Тема: машинная формовка

ЛЕКЦИЯ 5.

План лекции

1. Назначение, способы машинной формовки.

2. Способы уплотнения смесей на машинах при изготовлении форм и стержней.

3. Способы извлечения моделей.

Машинная формовка применяется для повышения производительности труда и точности отливок.

Технологический процесс изготовления литейных форм на машинах складывается из ряда операций: установки опоки на машину, обдувки мо- дельной плиты, нанесения разделительного состава, засыпки формовочной смеси, уплотнения, транспортирования, сборки форм.

Наиболее трудоемкими и ответственными являются операции уплотне-

ния литейной формы и извлечения модели.

Существует несколько способов уплотнения смеси на машинах: прессо- вание, прессование с вибрацией, встряхивание, встряхивание с подпрессовкой с помощью пескомета, пескодувный способ и др.

Особенность машинной формовки – высокая производительность тру-

да, которая достигается за счет исключения ручных операций: устройства вентиляционных отверстий, подрезки, использования отъемных частей, пере- кидных болванов.

Применение облицовочной и наполнительной смесей также снижает производительность оборудования, поэтому для машинной формовки в круп- носерийном и массовом производствах используют единые формовочные смеси, имеющие высокую прочность и газопроницаемость.

На рис. 17 приведены схемы изготовления формы для получения отлив-

ки крышки подшипника при ручной формовке с подрезкой (рис. 17, а) и ма- шинной формовке (рис. 17, б). Использование фасонной модельной плиты при машинной формовке исключает операцию подрезки.

Рис. 17. Схемы изготовления формы для получения отливки крышки подшипника вручную (а) и на машинах (б)

На рис. 18 приведены схемы изготовления формы для отливки шкива вручную (рис. 18, а) и на машинах (рис. 18, б). При ручной формовке в трех опоках с подрезкой применяют модель с отъемными частями ОЧМ1 и ОЧМ2. Болваны укрепляют металлическими крючками, литниковую систему выпол- няют вручную. При машинной формовке для получения канавки шкива при- меняют стержень Ст2, формовку осуществляют в двух опоках по фасонной модельной плите.

а б

Рис. 18. Схемы изготовления формы для отливки шкива вручную (а) и на машинах (б)

Существует большое разнообразие формовочных машин, упрощенная классификация которых приведена в табл. 5 [2, 3]. На заводах массового про- изводства (автомобильных, тракторных и др.) действуют автоматизированные формовочные линии. На рис. 19 приведены схемы уплотнения смесей на не- которых формовочных машинах.

Рис. 19. Схемы уплотнения смесей различными методами

При уплотнении на встряхивающих формовочных машинах (рис. 19, а) модельная плита 1 с моделью 2, опокой 3 и наполнительной рамкой 4 уста- навливаются на стол формовочной машины 5. Из бункера сверху в опоку на- сыпают смесь. Под поршень 6 подается воздух под давлением (5-6)×105 Па,

поднимающий стол до тех пор, пока не откроется выпускное отверстие 7, че-

рез которое воздух из-под поршня уходит в атмосферу. Стол при этом резко опускается вниз, ударяясь о цилиндр 8. Смесь уплотняется за счет движения по инерции вниз. Так повторяется несколько десятков раз. Смесь хорошо уп- лотняется у модели, верхние же ее слои остаются недоуплотненными. Доуп- лотнение осуществляют вручную или допрессовкой на той же машине. В Рос- сии работают встряхивающие и встряхивающе-прессовые машины с наи- большими габаритными размерами опок в свету 2500×2000×800 мм, грузо- подъемностью до 10 т производительностью 8 полуформ в час.

