельной камере 3, полость которой соединена сквозными каналами с поверхностью плиты и модели (рис. 7.1.а). Синтетическую пленку 4 толщиной 0,05-0,10 мм и площадью поверхности, равной площади модельной плиты в плане, в течение нескольких секунд нагревают электрическим нагревателем 5 (или феном) до перевода пленки в пластическое состояние ~40-50⁰С (рис. 7.1б). Пленку накладывают сверху на модель (рис. 7.1в), а полость камеры 3 подключают к вакуумному насосу, величина вакуума порядка 50-60 кПа (0,5-0,6 атм). При этом пленка плотно облегает поверхность модельной плиты и модели, точно воспроизводя ее контур. Пленку покрывают противопригарной краской.

На модельную плиту устанавливают пустотелую опоку 6, полые стенки которой соединяются с коллектором отсасывающего устройства (рис. 7.1г). В опоку засыпают сухой мелкозернистый песок 7 (кварцевый, цирконовый, оливиновый и т.д.) без связующего материала и уплотняют его легкой вибрацией (рис. 7.1д).

Далее отформовывают или устанавливают выжигаемую литниковую чашу, удаляют избыток песка из полуформы, накладывают на ее поверхность синтетическую пленку (можно без предварительного ее нагревания), эта пленка, как правило, толще той, которая укладывается на модель, и уплотняют формовочный материал подключением опоки к вакуумному насосу (рис. 7.1е).

В результате вакуумирования полуформа приобретает прочность, после чего модельную плиту отключают от вакуумного насоса, с нее снимают готовую полуформу, верхняя и рабочая поверхности которой покрыты синтетической пленкой (рис. 7.1ж). Аналогично изготавливают вторую полуформу, а затем в нижнюю устанавливают стержень и собирают форму. В процессе транспортировки и сборки формы вакуум поддерживается обратным клапаном опоки. Заливка металлом и кристаллизация отливки осуществляется после подключения опоки к вакуумным насосам (рис. 7.1з).

Процесс выбивки формы (рис. 7.1и) заключается в том, что насосы отключаются, а песок и отливка 8 удаляются из опок.

V-процесс имеет ряд технологических особенностей, влияющих на условия получения качественных отливок. В первую очередь следует отметить, что в момент заливки формы металлом пленка разрушается, вызывая местную разгерметизацию формы. А учитывая то, что сама форма находится под разряжением, то создается направленный поток воздуха из атмосферы цеха через открытые прибыли и выпор внутрь формы. Это может привести к захвату металлом воздуха и к образованию в отливке крупных газовых раковин. Для того чтобы это не произошло ведут борьбу с преждевременным разрушением пленки обычно ведут следующим образом: во-первых, увеличивают скорость заливки (примерно в 2 раза по сравнению с заливкой в песчано-глинистые формы); во-вторых, наносят на пленку огнеупорное покрытие толщиной 0,3-0,5 мм; в-третьих, выбирают наиболее рациональное место подвода металла к телу отливки.

Одним из лидеров по производству АФЛ изготовления отливок с использованием вакуумно-пленочной формовки является немецкий концерн «HWS». Примеры таких линий (модель VFK 7 и VFK 8) представлены на рис. 7.2 (а и б), в состав автоматической линии входят: 1 – две формовочных установки карусельного типа, 2 – манипуляторы, 3 – грузоукладчик, 4 - распаровщик опок, 5 – литейный тележечный конвейер, 6 - приводной рольганг, 7 – устройство очистки платформы конвейера, 8 - устройство очистки опоки, 9 – механизмы перестановки тележек.

На карусели выполняются следующие операции: установка модели, наложение термореактивной пленки, окраска, установка опоки на плиту, заполнение опоки смесью, наложение герметизирующей пленки на контрлад формы, вакуумирование формы, установка стержня.

