Тема: способы формовки на автоматических линиях

ЛЕКЦИЯ 7.

План лекции

1. Автоматические линии. Изготовление песчано-глинистых форм на

АФЛ.

2. Технология безопочной формовки.

3. Вакуумно-пленочная формовка.

Автоматическая линия – комплексы оборудования, расположенные в технологической последовательности, связанные транспортом и объединен- ные системой управления, обеспечивающей автоматическое выполнение пе- реходов и операций технологического процесса под контролем операторов.

Автоматическая линия формовки, заливки и набивки (рис. 30) предна- значена для производства отливок в разовых песчано-глинистых формах в сталелитейных и чугунолитейных цехах в условиях серийного и крупносе- рийного производства отливок. Линия создана на базе двух трехпозиционных формовочных машин, соединенных в единый комплекс рольгангами, и гори- зонтально-замкнутого тележечного литейного конвейера пульсирующего ти- па.

Уплотнение смеси происходит встряхиванием с последующим прессо- ванием. Основные узлы: литейный пульсирующий конвейер, механизм съема форм с литейного конвейера, рольганга, механизм выдавливания «кома», ме- ханизм очистки опок, конвейер дополнительного охлаждения, выбивные ре-

шетки, распаровщик, трехпозиционные формовочные машины для формовки нижних и верхних полуформ, кантователь, установщик нижних полуформ на конвейер, сборщик форм, грузоукладчик, электрооборудование, гидрообору- дование.

Работа линии происходит следующим образом. Залитые и охлажденные формы поступают на позицию механизма съема форм, поднимаются над ли- тейным конвейером и по рольгангу перемещаются к механизму выдавливания

«кома», где происходит выдавливание комьев смеси с отливками вверх, отку- да они попадают на конвейер дополнительного охлаждения. Этот конвейер позволяет резко сократить парк опок и сэкономить производственные площа- ди за счет уменьшения длины литейного конвейера.

Далее комья смеси с отливками, перемещаясь по конвейеру, попадают на выбивную решетку, где происходит отделение отливок от горелой смеси.

Пустые опоки по рольгангу поступают на позицию механизма очистки опок, где очищаются от остатков смеси и передаются на рольганг, а затем – в распаровщик. После распаровщика опоки низа поступают в формовочную машину для изготовления нижних полуформ, а опоки верха по рольгангу дви- гаются к формовочной машине изготовления верхних полуформ. Изготовлен- ные нижние полуформы передаются на кантователь, где они кантуются и по- ступают на позицию установщика нижних полуформ, откуда литейным кон- вейером передаются к сборщику форм.

На участке литейного конвейера между установщиком нижних полу-

форм и сборщиком происходит установка стержней в нижние полуформы.

Полуформы верха, изготовленные на формовочной машине, передаются на кантователь, кантуются для осмотра, затем снова переворачиваются и по- ступают на позицию сборщика, где собираются с нижними полуформами.

Собранные формы, перемещаясь по литейному конвейеру, нагружаются с помощью грузоукладчика и поступают на участок заливки, где происходит заливка их металлом. После заливки, постепенно охлаждаясь, формы пере- мещаются к позиции механизма съема форм, и цикл повторяется.

Охлаждение форм на литейном конвейере происходит в охладительном кожухе с вытяжной вентиляцией. Система управления линии выполнена на бесконтактной аппаратуре на логических элементах. Аппаратура расположе- на в многосекционных шкафах управления.

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. 30. Схема планировки комплексной автоматической линии модели Л450А:

1, 2 – формовочная установка мод. 3019; 3 – распаровщик; 4 – центральный пульт управления; 5 – каретка силовых гидроцилиндров литейного конвейера; 6 – рольганг; 7 – устройство передачи верхних опок к формовочному автомату; 8 – устройство для замены мо- дельных комплектов; 9 – брикеты на конвейере охлаждения; 10 – охладительный тоннель; 11 – место заливки; 12 – укладчик грузов; 13

– механизм накалывания вентиляционных каналов; 14 – кантователь верхних полуформ; 15 – сборщик форм; 16 – стержнеукладчик;

17 – устройство передачи нижних полуформ на литейный конвейер; 18 – устройство для срезания излишка смеси; 19 – тележка конвей- ера; 20 – устройство для очистки тележек; 21 – устройство для передачи залитых форм с литейного конвейера на выбивку; 22 – охлади- тельный конвейер; 23 – тоннель интенсивного охлаждения; 24 – толкатель брикетов на выбивку; 25 – выбивная решетка; 26 – толкатель брикетов на конвейер охлаждения; 27 – установка выдавливания брикетов с отливками из опок; 28 – устройство передачи комплекта пустых опок; 29 – литейный пульсирующий конвейер; 30 – кантователь нижних полуформ

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.