Классификация формовочных машин

Таблица 5

Классификационный признак	Типы машин
Способ уплотнения смеси	Встряхивающие
Прессовые
Встряхивающе-прессовые
Вибропрессовые
Пескодувно-прессовые
Гравитационные
Пескометы
Импульсивные
Извлечение модели из уплотненной формы	С поворотным столом
С перекидным столом
С штифтовым подъемом
С протяжной плитой
	Полуавтоматические (включаемые при каждом новом цикле)

Степень автоматизации

Автоматические (управляемые автоматически без участия человека)

Прессование полуформ может быть верхним и нижним. При верхнем

прессовании сначала уплотняются слои формовочной смеси, расположенные в верхней наполнительной рамке (рис. 19, б), независимо от того, поднимает- ся ли опока к прессовой колодке (как это показано на рисунке), опускается ли прессовая колодка на формовочную смесь, расположенную в наполнительной рамке. При нижнем прессовании (рис. 19, в) сначала уплотняются слои смеси, находящиеся на модельной плите и самой модели. Для достижения большей равномерности уплотнения формовочной смеси по высоте опоки прессовая колодка иногда делается профильной, повторяя профиль модели. Прессовые формовочные машины производят до 120 полуформ в час с наибольшими размерами опок в свету 760×180×110 мм.

Разновидностью верхнего прессования является уплотнение формовоч- ный смеси так называемой многоплунжерной прессовой головкой (рис. 19, г), состоящей из нескольких десятков независимых друг от друга плунжеров 1, работающих под давлением масла или воздуха. Такое прессование обеспечи- вает наибольшую равномерность уплотнения по всему объему опоки.

При пескодувно-прессовом уплотнении (рис. 19, д) весь процесс осуще- ствляется в два этапа. Сначала в полость 1, заключенную между вертикально расположенными модельными плитами 2 и 3, формовочная смесь 4 подается пескодувным методом с помощью воздушного давления, предварительно уп- лотняясь. Затем модельная плита 3 подается поршнем влево, прессуя смесь. По окончании прессования плита 2 сначала отходит влево, затем разворачи- вается вверх, занимая положение, показанное штрихпунктиром на рисунке. Ком смеси модельной плитой 3 подается влево до упора в предыдущий ком 5, плотно прилегая к ранее изготовленным формам, после чего все формы пере- двигаются влево к заливочной установке. Весь процесс от уплотнения смеси до заливки металлом автоматизирован. Производительность автоматизиро- ванной формовочной линии составляет 360 форм в час и более (при наличии стержней – 300 форм в час).

При гравитационном уплотнении (рис. 19, е) смесь поднимается на оп-

ределенную высоту в бункер 1, из которого через шибер 2 попадает в дозатор

3. Благодаря быстрому открыванию дна дозатора 4 смесь в виде компактного кома по шахте 5 свободно попадает в опоку или стержневой ящик 6. Уплот- нения только гравитационным способом недостаточно. Поэтому для доуп- лотнения применяют подпрессовку усилием (5-10)×105 Па (гравитационно- прессовый способ) или вибрацию (гравитационно-вибрационный способ).

При единичном и мелкосерийном производстве крупных отливок для уплотнения форм используют пескометный способ (рис. 19, ж). Формовочная смесь ленточным транспортером подается на быстро вращающийся ротор с ковшом. Последний, захватывая смесь, бросает ее в опоку, установленную на модельной плите (или в стержневой ящик), производя, таким образом, уплот- нение. Пес кометная головка может перемещаться в горизонтальной плоско- сти. Управление пескометом осуществляется оператором, наблюдающим од- новременно за процессом наполнения опоки. Производительность пескометов колеблется от 6 до 50 м3/час уплотненной формовочной смеси.

При изготовлении форм импульсным методом (рис. 19, з) на модельную плиту 1 с вентами 2 (тонкие отверстия, через которые проходит воздух, но не проходит смесь) устанавливаются опока 3 и наполнительная рамка 4, после чего они заполняются формовочной смесью. Над наполнительной рамкой ус- танавливается импульсная головка 5, и вся оснастка прижимается друг к дру- гу (герметизируется). Из специальной магистрали 6 в ресивер 7 головки по- ступает сжатый воздух. При уплотнении запорный клапан 8 поднимается вверх, пропуская сжатый воздух через отверстие 9 в полость 10. Из полости

10 через отверстия 11 воздух устремляется в полость прессования 12, уплот- няя смесь 13. Пройдя через смесь, воздух уходит в атмосферу через венты 2. При этом давление над смесью от максимального падает до атмосферного за доли секунды. Под действием сжатого воздуха смесь наполнительной рамки перемещается в опоку и уплотняется. Уплотнение производится однократным

импульсом.

