Month: May 2012

1. Аксенов П. Н. Оборудование литейных цехов. M., Машиностроение, 1977. 510 с.

2. Амбарцумяи X. М. Технология отливки кокильной стальной ступицы. — Литейное производство, 1971, № 11, с. 41.

3. Анисович Г. А., Жмакин Н. П. Охлаждение отливки в комбинированной форме. ‘M., Машиностроение, 1969. 136 с.

4. Афанасьев В. Г., Кузнецов П. Г. Некоторые вопросы управления на­учно-техническим прогрессом. — В кн.: Научное управление обществом, вып. 4, M., Мысль, 1970.

5. Баландин Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливок. M., Машиностроение, 1973. 287 с.

6. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. M., Машино­строение, 1976. 328 с.

7. Баранов А. А. Фазовые превращения и термоциклирование металлов. Киев, Наукова думка, 1974. 231 с.

8. Болотов А. Н. Механизированная кокильная линия для отливки деталей из стали 110Г13Л. — Литейное производство, 1976, № 7, с. 34—35.

9. Болтенков И. Ф. Кокиль для отливки образцов. — Литейное производ­ство, 1972, № 5, с. 40.

10. Борисов Е. С., Паньшин В. И., Рощин М. И. Стальные отливки в водо – охлаждаемых металлооболочковых формах. — Литейное производство, 1971, №.8, с. 4—5.

11. Брилах М. M., Ясногорский В. И. Теплофизические свойства кокильных покрытий. — В кн.: Теплофизика в литейном производстве. Минск, АН БССР, 1963, с. 127—131.

12. Бураков С. Jl., Рывкис Я – M., Яцунский Р. П. Влияние усилий смыка­ния кокильной машины на деформацию рабочей плиты кокиля. — Кузнечно – прессовое и литейное оборудование. Научно-технический реферативный сбор­ник (НИИМАШ), 1966, № 5, с. 23—25.

13. Бураков С. Jl., Серебро В. С. Деформация и перемещения в облицован­ных кокилях. — Технология производства, научная организация труда и управ­ления. Научно-технический реферативный сборник (НИИМАШ), 1977, № 1, с. 7—9.

14. Бураков С. Jl., Хомяк Ю. М. Аналитический метод определения усилий сжатия кокилей в период заливки. — Извествия вузов. Машиностроение, 1969, № 9, с. 169—173.

15. Васильев А. А., Яковлев М. Т., Смирнов В. Н. Отливка в кокиль гребен­чатых втулок.—Литейное производство, 1968, № 11, с. 38.

16. Вейник А. И. Тепловые основы теории литья. M., Машгиз, 1953 . 384 с.

17. Вейник А. И. Испытание кокильных красок на теплопроводность. M., Машгиз, 1956. 231 с.

[1] Особенности технологии литья в облицованные кокили рассмотрены в гл. XVIII.

В расчетах общего случая затвердевания значение г0 учиты­вается только при определении со3. Из табл. 1 видно, что с увеличе­нием г„ начальное значение переохлаждения AT1kp. н снижается. Менее активные подложечные включения благодаря их большому количеству заметно снижают величину начального переохлаж­дения.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕХОВ

Эффективность применения литья в кокиль зависит от уровня разработки технологических процессов, степени автоматизации и производительности оборудования, стойкости оснастки. Однако достижение высоких технико-экономических показателей в такой же мере определяется организацией производства и уровнем про­ектных решений цехов и участков. Опыт показывает, что наилуч­шие технико-экономические показатели удается получить при соз­дании специализированных цехов и участков, рассчитанных на выпуск не менее 5 тыс. т отливок в год (по чугуну). Наиболее ценный опыт накоплен в автомобильной, тракторной, электро­технической отраслях промышленности.

Несмотря на различие планировочных решений цехов, можно выделить ряд общих принципов их построения:

1) цехи включают плавильные и кокильно-заливочные участки, отделения обрубки и термообработки, стержневое, финишных операций; характерным является наличие участка ремонта кокилей;

2) производство строится на основе поточных и автоматизи­рованных линий;

3) предусматриваются мощные вентиляционные установки, так как имеют место большие локальные тепловыделения;

4) новые цехи цветного литья располагаются, как правило, в двухэтажных зданиях;

5) оптимальная производительность специализированных цехов составляет 10—25 тыс. т в год.

В цехах серийного производства, в случае установки поточных линий из отдельных кокильных машин, на последних. выполняются все операции технологического процесса изготовления отливки: подготовка полуформ, установка стержней, сборка форм, заливка металла, охлаждение отливки, разборка формы, извлечение от­ливки, охлаждение формы. Это требует организовать подачу металла, стержней, уборку отливок и т. п. к каждой машине, что, с одной стороны, создает определенные трудности в организации транспортных систем и потоков; с другой — усложняет решения по вентиляции, так как необходим подвод приточно-вытяжных патрубков и трубопроводов к каждой машине. Аналогичные трудности возникают с решением вопроса механизированной уборки отливок и отходов производства.

Организационная структура цехов литья в кокиль должна создаваться как законченный технологический комплекс и содер­жать ряд вспомогательных участков: изготовления и ремонта кокилей (с механизированным складом); ремонта оборудования;

Расположения гидро – и электрооборудования; хранения запасных частей и узлов.

Проектные и организационные решения очистных участков цехов литья в кокиль не имеют никаких специфических отличий от аналогичных участков в цехах литья в песчаные формы. Однако трудоемкость этих операций, особенно при условии широкого при­менения металлических стержней, существенно уменьшается.

В проекты цехов включаются склады текущего хранения мо- дельно-кокильной оснастки, емкость которых рассчитывается на трех-, четырехдневный задел. Склады готовой продукции рассчи­тываются на недельный выпуск и по возможности совмещаются с отделениями грунтовки отливок.

2. ПРИМЕРЫ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ЦЕХОВ

Комплексно-механизированный цех алюминиевого литья. Цех

Предназначен для производства фасонных отливок из алюминие­вых сплавов для тракторных двигателей, топливных насосов и пусковых двигателей. Большинство отливок имеют сложную кон­фигурацию и различные толщины стенок (2—20 мм).

Цех представляет собой светлое двухэтажное здание и состоит из трех продольных пролетов шириной по 24 м, длиной по 180 м и высотой до нижнего пояса ферм 12,2 м и двух поперечных про­летов шириной по 24 м, длиной по 72 м и высотой до нижнего пояса ферм 12,2 м. К зданию примыкают бытовые помещения шириной 18 м. Общая длина цеха (без учета бытовых помещений) 228 м. Общая ширина цеха 72 м. Общая площадь цеха (без учета бытовых помещений) 24 192 м2.

Состав производства: плавильное отделение, стержневое отде­ление, отделение производства отливок в кокилях с песчаными стержнями, отделение производства отливок в кокилях без песча­ных стержней, отделение производства отливок на машинах под давлением, обрубочно-очистное отделение, термическое отделение. Вспомогательные службы: ремонтно-механическая мастерская, экспресс-лаборатории: спектральная, формовочных материалов, химическая; пирометрический пункт, склады оснастки, участок ремонта ковшей.

Комплексный технологический цикл поточного производства охватывает все этапы: от подготовки шихтовых материалов и плавки металла до укладки готовых отливок в контейнеры для отправки в механические цехи завода.

Плавка металла производится в индукционных печах ИАТ-2,5 полезной емкостью 2,5 т. В цехе установлено пятнадцать печей (три блока по пять печей в каждом пролете). Жидкий металл транспортируется в заливочный зал на специально оборудованных электрокарах и мостовыми кранами.

В двух пролетах цеха смонтированы 76 одно – и многопозицион­ных кокильных машин мод. 5924, 5926, 5946А, 5946Б и 5966, описанных в гл. XIX, а также шестдадцатипозиционная карусель­ная машина мод. 59К613. Схема расположения машин показана на рис. 200. Все машины работают в автоматическом цикле с дози­рующими установками мод. Д63, Д250, Д730. Применение ком­плекса литейная машина—дозатор при изготовлении отливок на полуавтоматических кокильных машинах допускает их многоста­ночное обслуживание. Внешний вид пролета, в котором уста­новлены комплексы, представлен на рис. 201.

Отливки автоматическими съемниками извлекаются из кокилей и системой склизов и конвейеров транспортируются к сортировоч­ным кругам. Отливки с песчаными стержнями подаются в изолиро­ванный бокс для выбивки, после чего подвесным конвейером пере­даются на ленточные конвейеры, которые доставляют их на участок обрезки литников. Последний оборудован ленточными пилами и фрезерными станками. Очищенные отливки подвесными конвейе­рами поднимаются на второй этаж, где подвергаются термической обработке. Процесс термообработки осуществляется на семи автоматических линиях «закалка—старение».

Годные отливки в оборотной таре транспортируются на механи­зированный склад готовой продукции, расположенный на первом этаже.

Подготовка стержневых составов производится в трех смесите­лях типа 1А12, изготовление стержней — на четырех стержневых автоматах мод. 4544 (по горячим ящикам), двух полуавтоматах Б-83, трех автоматических установках мод. 310, четырех карусель­ных автоматах мод. 4509А. В стержневом отделении установлены два электрических сушила типа СКВЭ-3 и одно горизонтальное проходное электрическое сушило для подсушки исправленных и окрашенных стержней. Рядом с сушилом расположены стеллажи со штабелером для хранения стержней.

В каждом отделении и на участках имеются комнаты отдыха. Большое внимание обращено на микроклимат в помещении цеха. На местах повышенного газо – и пылевыделения установлены мощ­ные бортовые отсосы. Свежий воздух, поступающий летом, охлаж­дается, а зимой подогревается.

Технико-экономические показатели: съем с 1 м2 общей площади 0,91 т/год, выпуск на 1 работающего — 15,7 т/год.

Корпус для производства из алюминиевых сплавов деталей автомобильных двигателей. Здание размером 144×263 м имеет два поперечных 24-метровых пролета и восемь продольных 18-метровых пролетов. Высота 24-метровых пролетов (склад шихты и плавильное отделение) 15 м, а остальных — 12 м. Корпус алюминиевого литья подразделяется на плавильное отделение, цех литья под давлением и цех литья в кокиль.

Рис. 200. Планировка кокильного пролета цеха цветного литья:

1 — пневмодозатор для алюминия (мод. Д250); 2 — кокильная машина мод. 5946; 3 — пневматический дозатор (мод. Д630; 4 — кокильная машина мод. 5924; 5 — кокильная машина мод.^5966; 6 — карусельная кокильная машина мод. 59К13

Hi. ‘ * ^ -‘ 4 . .ѕ*ѕ; * > .

ЧЦ

Рис. 201 Внешний вид заливочного пролета цеха алюминиевого литья

Я

; J Запас шихтовых материалов и песков предусмотрен из расчета месячной/ютребности._Шихтовые материалы поступают в железно­дорожных вагонах. Разгрузка осуществляется однотонными элек­тропогрузчиками и электромостовым краном грузоподъемностью 5 т и дальнейшей транспортировкой в места хранения автопогруз­чиками грузоподъемностью 2—3 т.

Плавка производится в газовых плавильных печах. Загрузка шихты в печь механизирована. Расплавленный металл перелива­ется в печь, откуда пневмонасосом или из летки переливается в нагретый ковш. После доводки сплава в ковше, выдержки и дегазации ковш автопогрузчиком с поворотной вилкой или по монорельсу электроталью транспортируется к печи, где металл переливается в тигель раздаточной печи. Каждая плавильная печь предназначена для выплавки сплава только одной марки.

В цехе литья в кокиль установлены пять поточных линий (для производства поршней, впускного коллектора и картера рулевого управления, головки блока, цилиндра переднего тормоза) и стержневое отделение. Отливки изготовляются на гидравличе­ских полуавтоматах.

На термообработку детали подают в специальной таре авто­погрузчиком. В цехе установлены две электрические шахтные печи для закалки и отпуска отливок.

Технико-экономические показатели цеха: общая площадь цеха 32 ООО м2, съем с 1 м2 площади — 0,73 т/год, выпуск на одного работающего 23,3 т/год.

Цех литья высокопрочного чугуна. Ширина основного пролета цеха 24 м, длина 192 м. Состав производства: плавильный участок, кокильное отделение, термическое отделение, обрубное отделение. Изготовление стержней, грунтовка отливок, изготовление оснастки и другие вспомогательные службы размещены в общих для ряда цехов помещениях корпуса литья для гидроаппаратуры. Шихто­вые материалы подаются к плавильным печам из соседнего пла­вильного отделения. Загрузка шихты в электроплавильные печи производится мостовым краном грузоподъемностью 10 т. Плавка чугуна осуществляется в трех электрических индукционных печах. Жидкий металл переливается в миксеры, которые мостовым краном грузоподъемностью 10 т устанавливаются в поворотные стенды. Емкость каждого миксера 2 т. Подогрев осуществляется газом.

В цехе установлены две поточные кокильные линии. Каждая из них включает две камеры модифицирования чугуна магнием и четырнадцать автоматизированных кокильных машин с вертикаль­ным разъемом. Подача жидкого металла из миксера в камеры моди­фицирования чугуна магнием, а затем для заливки в кокильные машины осуществляется специальными подвесками в ковшах емкостью 200—300 кг. После выбивки отливки попадают на уборочный пластинчатый конвейер, а с него— на специальное устройство для укладки горячих отливок на поддоны, поступающие с термоагрегата. Нагруженный отливками поддон передается элек­троталью по монорельсу к одному из толкателей двухрядного про­ходного термоагрегата, в котором отливки проходят заданный ре – жимтермообработки. Нагрев термоагрегата осуществляется газом.

После термообработки отливки поступают на отрезку прибылей и литниковых систем шлифовальными кругами, после чего посту­пают для снятия заливов на стационарные и подвесные шлифо­вальные станки, а затем передаются на грунтовку.

Технико-экономические показатели цеха: общая площадь цеха 5460 м2, съем с 1 м2 площади 0,65 т/год, выпуск на одного рабо­тающего 36 т/год.

Опытно-показательный цех литья электродвигателей из серого чугуна. Цех размещается в корпусе, состоящем из двух попереч­ных и трех продольных пролетов. В одном поперечном пролете шириной 24 м и длиной 72 м располагаются механизированный склад материалов и другие вспомогательные службы. Во втором поперечном пролете шириной 12 м и длиной 24 м размещены адми­нистративно-бытовые помещения.

В трех продольных пролетах шириной 24 м и длиной 72 м каждый размещено основное технологическое оборудование. Вы­сота пролетов 12 м. Все шихтовые материалы хранятся в железо­бетонных закромах и по мере необходимости загружаются магнит­но-грейферным краном в расходные бункеры механизированных линий загрузки шихты. Из расходных бункеров шихтовые мате­риалы поступают на весовые дозаторы. После взвешивания шихта подается на пластинчатый конвейер, который транспортирует их через поворотный лоток непосредственно в плавильные печи. Поворотные лотки оборудованы вытяжными зонтами. Выплавка синтетического чугуна из тонколистовых отходов динамной стали осуществляется в электрических индукционных печах промышлен­ной частоты — ИЧТ-6. В цехе предусмотрена" установка двух блоков по четыре печи в каждом. Одновременно;в"каждом блоке могут работать три печи. Для? литья и термообработки~преду – смотрены четыре автоматизированные линии мод. А58 и А57. Подробно описаны эти линии в предыдущей главе. Там же по­казаны соответствующие схемы (см. рис. 180).

Обрубка заусенцев и зачистка местТразъема и остатков литни­ковых систем производится в обрубном отделении. Удаление зали­вов на отливках станин электродвигателей осуществляется на спе­циальных токарных станках.

Технико-экономические показатели цеха: общая площадь цеха 7000 м2, съем с 1 м2 площади 3,1 т/год, выпуск на одного работаю­щего 105 т/год.

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Комплексная качественная оценка технико-экономической эф­фективности основных способов литья осуществлена В. М. Шесто – палом [142]. Результаты этой оценки приведены в табл. 36; цифры обозначают оценочные показатели по нисходящей линии — от 5 до 1 (чем выше эффективность, тем меньше коэффициент). Табличные данные позволяют провести сопоставительный анализ различных способов литья.

Таблица 36

Сравнительные характеристики разных способов лнтья

	Литье
Характеристика технического		В оболоч­
Нлн экономического показателя	В сырые	Под дав­
	Песчаные	Ковые	Лением	В кокнль
	Формы	Формы
Неограниченность размеров….	1	3	5	2
Влияние конфигурации……………………….	2	3	5	4
Применение различных сплавов. .	1	2	5	4
Стоимость оснастки…………………………….	1	3	5	4
Продолжительность освоения. . .	1	4	5	2
Наименьшая экономичная партия	1	3	5	4
Возрастание экономичности с увели­
Чением партии…………………………………….	4	3	1	2
Производительность (темп)…………………..	4	3	1	2
Чистота поверхности отливок. . .	• 5	3	1	4
Тонкостенность отливок………………………	4	3	1	5
Выход годного…………………………………….	4	3	1	3
Величина допусков……………………………..	5	3	1	3
Простота механизации и автомати­
Зации…………………………………………………	5	4	1	1

При выборе того или иного способа литья для производства конкретной отливки решающим фактором должен стать сравнитель­ный технико-экономический расчет эффективности в конкретных условиях. Рассмотрим примеры.

Трудоемкость изготовления 1 т чугунных станкостроительных отливок при переходе с литья в песчаные формы на литье в кокиль составили соответственно 86, 95 и 49,1 нормо-ч.

В табл. 37 приведено сравнение массы трех различных чугун­ных отливок фрезерного станка, полученных литьем в песчаные формы и в кокиль.