Для изготовления мелких отливок применяют автоматические линии

безопочной формовки.

Наиболее применяемыми являются линии безопочной формовки со сборкой форм в горизонтальную опоку. Основные преимущества изготовле- ния отливок на таких линиях по сравнению с опочной формовкой на автома- тических линиях следующие: отсутствие опочной оснастки; отсутствие транспортных средств и механизмов для перемещения и манипуляций с пус- тыми опоками; простота устройств для выбивки безопочных форм; отсутст- вие устройств для нагружения форм во время заливки.

На рис. 31 показана комплексная автоматическая линия безопочной го- ризонтально-стопочной формовки. В табл. 7 приведена техническая характе- ристика линии АЛ23714 [5].

Рис. 31. Комплексная автоматическая линия АЛ23714 безопочной горизонтально-

стопочной формовки, сборки, заливки и выбивки:

1 – дозатор ленточный 19613; 2 – бункер; 3 – пескодувная головка; 4 – ресивер; 5 – формо-

вочный автомат; 6 – поворотный стол; 7 – гидроагрегат; 8 – гидроаккумулятор УГ.210.000;

9 – стержнеукладчик; 10 – шаговый конвейер; 11 – цепной конвейер; 12 – ленточный кон- вейер; 13 – заливочная машина 4126А; 14 – роликовый конвейер заливочной машины; 15 – заливочный ковш; 16 – выбивающая вибрационно-инерционная решетка 31222; 17 – выби- вающий барабан 31312; 18 – пульт управления линией

На рис. 32 приведена схема процесса безопочной формовки с горизон-

тальным разъемом формы.

На столе машины (рис. 32, а) устанавливают верхнюю опоку в опроки-

нутом положении и на нее кладут двустороннюю модельную плиту. На эту

плиту ставят нижнюю опоку, затем засыпают в нее смесь, которую уплотня- ют встряхиванием. После этого опоку устанавливают на подопочный щиток и переворачивают на 180о, затем в верхнюю опоку засыпают смесь и уплотняют при помощи встряхивания и последующего прессования (рис. 32, б). Далее прорезают стояк, снимают верхнюю опоку, удаляют модель (рис. 32, в), уста- навливают стержни и осуществляют сборку формы (рис. 32, г).

Техническая характеристика линии АЛ23714

Таблица 7

Параметр	Норма
Габаритные размеры форм (брикетов), мм	800×600
Высота формы в стопке, мм	250-400
Цикловая производительность, форм/ч
Металлоемкость формы, кг средняя наибольшая
Давление прессования, МПа	до 2,5

Рис. 32. Безопочная формовка

После этого опоки снимают (рис. 32, д), а форму на подопочном щитке ставят на конвейер для заливки. Перед заливкой на форму надевают жакет (рис. 32, е) и сверху кладут груз для предотвращения подъема верхней поло- вины формы под давлением жидкого металла.

Для предотвращения сдвига верхней полуформы относительно нижней, а также для предупреждения прорыва металла по разъему формы модельные плиты для безопочной формовки обычно делаются с уступом-замком высотой

10 мм и уклоном 45о.

Безопочная формовка применяется обычно при массовом производстве мелкого литья (массой до 5 кг).

В практике получения отливок безопочной формовкой на многих заво- дах в нашей стране и за рубежом нашли применение автоматические формо- вочные линии изготовления безопочных форм с вертикальным разъемом по технологии Дисаматик. Такая технология обеспечивает: повышение выхода годного литья; снижение затрат на зачистку литья; снижение эксплуатацион- ных расходов; более эффективное использование формовочной смеси; повы- шение точности отливок; улучшение структуры отливок и повышение каче- ства поверхностей; экономия производственных площадей; улучшение усло- вий труда благодаря опыту ДИСА в литейном деле.

Линии Дисаматик компактны, удобны в эксплуатации.

На рис. 33 приведена схема изготовления безопочных форм с верти-

кальным разъемом на линии Дисаматик мод. 2110 [5].