Одной из разновидностей V – процесса является получение отливок в вакуумируемые формы по газифицируемым (выжигаемым) моделям. Это позволяет изготавливать отливки сложной конфигурации, без ограничений по высоте и в одной опоке – вакуумируемом ящике.

Изготовление отливок в замораживаемых формах - получение отливок в формах, изготовленных из смесей, основным связующим которых является вода. Для реализации процесса и придания формовочной смеси необходимой прочности следует обеспечить быстрое замораживание форм. В качестве хладоагента (хладоносителя), как правило, используют жидкий или газообразный азот: t_пл=63,2 К, t_кп=77,3 К=195,7⁰С. Замораживание форм может осуществляться двумя способами – после снятия формы с модели и до снятия с модели. Реализация первого способа требует обязательного введения в состав смеси дополнительно глинистого связующего материала, обеспечивающего необходимую манипуляторную прочность. При изготовлении форм по второму способу отсутствует необходимость в глинистом связующем. Смесь предварительно охлаждают перед подачей в опоку, а холод подводят через модельную оснастку, которую также предварительно охлаждают до температуры (-3)-(-5)⁰С. Существенным недостатком второго метода изготовления замороженных форм является необходимость в использовании более сложной модельной оснастки, которая должна обеспечивать подачу хладоносителя в смесь.

На рис. 7.3 представлена схема изготовления форм, снятых с модельных плит, замораживанием. Жидкий азот (хладоноситель t_пл=63,2 К, t_кп=77,3 К=195,7⁰С) из изотермической передвижной емкости 1 через металлорукав 2 подают в теплоизолированный бак 3. Через загрузочное окно 5 форма 4, снятая с модели, погружается в жидкий азот, образующиеся при этом холодные пары азота вентилятором 6 подаются к стеллажу для собранных форм 7, обеспечивая тем самым поддерживание режима их замораживания.

Для изготовления замороженных форм, не снимая их с модельной плиты (рис. 7.4), применяется пустотелая, облицованная внутри теплоизоляцией плита, вертикальные каналы в которой сопряжены с каналами модели 9. Процесс формовки осуществляется следующим образом. На предварительно охлажденную модельную плиту через прокладки 2 устанавливают опоку 3, которую заполняют увлажненной песчаной массой 4 (влажность 4-6%). Затем к опоке через прокладки прижимают коллектор 5 и открывают вентиль 10. Под действием атмосферного давления сжиженный газ из емкости 11 испаряется и через отверстия – каналы в плите и модели поступает к поверхности формовочной смеси. Образовавшиеся холодные пары под действием вакуума, созданного при открытии вентиля 6 вакуумным насосом 7 в полости коллектора и через венты 8 в объеме смеси, фильтруются через нее, способствуя тем самым замораживанию формы. Температура охлаждения формы достигает (-40)-(-50)⁰С, а прочность при этом находится в пределах 1-2 МПа.

Газопроницаемость замороженных форм на 20-30% выше, чем сырых, поэтому можно применять более мелкозернистые пески и тем самым улучшать чистоту поверхности отливок. В связи с этим качество поверхности и точность отливок, полученных в замороженных формах, выше, чем у отливок, полученных в сырых песчано-глинистых формах. В отличие от форм полученных по V-процессу, охлаждение отливок в замороженных формах происходит очень быстро, что позволяет получить мелкозернистую структуру и соответственно более высокие механические свойства. С другой стороны возникает опасность не доливов, а для чугунных отливок – отбела. Однако высокая энергоемкость, сложность оснастки и оборудования, а также дефицитность хладоагента ограничивают области и масштабы использования метода изготовления форм замораживанием. На сегодняшний день этот метод используют редко и, как правило, для изготовления ответственных отливок из цветных сплавов.

Способ отливки деталей по газофицируемым моделям в магнитных формах заключается в том, что модель из пенополистирола, соответствующая конфигурации отливки, засыпается ферромагнитным мелкодисперсным материалом (как правило, в смеси с огнеупором). При наложении на форму магнитного поля частицы материала скрепляются между собой, после чего заливается жидкий металл, выжигающий пенополистирольную модель. Отливку легко освободить, сняв магнитное поле.