Существенно снижаются трудоемкость, брак и масса отливок из алюминиевых сплавов при переводе их с литья в песчаные формы на кокильное литье. В табл. 38 это показано на примере ряда сложных отливок двигателя.

Экономические показатели специализированных цехов и

Участков литья в кокиль зна­чительно превосходят аналогич­ные показатели механизирован­ных цехов литья в песчаные формы. В то же время их вели­чина зависит от мощности це­хов, серийности ["производства, номенклатуры, сложности, мас­сы отливок, степени механиза­ции производства. Для различ­ных отраслей машинострое­ния они различны.

Таблица 37 Масса чугунных отлнвок фрезерного станка

Отливка	Масса, кг, при литье	Экономия металла, %
В песчаные формы	В кокиль
Стол…. Хобот…. Салазки . . .	107 70 87	86 56 74	20,6 20 15

Однако эти данные не

Имеется ряд работ, в ко­торых сделаны попытки обоб­щить экономические показатели цехов по отраслям машино­строения и по видам сплавов [64, 69 однозначны (табл. 39).

Таблица 38 Сравнение экономических показателей производства отливок

Отливка	Лнтье в	Песчаные формы	Лнтье в кокиль
Трудоем­кость, нормо-ч	Брак, %	Масса обрублен­ных от­ливок, кг	Трудоем­кость нормо-ч	Брак, %	Масса обруб­ленных отливок, кг
Головка цилиндра	– 4,7	25	28,0	3,1	4,0	16,5
Картер редуктора	23,0	20	62,0	3,0	4,7	45,0
Патрубок карбюрато­
Ра……………………………..	5,2	32	17,5	0,7	6,5	5,0
Диффузор…………………..	5,7	33	32,0	2,3	8,0	17,0

Таблица 39

Показатели работы чугунолитейных цехов [64]

Показатель	Сельхозмашино­строение	Станкостроение
Песчаные формы	Кокиль	Песчаные формы	Кокнль
Выход годного к металлозавалке, % Выпуск на одного рабочего, т/год Съем с 1 Ma площади, т/год…. Стоимость 1 т литья, руб………………………………………..	70 47—55 4,0 ‘ 114	72 130 5,6 110	69 45 3,9 136,6	87 93 7,3 100

Вышеуказанные технические и экономические преимущества получения заготовок литьем в кокиль обусловливают непрерывное увеличение выпуска отливок этим способом. Номенклатура отли­вок, полученных в кокилях, расширяется не только за счет пере­вода ряда отливок с литья в песчаные формы на литье в кокиль, но также за счет замены сплава, например чугуна, на высокопроч­ные алюминиевые сплавы, стали — на высокопрочный чугун и т. д. При этом происходит резкое уменьшение трудоемкости механической обработки (иногда в 4—8 раз), повышение стойкости режущего инструмента в 2—3 раза. Все эти факторы стимулируют установившийся постоянный ежегодный рост выпуска кокильных отливок на 5—8%.

I. линия ЛИТЬЯ в ОБЫЧНЫЕ КОКИЛИ

Наибольшая эффективность достигается при производстве отливок на автоматизированных линиях. Такие линии применяют в условиях крупносерийного и массового производства. Они явля­ются в основном специализированными. При выпуске более широ­кой номенклатуры отливок успешно применяют поточные линии, состоящие из стационарных однопозиционных полуавтоматических кокильных машин [53]. Автоматизированные линии обычно про­ектируют на базе многопозиционных карусельных кокильных машин. В линии встраивают заливочные машины, устройства для очистки кокилей и нанесения защитных покрытий, а также меха­низмы, осуществляющие ориентированную передачу стливок из кокиля в устройство для автоматического отделения литниковой системы и выбивки песчаных стержней. Перечисленное оборудова­ние, связанное единой системой управления, составляет основу линий литья в кокили.

В линии могут входить также плавильные агрегаты, автоклавы для обработки чугуна магнием, агрегаты для термической обра­ботки отливок, транспортные устройства для подачи жидкого металла, передачи отливок на финишные операции и удаления технологических отходов, установки и приборы для контроля отливок, оборудование для очистных операций.

Линия мод. А35 для литья из чугуна с шаровидным графитом стоек тракторных плугов. Линия (рис. 178) многие годы успешно эксплуатируется на Одесском заводе сельскохозяйственного машиностроения им. Октябрьской революции (разработана в НИИСЛ) [98].

Линия состоит из четырех участков: плавильного, заливочно – кокильного, термообработки и очистки отливок. Жидкий чугун в ковшах емкостью 500 кг передается для модифицирования в ка­меры 5, а затем поступает к двухпозиционной заливочной машине 3. Ковши транспортируются с помощью винтовых подвесок с меха­низированным приводом перемещения и подъема ковша. Металл заливается в кокили, установленные на восьми – или шестипози- ционных карусельных машинах 7 и 1. Управление заливочной и карусельной кокильной машинами дистанционное и осуществля­ется оператором с общего пульта 2. Отливки извлекаются из кокиля манипулятором 8 и подаются в механизм 9 для отбивки литниковой системы и далее по конвейеру 10 поступают на прием­ный стол И, где манипулятором 12 укладываются на поддоны термоагрегата. Отожженные отливки после частичного охлажде­ния в баке 17 поступают на дробеметную очистку и зачистку шли­фовальными кругами.

Рис. 178. Комплексно-механизированная линия литья стоек тракторных плугов! 1 и 7 — кокильные карусельные машины; 2 — пульт управления; 3 — заливочная ма­шина; 4 — монорельс; б — камера модифицирования; 6 — вагранки; 8 — манипулятор съема отливок из кокиля; 9 — механизм отбивки литников; 10 — конвейер; 11 — прием­ный стол; 12 — манипулятор укладки горячих отливок на поддоны; 13 — поддон; 14 — монорельс возврата поддонов; 15 — термоагрегат; 16 — кантователь’поддонов; 17 — бак охлаждения; 18 — дробеметиая камера

В линии попеременно работают две карусельные кокильные машины: шестипозиционная пневматическая машина мод. JI125 восьмипозиционная гидравлическая машина мод. Л484 (представ­лена в виде схемы на рис. 172). Внешний вид заливочно-кокильного участка линии со стороны машины мод. Л484 показан на рис. 179. На переднем плане видна заливочная машина.

Извлечение отливок из кокиля и передача их в механизм для отбивки литниковой системы производится выталкивателем и ма­нипулятором. После захвата отливки клещами манипулятора вклю­чается гидроцилиндр выталкивателя. Штыри выталкивателя идут вперед и через знаковые гнезда неподвижной половины кокиля, в которые устанавливаются песчаные стержни, выталкивают

Рис. 179. Заливочно-кокильный участок линии литья стоек тракторных плугов

Отливку. Далее манипулятор переносит ее на приемник механизма 9 (см. рис. 178) автоматического отделения литников. Там отливка захватывается скобой за среднюю часть, клещи манипулятора разжимаются и возвращаются в исходное положение.

После отбивки литниковой системы отливка скатывается по склизу на конвейер 10, по которому передается к приемному столу 11. Отходы проваливаются в зазор между полотном конвейера и металлоконструкцией стола, а детали соскальзывают в определен­ном положении на наклонный стол. Оператор включает подъем стола, отливка захватывается клещами гидравлического манипуля­тора 12. Манипулятор имеет цилиндры подъема и разворота на 180° и механизм перемещения по бирельсовому пути от приемного стола к поддону.

Нагруженный отливками поддон 13 подается с помощью подъем­но-поворотного стола и механизма подачи в загрузочную зону тер­моагрегата 15 между толкателем и заслонкой печи.

Огжиг производится в механизированном термоагрегате 15, состоящем из двух проходных двухрядных печей (для первой и второй стадий термической обработки) и водяной ванны. Пере­мещение поддонов с отливками внутри печей, выгрузка отливок и возврат порожних поддонов под загрузку полностью автомати­зированы.

Техническая Характеристика линии: масса отливаемых деталей до 50 кг; производительность 120 шт/ч; емкость различного ковша 500 кг, число обслужи* вающих рабочих в смену 9 чел.

Особенностью линии является жесткая связь между ее отдель­ными механизмами, а также усложненная схема передачи отливок от механизма отбивки литниковой системы к манипулятору для укладки отливок на поддоны термоагрегата. Наличие здесь кон­вейера, на котором отливки теряют ориентированное положение, значительно усложнили конструкцию манипулятора. К недостат­кам линии следует также отнести наличие ряда ручных операций: окраска и очистка кокилей, установка стержней. Применение в гидросистеме линии минерального масла иногда приводит к возгораниям в зоне заливки.

Линия мод. А58 для изготовления чугунных станин электро­двигателей 5-го габарита (II на рис. 180). Линия разработана на базе шестнадцатипозиционной карусельной кокильной машины мод. Л430М (см. рис. 174).

Заливка металла в кокили осуществляется из ковшей, установ­ленных в кассеты двухпозиционной ковшовой заливочной машины (рис. 180). Металл периодически подается в ковш из барабанного обогреваемого грзом миксера, смонтированного рядом с заливочной машиной. Вытолкнутая из кокиля отливка манипулятором 13 передается на конвейер, который переносит ее к механизму от­бивки литника 10. Далее отливка подается к манипулятору 11, который устанавливает их на загрузочные тележки термоагрегата 12, состоящего из двух проходных электропечей с роликовым подом. Загрузочными тележками отливки поочередно подаются к каждой печи и проталкиваются в нее гидравлическим толкателем.

Прошедшие отжиг отливки попадают в душирующую камеру, установленную в торце термоагрегата, где охлаждаются до 70— 80° С. Далее отливки передаются ленточным конвейером в отделе­ние зачистки и контроля литья. Основные агрегаты линии кмеют гидравлический привод от общей насосной установки. Линией управляет оператор с центрального пульта управления 6.

Техническая характеристика линии: производительность 100 шт/ч (8000 т/год); масса отливки 27,5—31,5 кг; емкость заливочного ковша 500 кг; установленная мощность 130 кВт; габаритные размеры 35X9,45 м.

Линия мод. А57 для изготовления щитов и лап электродвига­телей. В состав линии (/ на рис. 180) входят две поочередно рабо­тающие восьмипозиционные карусельные кокильные машины 4, пластинчатый транспортер 5 непрерывного действия для переноса

Рис. 180. Автоматизированные линии для литья деталей электродвигателей:

I — линия для литья щитов; 11 — линия для литья стаиии; / — плавильные тигельные печи; 2 — газовый миксер; 3 — ковшовая двухпозициоииая машина; 4 — карусельная кокильная машина для подшипниковых щитов; 5 — транспортер; $ — пульт управления; 7, 11, 13 — манипуляторы; 8 н 12 — термоагрегаты; 9 — карусельная машина для ста­ции; /0 — механизм отбирки литиикор

Отливок к термоагрегату 8, манипулятор 7, термоагрегат с камерой охлаждения.

Заливка чугуна в кокили производится двухпозиционной заливочной машиной 3 из ковшей емкостью 100 кг. Ковши попол­няют из рядом стоящих миксеров 2 емкостью 2 т.

Отлитые детали выталкиваются из подвижной половины кокиля и падают в ориентированном положении на пластинчатый транс­портер. При этом происходит отделение литников. Отливки и литники подаются к загрузочному склизу, устроенному таким образом, что отливки попадают в термоагрегат, а литники прова­ливаются в специальную емкость.

Линией управляет оператор с центрального пульта. Линия проста и надежна в эксплуатации.

Основные данные линии: производительность 200—220 заливок в час; масса отливаемых деталей 3—8 кг; размеры подкокильных плит, мм: ширина 970, высота 450; ход плиты 230 мм; усилие смыкания кокилей 500 кН (5000 кгс); габа­ритные размеры линии (длинах ширина) 42X17 м.

Линия мод. А48 для литья ступиц автомобильных прицепов.

По своей компоновке она несколько отличается от описанных выше линий. В состав линии входят: камера-автоклав, двух – позиционная заливочная машина, двенадцатипозиционная кару­сельная кокильная машина (см. рис. 176), выбивная решетка, конвейер, электротали для транспортировки металла с по­мощью тельферов и две автоматизированные рольганговые элек­тропечи.

Жидкий чугун в ковшах емкостью 350 кг транспортируется от вагранок электроталями сначала к камере-автоклаву для модифи­цирования чугуна, а затем к двухпозиционной заливочной ма­шине. Операции, выполняемые на карусельной машине, ясны из ее описания (см. гл. XIX).

Выталкиваемые из кокилей отливки соскальзывают по наклон­ному желобу на выбивную решетку. После выбивки стержней от­ливки попадают на цепной транспортер, который подает их к за­грузочному устройству печей.

Загрузочное устройство подает отливки в контейнеры, пооче­редно заталкиваемые в две рольганговые электропечи. На выходе из печей отливки выгружаются из опрокидываемых контейнеров в емкость, куда подается вода для охлаждения отливок, а из нее цепным конвейером передаются в очистное отделение. Порожние контейнеры по конвейерам подаются к загрузочному устрой­ству.

Основные данные линии: производительность 115 отл/ч; металлоемкость кокилей 26 кг; привод основных агрегатов линии — гидравлический; габарит­ные размеры линии в плане (длинах ширина) 23X9 м.

2. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАЛИВКИ КОКИЛЕЙ

Техиико-экоиомические предпосылки механизации заливки,

К основным преимуществам машинной заливки следует отнести общее повышение эффективности всего комплекса технологиче­ского оборудования линии, участка и цеха. Применение механизи­рованной и в особенности автоматизированной заливки открывает большие возможности экономии металла, достигаемой уменьшением массы литниковой системы, ликвидацией сплесков и сливов, сокра­щением брака, а также уменьшением массы отливок, стабилиза­цией их размерной и массовой точности [136]. Механизированная заливка позволяет снизить брак (по вине заливщиков) вследствие стабилизации процесса заливки, ликвидации недоливов, уменьше­ния газовых и шлаковых включений и т. д. В отдельных случаях брак может быть снижен на 50% [75].

Экономическая эффективность механизированной заливки за­висит от производительности кокильной машины, типа применяе­мой заливочной машины, металлоемкости форм, степени использо­вания линии.

Значение механизации и автоматизации заливки не ограничи­вается экономическими показателями. Важнейшим преимуществом является ликвидация тяжелого ручного труда в зоне с повышенной температурой и загазованностью, возможность удалить человека из опасной зоны и создать ему нормальные санитарно-гигиениче­ские условия труда.

Особеииости и требования к заливочным устройствам. На выбор способа вылива расплава, системы дозирования и других важней­ших параметров заливочных устройств определяющее влияние оказывают следующие особенности заливки кокилей: узкий интер­вал допустимых колебаний расходов (по массе) расплава (не более 2% [168]); необходимость снижения скорости заливки в конце процесса в связи с затрудненной вентиляцией полости металли­ческой формы; разнообразие программ заливки вследствие приме­нения литниковых систем с различными функциями и конструктив­ными особенностями.

Успешному решению механизации и автоматизации заливки способствует выполнение ряда требований, предъявляемых к ли­тейным формам и транспортным средствам для них [136 ]: унифика­ция места расположения заливочной чаши и ее размеров, а также места расположения выпора (при его наличии); фиксированное расположение кокиля относительно транспортного средства (кару­сельной машины или рольганга) и заливочного устройства.

Классификация устройств для заливки. В связи с многообра­зием особенностей процесса заливки, требований к заливочным устройствам и связанными с ними транспортных средств, конструк­ций кокильных машин и линий существует большое количество различных видов заливочных устройств — машин, установок, печей. Заливочные машины классифицируют на две группы по признакам устройства и признакам назначения. В качестве основ­ных признаков устройства принят способ вылива расплава, система дозирования и регулирования расхода расплава. В каче­стве основных признаков назначения приняты конструктивное исполнение, компоновка с дополнительными средствами, вид заливаемого сплава и поддержание температуры расплава.

По виду заливаемого сплава заливочные установки разделяются на установки для заливки чугуна, алюминиевых сплавов и стали; по методу дозирования: установки с дозированием по заполнению формы, по массе, по продолжительности вылива и по объему дозы металла. По конструктивному исполнению различают заливочные установки с наклоняемой емкостью (ковшовые), с пневматической выдачей металла, магнитогидродинамические, со стопорной разда­чей металла.

Дозирование может быть осуществлено: 1) по объему: мерным ковшом, мерным приспособлением, вытеснением металла пробкой, мерной чушкой, вытеснением металла газом; 2) по массе: взвешива­нием металла в ковше, взвешиванием формы; 3) по продолжитель­ности: с помощью реле времени при выливе металла через носок секторного ковша; выливом через калиброванную втулку из сто­порного ковша; заливкой с помощью поворотных желобов, а также с помощью конических ковшей, поворачиваемых по копиру; 4) по заполнению кокиля с помощью контроля уровня металла в выпоре оптическим реле, тепловым реле, приборами изотопного контроля, заполнением кокиля под низким давлением и вакуумным всасы­ванием, с помощью контактного датчика, вмонтированного в ко­киль.

При заливке кокилей чугуном наибольшее распространение получили установки с наклоняемой емкостью, с пневмовыдачей металла и электромагнитные.