Рис. 33. Последовательность операций формовки:

1 – надув смеси; 2 – прессование смеси; 3 – отделение поворотной пресс-плиты; 4 – сборка форм и транспортировка стопки форм; 5 – отделение пресс-плиты; 6 – закрывание формо- вочной камеры

Операции изготовления форм на линии происходят в следующей по-

следовательности:

1. Надув смеси – открывается шибер и с помощью сжатого воздуха смесь вдувается в формовочную камеру. Одновременно могут включаться вибраторы на пресс-плите и на поворотной пресс-плите.

2. Прессование смеси – поворотная пресс-плита и пресс-плита, осна- щенные модельными комплектами, движутся навстречу друг другу до дости- жения заданного давления. Одновременно включаются вибраторы. Давление прессования может регулироваться для получения форм необходимой проч- ности. Продолжительность прессования может быть увеличена для повыше- ния качества формовки при сложных моделях. При этом происходит вырав- нивание внутренних напряжений в форме пред вытяжкой модели.

3. Отделение поворотной пресс-плиты – поворотная пресс-плита мед- ленно отделяется от формы и откидывается в горизонтальное положение, от- крывая формовочную камеру. Во время вытяжки модели могут включаться вибраторы. На этой операции может производиться обдув поверхности фор- мы для удаления лишней смеси. Жесткая конструкция машины и точная вы- тяжка модели практически исключают разрыв даже при сложных моделях.

4. Сборка форм и транспортировка стопки форм – пресс-плита выталки- вает новую форму из камеры. Скорость движения формы непосредственно перед ее сборкой со стопкой замедляется. По достижении необходимого уси- лия сборки пресс-плита синхронно с автоматическим конвейером форм (АКФ) перемещает всю стопку вперед на величину толщины одной формы. Прецизионный ход пресс-плиты и специальная конструкция АКФ исключают возможность несогласованности и повреждения форм.

5. Отделение пресс-плиты – пресс-плита медленно отделяется и воз- вращается в исходное положение в формовочной камере. В это же время на обе модельные плиты наносится разделительная жидкость. В процессе отде- ления могут включаться вибраторы. Одновременно может производиться за- ливка предыдущей формы.

6. Закрывание формовочной камеры – поворотная пресс-плита повора- чивается вниз и занимает исходное вертикальное положение в формовочной камере. Исходное положение может регулироваться, что позволяет отцентри- ровать пресс-плиты относительно пескодувной щели. Толщина формы может регулироваться в широких пределах для получения оптимального соотноше- ния между количеством смеси и металла.

Основные характеристики линии 2110 представлены в табл. 8.

На линии используют формовочную смесь следующего состава, % по массе:

оборотная смесь 92,8-96,8 кварцевый песок 3,0-6,0 бентонитовая глина 0,4-1,0

Средний размер зерна наполнителя смеси определяется требованиями к качеству поверхности отливки.

Средний размер зерна 0,15-0,28 по DIN. Прочность на сжатие сырой смеси 0,13 МПа. Прочность на разрыв сырой смеси 0,02 МПа. Прочность на разрушение 0,03 МПа. Уплотняемость 40 ± 2 %.

Влажность подбирается для достижения уплотняемости 40 ± 2 %.

Глиносодержание по AFS 11-13 %. Содержание активной глины более 7 %. Потери при прокаливании 3,5-7,5 %. Летучие вещества 1,5-3,0 %.

Техническая характеристика линии 2110

Таблица 8

Параметр	Норма
Размер форм, мм: высота ширина толщина	100-315
Давление прессования, МПа	0-1,2
Максимальная длина конвейера, м
Время охлаждения при толщине форм 200 мм и производитель- ности 205 форм/ч, мин

Вакуумный способ изготовления литейных форм. Вакуумная формовка

(V-процесс) имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией литья в ра- зовые песчано-глинистые формы: повышение качества отливок; резкое уменьшение расхода исходных материалов; снижение трудоемкости процесса формообразования; отсутствие связующего в формовочном материале. Ва- куумирование формы в процессе заливки и охлаждения металла позволяет исключить выделение газов. Что улучшает условия труда, уменьшает загряз- нение окружающей среды и способствует сокращению капитальных затрат и эксплуатационных расходов на вентиляцию производственных помещений.