Технология способа магнитной формовки проста, легко поддается автоматизации. Отливки получаются плотными, чистыми, с высокой размерной точностью. Как правило, размеры форм не превышают 1000х1000 мм и не ниже 500х500 мм. Производительность АФЛ магнитной формовки не более 60-80 ф/ч.

Фирма «Броун Бовери» разработала автоматизированные линии модели МФА для изготовления отливок способом магнитной формовки. Отливки изготавливают в магнитных формах размерами 620х400х500 мм. Производительность линии 30 форм/час. На одном стояке из пенополистирола выполняется гроздь моделей отливок, которые покрываются огнеупорным слоем и высушиваются. Затем их на позиции помещают в опоку и засыпают магнитным материалом, состоящим из чугунного порошка (может использоваться дробь стальная и чугунная, железный порошок и т.д с размерами частиц 0,16-0,4 мм), смешанного с корундом и другими составляющими. Применяя наполнительный материал сложного состава, можно регулировать скорость охлаждения отливок.

Для лучшего заполнения магнитной смесью опока подвергается вибрации. Затем форма поступает на позицию между полюсами электромагнита, поле которого фиксирует форму на время заливки и кристаллизации металла. После отключения электромагнита она самопроизвольно разрушается. Опоку снова подают на позицию формовки, а магнитный материал – в установку охлаждения и затем элеватором – в расходный бункер. Схема организации техпроцесса магнитной формовки представлена на рис. 7.5.

Важнейшая технологическая операция процесса получения отливок по выжигаемым моделям – это изготовление самой пенополистирольной модели. В простейшем случае она вырезается из пенополистирольной плиты горячей нитью и склеивается. Однако, чаще всего, для изготовления пенополистирольной модели используется специальный прессавтомат (аналогичный термопластавтоматам). Основные узлы автомата - станина, механизм впрыска (или вдува гранул), механизм запирания прессформы, системы опрыскивания, охлаждения, обогрева, бункер, цилиндр пластификации, гидро и электрооборудование.

В автоматах могут изготавливаться пенополистирольные модели размерами от 25 до 5000 см³, производительность автоматов – до 300 запрессовок в час, усилие запирания – до 50 кН, давление на материал в цилиндре пластификации до 150 МПа, температура в цилиндре от 110⁰С до 220⁰С, время охлаждения пресс-формы 20-60 с.

ТЕМА 8 (ЛЕКЦИЯ XI)

АЛ изготовления отливок в литейных формах из ХТС.

Благодаря созданию нового поколения фурановых и формальдегидных смол в 90-е годы широкое распространение получили процессы получения отливок в формах из единых ХТС:

a-set, b-set – процессы, Nо-bake процесс (фуран процесс) и другие.

Преимущества этих методов: отсутствие опочного хозяйства (или существ. удешевление) возможность изготовления широкой номенклатуры отливок из различных сплавов: СЧ, ВЧ, сталь;

от 100 кг до 3-5 тонн;

коммунальное и машиностроительное литье.

Назначение: для изготовления единичных отливок, малых и средних серий.

Производительность от 10 до 80 форм в час.

ХТС – смеси отверждаемые (упрочняемые) в технологической оснастке без дополнительных внешних воздействий. Для изготовления форм используются песчано-смоляные смеси, отверждаемые жидкими (кислотами, эфирами) отвердителями без или с газообразными (SO₂, СО₂, амины) катализаторами, а также смеси на неорганических связующих (жидкостекольные (+АЦЭГ, +ФХШ, +СО₂), цементные, фосфатные).

Основные операции, выполняемые при изготовлении отливок в разовые формы их ХТС:

- заполнение лите

Дата добавления: 2014-01-15