Заливочные установки с наклоняемой емкостью. На рис. 181 показана схема установки заливочной машины мод. Л396 с ков­шами емкостью 75 кг комплектно с газовым миксером емкостью 2 т. Этот комплекс входит в состав линии литья щитов, описанной в предыдущем параграфе и показанной на рис. 180. Кроме гидро­цилиндра 6 наклона ковшей для заливки, машина имеет гидро­цилиндр 7 наклона ковшей на позиции заполнения расплавом из миксера 1. С помощью гидроцилиндра 7 можно сливать остатки расплава из ковша в изложницу 8, расположенную под миксером 1. Машина оборудована устройством для автоматического прекра­щения заливки (отсечки струи) по сигналу электроконтактного датчика уровня, встроенного в заливаемый кокиль. Точность дози­рования — 2—3% [135].

Машина работает в автоматическом режиме. При подходе ко­киля на позицию заливки ковш поворачивается и металл поступает в форму. По достижении уровнем металла контактного датчика подается команда на реверс ковша. Производительность машины до 200 заливок в час при дозе 4—5 кг.

В СССР разработана гамма аналогичных установок с ковшами емкостью от 250 до 2500 кг чугуна (три типо-размера).

Заливочные установки с?пневматической выдачей металла. Установки этого типа получили довольно широкое распростране­ние при заливке кокилей алюминием. Схема пневматических доза­торов серии Д показана на рис. 182. Они представляют собой герме­тичную камерную электропечь сопротивления 1, оборудованную крышкой 4 и люком 3 для долива металла.

Имеется обогреваемый металловод 5, выполняемый из асботер – мосиликатной трубы с калиброванной втулкой 6. После герметиза­ции камеры по команде с пульта в пространство над металлом подается сжатый воздух. Металл поднимается по металловоду и достигает уровня калиброванного отверстия. В этой зоне установ­лен датчик, который подает сигнал на начало дозирования, осуще­ствляемого по времени.

Главным достоинством установок является отсутствие металли­ческих подвижных частей, ковшей, соприкасающихся с жидким алюминием, а также сифонная выдача сплава. Однако эти доза­торы имеют и ряд недостатков: низкую точность дозирования (особенно для малых доз), большую инерционность (большую про­должительность набора и сброса давления), необходимость оста­новки установки для пополнения металлом, большое зеркало

Расплава и недолговечность металловода.

Рис. 181. Ковшовая заливочная машина в комплекте с газовым миксером:

1 — миксер; 2 — ограждение; 3 — лоток; 4 — поворотная рама; 5 — ковш; 6 — гнд – роцилиндр поворота ковша; 7 — гндроци – линдр для механизации слива остатков ме­талла; 8 — изложница

Существенное влияние’на точ­ность дозирования оказывают

Рис. 182. Схема пневматического дозатора для заливки алюминиевых сплавов:

1 — электропечь сопротивления; 2 — ван – иа с жидким металлом; 3 — люк для доли­ва металла; 4 — крышка печи; 5 — метал­ловод; 6 — калиброванная втулка

Скорость сброса давления воздуха и точность работы реле времени [102]. Путем модернизации электро – и пневматических схем доза­торов Д63 удалось повысить точность дозирования с ±14—15% до ±5%.

Технические данные пиевмодозаторов типа Д

Параметры	Д63	Д250	Д630
Емкость ванны по алюминию, кг	63	250	630
Масса дозы, кг:
Наименьшая………………………………………..	0,2	1,0	5
Наибольшая………………………………………..	2,0	20	50
Продолжительность выдачи дозы (ми­
Нимальной и максимальной), с. . .	4—5	7—20	7—25
Точность дозирования, % ……………………	±5	±5	±5
Время разогрева печи, ч………………………	8	6	6
Установленная мощность, кВт. . .	11,6	21,6	34,0
Средний расход сжатого воздуха на	0,3	0,5	1,0
Один цикл, m3……………………………………………………………
Габаритные размеры, мм:
Длина………………………………………………..	2030	2650	3580
Ширина……………………………………………..	1505	1400	1900
Высота………………………………………………	1285	1900 ‘	2250
Масса с футеровкой, кг……………………….	2000	2800	4000

Для заливки чугуна созданы пневматические дозаторы с индук­ционным подогревом: отечественные установки мод. У42 (НИИСЛ), ИЧК. Р-2,5 и ИЧК. Р-6 (Саратовский завод электротермического оборудования) и установки зарубежных фирм Asea, Junker и др. Установки (рис. 183) представляют собой канальную индукцион­ную печь, в которой ванна 1 и окно скачивания шлака герметизи­рованы и рассчитаны для работы при избыточном давлении в по­лости печи [43 ]. Заливочный 2 и выпускной 3 каналы находятся

5 4 J 2

А) В)

Рис. 183. Схема пневматического дозатора для заливки чугуна:

А — в исходном положении; б — в процессе выдачи дозы металла; 1 — ванна печи; 2 — канал для заливки металла; 3 — канал для выдачи "металла; 4 — крышка; 5 — носок с калиброванной втулкой; 6 — канал индуктора

У днища печи, таким образом создается сифон, обеспечивающий наилучшие условия для выдачи чистого от шлаковых включений металла.

Использование сифонной системы позволяет без нарушения гер­метичности доливать металл в процессе работы установки, даже во время выдачи дозы. Для поддержания требуемой температуры жидкого металла в дозаторах этого типа, как правило, установ­лены канальные индукторы промышленной частоты. Дозирование металла производится по времени или по уровню металла в форме. Скорость заливки регулируется изменением уровня металла над сливным отверстием и сменой сливных втулок с калиброванным отверстием (рис. 184, а). На рис. 184, б показана зависимость расхода жидкого металла от диаметра D сливного отверстия при разном напоре H жидкого металла. Для поддержания постоянного напора на желобе установки снабжаются электроконтактными датчиками.

Недостатки пневмоустановок для чугуна: возможность окисле­ния жидкого металла при контакте со сжатым воздухом, сложность их герметизации, большая инерционность (особенно велико время после поступления команды до полного прекращения заливки), сложность эксплуатации канальных индукторов.

Для повышения быстродействия установок, особенно для выдачи мелких доз, целесообразно применять на желобе стопорный механизм, перекрывающий отверстие в сливной втулке.

<0

О 10 20 30т, кг/с

Рис. 184. Схема сливного носка пневматического дозатора (а) и кривые зависимости расхода металла от диаметра сливной втулки (в)

<0

Заливочные установки с применением электромагнитных сил. Относительная сложность герметизации, затрудненные условия съема шлака с поверхности ванны, повышенное окисление жидкого металла при контакте со сжатым воздухом — недостатки, которые характерны для установок с пневмовыдачей расплава. Отмеченных

Техническая характеристика установок

Параметры	У-42	ИЧКР-2,5	ИЧКР-6
Масса заливаемого металла, кг. .	30—200	30—200	30—400
Скорость заливки, кг/с…………………………	2—35	2—35	2—35
Полезная емкость ванны, т. . . .	2	2,5	6,0
Максимальная температура расплава
В ванне, 0C…………………………………………	1500	1500	1500
Рабочая температура, 0Q……………………..	1450	1450	1450
Мощность индуктора, кВт……………………	200	160	200
Время перегрева металла на 100° С, ч	0,7	1,5	2,2
Максимальная производительность,
Т/ч:
На режиме поддержания темпера­
Туры……………………… *………………………	10—12	10—12	До 20
На режиме перегрева……………………………	4,3	3,5	3,7
Рабочее давление в сети сжатого воз­
Духа, МПа………………………………………….	0,4—0,5	0,4—0,5	0,4—0,5

Недостатков нет у так называемых магнитогидродинамических (МГД) установок. Силовое воздействие на жидкий металл в них основано на взаимодействии электрического тока в металле и внешнего электромагнитного поля. В зависимости от способа создания в металле электрического тока установки делятся на кондуктивные, в которых используется электропроводимость металла, и индуктивные.

Шлак и неметаллические включения, содержащиеся в жидком металле, имеют низкую электропроводность, поэтому в них не возникают вихревые токи. В результате эти частицы не движутся вдоль канала, а скапливаются в его начале. Таким образом из канала или желоба выходит чистый (без шлака) металл.

Скорость движения металла в канале обычно находится в пре­делах 0,3—1,8 м/с. Можно обеспечить и более высокую скорость, но при этом возникает сильная эрозия огнеупорной футеровки канала.

Индукционные насосы первоначально применяли для заливки и транспортировки алюминиевых сплавов. В настоящее время уже во многих отечественных и зарубежных цехах, выпускающих алюминиевое литье, применяют индукционные насосы подачей от 0,9 до 3 кг/с. В последнее время на основе опыта эксплуатации дозаторов для алюминия при использовании более термостойких и эрозионностойких футеровочных материалов и бетонов наметилась тенденция применения индукционных насосов в заливочных уста­новках для чугуна и медных сплавов [115].

Институтом проблем литья АН УССР создана установка (мод. МДН-6) для электромагнитной дозированной заливки коки – дей алюминиевыми сплавами,

Рис. 185. Магнитодинамическая зали­вочная установка:

1 — миксер; 2— рама; 3 — электро­магнит; 4 — металловод; 5 — носок; 6 — крышка; 7 — канальный иидуктор; 8 — канал индуктора; 9 — магнитопро – вод

Основные данные установки: масса заливаемого металла (алюми­ния) 0,5—50 кг; емкость тигля (по алюминию) 150 кг; массовая ско­рость заливкн (по алюминию) 0,3—3 кг/с; потребляемая мощ­ность при выдержке металла 15 кВт, при заливке металла 25 кВт; габа­ритные размеры (без металлопро – вода) 1,7X0,66X1,45 м.

Этим институтом создана также и испытана магнито-

L

Динамическая установка мод. МДН-12 для подогрева и разливки чугуна [93]. Установка (рис. 185) пред­ставляет собою ванну-мик – сер 1 емкостью около 1000 кг с индукционным подогревом с помощью канального ин­дуктора 7 мощностью 100 кВт, работающего при напряже­нии 380 В и частоте тока 50 Гц.

Ванна имеет сверху два окна для съема шлака, закры­ваемых крышками 6. В средней части суженная часть миксера слу­жит металловодом 4. В этой части толщина футеровки значительно уменьшена и с двух сторон (снизу и сверху) смонтированы две катушки 3 с магнитопроводом 9. Мощность этого электромагнита 50 кВт. Скорость перегрева металла в миксере составляет 100 град, в час.

Ванна футеруется огнеупорной набивной массой из вы­сокоглинистого шамота. Электромагнитные силы создают избы­точное давление в жидком металле до 0,3 кгс/см2. Изменяя напря­жение в катушках электромагнита с помощью автотрансформатора от Ь до 380 В, можно регулировать в широких пределах расход жидкого металла.

Магнитогидродинамический принцип подачи и дозирования расплава используется также при литье магниевых сплавов (М. Р. Цин, В. А. Самоник),

3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОКРАСКИ КОКИЛЕЙ

Нанесение покрытия на сажистой основе, в отличие от шамот­ной, легко поддается механизации. Механизация копчения кокиля ацетиленовым пламенем не вызывает трудностей. Однако примене­ние ацетилена взрывоопасно.

Перед нанесением покрытия рабочую поверхность кокиля обдувают сжатым воздухом. Операция обдувки может быть совме­щена с операцией нанесения покрытия. Ниже приводится описа­ние устройств для механизации нанесения разовых покрытий на кокили и металлические стержни [42]. Устройства предназначены для нанесения краски состава 5 (см. табл. 23). Плотность краски 1,015—1,054 г/см3. Применяют устройства двух типов: с неподвиж­ными и с перемещаемыми форсунками.

По методу распыления форсунки классифицируют на форсунки с распылением сжатым воздухом и без применения сжатого воздуха (механическое распыление), по методу подачи краски — под избыточным давлением и инжекцией.

1 — пневмоцилиидр; 2 а 12 — форсунки; 3 — крышка кокиля; 4,5 — емкость для краски; 6 — корпус кокиля; 7 — литнико­вая чаша; 8 — иасос; 9 — бак; 10 — мешал­ка с приводом; 11 — стойка; 13 — крон­штейн; 14 — коисоль; 15 — дозатор для ррасри; 16 — трубки; 17 — прлый шт°к

На рис. 186 дана схема автоматического устройства для окраски кокилей корпусов электродвигателей (см. рис. 92). Краска от дозатора 15 подается по трубкам 16 непосредственно к емкости 5 и через полый шток цилиндра — к емкости 4. Крышка 3 кокиля и чаша 7 окрашиваются стационарными форсунками, а корпус 6 — подвижными, во время хода штока цилиндра вниз. Дозу краски

Рис. 187. Устройство для окраски металли­ческих стержней: 1 — корпус; 2 — гидродвигатель; 3 — кол­лектор; 4 — передача ремениая; 5, 8 и 13 — трубки; 6 — верхний металлический стер­жень; 7 и 16 — промежуточные дозаторы; 9 и 15 — форсунки; 10\ 11 — кронштейны; 12 — шпиндель; 14 — полость для подачи сжатого воздуха; 17 — ийжний стержень; 18 — стойка; 19 — трубка для краски; 20 — трубка для воздуха

Регулируют настройкой дозатора. При необходимости во время ремонта и съема кокиля устройство поворачивают на консоли 14 вокруг стойки 11.

Устройство для окраски цилиндрических металлических стерж­ней изображено на рис. 187. Форсунки 9 служат для окраски верх­него металлического стержня 6. В нижней части шпинделя на кронштейнах закреплены форсунки 15 для окраски нижнего стержня 17. Сжатый воздух для распыления краски подается по трубке 20 в полость 14 шпинделя.

4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОТБИВКИ ЛИТНИКОВ, СЪЕМА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТЛИВОК

На отливках из цветных сплавов литники удаляют на механи­ческих ленточных или дисковых пилах, на чугунных отливках лит­ники отбиваются при падении отливки из кокиля и при транспор­тировке. Толстые литники обрезают на станках. В массовом про­изводстве целесообразно организовать отбивку литников по ходу технологического процесса. В горячем состоянии усилие отбивки значительно меньше, чем в холодном.

1 — отливка; 2 — литиик; 3 — захват; 4 — плита; 5 — корпус; 6 — торсионный вал; 7 — удариик; 8 — ось; 9 — паз; 10 — маховой ры­чаг; 11 — кожух; 12 —

Рис. 188. Устройство для

Отбивки литников:

Склиз

Устройства для отбивки литников применяют в составе автомати­ческих линий кокильного литья чугунных деталей. Различают два типа устройств для отбивки литников: ударного и ломающего дей­ствия. На рис. 188 показано устройство для отбивки литника 2 от отливки (стойка тракторного плуга) 1. Отливка прижимается захватом 3 к плите 4, установленной на корпусе 5. Ударник 7 может поворачиваться относительно торсионного вала 6 с помощью рычага и штока пневмоцилиндра. Для увеличения махового мо­мента ударник 7 с помощью оси 8 через паз 9 связан с маховым рычагом 10. Зона действия ударного механизма ограждена кожу­хом //; отбитые литники и отливка падают на транспортер по склизу 12. Для создания удара значительной силы сжатый воздух подается в пневмоцилиндр по короткому патрубку большого диаметра, который связан с ресивером, соединенным с пневмо – цилиндром через клапан большого сечения. Так как рассматри­ваемое устройство работает периодически, то в промежутки вре­мени между ударами ресивер успевает заполниться сжатым возду­хом и давление в нем поднимается до рабочего. Описанное устрой­ство входит в состав автоматизированной линии мод. А35 (см. с. 358).

Механизмы извлечения отливок из кокиля должны обеспечить передачу отливок в ориентированном положении на последующую операцию; исключить удары и деформацию при сбросе отливок. Первое требование относится к устройствам, предназначенным для автоматизированных линий.

В автоматизированных линиях с кокилями, имеющими верти­кальный разъем, устройства для съема отливок выполнены в виде манипуляторов пантографного типа. Привод основного движе­ния — гидравлический, привод захвата — пневматический. В ма­шинах с горизонтальной плоскостью разъема съемник выполнен в виде лопаты, на которую выталкивается отливка из верхней половины кокиля.

При выталкивании отливок из кокилей с вертикальной пло­скостью разъема последние падают вниз на транспортер или в короб. Для предотвращения возможного деформирования горя­чей отливки последние направляются по системе склизов с мини­мальной высотой падения. Горячие отливки транспортируются траковыми транспортерами, либо в коробах с помощью кранов или погрузчиков.

5. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ В ОБЛИЦОВАННЫЕ КОКИЛИ

Пескодувные головки. Как уже указывалось (см. параграф 6, гл. VI), промышленное применение получили автоматизированные и комплексно-механизированные линии литья в кокили, облицо­ванные сыпучей сухой термотвердеющей песчано-смоляной смесью. Рассматриваемые ниже вопросы механизации относятся к указан­ным кокилям.

Установлено, что оптимальная скорость потока сыпучей сухой смеси и, следовательно, плотность облицовки достигаются при

Рис. 189. Схема пескодувного’резервуара спостоян-

Иым давлением сжатого воздуха: 1 — пескодувный резервуар; 2 — зазор между моделью и кокилем; 3 — пескодувные сопла; 4 — клапаи; 5 — вдувная плита; 6 — шлюз; 7 — вдув­ные отверстия; 8 — кокиль; 9 — модельная плита

Давлении вдува 0,3—0,35 МПа (3— 3,5 кгс/см2) [91]. Однако обычный пескодувный процесс не удовлетво­ряет этому условию, так как при таком процессе вначале вдува давле­ние в резервуаре со смесью равно всего 0,08 МПа (0,8 кгс/см2) и только через 0,15 с достигает 0,2—0,3 МПа (2—3 кгс/см2) [120]. Тонкая обли­цовка требует незначительного ко­личества смеси, а вдувные отверстия рационально размещать, как ука­зывалось в гл. VIII, с шагом в среднем от 0,15 до 0,25 м, в зависи­мости от конфигурации модели [121 ]. В этих условиях зазор между моделью и кокилем заполняется смесью при неустано­вившемся давлении в пескодувной головке 0,08—0,2 МПа.