Суть способа и последовательность операций иллюстрируются на рис. 34. Модельная плита 5 с закрепленной на ней моделью 2 смонтирована на вакуумной камере 1. Полость этой камеры соединена сквозными тонкими каналами 4 с поверхностью плиты и модели.

Синтетическую пленку 3 толщиной до 0,1 мм с площадью поверхности, равной площади модельной плиты на плане в течение нескольких секунд на- гревают до перевода ее в пластическое состояние. Нагретую пленку наклады- вают сверху на модель и подключают полость камеры 1 через патрубок 6 к вакуумному насосу. Пленка плотно облегает поверхность модельной плиты и модели, точно воспроизводя ее контур. На модельную плиту с пленкой уста-

навливают коробчатую опоку 7, внутренняя стенка которой имеет отверстия

10. Опока через патрубок 11 соединена с вакуум-насосом. В нее засыпают ог-

неупорный наполнитель 9, и модельную плиту вибрируют.

Далее отформовывают литниковую чашу и линейкой укладывают избы- ток песка из полуформы, выполняя ровный контрлад. На последний наклады- вают синтетическую пленку 8 (без нагрева) и подключают опоку к вакуумно- му насосу. Полуформа в результате вакуумирования приобретает необходи- мую прочность. Для съема полуформ с модельной плиты вакуумную камеру 1 отключают от вакуумного насоса. Верхнюю полуформу соединяют с нижней, которую изготавливают аналогичным способом. В процессе сборки полу- форм, заливки металлом и затвердевания отливки опоки подключены к ваку- ум-насосу. После затвердевания отливки 14 вакуум-насос отключают, и от- ливка вместе с песком вываливается из опок. Песок после охлаждения вновь используется для формовки. Уплотнение песка производится при вакууме по- рядка 50 кПа.

Рис. 34. Последовательность операций при вакуумно-пленочной формовке:

а – накладывание пленки на модельную плиту; б – изготовление верхней полуформы; в – верхняя полуформа; г – нижняя полуформа; д – форма в сборе; е – выбивка отливки; 1 – вакуумная камера; 2 – модель; 3 – пленка; 4 – отверстие в модельной плите; 5 – модельная плита; 6 – патрубок; 7 – коробчатая опока; 8 – пленка; 9 – наполнитель; 10 – отверстие в опоке; 11, 12, 13 – патрубки; 14 – отливка

На рис. 35 приведена схема линии вакуумной формовки Дисаматик. Технология получения отливок на линии рассчитана на использование как низких, так и высоких моделей, поскольку толщина формы регулируется в за- висимости от размера модели. Модель может быть заменена в течение рабо- чего цикла. В зависимости от производственной необходимости можно изго- тавливать большие и мелкие партии отливок из любого металла от стали до алюминия. Техническая характеристика линии приведена в табл. 9.

В состав линии входят следующие компоненты: формовочная машина

1; устройство для подачи модельных плит 2; стержнеукладчик 3; устройство

для быстрой замены модельных плит 4; бункер для песка 5; вакуумная уста-

новка 6; гидравлическая установка 7; установка для перемещения поддонов и

зажимов 8; зона заливки 9; линия заливки и охлаждения 10; конвейер охлаж-

дения (двухдорожечный) 11.

Рис. 35. Схема линии вакуумной формовки Дисаматик:

1 – формовочная машина; 2 – устройство для подачи модельных плит; 3 – стержнеуклад- чик; 4 – устройство для быстрой замены модельных плит; 5 – бункер для песка; 6 – ваку- умная установка; 7 – гидравлическая установка; 8 – установка для перемещения поддонов и зажимов; 9 – зона заливки; 10 – линия заливки и охлаждения; 11 – конвейер охлаждения (двухдорожечный)

Техническая характеристика линии вакуумной формовки Дисаматик

Таблица 9

Параметр	Норма
Размер форм, мм: длина ширина высота	130/130-250/250
Производительность при высоте форм 150/150 мм, форм/ч
Расход песка, м3/ч
Расход воды для охлаждения при 15 оС, л/мин
Конвейер форм: минимальная длина линии заливки и охлажде- ния, м
Пластинчатый конвейер для длительного охлаждения отливок в форме: максимальная длина, м

Материалы формы.