Разновидностью импульсного воздушного уплотнения является уплот- нение взрывом. С этой целью вместо воздуха в импульсную головку, содер- жащую взрывное устройство, подается взрывчатая смесь, которая в нужный момент взрывается. Продукты взрыва направляются к формовочной смеси, уплотняя ее аналогично воздушному импульсу.

Операции при изготовлении стержней могут быть следующими. Снача- ла стержневой ящик частично заполняется смесью, слегка уплотняется, затем в него устанавливают металлическую арматуру – каркасы, необходимые для придания стержню манипуляторной прочности. После очистки излишков смеси для улучшения вентиляции стержень прокалывают душником. Если стержень подвергается сушке (связующие – формовочная глина, раститель- ные масла или другие материалы), то его извлекают из стержневого ящика, устанавливают на сушильной плите и помещают в сушило, где производят сушку с целью его упрочнения. Иногда (хотя сравнительно редко) стержни устанавливаются в форму без сушки, сырыми. Если же связующее – жидкое стекло, то стержень, подвергается продувке углекислым газом или другими

реагентами. При использовании жидких самотвердеющих смесей (ЖСС) смесь в стержневом ящике выдерживается, пока прочность не достигнет не- обходимого значения. Сложные стержни изготавливают из двух и более час- тей, которые впоследствии склеивают между собой. Большую часть литейных стержней изготавливают различными машинными способами. Основные ти- пы стержневых машин: встряхивающие с поворотным столом, встряхиваю- щие с перекидным столом, вибропрессовые, мундштучные, пескодувные и пескострельные машины. Первые три типа не отличаются от машин для изго- товления форм. При изготовлении стержней на этих машинах вместо модель- ных плит и опок устанавливают стержневые ящики.

В мундштучных машинах стержневой ящик заменен сменной гильзой- мундштуком, сечение которого определяет сечение стержня. Стержень любой длины получают выдавливанием через калиброванный мундштук машины уплотненной смеси. Уплотнение производится при возвратно-поступательном движении поршня машины или шнеком.

Схемы пескодувных и пескострельных машин представлены на рис. 20. К надувной плите снизу пневмопоршнем поднимается стержневой ящик. Ра- бочее давление воздуха составляет (5-10)×105 Па. В случае пескодувной ма- шины (рис. 20, а), сжатый воздух 1 подается на верхнюю поверхность стерж- невой смеси 2, находящийся в резервуаре 3. Смесь вместе с воздухом через вдувные отверстия 4 надувной плиты 5 машины попадает в полость стержне- вого ящика 6. Воздух через венты 7 уходит в атмосферу цеха. В пескострель- ный резервуар (рис. 20, б) вмонтирована специальная гильза 1 с щелевыми отверстиями 2, 3, вертикальными в нижней части и горизонтальными в верх- ней. Через эти отверстия воздух из ресивера в момент выстрела с большой

скоростью устремляется в резервуар со смесью, выталкивая ее в полость

стержневого ящика 4. Стержни могут отверждаться сушкой в сушилах или непосредственно в стержневых ящиках после уплотнения. В этом случае стержневые ящики могут быть холодными или нагреваться электрическим током или газом. В обоих случаях в качестве связующего используются син- тетические смолы. Однако при горячем отверждении основным активатором отверждения является тепло, при холодном только катализаторы отвержде- ния. Последние могут быть введены в смесь при ее приготовлении (так назы- ваемые ХТС – холодно твердеющие смеси) или после уплотнения смеси в стержневом ящике путем продувки газообразными катализаторами.

Рис. 20. Схемы пескодувной (а) и пескострельной (б)

машин для изготовления стержней

Для изготовления мелких отливок применяется безопочная формовка. Она производится на встряхивающих машинах с допрессовкой в съемных опоках, изготовленных из легких сплавов.

Машинная формовка широко внедряется в практику работы литейных цехов не только массового и крупносерийного производства, но также мелко- серийного и даже единичного. До недавнего времени это сдерживалось в ос- новном из-за необходимости частой смены модельных плит и настройки формовочных машин при переходе на другую модельную плиту. Сейчас это затруднение ликвидировано в связи с применением координатных модельных плит и унификацией опок.

Координатная модельная плита (рис. 21) в отличие от обычных имеет базовые отверстия для фиксации и крепления моделей. Эти отверстия распо- ложены так, что образуют сетку с равными расстояниями между осями. Для установки на эти плиты моделей по заранее определенным координатам каж-

дое базовое отверстие имеет свой шифр.