В связи с изложенным, предложен способ получения тонких оболочек из сухих термореактивных смесей с помощью пескодувных головок, работающих при постоянном давлении в резервуаре [91 ]. Пескодувный резервуар 1 (рис. 189) отличается наличием на вдувной плите 5 управляемых пескодувных сопл 3. До вдува сопла закрыты. Через шлюзный клапан 6 загружается смесь. Затем через клапан 4 подается сжатый воздух. После прижатия кокиля 8 к соплам 3 последние открываются, и смесь под давлением посту­пает в отверстия 7 кокиля и заполняет зазор 2 между кокилем и моделью. Резервуары, работающие при постоянном давлении, отличаются от обычных пескодувных головок, в основном, располо­жением запирающих устройств. У обычных пескодувных головок эти устройства в виде клапанов большого сечения расположены на входе сжатого воздуха в резервуар. В начальный период здесь всегда снижается давление воздуха, подаваемого в резервуар (вследствие расширения воздуха в резервуаре). Поэтому началь­ный период истечения смеси из этих головок проходит, как указы­валось, при низком давлении, а смесь имеет относительно невысо­кую скорость.

Резервуар 1 (рис. 189) постоянно соединен с магистралью сжатого воздуха; емкость его значительно превосходит объем кокиля, заполняемый смесью, поэтому как в начальный, так и в последующий период вдува смеси давление и скорость потока практически не меняются. Истечение смеси (и воздуха) из сопл в начальной стадии вдува всегда происходит в надкритической области (рабочее давление в резервуаре значительно превышает давление в зазоре кокиля). В период открытия затвора сопл сна­чала происходит истечение только воздуха, затем проскальзывают отдельные песчинки и только после образования проходного сече­ния, соизмеримого с размерами зерен песка, начинается интенсив­ное истечение смеси [121].

При засыпке смеси в пескодувный резервуар образуется конус (рис. 189) высотой H3 с вершиной, доходящей до нижнего уровня загрузочного устройства. По мере использования смеси в резер­вуаре появляются конусы-воронки с вершинами, направленными к соплам. Для предотвращения прорыва воздуха в кокиль над соплами должен оставаться минимальный слой смеси H1. При работе с одним соплом допустимая высота слоя смеси

Где Vss — объем смеси, вдуваемой соплом; |3 — угол естественного откоса смеси (30—35°).

Установлено [121 ], что при высоте слоя сухой плакированной смеси в резервуаре от 120 до 320 мм (перепад высот H2 = 200 мм) расход смеси через сопла колеблется незначительно. При давлении вдува 0,3 МПа (3 кгс/см2) и проходном сечении сопла 16 мм расход смеси через любое сопло равен 1,43±0,004 кг/с, т. е. все сопла практически находятся в одинаковых условиях.

Смесь, находящаяся в углах прямоугольных головок, и в углах, образованных вдувной плитой и корпусом, не используется, зале­живается и комкуется. Уплотняется и комкуется верхний слой смеси, соприкасающийся со сжатым воздухом. Рекомендуется выполнять пескодувные резервуары, работающие под постоянным давлением, цилиндрической формы, а верхнюю часть делать в виде усеченного конуса или сферической.

На рис. 190 показан рыхлитель круглой пескодувной головки со сферическим верхом. В центральной части корпуса 1 проходит полый вал, приводящийся во вращение гидроцилиндром 7. К ниж­ней части вала крепится решетчатая рамка 3, снабженная зубьями 2, При возвратно-поворотном вращении вала с рамкой зубья рыхлят смесь. Контроль верхнего и нижнего допустимых уровней смеси осуществляется указателями 5. Смесь подается через кла­панный шлюз 6 и, далее, через отверстие в полом валу рыхлителя поступает в резервуар. Окна 8 служат для периодического осмотра и очистки внутренней полости резервуара.

Подача смеси в пескодувную головку должна осуществляться без сброса давления в ней. Для этой цели применяют специальные шлюзовые устройства (рис. 191).

Рис. 190. Пескодувная головка с рыхлителем:

1 — корпус; 2 — зубья; 3 — рамка; 4 — шток датчика; 5 — указатель уровня смеси;

6 — шлюз; 7 — гидроцилиидр поворота рыхлителя; 8 — окно

Фирма A. Hottinger (ФРГ) для вдува смеси выпускает специаль­ные небольшие пескодувные головки, причем число головок равно максимальному числу вдувных отверстий в оснастке. Головка (рис. 192) состоит из вертикального корпуса 1 в виде цилиндра диаметром 150—200 мм, в котором имеются две перегородки 2 я 11 я патрубок 9 с клапаном 10 для подвода сжатого воздуха давлением 0,3—0,4 МПа (3—4 кгс/см2). По оси корпуса проходит шток 4 с двумя резиновыми клапанами 3 и 5. Шток выполнен в виде трубы, перемещающейся пневмоцилиндром.

В исходном положении нижний клапан 5 закрыт, а верхний 3 открыт, полость головки соединена с атмосферой; из верхнего бункера смесь засыпается в головку. После прижима кокиля 8 к насадке 6 шток 4 поднимается, клапан 3 закрывается, через клапан 10 в головку подается сжатый воздух, производится вдув смеси. По истечении 2—3 с включается подача сжатого воздуха

Рис. 191. Шлюзовое устройство для подачи смеси в пескодувную головку:

1 — бункер; 2 — заслонка; 3 — затвор; 4 — верхний клапан; 5 — резиновое кольцо; 6 — труба к клапану; 7 — промежуточный бункер; 8 и 25 — пружины; 9 и 12 — ры­чаги с роликами; 10 н 16 — тяги; 11 — нижний клапан; 13, 15, 20, 24 — рычаги; 14 — пескодувная головка; 17 а 26 — копиры; 18 — опорный ролик; 19 — клапан для воздуха; 21 — датчик; 22 — плита; 23 — гидроцилиндр

Давлением 0,6 МПа (6 кгс/см2) в трубку штока 4. Смесь из насадки и частично из вдувного отверстия в кокиле увлекается вверх и выдувается в головку. Пространство под нижним клапаном осво­бождается от песка. Продувка длится 1—2 с. После этого клапан 10 сообщает головку с атмосферой; шток идет вниз, нижний клапан закрывается, а верхний открывается. Начинается загрузка го­ловки смесью.

Как видно из описания, система управления головки сложна, а если учесть, что на машине устанавливается от четырех до восьми пескодувных головок, то ясно, насколько сложна вся си­стема вдува,

Рис. 192. Пескодувная головка фирмы «А. Hottinger»:

1 —- корпус; 2 и 11 — перегородки; 3, 5 и 10 — клапа­ны; 4 — шток; 6 — иасадка; 7 — вдувное отверстие; 8 — кокиль; 9 — патрубок; 12 — труба для смеси

Пескодувные сопла. В НИИСЛе соз­дано и испытано несколько конструкций сопл. Промышленное применение нашли две конструктивные группы: с механиче­ским и пневматическим управлением (рис. 193).

На рис. 193, а представлено механи­ческое сопло нормально закрытого испол­нения. Проходное сечение открывается при прижатии к соплу кокиля с моделью. В корпусе 3 размещен резиновый кла­пан 8 со штоком 7, закрепленным на пере­мычке подвижной втулки 4. Снизу к втул­ке приклеено уплотнение 9, служащее для плотного соединения сопла с вдув­ным каналом в кокиле. При опускании кокиля резиновая втулка 6 с пружи­ной 5 возвращают клапан в исходное по­ложение. Пружина препятствует радиаль­ной деформации втулки при воздействии давления. Сопло кре­пится к вдувной плите 2 через патрубок 1. Отверстия 10 в уплот­нении служат для сообщения полости сопла с атмосферой перед отходом кокиля от торца сопла. Таким путем предотвращается выброс смеси из вдувных отверстий кокиля. Смесь начинает поступать в форму при перемещении клапана на 1 мм. При ходе 6 мм клапан полностью открывается. При скорости прижима формы 100 мм/с сопло полностью открывается за 0,08 с. Это и есть время неустановившегося режима его работы. Количество смеси, просыпающейся из сопла после отхода формы, составляет 40 г, [122].

Техническая характеристика сопла: производительность при давлении 3 кгс/см2 — 1,4 кг/с; ход клапана 6 мм; суммарная деформация полностью откры­того сопла 8 мм; усилие открытия 280—300 кгс; минимальное расстояние между соседними соплами 70 мм.

Основные недостатки механических сопл: наличие остатков смеси над вдувными отверстиями формы, значительное усилие открывания сопла? необходимость скрепления кокиля с моделью или сброса давления воздуха из резервуара после вдува. При вдуве облицовки в полости между кокилем и моделью устанавли­вается давление 0,15—0,20 МПа (1,5—2 кгс/сма), при давлении в пескодувном резервуаре — 0,3 МПа. Потеря давления связана с фильтрацией воздуха через смесь, которая находится между

Рис. 193. Пескодувные управляемые сопла:

А — с механическим управлением: 1 — патрубок; 2 — вдувная плита; 3 — корпус; 4 — втулка; 5 — пружина; 6 — резиновая втулка-, 7 — шток; S — клапан; 9 — уплот­нение; 10 — отверстия; б — с пневматическим управлением: 1 — вдувиая плита; 2 — разъемный корпус; 3 — втулка-клапан; 4 — отверстие управления; 5 — уплотнение

Моделью и кокилем. Из-за остаточного давления воздуха в поро – вом пространстве облицовки возникает значительная сила, отры­вающая кокиль от модели. Так, для кокиля размером 1000x1000X200/200 мм эта сила достигает 150 кН, что значительно больше силы тяжести кокиля. При отрыве кокиля от модели про­исходит выдув облицовочной смеси.

Для предотвращения указанного явления вдувные плиты с ме­ханическими соплами снабжают пружинным устройством, которое в исходном положении выступает над уровнем сопл. При подходе к соплам кокиль сжимает пружины. Сила сжатых пружин удержи­вает кокиль на модели в момент его отрыва от сопл. Усилие при­жима регулируется винтами.

У пневматического сопла (А. с. № 248907) нет таких недостат­ков. Втулка-клапан 3 (рис. 193, б) в средней части имеет чечевице- образное сечение. При подаче сжатого воздуха в систему управле­ния 4 происходит пережим канала в указанном сечении и прекра­щается подача смеси.

Исследованиями [121, 122 ] установлено, что при давлении в ре­зервуаре 0,3 МПа (3 кгс/см2) давление в магистрали управления должно быть 0,6 МПа. Истечение воздуха через сопло начинается через 0,009—0,004 с после сброса давления в системе управления, а истечение смеси соответственно через 0,027—0,021 с. Таким образом, продолжительность неустановившегося режима работы пневматического сопла составляет всего 0,018 с, что примерно в 4 раза меньше, чем у механического. При истечении из каждого сопла в процессе нанесения облицовки на кокиль 0,5 кг смеси сопло практически работает в установившемся режиме. Расход смеси через пневматическое сопло при диаметре резиновой втулки 25 мм и давлении в резервуаре 0,3 МПа составляет 3,6 кг/с.

Для устранения просыпи смеси из пневматических сопл во втулке, крепящей уплотнение 5, предусмотрено отверстие, ниже сечения пережима, которое соединяется через электромагнитный клапан с магистралью управления. Перед пережимом втулки – клапана сжатый воздух подается сначала в магистраль продувки. Сжатый воздух более высокого давления увлекает смесь из сопла и выдувает ее вверх, в резервуар. После этого сжатый воздух пода­ется в магистраль управления на пережим втулки-клапана, одно­временно магистраль продувки соединяется с атмосферой. При этом сжатый воздух из вдувных отверстий кокиля и из облицовки выходит в атмосферу. Этим устраняется отрыв кокиля от модели в момент его отвода от сопл.

Недостатки пневматических сопл заключаются в том, что они являются нормально открытыми, т. е. в нерабочем состоянии следует запирать магистраль управления и держать клапаны пере­жатыми, либо снабжать сопла дополнительно устройствами, пре­дотвращающими самопроизвольное просыпание смеси (разрезная резиновая шайба, механический пружинный клапан, либо лаби­ринтное уплотнение, как это рекомендуется в работе [160]). Вдувные плиты с пневматическими соплами имеют довольно слож­ные пневмокоммуникации и систему управления.

Машины для нанесения облицовки. Известен ряд конструкций машин для нанесения облицовки на кокили.

На рис. 194 представлена карусельная установка (пат. США № 3.077.014), в состав которой входит машина для нанесения обли­цовки на кокиль с вертикальным разъемом.

Эксплуатация машины начинается с осмотра и очистки модели 5 и кокиля 6. После этого модель опускается и кокили смыкаются. Пескодувная головка 2 подводится к зазору между моделью и ко­килем, прижимается к собранной оснастке и производится вдув облицованной смеси. Через некоторое время оснастку разбирают и извлекают модель. Затем проставляются стержни, кокили смыка­ются и форма заливается металлом. По окончании формирования отливки форма разбирается. Очищают кокиль вручную. Нагрев кокиля и модели осуществляется газом.

Рис. 194. Машина для нанесения облицовки на кокили с вертикальной

Плоскостью разъема: 1 — станина; 2 — песко­дувная головка; 3 — механизм прижима; 4 — консоль; 5 — модель; 6 — кокиль; 7 — меха­низм перемещения ко­киля; 8 — стойка

Другой тип машин, предназначенный для нанесения облицовки на неразъемные (вытряхные) кокили, показан на рис. 195. Машина двухпозиционная (А. с. № 373080). На основании 1 смонтирован механизм 2 подъема и протяжки и стойка 3 с пескодувной головкой 10. Пескодувная головка закреплена на поворотной консоли 12 и поочередно устанавливается на оси одного либо другого кокиля. На верхних крышках цилиндров механизма 2 закреплены рамки 5 с направляющими 7 и верхними рамками 8, на которых установ­лены кокили 9. Модели 6 находятся на подъемных столах 4. После загрузки пескодувного резервуара смесью, его герметизации и подачи сжатого воздуха поочередно осуществляется подъем столов

4. При этом сначала модели входят в гнез­да кокиля, затем уже совместно прижи­маются к вдувной плите. Производится вдув смеси. Затем кокиль несколько опу­скается; по истечении времени отвержде­ния стол идет до упора, модели извле­каются из кокиля.

Фирма A. Hottinger разработала два типа карусельных машин для нанесения облицовки на кокили: MKA 822 и MKA 200С. Первая — восьмипозицион – ная, вторая — двухпозиционная. Ma-

Рис. 195. Машина для нанесения облицовки на вытрях­ные кокили:

1 — основание; 2 — механизм подъема; 3 — стойка; 4 — стол; 5 и 8 — рамки; 6 — модели; 7 — направляющие; 9 — кокиль; 10 — пескодувная головка; 11 — клапан;

12 — консоль

Шина MKA 822 выпускается трех типоразмеров: для модельных плит 440X300, 660X440 и 850X700 мм. Нагрев осуществляется газом. Продолжительность цикла соответственно 25—30; 30—40 и 40—50 с. Машина работает следующим образом. На первой пози­ции происходит вдув смеси. Далее модельная плита с кокилем, пройдя промежуточную позицию, подается в газовую секторную печь, где на трех позициях нагревается. Газовые горелки стоят снизу и сбоку. На следующей позиции (шестой) заканчивается отверждение облицовки на воздухе, а на седьмой позиции — модель извлекается. На последней (восьмой) позиции осматривают и очищают модели.

Автоматизированные и комплексно-механизированные линии. В СССР автоматизированные линии разработаны в НИИСЛе совместно с СКБТЛ. Они выпускаются Тираспольским заводом литейных машин им. С. М. Кирова.

Линии (рис. 196) представляют собой замкнутый прямоуголь­ник, состоящий из двух продольных и двух поперечных ветвей. Линии включают отдельные, имеющие самостоятельное управле­ние участки, на которых выполняются различные технологические операции. Механизмы и агрегаты участков связаны между собой приводными рольгангами с фрикционными роликами, обеспечи­вающими работу участков линии в заданном ритме. «Команды» на работу механизмов участка подаются пришедшими на рабочие позиции кокилями. Линии мод. А75, А83, А82 по существу явля­ются модификациями одной линии и отличаются друг от друга расположением гидрооборудования.

Линия мод. А87 отличается от линий мод. А75, А82 и А83 расположением заливочного участка на торцовом рольганге, а также наличием механизмов для кантовки кокилей на 90° и скреп­ления их перед заливкой. Линии мод. А82М и А120 снабжены встроенным термостатом для нагрева кокилей. Линия А96 отли­чается от последних тем, что в ее состав входит сдвоенная песко­дувная машина челночного типа, а нагрев кокилей и стабилизация их термического цикла осуществляются в газовых проходных печах.

Каждая из линий включает следующие участки: нанесения облицовки, сборки кокилей, заливки, разборки форм, выбивки отливок и очистки кокилей, охлаждения кокилей, кантовки кокилей. На всех линиях, кроме А96, применены аналогичные по конструкции пескодувные агрегаты, подъемники, манипуляторы, гидрооборудование, фрикционные рольганги и т. д. Вследствие агрегатирования конструкций манипуляторов эти механизмы собираются из унифицированных узлов. Учитывая идентичность конструктивной схемы линий, в качестве примера рассмотрим работу только линии мод. А82М.