Наполнитель. Свойства формовочного материала определяют проч- ность форм и качество поверхности отливки. Главной особенностью формо- вочных материалов, используемых в вакуумно-пленочной формовке, является отсутствие в них связующего, поэтому огнеупорность формы зависит только от огнеупорности применяемого наполнителя. Прочность формы, полученной при разрежении, в значительной степени зависит от насыпной массы приме- няемого песка.

В свою очередь насыпная масса зависит от крупности песка, его типа (кварцевые, цирконовые и др.) и формы (угловатый или округлый), а также соотношения крупной и мелкой фракцией (табл. 10).

При использовании мелкого песка обеспечивается гладкая поверхность отливки (RZ = 18 мкм), более крупный песок имеет тенденцию к просечке (табл. 11).

Зависимость насыпной массы песка от соотношения фракций

Таблица 10

Размер зерна 0,2 мм, %
Размер зерна 0,05 мм, %
Насыпная масса, кг/м3

Примечание. Максимальная насыпная масса 1800 кг/м3 получена при соотношении крупная фракция – мелкая фракция 70:30.

Влияние зернистости песка на параметры шероховатости отливки

Таблица 11

Песок кварцевый с разме- ром песчинок, мм	Значение RZ, мкм, при толщине образца, мм
0,315	просечка	просечка	просечка	просечка
0,160	то же	то же	то же	то же
0,063			««	««
смешанный

Примечание. Степень разряжения 47 кПа. Пленка EVA толщиной 0,075 мкм.

Герметизирующие покрытия. В качестве материала для герметизации форм используются синтетическая пленка, фольга, бумага или самотвердею- щие композиты. Чаще всего применяется синтетическая пленка.

На этапе наложения на модель к пленке предъявляются следующие тре- бования: плотное прилегание нагретой пленки к модели; отсутствие разры- вов; малая зависимость пластичности пленки от длительности ее нагрева.

На этапе заливки формы требуются: малая термическая усадка пленки при контакте с нагретым жидким металлом (сжимающаяся пленка не должна обнажать слишком большой участок формы, на котором зерна песка удержи-

ваются только за счет вакуумирования); медленное протекание процессов де- струкции пленки при минимальной толщине слоя песка, в который проника- ют продукты деструкции (во избежание образования пригара и попадания в отливку включений песка); незначительное выделение газов в атмосферу це- ха; малая стоимость пленки.

Применяются пленки из различных синтетических материалов – поли- этилена низкой плотности (РЕ -пленка ГОСТ 10354-82), полипропилена (РР - пленка), полистирола (РS -плернка) и этилвинилацетата (EVA -пленка).

EVA -пленка имеет наиболее высокие показатели удлинения, пластиче- ской деформации, обладает способностью к деформированию и образованию складок, однако требует для деформирования определенных усилий. По сово- купности свойств EVA -пленка наиболее пригодна для использования при ва- куумно-пленочной формовке.

Огнеупорные покрытия. В качестве огнеупорного покрытия использу- ются графит, тальк, каолин, циркон, алюминиевая пудра, в качестве жидкой фазы – растворители и компоненты, которые не вступают в химическую ре- акцию с пленкой, метанол, изопропанол и этанол. Водные покрытия не ис-

пользуются, так как они на пленке высыхают долго и не смачивают ее. При применении метанола и изопропанола требуются более жесткие правила тех- ники безопасности, чем при работе с этанолом; последний более перспекти- вен, хотя и дороже.

Краски большей частью наносят на пленку, покрывающую модель. В отдельных случаях красят поверхность формы после съема модели. При этом краска и песок разделены пленкой.

Контрольные вопросы.

1. Преимущества получения отливок на автоматических формовочных линиях (АФЛ) в сравнении с ручной формовкой.

2. Перечислите последовательность операции изготовления отливок на линии безопочной формовки.

3. Перечислите последовательность операции изготовления отливок на линии вакуумной формовки.

4. Обозначьте требования к формовочным смесям для автоматических формовочных линий.

5. Укажите преимущества вакуумной формовки в сравнении с формов-

кой в ПГ-формах.

6. Укажите требования к модельной оснастке для АФЛ.

7. Какие материалы используют при вакуумной формовке?

8. Отметьте особенности заполнения форм расплавом при вакуумной формовке.

9. При каком из способе формовке (безопочная, опочная) применяется окрашивание форм?

10.При каких условиях производства применяют безопочную формов-

ку?

Дата добавления: 2014-01-07