На рис. 21 показаны горизонтальные оси, обозначенные цифрами, и вертикальные оси, обозначенные буквами. Тогда крайнее левое отверстие на изображенных плитах получает шифр А1, отверстие ниже его имеет шифр Б1 и т.д.

Рис. 21. Монтаж моделей на координатной плите:

а – монтаж модели «низа»; б – монтаж модели «верха»

Половинки моделей, показанные на рис. 21 монтируются штифтами 3В

и 7В на нижней плите, и штифтами 3Д и 7Д – на верхней.

Значительный эффект от применения машинной формовки в условиях единичного производства дает также использование быстросменных модель- ных плит (рис. 22).

Такая плита имеет рамку 1 с гнездами 5, в которых могут устанавли- ваться сменные модели 2, прикрепленные к модельным плитам-вставкам 3. Эти вставки укрепляются в общей рамке при помощи винтовых прижимов 4.

Таким образом, на модельной плите могут быть смонтированы модели для нескольких отливок. Установка такого сборного модельного комплекта занимает очень мало времени (1-2 мин), поэтому этот способ формовки ста- новится достаточно экономичным и оправдывает себя при изготовлении даже очень мелкой партии отливок (1 0 -2 0 штук).

Формовочные машины предназначены не только для механизации про- цесса уплотнения формовочной смеси, но и для извлечения моделей из уп- лотненных опок. Удаление моделей из полуформ осуществляется нескольки- ми способами.

На рис. 23 показана схема машины со штифтовым съемом. При ходе вверх четырех штифтов 4, расположенных по углам опоки 1, уплотненная по- луформа снимается с модельной плиты 3, прикрепленной к столу 5 формо-

вочной машины. На рис. 23, а показано положение штифтов до съема, а на рис. 23, б после съема полуформы.

Рис. 22. Быстросменные модельные плиты

Рис. 23. Штифтовый съем опок плиты

Для прохода штифтов в модельной плите имеются специальные отвер- стия или вырезы. Отделение модели 2 от формы на машинах со штифтовым съемом опок применяется только при формовке простых и невысоких моделей с пологими боковыми поверхностями, так как кромки глубоких полостей при съеме опоки легко могут обвалиться.

Отделение высоких моделей или моделей с вертикальными стенками производится на машинах с протяжными плитами (рис. 24, а). Модель 1 опускается вместе с опускным столом 2, а заформованная опока остается на протяжной плите 3. Существуют конструкции машин (рис. 24, б), при кото- рых стол машины 2 с модельной плитой и моделью 1 остается неподвижным,

а протяжная плита 3 с установленной на ней опокой поднимается вверх при помощи штифтов 4. Протяжная плита предотвращает опасность обвала смеси в форме.

Рис. 24. Формовочная машина с протяжной плитой

При изготовлении форм с массивными земляными «выступами» и при формовке нижних опок отделение модели от формы обычно производится на машинах с поворотной плитой или перекидным столом (рис. 25). При фор- мовке на этих машинах перед отделением модели 2 от формы опока 1 пово- рачивается на 180о и опускается на приемное устройство, которое в поворот- ных машинах находится непосредственно под плитой, а у перекидных – вы-

несено в сторону.

В литейных цехах большое распространение получили литейные кон- вейеры, объединяющие в единый производственный поток ряд операций, вы- полняемых на машинах и установках с различной степенью механизации (рис. 26).

Литейный конвейер представляет собой множество платформ 9, непре- рывно движущихся по рельсам 10 при помощи тяговой замкнутой цепи, при- водимой в движение от приводной станции 8. Литейные формы 4 со сбороч- ных рольгангов 5, примыкающих к формовочному участку, передаются в за-

ливочное отделение. Заливка производится рабочим, находящимся на дви- жущейся платформе 1, при помощи наклона разливочного ковша 2, который поступает из плавильного отделения по монорельсу 3. Формы, залитые ме- таллом, движутся под охладительный кожух 7 и после остывания – на выбив- ную решетку 6. Выбитые отливки проваливаются в люк выбивной решетки и пластинчатым транспортером передаются в обрубное отделение. Выбитая из опок формовочная смесь проваливается через решетку на ленточный транс- портер и, пройдя сепарацию, подается в смесеприготовительное отделение. Освобожденные опоки возвращаются на участок формовки для повторного использования.