Нанесение облицовки на кокили производится на четырехпози – ционном пескодувно-карусельном агрегате 1. Кокиль с агрегата

Параметры	А 82 А83 А75	А82М	А120	А87 *	А96
Габаритные размеры кокиля (длинах ши­ринах высота), MM Металлоемкость фор­мы (максимальная), кг……..	IOOOX юоох X200/200 100	1000Х юоох X200/200 150	Юоох юоох X 250/250 200	1300Х700Х X250/250 200	1400X 1200Х X250/250 300
Производительность при максимальной металлоемкости, тыс. т в год….	12,0	17,0	21,0	29,0	55,0
Число на линии ком­плектов: Кокилей….	16	26	26	28	45
Моделей….	2	2	2	2	2
Число обслуживаю­щих рабочих….	8	8	8	8	8
Габаритные размеры линии в плане, м	36,8Х 9,5	48	49,5Х 10	53 X 8,3	82Х 13
Мощность электро­нагрева моделей, кВт	140	140	140	140	400
* Формы имеют вертикальный разъем	Иа участке заливки.

Рнс. 196. Схема автоматической линии мод. А82М для производства отливок в облицованных кокилях:

/ — пескодувно-карусельный агрегат; 2 — мо­дельные плнты; 3 — рольганг; 4,— агрегат сбор­ки; В — рольганг участка залнвкн; 6 — участок разборки кокилей; 7 — термостат; 8 — очистное устройство; 9 — охладительный участок; 10 — кантователь

Рис. 197. Схема лииии для производства в облицованных кокилях тонкостенных мелких

Отливок:

1 — пескодувная установка; 2 — кантователь; 3 и 7 — рольганги; 4 — сборщик; 5 — участок заливки; 6 — установка разборки и очистки; 8, 10 — кантователи; 9 — элект­ропечь; 11 — передающее устройство

Снимается манипулятором на рольгант 3 (рис. 196), где при необ­ходимости в кокиль устанавливаются стержни. Далее кокиль передается рольгангом в агрегат сборки 4, а собранные формы транспортируются на рольганг 5 участка заливки. Здесь формы останавливаются с помощью специальных упоров и заливаются. Залитые формы подаются в термостат 7, который выполняет две функции: в нем производится охлаждение залитых форм, а в слу­чае остановки линии — накопление собранных незалитых форм. Для этого термостат 7 выполнен двухъярусным. Залитые формы передаются на поперечный участок разборки б. Здесь с помощью ряда агрегатов форма разбирается, отливка выталкивается и механическим путем производится очистка вдувных отверстий и плоскости разъема кокиля от облицовки. Очистка рабочего гнезда кокиля от сгоревшей облицовки производится сжатым воздухом в устройстве 8. На участке 9 кокиль охлаждается до заданной тем­пературы и по рольгангам передается в кантователь 10 и далее манипулятором загружается в агрегат нанесения облицовки.

В СССР предложена (А. с. Ks 325094) специализированная линия литья в облицованные кокили мелких деталей (рис. 197). Верхняя и нижняя половины кокилей, нагретые в электропечи 9 до температуры 160—250° С, с помощью кромочного рольганга подаются одновременно в пескодувную установку 1 проходного типа, где производится спаривание кокилей с моделями (прикреп­ленными к подъемным столам машин), вдувание смеси в зазор между кокилем и моделями. Температура моделей 200—250° С поддерживается электронагревателями. По окончании отвержде­ния модели извлекаются из половинок кокилей и передаются на установку 2 для кантовки. На рольганге 3 производятся осмотр форм и установка стержней в нижнюю половину.

В сборщике 4 выполняется сборка форм и собранный кокиль подается на участок заливки 5. Далее кокиль подается в установку 6 разборки форм и их очистки, где производится выталкивание

Рис. 198. Схема линии для производства тормозных барабанов и дисков (ФРГ):

Im – индукционная электропечь; 2 — зали­вочная машина; 3 — литейный тележечный конвейер; 4, 5, 7, 9, 14, 17 — роликовые конвейеры; 6 — конвейер для отливки; 8 — передающий манипулятор верхних кокилей; 10 и Л — дробеметиые камеры; 12 и 16 — пескодувные машины; 13 — кантователи; 15 — манипулятор; 18 — охладительный туннель

Отливок, очистка кокиля от остатков облицовки и пооче­редная выдача нижней и верх­ней полуформы на обратную ветвь рольганга 7, откуда после контроля температуры они по­даются на соответствующий ярус электропечи 9, где произ­водится подогрев кокилей. После этого кокили устрой­ством 11 передаются на новый цикл облицовки.

Техническая характеристика: про­изводительность 20—40 форм/ч; габа­ритные размеры кокилей (длинах ши – ринаХвысота) 710 x 650 X 240/(70 мм; масса кокиля — не более 1200 кг; габаритные размеры линии (без вспомо­гательного оборудования) 31X5,5X4,1 м.

На автомобильном заводе Volkswagen (ФРГ) эксплуатируются автоматизированные линии для производства тормозных барабанов и дисков [133, 180].

Линия (рис. 198) состоит из участка изготовления форм и зали­вочного конвейера. Верхние и нижние половины кокиля смонти­рованы в стальных рамках-обоймах со штырями и направляющими втулками. Заливочный участок состоит из непрерывно движущегося линейного конвейера 3 с тактом выдачи форм 15 с. Внутри конвей­ера установлены три индукционные печи 1 емкостью по 8 т каждая. Заливка металла производится с помощью передвижных заливоч­ных машин 2 на поз. /. Залитые формьГвходят в охладительный туннель 18, а на поз. II сталкиваются на роликовый конвейер 4. На поз. III две формы одновременно сталкиваются на сдвоенный роликовый конвейер 5, а на поз. IV — на конвейер 7. На поз. V верхние кокили снимаются манипулятором и передаются (по два) на роликовый конвейер 9, а из нижних выталкиваются отливки, захватываются зажимами и попарно передаются на конвейер 6. После этого два нижних и два верхних кокиля поступают одно­временно в очистные дробеметные камеры 10 и 11, в которых ос­татки облицовки удаляются с поверхности и из вдувных отверстий

13 п/р Л. И. Вейника

Рис. 199. Схема линии для производства тормозных барабанов (США):

1 — печь; 2 — кантователь верха; 3 — механизм разборки форм и выбивкн отлйвоК; 4 — участок охлаждения 5 — заливочный конвейер; 6 — вентиляционный; зонт; 7 — сборщик форм; 8 и 13 — кантователь; 9 — пескодувная машина; 10 — пескодувная головка; U — вдувная плита; 12, 16, 20 — роликовые конвейеры; 14 — выход верхних кокилей; 15 — выход нижних кокилей; 17 — нагреватель; 18 — модель; 19 — прнжнм-

Ной стол; 21 — кокиль

Кокилей дробью. На поз. VI и VII кокили, в случае падения темпе­ратуры ниже 490—500 К (220—230° С), нагреваются газовыми горелками, после чего поступают в пескодувные машины 12 и 16, в которых они соединяются с моделями, после чего в зазоры между моделями и кокилями вдувается песчано-смоляная смесь. Отверж­дение облицовки происходит в течение 15—20 с при температуре кокилей 490—520 К, а моделей 570 К – Обогрев моделей произво­дится маслом, нагреваемым до 610 К электронагревателями и непрерывно прогоняемым насосом через внутренние полости моделей.

После нанесения облицовки рамки с нижними кокилями канту­ются на 180° кантователями 13 и передаются на роликовый конвейер 17. На поз. VIII в кокили устанавливаются стержни. Сборка форм производится на поз. IX манипулятором 15, после чего формы на поз. X сталкиваются на литейный конвейер 3.

На автозаводе фирмы «Toyota» (Япония) применяют линии для производства в облицованных кокилях блоков цилиндров. Линии созданы при участии фирмы «А. Hottinger» [(ФРГ). Производитель­ность линии — 60 форм в час. Облицовка на кокили наносится на четырехпозиционном карусельно-пескодувном агрегате. Отвержде­ние облицовки производится на второй позиции карусели в газо­вой кольцевой печи. На третьей позиции кокиль снимается и подается на участок сборки и заливки. Четвертая позиция кару­сели служит для обслуживания и очистки модели. Перемещение форм осуществляется толкателями по неприводным рольгангам.

После охлаждения отливок формы разбираются. Отливки и остатки облицовки выбиваются на выбивных решетках, а кокили кантуются рабочими поверхностями вниз, после чего поступают в охладительный туннель, а затем снова в пескодувную установку.

В работе [160] описана линия для отливки в облицованных кокилях тормозных автомобильных барабанов (рис. 199). Кокили двухместные. Линия представляет замкнутый в плане прямоуголь­ник, состоящий из нескольких секций приводных и неприводных роликовых конвейеров, соединяющих друг с другом основные функциональные агрегаты линии.

В той же работе приведена схема линии для отливки в облицо­ванных кокилях тракторных и автомобильных деталей, а также водопроводных фитингов. Линия состоит из участка для изготовле­ния форм и участка заливки. В состав первого участка входит двенадцатипозиционная пескодувно-карусельная установка с тремя рабочими позициями: загрузка, нанесение облицовки и съем обли­цованных кокилей. Между 4-й и 10-й позициями происходит отвер­ждение облицовки в кольцевой печи, теплотой которой нагрева­ются также модели; 11-я и 12-я позиции служат для осмотра и очистки моделей. Облицованные кокили снимаются с моделей манипулятором, кантующим их на 180° рабочей поверхностью вверх, и по наклонному рольгангу направляются на участок стержней.

Сборка форм производится крановым манипулятором. После сборки формы переставляются вторым манипулятором на подвес­ной конвейер, где заливаются металлом. После охлаждения формы снимаются с подвесного конвейера на приводной рольганг, пере­дающий их в агрегат разборки и выбивки отливок. Освобожденные от отливок кокили подаются рольгангом в газовую печь и затем поочередно сталкиваются на позицию загрузки карусельной уста­новки. Рядом с линией расположены рольганг и печь для предва­рительного нагрева вновь вводимых в линию кокилей.

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗАЦИИ

Особенности технологии литья в кокиль, рассмотренные в пре­дыдущих разделах книги, определяют основные требования, ко­торым должно удовлетворять соответствующее технологическое оборудование: надежное запирание формы в период заливки и формирования отливок; обеспечение требуемых усилий для раз­борки кокиля, извлечения металлических стержней и удаления отливок; поддержание заданной технологическим процессом про­должительности нахождения отливок в форме, времени извлече­ния металлических стержней, либо отхода одной из частей формы; поддержание заданного теплового режима кокиля.

Механизация кокильного литья прошла последовательно сле­дующие этапы развития: ручные кокили, механизированные ко­кили с ручным управлением и приводом движения частей с по­мощью пневмоцилиндров, электродвигателей, гидроцилиндров; полуавтоматические кокильные машины; автоматизированные и комплексно-механизированные линии, комплекты оборудования с полной механизацией основных и вспомогательных операций технологического процесса.

Кокильные машины подразделяются на две группы: стаци­онарные и нестационарные. Первая группа включает одно-, двух – и трехпозиционные, а. вторая четырех – и более позицион­ные машины. Машины обеих групп представляют собой универ­сальные и специальные конструкции, причем с увеличением числа позиций машины в каждой группе наблюдается уклон в сторону специализации.

В зависимости от расположения плоскости разъема в простран­стве и от характера перемещения формообразующих элементов ко­киля (собственно кокиля и металлических стержней) различают машины для получения отливок в формах с горизонтальной и вер­тикальной плоскостями разъема. В последнем случае число под – кокильных плит может быть от 1 до 5 (включая подвижные под­доны и верхние стержни).

На практике применяют также конструкции с переменным положением плоскости разъема. Широкие технологические воз­можности имеет конструкция, при которой изменение положения кокиля осуществляется в пределах одного технологического цикла в зависимости от характера выполняемой операции.

В группу стационарных машин входят конструкции, построен­ные на весьма разнообразных компоновочных решениях. Однако наибольшее число машин имеют рамное исполнение (с цилиндриче­скими направляющими для перемещения кокильных плит) или консольное. Первые применяют в основном при производстве относительно крупных отливок из черных и цветных сплавов, а вторые — при производстве мелких отливок из легких цветных сплавов.

Для крупносерийного и массового производства отливок наи­более целесообразным является применение нестационарных ма­шин. По сравнению со стационарными они имеют следующие пре­имущества: во-первых, высокую производительность благодаря совмещению во времени всех операций технологического цикла получения отливки; во-вторых, минимальную занимаемую пло­щадь, наименьшие энергетические затраты, удобство обслужива­ния и наиболее рациональную организацию работы; в-третьих, возможность механизации и автоматизации основных и вспомо­гательных операций и на этой основе возможность встраивания в автоматические линии производства отливок.

В практике кокильного литья нашли применение нестационар­ные (многопозиционные) установки двух типов: карусельные и конвейерные. Первые получили наибольшее распространение бла­годаря минимальной занимаемой площади и удобству подвода энергоносителей (масла и сжатого воздуха для приводных цилин­дров, воды для охлаждения кокилей, электроэнергии и т. п.).

Большинство созданных карусельных кокильных машин имеет четное число позиций — 4, 6, 8, 12, 16. Известна, однако, пятипо – зиционная карусельная машина фирмы «Voisin» (Франция), пред­назначенная для отливки алюминиевых головок автомобильных двигателей. Поворот каруселей осуществляется, как правило, вокруг вертикальной оси, т. е. платформа с кокильными секциями перемещается в горизонтальной плоскости. Исключение состав­ляет четырехпозиционная машина мод. JIMB450 с горизонтальной осью вращения.

За последнее десятилетие широкое распространение получил гидравлический привод кокильных машин, обеспечивающий зна­чительные усилия запирания, раскрытия кокилей, извлечения металлических стержней и выталкивания отливок. С помощью гидравлического привода достигаются плавность перемещения частей кокиля, бесшумность его работы, а также компактность машины, так как высокое давление в гидроприводе позволяет до­стичь малыми цилиндрами больших усилий без применения спе­циальных усиливающих устройств [98, 58].

В большинстве созданных прогрессивных моделей кокильных машин, как правило, предусмотрен полуавтоматический цикл ра­боты с автоматизацией следующих операций: сборка кокиля, вы­держка отливки в период кристаллизации, извлечение металличе­ских стержней, раскрытие кокиля и выталкивание отливки, съем отливки и вынос ее из рабочей зоны машины.

Научные исследования для создания кокильных машин яв­ляются развитием традиций отечественной школы проектирования литейного оборудования, становление которой связано с именем П. Н. Аксенова [1].

2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

В СССР широкое распространение получила гамма универ­сальных кокильных машин, разработанная в НИИСЛ. Серийное их производство освоено на ряде заводов страны. В основу гаммы положен размерный ряд подкокильных плит, обеспечивающих возможность установки кокилей с размерами от 250 X 200 до 1000 X 800 мм.

Гамма включает машины следующих типов: а) с вертикальным разъемом кокиля, с одной подвижной плитой; б) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными плитами и поддоном; в) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными пли­тами, поддоном и механизмом верхних стержней; г) с горизонталь­ным разъемом кокиля, с верхней подъемно-поворотной плитой. Модели машин, входящих в гамму, предназначены для литья цвет­ных и черных сплавов.

Наиболее полное представление о конструктивных особенно­стях гаммы дает рассмотрение базовых моделей 5915, 5922, 5944 и 5966. Техническая характеристика указанных машин и их ана­логов указывается ниже в сводных таблицах. Развитием создан­ной в НИИСЛ гаммы кокильных машин является новая гамма агрегатированных машин, разработанная в специальном кон­структорском бюро точного Литья (СКБТЛ), г. Тирасполь.

Машина мод. 5915 (рис. 158) имеет две подкокильные плиты 1, 2, одна из которых неподвижна и крепится к станине 5, а вторая перемещается по диагонально расположенным направляющим 6, связывающим неподвижную подкокильную плиту и стойку с гид­роцилиндром.

Выталкивание отливки и возврат толкателей в исходное по­ложение в подвижной половине кокиля происходит в крайних положениях плиты с помощью регулируемых по длине тяг, ко­торые пропущены в отверстия неподвижной стойки – и соединены с плитой толкателей. Из неподвижной половины кокиля отливка

Рис. 158. Машина мод. 5915:

1,2 — подкокнльные плнты; 3 — пульт управления; 4 — шкаф гндропанелсй; 5 — ста­нина; 6 — направляющие

Выталкивается с помощью рычажного механизма, приводимого в движение гидроцилиндром, расположенным в станине.

Устанавливаемый на машину кокиль может быть дополни­тельно снабжен гидроцилиндром для привода металлического стержня. Опыт эксплуатации машины показал ее надежность и удобство в обслуживании.

Основные данные машин (тип а) с вертикальным разъемом кокиля, с одной подвижной плитой

Параметр ы	5912	5913	5914	5915
Размеры рабочего места на плитах
Для крепления кокиля (ширинах вы­
Сота), мм……………………………………………	400X320	500X400	630X500	800X630
Наименьшее расстояние между пли­
Тами, мм……………………………………………	400	500	500	630
Ход плиты, мм……………………………………	320	400	400	500
Усилие раскрытия кокиля, кН. .	35	50	80	125
Габаритные размеры, мм:
Длина…………………………………………………	2230	2400	2250	2600
Ширина……………………………………………..	850	950	1200	1400
Высота……………………………………………….	1500	1500	1200	1200

Машина мод. 5922 (рис. 159) имеет механизмы подвижных плит, выполненные в виде агрегатных узлов: подкокильная плита 3 закреплена консольно – на двух цилиндрических направляющих, которые перемещаются в опорах неподвижной стойки с помощью

Рис. 159. Машина мод. 5922:

1 — наладочный пульт; 2 — рабочий пульт; 3 — подкокильные плиты; 4 — шкаф ги­дропанелей; 5 — поддои; 6 — механизм нижнего стержня; 7 — рама

Гидравлического цилиндра. Агрегатный узел включает систему выталкивания и фиксации отливки на поддоне 5, а также возврата толкателей в исходное положение при полном раскрытии кокиля. Механизм поддона обеспечивает выталкивание отливки и выем металлического стержня.

Конструкция машины позволяет устанавливать кокиль с двумя дополнительными боковыми стержнями и применять дозатор для заливки металла в кокиль. Отсутствие сплошных направляющих создает хорошие условия для обслуживания кокиля.

Основные данные машин (тип б) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными плитами и поддоном

Параметры	5922	5923	5924	5926 А
Размеры рабочего места на плитах
Для крепления кокиля, мм:
Основных (ширинах высота)	400X320	500Х 400	630×500	1250 X 630
Поддона………………………………………..	500X400	500×400	630X500	1250X800
Наименьшее расстояние между				630
Плитами, мм…………………………………..	400	500	500
Ход, мм:				320
Основных плит (каждой) . .	200	200	250
Плиты толкателей……………………………	50	50	100	100
Усилие раскрытия кокиля, кН	35	50	100	200
Габаритные размеры, мм:
Длина……………………………………………	2800	2800	3200	3560
Ширина…………………………………………	850	950	1850	1540
Высота………………………………………….	1500	1500	2400	2675

Рис. 160. Машина мод. 5944:

1 — станина; 2 — поддон; 3 — педаль управления; 4 — пульт; 5 — съемник отливок; 6 — подкокильные плиты; 7 — механизм верхнего стержня; 8 — шкаф гидропанелей;

9 — механизм нижнего стержня

Машина мод. 5944 (рис. 160) предназначена для изготовления отливок сложной конфигурации в кокилях, состоящих из четырех и более подвижных частей.

Подкокильные плиты 6 перемещаются по двум диагонально рас­положенным цилиндрическим направляющим, закрепленным в не­подвижных стойках. Система выталкивателей позволяет фиксиро­вать отливку при раскрытии полуформ на поддоне и автомати­чески убирать ее съемником 5 отливок, которым оснащаются ма­шины этого типа.

Механизм верхнего металлического стержня 7 смонтирован на поворотной траверсе. Механизм монтируется на стальной ко­лонке, вокруг которой он поворачивается на 90°. На траверсе крепятся цилиндр перемещения "верхнего стержня и два цилиндра для подрыва стержней после заливки. Конструкцией исключается передача нагрузок на колонну при изрлечении металлического стержня.

На левой стойке механизма боковых плит установлен съем­ник 5 отливок, выполненный по типу пантографа. Подъем и пово­рот съемника осуществляется гидроцилиндрами, захват отливки — пневмоцилиндром. Съемник захватывает отливку, отводит ее в про­тивоположную от оператора сторону и опускает отливку на транс­портер либо приемный стол.

Машина мод. 5966 предназначена для изготовления крупно­габаритных отливок в кокилях с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 161).

Основные данные машин (тип в) с вертикальным разъемом кокнля, с двумя подвижными плитами, поддоном и механизмом верхних стержней

Параметры	5944	5946 А	5946Б
Размеры рабочего места на плитах
Для крепления кокиля, мм:
Основных (ширинах высота) . .	630X500	1250X630	1250X630
Верхнего стержня………………………………..	500X400	800X500	800X 500
Поддона……………………………………………..	630X 500	1250X800	1250Х 1000
Наименьшее расстояние между пли­
Тами, мм…………………………………………….	500	630	1000
Ход плит, мм:
Основных (каждой)………………………………	250	320	320
Верхнего стержня………………………………..	400	500	500
Плиты толкателей…………………………………	100	100	100
Усилия раскрытия кокиля (не ме­
Нее), кН………………………………………………	100	200	200
Мощность электродвигателя гидро­
Агрегата, кВт……………………………	13	13	13
Габаритные размеры с механизмом
Съема, мм:
Длина…………………………………………………	3200	3560	3930
Высота………………………………………………..	1850	2350	2350
Ширина………………………………………………	2525	2835	2835

1 — станина; 2 — гидропанелн; 3 — механизм верхней плнты; 4 — верхняя плнта; 5 — механизм нижнего стержня; 6 — механизм толкателей; 7 — поддон (нижняя плнта);

S — пульт управления

Верхняя плита 4 совершает прямолинейное движение на 200 мм с последующим поворотом на 55°. Поворот плиты предназначен для облегчения осмотра и обслуживания кокиля, создает удобство установки кокилей на машину и песчаных стержней в форму.

Механизм верхней плиты имеет рычажное устройство для под­рыва верхней полуформы и цилиндр вертикального перемещения плиты. Устройство (А. с. № 349477) исключает передачу усилия подрыва на станину машины.

Гидроцилиндр вертикального перемещения плиты укреплен на корпусе и связан с плитой штоком через траверсу и направляющие колонки. Механизм нижнего стержня 5 жестко смонтирован на станине 1. На поддоне 7 имеется плита 6 нижних толкателей, ко­торая приводится в движение двумя гидроцилиндрами, укреп­ленными на нижней стороне поддона. Тут же расположен гидро­цилиндр нижнего стержня.

На машине возможно подключение дополнительных боковых стержней с гидроцилиндрами, входящими в комплект кокильной оснастки. С тыльной стороны машины закреплены гидропанели 2 с электрогидрозолотниками. Электро – и гидросхемы машины поз­воляют работать без любого из стержней, с дозатором или без него, а также рассчитаны на подключение механизма съема от­ливок.

Машина установлена на раме на двух цапфах и имеет возмож­ность поворачиваться с помощью винтов на угол от 0 до 20° от вертикали.

Основные данные машины: размеры рабочего места на плитах для крепления кокиля 1000X800 мм; наименьшее расстояние между плитами 500 мм; прямой ход плиты 200 мм; угол поворота плиты 55°; усилие раскрытия кокиля 18 кН; габаритные размеры 2450X2000X2400 мм.

Наряду с существенными преимуществами машин, входящих в гамму, опыт их серийного изготовления и многолетней эксплуа­тации показал и ряд недостатков: большая установленная мощ­ность гидроприводов, значительные габаритные размеры машин, отсутствие механизации съема отливок на машине с горизонталь­ным разъемом, неудачная конструкция механизма поддона, не­удобство заливки кокилей на крупных машинах из-за большой высоты.

Агрегатированные машины. В гамму агрегатированных кон­струкций входят пять типов однопозиционных машин: с одной подвижной и одной неподвижной плитой; с двумя подвижными плитами; с двумя подвижными плитами и поддоном с нижним стержнем; с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем и верхним стержнем; с двумя подвижными плитами, под­доном с нижним стержнем, верхним и торцовым стержнем.

Машины предназначены для производства отливок в основном из алюминиевых сплавов. Преимущества этой гаммы машин в еле – дующем: система управления — на бесконтактных элементах, вы­сокая степень унификации и более совершенные конструктивные решения некоторых узлов.

3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

В НИИлитавтопроме разработана трехпозиционная машина мод. 4546, предназначенная для отливки в кокилях с горизонталь­ной плоскостью разъема головок блока цилиндров и выпускной трубы автомобильного двигателя (рис. 162).

Машина имеет одну верхнюю 2 половину кокиля, расположен­ную на средней позиции, и две нижние 1, поочередно совмещаемые с верхней. Одновременно с заливкой металла в сомкнутый кокиль и формированием отливки на позиции //, на позиции I или III, где находится вторая нижняя половина кокиля, производится удаление отливки, обслуживание кокиля и установка песчаных стержней. Таким образом достигается частичное совмещение тех­нологических операций по времени, что приводит к повышению производительности машины.

Верхняя половина при раскрытии кокиля поворачивается во­круг горизонтальной оси на 95°; нижние половины перемещаются на двух тележках 3 по направляющим 5 станины 7. В станине под тележками находятся три гидроцилиндра 6: средний — для под­жима кокиля плитой 4, боковые — для выталкивания отливок плитой 8. Поворот верхней половины кокиля и передвижение

Ш

/ в ‘	Iiiiiiiihiii	I!	Жл	/^5 ш
	№
– I	ИГ	I	I		I I			I 7
I/		\	^tt- I		\	7Ѕ			W( \ / \ / \ /
			-I—р

7 6

Рис. 162. Машина мод. 4546:

1 — нижняя половина кокиля; 2 — верхняя половина кокиля; 3 — тележка; 4 — плита поджима; 5 — направляющие; 6 — гндроцнлнндры; 7 — станица; 8 — плнта рытал|<и-

ЭателеД

Плит; 4 — механизм верхнего стержня; 5 — механизм поддона

Тележек осуществляется также гидроцилиндрами. Цикл работы — полуавтоматический.

Основные данные машины: наибольшая масса отливаемых деталей из алю­миниевого сплава 50 кг, производительность 15 шт/ч, максимальные размеры кокиля 900X600X400 мм, ход нижней подкокильной плиты 60 мм, угол поворота верхней половины кокиля 95°, усилие выталкивания отливки 200 кН, габаритные размеры 2000X1550X950 мм.

Для производства в многоразъемных кокилях пустотелых ре­бристых отливок типа станин электродвигателей, корпусов ва­куумных насосов и др. создана машина мод. 59С19 (рис. 163). Машина имеет две взаимно перпендикулярные пары подкокильных плит 1 для четырех частей кокиля и механизм верхнего стержня 2. За исключением передней, все части кокиля подвижны. С целью сокращения габаритных размеров машины и упрощения обслужи­вания кокиля в механизмах боковых плит и верхнего стержня применены подвижные направляющие с встроенными внутри них силовыми цилиндрами. Механизм верхнего стержня 2 выполнен

А) Б)

Рис. 164. Машины ЧССР типа CG U-3-HS

Консольно-поворотным и для создания значительных усилий под­рыва стержня из отливки он снабжен отжимными цилиндрами.

Для извлечения отливок из кокиля и передачи их на следую­щую технологическую операцию машина оборудована съемни­ком 4.

1750

}

Основные данные машины: размеры рабочего места на плнтах для крепления частей кокиля (боковых) 500X400 мм, наименьшее расстояние между боковыми плитами 630 мм, торцовыми — 620 мм, ход боковых плит (каждой) 200 мм, под­вижной торцовой плиты — 200 мм, верхнего стержня — 750 мм; усилие подрыва боковых плит 100 кН, подвижной торцовой плиты — 120 кН, верхнего стержня — 200 кН, отливок (съемников) — 20 кН; габаритные размеры 1670X2325X3150 мм.

2100

Зарубежные стационарные машины. Машиностроительный за­вод Vihorlat народного предприятия Snina (ЧССР) создал широкий ряд моделей унифицированных кокильных машин [58]. Машины изготовляются четырех типов: CGH — с вертикальной пло­скостью разъема и одной подвижной плитой, CGU-3-HS — с вер­тикальной плоскостью разъема, двумя подвижными плитами и поддоном (рис. 164); CGU-3-YO — с вертикальной плоскостью разъема, двумя подвижными плитами, поддоном и консольным поворотным механизмом верхнего стержня (рис. 165); CGU-3-YP — с комбинированным разъемом (вертикальным и горизонтальным) с двумя подвижными плитами, поддоном, верхней подвижной пли-

2350

!о

OVJ

SJ – !

СЩ5——

JlU-H

ГТРГ .

Т

W

05

А)

Рис. 165. Машины ЧССР типа CGU-3-YO

Рис. 166. Машины ЧССР типа CGU-3-YP

Той (рис. 166). К последнему типу относится машина мод. CGU-3-H2P-YS (рис. 166, в).

Размеры рабочих плит машин следующие: тип CGH — 600 X X 500 и 800 X 630 мм; тип CGU-3-HS — 480 X 400 мм; тип CGU-3-YO — 480 X 400 и 600 X 500; тип CGU-3-YP — 600 X X 500 и 480 X 400; тип CGU-3-H2P-YS — 600 X 420 мм.

Отличительной особенностью машины типа CGH является от­сутствие второй неподвижной плиты, к которой обычно крепят цилиндр, перемещающий подвижную плиту, и использование што­ков цилиндров в качестве направляющих. Такое конструктивное решение значительно упрощает машину, уменьшает ее массу и полностью освобождает заднюю сторону подвижной плиты для крепления механизма выталкивания отливок.

Машины второго типа выпускаются двух моделей: CGU-3-H1S (рис. 164, а) и CGU-3-H2S (рис. 164, б). Они имеют сварную ста­нину, в центральной части которой монтируется механизм вытал­кивания отливки из поддона. Слева и справа на станине уста­новлены стойки, связанные между собой диагонально располо­женными цилиндрическими направляющими. В машине мод. CGU-3-H1S (рис. 164, а) по этим направляющим перемещается одна подвижная плита. Цилиндр для ее привода закреплен на правой стойке. В левой стойке смонтирован цилиндр выталкива­теля. Машина мод. CGU-3-H2S (рис. 164, б) имеет две подвижные плиты и два гидроцилиндра для их перемещения, закрепляемые на стойках. В центральной части на станине смонтирована жест­кая стойка, к которой крепятся неподвижные части кокиля. В этом случае машина превращается в двухпозиционную: с двумя коки­лями, имеющими по одной подвижной плите. Поэтому предусматр­иваются также два пульта управления, установленные на обеих стойках. Машины со сдвоенным кокилем весьма производительны. Формы заливают последовательно. Один рабочий может обслужи­вать две сдвоенные машины, размещенные одна против другой.

Рис. 167. Поворотная машина ПНР:

1 — рычажная передача; 2 — под­шипники; 3 — подкокильная плита неподвижная; 4 — подвижная под­кокильная плита; 5 и 7 — скалки; 6 и 8 — гидроцилиндры; 9 — ста­нина

Кокильные машины треть­его типа представляют мод. CGU-3-H2S-YO (рис. 165, а) и CGU-3-H3P-YO (рис. 165, б). Машина мод. CGU-3-H2S-YO со­здана на базе машины вто­рого типа мод. CGU-3-H2S. Механизм верхнего стер­жня смонтирован на под­доне и после выема стержня из отливки по­ворачивается, освобождая место для механизирован­ного удаления отливки. Машины не имеют центральной стойки для крепления непо­движных частей кокиля.

Машина мод. CGU-3-H3P-YO, в отличие от описанной, имеет механизм с цилиндром для привода стержней (рис. 165, б), распо­ложенных в плоскости, перпендикулярной к движению основных плит (обычно в плоскости разъема).

Машины четвертого типа мод. CGU-3-H2S-YP (рис. 166, а), CGU-3-H2P-YP (рис. 166, б) и CGU-3-H2P-YS (рис. 166, b) пред­ставляют собой наиболее сложный ряд машин. Они предна­значены для производства сложных алюминиевых отливок массой до 10—15 кг. Созданы на базе модели CGU-3-YO. Ме­ханизм верхней горизонтальной плиты состоит из неподвижной плиты, смонтированной на колоннах, подвижной плиты и гидро­цилиндра.

Все кокильные машины завода Vihorlat снабжены унифициро­ванной электрогидравлической напорной станцией мод. EHTS-63. Каждая напорная станция может приводить в действие макси­мально шесть гидроцилиндров, работающих независимо друг от Друга.

Проектным отделом «Prozamet Bepes» и нститутом литья в г. Кракове (ПНР) разработан ряд машин трех основных групп [163]: для кокилей с вертикальной плоскостью разъема; гори­зонтальной плоскостью разъема; с переменной плоскостью разъ­ема в пределах от 0 до 90°.

Машины с вертикальной и горизонтальной плоскостями разъ­ема не имеют существенных конструктивных отличий от описан­ных выше. Интерес представляет машина с переменной плоскостью разъема. Ее устройство понятно из схемы, показанной на рис. 167.

Основные преимущества данной конструктивной схемы в сле­дующем:

Удобная установка песчаных стержней при горизонтальном рас­положении плоскости разъема;

Заливка металла может происходить при наиболее благоприят­ном расположении плоскости разъема;

Извлечение отливки происходит при вертикальном положении плоскости разъема, благодаря чему вытолкнутая из кокиля от­ливка под влиянием собственной тяжести падает на склиз и далее попадает в контейнер или на конвейер.

У кокильной машины с переменной плоскостью разъема за­программированы три цикла автоматической работы. В простей­шем случае рабочий цикл сводится к такому же, как у кокильной машины с вертикальной плоскостью разъема.

Основные данные машин: размеры рабочих плит 500X400; 630X500 и 800X 630 м; ход подвижной плиты 600, 800 и 800 мм соответственно; усилие вытал­кивания 64, 110, 145 кН соответственно; усилие смыкания 80, 123, 204 кН.

Фирма «Fiat» (Италия) разработала ряд кокильных машин с вертикальной и комбинированной плоскостью разъема — с двумя и более подвижными плитами. Отличительной особенностью этих машин является то, что они скомпонованы из агрегатных головок, имеющих, в отличие от распространенных цилиндрических, прямо­угольные направляющие. Типичным представителем этой группы машин является машина мод. 99TA/S, предназначенная для от­ливки деталей малолитражного автомобиля (рис. 168).