Рис. 25. Машины с поворотной плитой (а)

и с перекидным столом (б)

В литейных цехах нашли применение автоматические формовочные линии, на которых изготовление форм происходит без участия человека, а только под его контролем и наблюдением. На рис. 27 показана принципиаль- ная схема такой линии.

В линию вмонтированы формовочные автоматы 3 и 5, на которых фор- муются соответственно нижняя и верхняя полуформы. При помощи кантова- теля 4 нижние полуформы поворачиваются на 180о и передаются на транс- портерную линию 7 для установки стержней.

Сборка нижней и верхней полуформ производится механизмом 8, после чего готовые к заливке формы подаются на заливочный конвейер 9 (на рис. 27

показана только его часть). Для скрепления полуформ на них накладываются грузы, а затем собранные формы подаются последовательно на заливочный участок, в зону охлаждения, на позицию 10 для удаления сплесков металла и на автоматическую выбивную установку 11.

Рис. 26. Литейный конвейер:

1 – заливочная площадка; 2 – заливочный ковш; 3 – монорельс; 4 – форма; 5 – формовоч- ные машины; 6 – рольганги; 7 – пневматический подъемник; 8 – выбивная решетка; 9 – транспортер; 10 – охладительная камера; 11 – привод; 12 – тележки; 13 – рельсы

В современных линиях перекладка грузов, скрепляющих полуформы, с охладительной зоны конвейера на зону сборки осуществляется автоматически при помощи специальных механизмов грузоукладчиков.

Освобождающиеся после выбивки опоки механизмом съема и распаров- ки 12 разделяются на два потока: нижние опоки передаются на линию 13, а верхние – на линию 6. В дальнейшем процессы повторяются по описанной выше схеме.

Формовочная смесь, необходимая для изготовления полуформ, из сме- сеприготовительного отделения при помощи транспортерной ленты 1 подает- ся к бункерам с дозаторами 2, установленным над формовочными автомата- ми.

Учитывая повышенные требования, предъявляемые к формовочным смесям, применяемым на автоматизированных установках, многие формо- вочные линии изготавливаются совместно со смесеприготовительными уста- новками.

В современных литейных цехах осуществляются принципы комплекс-

ной автоматизации. С этой целью автоматические формовочные линии объе- диняются с блок-линиями для изготовления стержней, автоматическими ли- ниями для заливки и выбивки форм, поточными линиями для очистки, зачи- стки и окраски форм.

Рис. 27. Автоматическая формовочная линия:

1 – транспортерная лента; 2 – бункер с дозатором; 3 – формовочный автомат нижних опок; 4 – механизм кантователя и подаватель нижних опок;

5 – формовочный автомат верхних опок; 6 – линия верхних опок; 7 – установка стержней; 8 – механизм сборки форм; 9 – заливочный конвейер; 10 – удаление сплесков металла; 11 – автоматическая выбивная установка; 12 – механизм съема и распаровки опок; 13 – линия нижних опок

Для обеспечения надежных связей между отдельными агрегатами, вхо- дящими в состав автоматических линий, предусматриваются соответствую- щие накопители для опок, готовых форм и др.

Внедрение автоматизации в литейном производстве ликвидирует тяже- лый ручной труд, позволяет значительно улучшить условия труда и общее санитарно-гигиеническое состояние цеха.

Контрольные вопросы.

1. В чем заключается преимущество машинной формовки перед ручны-

ми способами изготовления форм?

2. По каким признакам классифицируют формовочные машины?

3. Какие существуют методы уплотнения смесей при машинной фор-

мовке?

4. Дайте сравнительную характеристику способам уплотнения смесей при машинной формовке.

5. Назовите способы извлечения моделей из полуформ и укажите об-

ласть их применения.

6. Дайте сравнительную характеристику способам извлечения моделей из полуформ.

7. В чем заключаются специфические особенности технологического процесса машинного изготовления опочных и безопочных форм?

8. Назовите преимущества машинной формовки с использованием са-

мотвердеющих смесей.

Дата добавления: 2014-01-07