Каждая из головок является универсальной и рассчитана на усилие 53 кН и ход до 300 мм. Головка состоит из литого пол­зуна 4, перемещаемого по направляющим 10 гидравлическим цилиндром 3. Ползун изготовлен из чугуна с шаровидным графи­том. К станине станка через промежуточную плиту закреплены направляющие 10, изготовленные из высокохромистой стали. На­правляющие подвергают цементации, закалке и шлифуют.

К торцу ползуна закреплена водоохлаждаемая подкокильная плита, имеющая Т-образные пазы для крепления кокилей. Рас­стояние между подкокильными плитами можно регулировать с по­мощью промежуточных втулок 1 и гаек 2. Масло к гидроцилиндрам подается через отверстия, просверленные в основаниях головок. Выталкивание отливок осуществляется центральным выталкива­телем усилием 53 кН и ходом 70 мм. Литой корпус выталкивателя гидроцилиндром 9 перемещается в цилиндрической гильзе 8, при­крепленной к станине станка. Основным преимуществом кон­струкции этой машины является большая жесткость и точность направляющих.

Гидравлической и электрической схемами предусмотрена воз­можность привода еще четырех металлических стержней.

Цикл работы машины, включая и перемещения стержней, авто­матический.

Широкое распространение получили полуавтоматические ма­шины для литья поршней автомобильных двигателей фирмы Fata (рис. 169). На станине коробчатого типа смонтированы механизмы 2 кокиля, центральных стержней, съемник 4 отливок и установки 3 армирующих пластин (вставок). Заливка поршней производится одновременно в два кокиля, каждый из которых состоит из двух подвижных половин, через которые, проходят металлические пальцы, и трех нижних стержней, образующих внутреннюю по­лость поршня. Половины кокиля крепятся к кареткам, переме­щаемым четырьмя гидроцилиндрами по призматическим направ­ляющим.

Рис.

* Fi-

Машина фирмы at»:

A-A

1 — втулка; 2 — гайка; 3 — ги­дроцилиндр; 4 и 6 — ползуны; 5 — плита выталкивателей ни­жняя; 7 — станина; S — направ­ляющая гильза; 9 — гидроци­линдр; 10 — Т-образные направ­ляющие

Для создания сложной внутренней полости поршня служат под­вижные пальцы и стержни. При закрытии кокиля вначале пальцы движутся совместно с боковинами стержня и после их смыкания дальнейшим ходом цилиндра досылаются в полость кокиля. Механизмы съема отливок и установки пластин состоят из аналогичных поворотных кронштейнов и захватывающих устройств.

1

Рис. 169. Полуавтомат фирмы «Fata» для литья поршней:

1 — станина; 2 — механизм кокиля; 3 — механизм установки пластин; 4 — съемник отливок; 5 — пульт управления

Машина работает в полуавтоматическом режиме; привод — гидравлический, привод захватывающих устройств — пневмати­ческий.

Основные данные машины: размер рабочего места на боковых каретках для установки кокиля 270X110 мм; производительность 100—120 отливок в час; мощность электродвигателя 10 кВт; габаритные размеры 3100X1420X1980 мм.

4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Определение усилия запирания кокилей. К числу основных параметров, определяющих конструкцию кокильной машины, относится усилие запирания полуформ. От величины его во многом зависит принципиальная схема и конструктивное испол­нение машины. Известно, что в разъемных кокилях вследствие взаимодействия формы с залитым металлом возникают силы, стре­мящиеся раскрыть кокиль. Источниками указанных сил являются динамическое воздействие струи заливаемого металла, статическое его давление, а также коробление кокиля в процессе заливки и расширение залитого в кокиль металла при структурных превра­щениях. Наиболее опасным является период заливки металла в форму, когда наружный слой отливки еще не успевает закристал­лизоваться.

Количественная оценка давления заливаемого металла на

Стенки формы может быть произведена с помощью выражения [69, 53 ]

P–=2gp[HF, (141)

Где H — расстояние от поверхности литниковой чаши до центра тяжести сечения F отливки в плоскости разъема формы; g — уско­рение свободного падения; р{ — плотность заливаемого металла.

Расчеты показывают, что даже при литье сравнительно круп­ных чугунных деталей (габаритными размерами 1000×1000 мм) величина P не превышает 40 кН. Значительно большие усилия требуются для предотвращения коробления кокиля в период заливки металла и образующегося вследствие этого зазора по плоскости разъема полуформ.,

В наиболее общем случае кокиль представляет собой, как ука­зывалось в гл. V, конструкцию, состоящую из рабочей части и обрамления. Такой кокиль можно рассматривать в первом прибли­жении как свободно опертую по краям пластину. Исходя из этого, для кокиля с вертикальной плоскостью разъема величина образующегося к концу заливки прогиба Am полуформы может быть приближенно найдена из уравнения [14, 100, 144]

Д M 16L? . я/, . я/„ 1 ПХ. пи ЛП\

= – D I?"‘Sm HT1 5Ш 217 T + W 8Ш TTsin 17’ (142)

Где L1 и L2 — высота и ширина рабочей плиты в положении верти­кальной заливки; I1 и I2 — высота и ширина отливки в плоскости разъема в положении при заливке; т — L2IL1; х и у — координаты точки, в которой определяется прогиб (начало координат распо­ложено в углу рабочей плиты, ось х направлена по вертикали: 0 с х <Llt 0 < г/ < La); M — интенсивность распределенной моментной нагрузки, изгибающей полуформу; D — цилиндриче­ская жесткость рабочей плиты (^D — ) ‘

Необходимым условием для предотвращения коробления кокиля является приложение запирающего усилия, при котором [12]

Am – Ap = 0,

Где Ap — прогиб, возникающий от действия усилия запирания.

Входящие в правую часть уравнения (142) члены M и D зависят от толщины рабочей стенки кокиля. Значение M определяется по формулам (51) и (52).

Подбирая определенную толщину стенки кокиля, можно влиять на величину коробления и свести ее к Am < Адоп, где Адоп — допускаемый прогиб полуформы, при котором отсутствует вытека­ние металла из формы. Из практики литья в кокиль известно, что при зазоре между полуформами в пределах 0,1—0,15 мм для алю­миниевых сплавов и 0,3—0,4 мм для чугуна заливаемый металл из рабочей полости не вытекает.

Подбирая необходимую толщину стенки кокиля, при которой образующийся прогиб будет меньше Ддош можно отказаться от применения внешних запирающих усилий для предотвращения коробления кокиля. В этом случае усилие запирания рассчиты­вают из условия предотвращения перемещения подвижных частей под действием только динамического и статического напора зали­ваемого металла [формула (141)]. Такой метод расчета позволяет создать наиболее рациональную конструкцию кокильной машины.

Например, в кокиле с рабочей плитой размером 1000×800 мм и толщиной 55 мм зазор между половинами не будет превышать 0,2 мм, если приложить усилие запирающим механизмом машины около 2 MH. Последняя величина найдена по формуле работы [146]. В то же время при толщине стенки 90—95 мм отпадает необходи­мость приложения какого-либо усилия, так как коробление значи­тельно меньше допустимого. Для плит такого размера достаточно обеспечить усилие запирающего механизма 100—150 кН, что предотвращает раскрытие кокиля под действием давления жидкого металла (с коэффициентом запаса около трех). Расчеты и практика показывают, что выбор X2 по графику а) на с. 193 обеспечивает, как правило, соблюдение условия Am < Адоп.

Определение усилия извлечения металлического стержня из отливки. На величину усилий извлечения металлических стерж­ней из отливки оказывают влияние следующие факторы: темпера­тура отливки и стержня в момент извлечения; величина уклона, форма и размеры стержня; состав краски или обмазки, которыми покрыт стержень; чистота и твердость поверхности стержня; толщина стенки отливки; материал отливки (гл. IV). С увеличением времени выдержки стержня в отливке усилие увеличивается. При холодной форме возможно резкое увеличение усилия извлечения стержней. Для предотвращения этого необходимо разогреть кокиль и стержень до 475—575 К – При отсутствии смазки усилие увеличи­вается в 2—2,2 раза. Существенное влияние на усилие оказывает также способ подвода металла. В случае удара струи металла в стержень может произойти приваривание отливки.

Механизм силового взаимодействия отливки с формой рассмот­рен в параграфе 7 гл. IV. В свете основных положений этого меха­низма силовое взаимодействие со стержнем протекает следующим образом [73, 74]. С увеличением времени толщина затвердевшей корочки и ее прочность увеличиваются. За промежуток времени At температура находящейся в кокиле отливки понизится на ATi — Т[ — T1, где Т[ — начальная температура образования корочки, оказывающей сопротивление усилию разрыва; T1 — температура отливки в данный момент. За время At металлический стержень нагревается на ДTct градусов и соответственно расши­ряется на ест. В результате процесса усадки отливки и увеличения сопряженных размеров металлического стержня между ними возникает силовое взаимодействие, пропорциональное суммарной деформации:

® = ®1 ~Ь ®ст>

Где E1 — свободная усадка отливки при изменении температуры на величину AT1. Эта деформация является причиной затруднен­ного извлечения металлических стержней и возникновения в от­ливке напряжений ст. Влияние различных факторов на величину ст рассмотрено в параграфе 7 гл. IV.

Исходя из рассмотренных закономерностей, в работе [73] получена следующая зависимость между удельным усилием извлечения стержня руА и величиной ст:

Pyli > ст (k – W – tg a) cos2 а, (143)

Где k — отношение наружного диаметра (размера) отливки к внут­реннему; f — коэффициент трения между поверхностью отливки и стержнем при расчетной температуре; а — уклон стержня.

По мере снижения температуры отливки и, следовательно, перехода металла в область упругих деформаций опасность ее разрушения из-за затруднения усадки увеличивается. Поэтому рекомендуется извлекать стержни при более высоких температу­рах, преимущественно в области пластических деформаций: для серого чугуна при температуре отливки в пределах 1135—1155 К, а для алюминиевых сплавов при температуре около 725 К- Большое влияние на руАоказывает величина коэффициента трения f при температуре извлечения стержня. Величина f существенно зависит от состава смазки (покрытия) (см. рис. 116). Для графитовых сма­зок этот коэффициент наименьший, а с увеличением содержания жидкого стекла и маршалита значение / увеличивается.

Для расчетов усилий извлечения круглых металлических стержней из отливок из серого чугуна с учетом конкретных усло­вий литья можно воспользоваться номограммой, приведенной на рис. 170,

Где Г2Н—начальная температура поверхности кокиля и стержня перед залив­кой; S1 -—толщина стенки отливки; Tct—Tm — разность температур стержня в момент извлечения и перед заливкой; T1—температура отливки, при которой извлекается стержень; К — отношение средней толщины стенки кокиля к сред­ней толщине стенки отливки; а°—конусность стержня в градусах; / — коэффи­циент трения между отливкой и стержнем для красок различных типов: I — на основе графита, II—без облицовки (стержень смазан машинным маслом), /// — графит + бентонит. Наклонные прямые на диаграмме соответствуют T211 при К = 1.

Порядок определения удельного усилия показан на номограмме стрелками для двух случаев: 1) Т2и = IOO0 С, Tct = 150° С,

Т or

Ьи, с —-

It, мм 7 10 15 ZO 25

Ш

Руд, мфи

Рис. 170. Номограмма для определения усилий извлечения цилиндрических металлических

Стержней

S1 = 15 мм, T1 = 1000° С, K= 1,5, = 3° и f = 0,2; 2) Гст = = 180° С, T1 = 860° С, а° = 2°, / = 0,26 и остальные параметры — по предыдущему примеру. Величина руд, выраженная в кгс/см2, в номограмме определена для круглой втулки. Для призматиче­ского стержня рУд умножают на коэффициент kK, зависящий от конструкции и размеров стержня (рис. 171: 1 — линия для случая, Kk

> 1; 2 —

1,66 1,22 OJ8

Ф

В/Н

Рис. 171. График для определения коэффициен­та К — формы призматического стержня

Ь, . „ 2,10

Когда отношение 1,5

Для круглых, стержней; 3 — Ь/а>3; а — ширина стержня, Ъ — длина стержня, H — высота стержня).

5. карусельные машины

Восьмипозиционная машина мод. J1484 предназначена для литья из чугуна с шаровидным графитом деталей тракторных плу­гов. Рама 3 карусели (рис. 172) с восемью кокильными сек­циями 8 и механизмами 7 металлических стержней установлена на мощную пустотелую колонну 1. Масса карусели воспринимается упорным шарикоподшипником. В радиальном направлении она центрируется по колонне втулками скольжения. Снизу к поворот­ной раме прикреплено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с шестерней гидравлического реечного механизма привода 2 карусели. Вращение сообщается карусели при ходе рейки вперед; при этом находящаяся в зацеплении с рейкой шестерня соединена с валом кулачковой муфтой. При движении рейки назад (муфта

Торных плугов:

J — колонна; 2 — привод поворота; 3 — рама карусели; 4 — маслораспределнтельная колонка; 5 — Водораспределительная колонка; 6 — командоаппарат с гидрораспреде» лителями; 7 — механизм металлических стержней; 8 — кокильная секция; 9 — фнк-

Сатор

Выведена из зацепления с шестерней) осуществляется холостой ход. Карусель в это время удерживается фиксатором 9.

Существенную роль для конструкции кокиля с удлиненным металлическим стержнем (см. рис. 72) играет система его охлаж­дения. Вода подается через водораспределительную колонку 5 к коллекторам, от которых поступает в половинки кокилей и стержень через диафрагменные водяные клапаны. Открытие клапа­нов производится на первой позиции только в случае, если в ко­киль залит металл. Закрытие клапана подачи воды в металличе­ский стержень происходит на второй позиции.

Основные данные машины: масса отливаемых чугунных деталей до 50 кг; производительность 120 шт/ч; размер подкокильных плит 600X800 мм; усилие смыкания кокилей 100 кН, диаметр карусели 6300 мм.

A-A

Вссьмипозиционная машина мод. J1390 предназначена для производства тонкостенных отливок из серого чугуна типа крышек электродвигателей, насосов и т. п. Она представляет собой кару­сель с вертикальной осью вращения (рис. 173).

Рис. 173. Восьмипозицион – иая карусельная машина мод. Л390 для литья крышек

Электродвигателей: / — основание; 2 — колон­на; 3 — центральная рама; 4 — кронштейн с отверстия­ми для фиксации; 5 — коки­льные секции; 6 — механизм раскрытия секций; 7 — рас­пределительная колонка; 8 — фиксатор; 9 — поводко­вый привод поворота

Отличительной особенностью машины является конструкция привода кокильных секций. Кокильные секции не имеют индиви­дуальных силовых цилиндров. Раскрытие и закрытие кокилей, а также сжатие половин кокиля на позиции заливки производятся с помощью стационарного механизма, расположенного в средней части карусели.

Механизм имеет четыре гидравлических цилиндра. Два из них — цилиндр закрытия и цилиндр сжатия кокиля — непод­вижны, так как указанные операции производятся в период остановки карусели.

Конструкция привода кокильных секций позволяет уменьшить число Цилиндров, золотников и гидрокоммуникаций. При некото­ром снижении оперативности работы секций (так как их раскрытие и закрытие происходит на определенных позициях) надежность работы машины повышается, а масса ее может быть уменьшена. Чем большее число позиций имеет машина, тем выгоднее примене­ние стационарного привода кокильных секций.

Основные данные машины: масса отливаемых чугунных деталей 4 кг; произ­водительность 240 шт/ч; размеры подкокильных плит 830 X 545 мм; расстояние между плитами в сомкнутом состоянии 300 мм; ход подкокильной плиты 240 мм; габаритные размеры машины 4200X3500 мм.

Шестнадцатипозиционная машина мод. J1430M (рис. 174) пред­назначена для отливки ребристых станин электродвигателей в во – доохлаждаемых кокилях (схема кокиля на рис. 92). Наружная

Рис. 174. Шестиадцатипозициоииая карусельная машина мод. Л430М для литья ста­нин электродвигателей: 1 — основание; 2 — колоина; 3 — платформа карусели; 4 — нижняя часть кокиля; 5 — траверса; 6 — консоль; 7 — заливочная машина

Поверхность отливки и литниковая система оформляются корпу­сом кокиля и крышкой. Внутренняя полость оформляется метал­лическим стержнем.

Карусельная платформа состоит из пяти элементов: централь­ного базового барабана, надеваемого на колонну 2, и четырех прикрепленных к нему секторов, образующих наружный пояс, на котором сверху располагаются кокильные секции, а на боковой поверхности — ролики привода и фиксации карусели и башмаки опорных роликов, воспринимающих вертикальные нагрузки от выталкивателя отливки из кокиля.

Кокильная секция состоит из фасонного кольца, в которое уста­навливается корпус кокиля 4 (см. рис. 92), и кронштейна с пово­ротной траверсой, предназначенной для крепления крышки ко­киля 11. Траверса снабжена рычагом с роликом для закрытия крышки по копиру и нижним — для. открытия крышки стационар­ным цилиндром. Копир крепится к центральной колонне машины. Выталкивание отливки из кокиля призводится снизу на третьей позиции гидроцилиндром. Механизм привода и фиксатор кару­сели укреплены на самостоятельных фундаментах. Механизм привода представляет собой качающуюся балку, по направляющим которой возвратно-поступательно перемещается каретка с захва­том.

Основные данные машины: масса отливаемых чугунных деталей 3D кг; производительность 110 шт/ч; диаметр карусели 5530 мм.

Четырехпозиционная машина мод. J1MB450 предназначена для отливки чугунных радиаторных секций. Отличительной осо­бенностью машины (рис. 175) является поворот карусели вокруг горизонтальной оси.

Конструкция машины позволяет осуществить заливку кокилей в любом их положении, в том числе и в наклонном. Отливки удаля­ются автоматически с помощью толкателей и по склизу 3 направ­ляются в бункер. При выталкивании отливки кокиль находится в вертикальном положении. Каждая из четырех секций 1 пред­ставляет собой пневматический станок, имеющий неподвижную и подвижную подкокильные плиты. Кокильная секция монтируется на поворотной раме 2, ось которой закреплена в станине 5. Привод 7 периодического поворота карусели состоит из электродвигателя, •муфты с электромагнитным тормозом и редуктора, связанного с валом машины открытой зубчатой передачей 6.

Формы охлаждаются вентилятором 4. Возможно также приме­нение дополнительного водяного охлаждения.

Двенадцатипозиционная машина мод. А48.01 предназначена для производства отливок из чугуна с шаровидным графитом сту­пиц автоприцепов (рис. 176). Установка стержней и заливка про­изводятся в кокиль при горизонтальном разъеме. Операции вы-

Рис. 175. Четырехпозициониая карусельная машина мод. ЛМВ450 для литья радиаторов:

1 — кокильная секция; 2 — поворотная рама; 3 — склиз для отлнвок; 4 — вентилятор системы воздушного охлаждения; 5 — станина; 6 — зубчатая передача; 7 — электро­механический привод поворота

Рис. 176. Двенадцатипозиционная карусельная машина для литья ступиц автоприце-

1 — колонна; 2 — рама; 3 — ролики; 4 — копир; 5 — плита неподвижная; в — сектор; 7 — подшипник; 8 — кокильная секция; 9 — привод поворота

Бивки отливки и обслуживания кокиля осуществляются при вертикальном расположении плоскости разъема.

На шести гранях карусели установлены секторы 6 с закреплен­ными на них подшипниками 7, на которых подвешиваются кокиль­ные секции 8, поворачивающиеся под действием копира 4 на 90°. Кокильные секции выполнены с подвижной передней и неподвиж­ной задней плитами и снабжены индивидуальными гидроцилиндра­ми (по два на каждой секции), приводящими в движение плиту. На неподвижной колонне сверху карусели установлен стационар­ный механизм выбивки стержней и выталкивания отливки из неподвижной половины кокиля. Для выталкивания отливки из подвижной половины кокиля имеется стационарный механизм с захватным устройством, предотвращающим передачу усилия выталкивания на секцию. Поворот карусельной кокильной ма­шины осуществляется пульсирующим приводом 9, установленным на опорной раме.

Основные данные машины: производительность 115 шт/ч; металлоемкость кокиля 26 кг; ритм работы 18—22 с (в том числе поворот 7 с), длительность оста­новки 11—15 с; размеры рабочего места на плитах для крепления частей кокиля 630X500 мм.

Зарубежные карусельные машины. Итальянская фирма «Fata» создала специальную шестипозиционную карусельную машину для крупносерийного производства автомобильных алюминиевых дета­лей, в том числе поршней диаметром до 150 мм. Машина имеет производительность 150 отливок в час и работает в комплексе с пневматической раздаточной печью и манипуляторами для установки стержней и съема отливок.

Привод периодического поворота карусели представляет собой систему гидромотор—редуктор—зубчатая цилиндрическая пере­дача. Для остановки и гашения инерционных сил на сварной опорной раме установлено демпфирующее гидропневматическое рычажное тормозное устройство. Движение частей кокильных секций осуществляется от стационарно расположенных приводов. Для лучшего заполнения формы металом и вентиляции секции на позиции заливки наклоняются на определенный угол. Штоки стационарных гидроцилиндров привода секций снабжены наконеч­никами грибовидной формы, входящими на рабочей позиции в охватывающие наконечники штанг механизмов секций. В центре машины установлен коллектор для подвода к секциям охлаждаю­щей воды и газа для разогрева кокилей в начале работы.

Гидропривод работает на негорючей жидкости. Давление рабо­чей жидкости до 10 МПа.

Четырехпозиционная машина фирмы «Voisin» (Франция) пред­назначена для литья тормозных цилиндров из алюминиевого сплава. Платформа машины непрерывно вращается вокруг цент-

12 П/р А. И. Вейиика ральной колонны. Привод вращения осуществляется от электро­двигателя через вариатор и червячный редуктор при помощи роли­ков с резиновыми бандажами. Один из этих роликов через рычаг прижимается к ободу платформы пневмоцилиндром.

Каждая кокильная секция снабжена горелками для предвари­тельного разогрева кокилей. Передача воздуха и газа в горелки осуществляется через специальную систему в виде водяного за­твора, смонтированного на центральной колонне.

Вверху платформы, на четырех полых лапах, через которые вода поступает к кокильным секциям, установлен бак с охлаждаю­щей водой. От кокильных секций вода возвращается в этот бак. Включение и отключение насоса перекачки воды производится от специального термодатчика; пополнение бака осуществляется с помощью поплавкового клапана.

На каждой секции установлено два кокиля. В одном кокиле отливаются две детали.

Основные данные машины: производительность 220 шт/ч; ход боковых под – кокильных плит (каждой) 120 мм; ход выталкивателей 50 мм; ход механизма верх­них стержней 140 мм; габаритные размеры: диаметр карусели 3600 мм, высота над уровнем пола 2600 мм, полная высота 3200 мм.

Пятипозиционная машина этой же фирмы предназначена для литья сложных деталей типа головок блока цилиндров автомобиль­ных двигателей. Машина работает в комплексе с двухтигельной раздаточной печью, заливочным устройством и механизмом съема отливок.

Карусель имеет конструкцию, аналогичную вышеописанной чет рехпозиционной. Кокильная секция пятипозиционной машины состоит из следующих основных узлов: станины; механизма боко­вых (правой и левой) плит; поддона с механизмом выталкивания отливок; верхнего стержня с механизмами его перемещения и устройством для поворота траверсы; механизма наклонных стерж­ней; механизма торцовых стержней (предусматривается возмож­ность установки переднего и заднего торцовых стержней); механизм перемещения мерной заливочной чаши. В связи с большим числом подвижных частей кокиля секции имеют сложную систему управ­ления. Команды на перемещение отдельных частей кокиля пода­ются с помощью пневматических датчиков, переключающих золотники.

Заливка металла производится манипулятором из специального ковша. Ковш, перемещаясь вертикально вниз, через отверстие в днище заполняется металлом. Команда на остановку вертикаль­ного перемещения вниз поступает от контактов при их соприкосно­вении с металлом. После этого ковш поворачивается и металл перетекает в закрытую полость ковша. Далее следует подъем ковша и его перемещение на специальной подвеске к заливочной чаше, установленной на каждом станке (секции). Путем наклона заливочной чаши при помощи гидроцилиндра металл с заданной скоростью заливается в кокиль.

Съем отливки осуществляется с помощью съемника. На этой же позиции обдувается воздухом кокиль и разогревается мерная чаша (на станке) с помощью стационарно установленной газовой горелки. Далее отливка устанавливается в специальное приспо­собление для отбивки литниковой системы, после чего уклады­вается в корзины и направляется по конвейеру.

Основные данные машины: производительность 40—50 шт/ч; ход боковых подкокильных плнт (каждой) 250 мм; ход выталкивателей 50 мм; ход механизма верхних стержней 150 мм; диаметр карусели 6000 мм.

Предприятием VEB Eisenhommerwerk Dresden—Dolzschen (ГДР) и фирмой Metalna—Maribor (СФРЮ) разработана карусель­ная машина типа «Edkomatic». Машины «Edkomatic» выпускают двух исполнений — двенадцати – и шестнадцатипозиционными. Плоскость разъема кокилей горизонтальная. Подвижной является верхняя полуформа. В кокильных секциях предусмотрены гидро­цилиндры для привода нижнего и боковых стержней. Поворотный стол имеет электромеханический привод.

Машина работает следующим образом. Сразу после окончания заливки кокиля оператор-заливщик нажатием педали выключателя

Поворачивает машину на ^или -^r-) окружности. Реле вре­мени, установленные на требуемую выдержку охлаждения отливки, включаются, и после того, как истечет установленное время, они пускают в действие рабочие цилиндры в той последовательности, в какой срабатывают реле. Цилиндры могут приводиться в дей­ствие как на остановке, так и во время вращения карусели. От­ливка опускается на определенную высоту (высоту можно регу­лировать), на которой нижний цилиндр отрывает нижнюю поло­винку кокиля от отливки и отводит ее в крайнее положение. В заранее установленной точке отливки выталкиваются в контей­нер либо на конвейер.

Закрытие кокилей возможно в различных позициях с помощью кулачков, замыкающих выключатели закрытия кокиля. Кокили закрываются только после того, как оптический пирометр замерит их температуру. В случае, если температура ниже или выше задан­ной, автоматически включается оптический или звуковой сигнал.

Кокильная секция снабжена тремя рабочими цилиндрами; цилиндры можно использовать каждый отдельно или комбини­рованно.

Цилиндры могут работать с кокилями, состоящими из двух, трех и четырех составных частей.

Каждая кокильная секция имеет индивидуальную панель управления с рядом пусковых кнопок, с помощью которой обеспе­чивается проверка работы механизмов установки и ручное управ­ление ими.

Основные данные машины:

Параметры	Двенадцатипози­ционная	Шестнадцатипози – ционная
Размеры отливаемых деталей, мм	600X600X400	380X380X400
Усилие смыкания (размыкания) ко­
Киля, кН……………………………………………….	До 100	До 100
Машинное время для изготовления от­		8—15
Ливок массой 5 кг, с………………………………	8—15
Габаритные размеры, мм:	6400	6400
Диаметр карусели…………………………………
Диаметр по осям кокильных сек­
Ций……………………………………………………..	5600	5800
Высота над уровнем пола. . .	2900	2900
Глубина от уровня пола….	2200	2200
Высота заливки над уровнем пола	550	550

6. КОКИЛЬНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ

На заводе «Водоприбор» (г. Москва) разработан кокильный конвейер для литья разногабаритных чугунных деталей массой от 3 до 100 кг с различной серийностью выпуска. Транспортная часть установки выполнена в виде напольного тележечного конвей­ера, несущего кокильные машины трех типов.

Каждый тип машины рассчитан на определенную группу отли­вок, получаемых в чугунных кокилях с вертикальной плоскостью разъема.

Рис. 177. Секция кокильного конвейера: / — тележка; 2 — корпус; S — рычаг с роликом; 4 — крышка кокиля; 5 — кокиль;

6 — склиз

Подача сжатого воздуха к машинам осуществляется с помощью распределительного телескопического устройства. Извлеченные из кокилей отливки попадают по склизу в теплоизолированные кон­тейнеры, расположенные в туннеле. В целях интенсификации режима работы применена система охлаждения кокилей в виде охлаждающего экрана с водяной завесой.

Основные данные установки: масса отливок 3—100 кг; шаг платформы 1600 мм; скорость перемещения от 1,5 до 6 м/мин; усилие смыкания кокилей 50 кН; годовая производительность (при односменной работе) 6000 т отливок.

На рис. 177 показана секция кокильного конвейера для литья колес шахтных вагонеток. Она состоит из замкнутого напольного конвейера, на тележках которого установлены кокильные секции. Кокильные секции имеют корпус 2, в котором на двух взаимно перпендикулярных осях установлены кокиль 5 (ось поворота совпадает с направлением движения конвейера) и крышка кокиля 4 (ось поворота перпендикулярна направлению движения). Кор­пус закреплен на тележке 1 конвейера.

Залитые формы передвигаются к устройству для автоматиче­ского раскрытия крышки. Ролики рычагов крышки наезжают на неподвижные копиры. Крышка, соединенная с изогнутыми рыча­гами, повернувшись на угол, превышающий 90°, под действием собственного веса продолжает поворачиваться до упора в корпус секции. Плавность опускания крышки достигается с помощью контркопиров, по которым по мере передвижения конвейера пере­мещаются ролики. Раскрытие крышки происходит через 30—40 с после окончания заливки. Отливка выбивается из корпуса кокиля через 5—6 мин (при повороте его на 180°). После выбивки отливки корпус и крышку кокиля, когда они остынут (до 520—570 К), очищают металлической щеткой, обдувают сжатым воздухом и при дальнейшем движении конвейера окрашивают с помощью автомати­ческого пульверизатора. Последующими операциями являются установка песчаных стержней и закрытие крышки.

Кокильные конвейеры получили широкое распространение при производстве из серого чугуна отливок фасонных частей для изделий сантехники.

1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ

Особенности рассматриваемой технологии связаны, прежде всего, с необходимостью нанесения на кокиль облицовки для получения каждой очередной отливки. Облицовочный состав на­носят по модели, путем заполнения зазора между рабочими по­верхностями модели и кокиля. Способы заполнения зазора соста­вом, режим отвердевания последнего, методы очистки кокилей от остатков отработанной облицовки, подготовка оснастки к нанесе­нию облицовки, способы и устройства для подачи облицовочного состава в зазор между моделью и кокилем зависят от свойств об­лицовочной смеси.

Облицовки из жидкоподвижных смесей чаще всего получают заливкой через отверстия в кокиле, реже — выжиманием с по­мощью модели, погружаемой в кокиль с налитым составом. Для нанесения облицовки из пластичных и сыпучих смесей исполь­зуют все разновидности пескодувного процесса.

С целью обеспечения равномерности уплотнения облицовоч­ного состава иногда применяют различные дополнительные воздей­ствия: вакуумирование полости между моделью и кокилем, встря­хивание (вибрирование) оснастки и др.

Как указывалось в гл. VI, наиболее широкое применение нашла сыпучая термотвердеющая песчано-смоляная смесь. Близ­кая к нулю прочность такой смеси в исходном состоянии в сочета­нии с пескодувным процессом позволяет стабильно получать от­носительно тонкую облицовку на кокилях практически любой конфигурации. Твердеет смесь за счет теплоты нагретой оснастки. На рис. 145 показаны схемы нанесения облицовки на кокили вду­ванием смеси через отверстия в теле кокиля (а) и через щелевой зазор между кокилем и моделью (б).

Для отливок массой до 200 кг преимущественная толщина слоя облицовки равна 4—6 мм. Необходимость ее утонения или утолщения определяется задачей локального управления усло­виями охлаждения элемента отливки. Заданная толщина об­лицовки обеспечивается величиной зазора между кокилем и мо­делью в собранном состоянии.

Технологический процесс литья в кокили с термотвердеющей облицовкой начинается с подготовительных работ — нагрева мо­дели и кокиля и нанесения на модель разделительного состава, предотвращающего прилипание облицовки к модели. Затем вы­полняют операции, необходимые для каждой заливки металла: установка кокиля на модельную плиту с моделью, вдувание смеси, ее отвердевание, съем облицованного кокиля с модели, сборка и заливка кокиля, охлаждение отливки в форме, разборка кокиля

Рис. 145. Схема нанесения облицовки пескодувным способом через отверстие в теле

Кокиля (а) и через щелевой зазор между моделью и кокилем(5): 1 — модельная плита; 2 — модель; 3 — кокиль; 4 — пескодувная головка; S — сопло; 6 — газовый нагреватель; 7 — электрический нагреватель; 8, 9 — вдувные отвер – ^^ стия

И извлечение из него отливки, очистка кокиля от остатков ча­стично выгоревшей облицовки и, наконец, охлаждение кокиля до температуры, необходимой для очередного нанесения обли­цовки. Кроме операций, непосредственно связанных с подготов­кой и заливкой облицованных кокилей, технология включает изготовление облицовочной смеси и общие для литейного передела операции: шихтовку, плавку и финишную обработку и др.

Преимущества и недостатки. Теоретический анализ, экспери­ментальные исследования и промышленный опыт показывают, что двухслойные формы в виде облицованных кокилей, состоящие из внутреннего неметаллического и наружного металлического слоев, позволяют достичь экономичного решения ряда важных техниче­ских задач. Благодаря небольшой толщине неметаллического слоя облицованных кокилей по сравнению с обычными формами тре­буется значительно меньший объем песчаной смеси. Для отливок ответственного назначения становится экономически целесообраз­ным применение высококачественных и дорогих формовочных материалов; в результате повышается качество поверхности отли­вок и уменьшается брак. Наличие металлической опоры умень­шает деформацию песчаного слоя, благодаря чему увеличивается точность отливок. Большая жесткость двухслойных форм способ­ствует уменьшению усадочных пор и повышению плотности чу­гунных отливок. Появляется возможность активно воздействовать на тепловые условия формирования отливки. Так, изменяя тол­щины неметаллического и металлического слоев, можно замед­лять охлаждение одних частей отливки (относительно тонкие стенки, прибыли) и ускорять охлаждение других (относительно более толстые стенки, части чугунных отливок, которые должны иметь повышенную твердость, и т. д.). Влияние толщины обли­цовки на процесс охлаждения отливки в кокиле иллюстрируется рис. 7 и 10.

В свете идей и выводов, изложенных в гл. II—IV, ясно, что в облицован­ном кокиле существуют особые возможности управления процессами структуро- образования и питания отливки, а также резкого уменьшения в ней термических напряжений. Здесь уместно напомнить, что тепловые процессы влияют на газо­вый режим формы, образование пригара и другие явления. Математический ап­парат указанных глав позволяет произвести количественный анализ влияния различных факторов и расчетным путем выбрать основные параметры технологии.

Вследствие значительно большего термического сопротивле­ния толстослойного покрытия по сравнению с тонкослойным тер­мическая нагрузка на облицованный кокиль резко уменьшается. Появление на поверхности кокиля трещин и некоторое его короб­ление существенных изменений в технологический процесс не вносят: рабочая поверхность формы полностью восстанавливается при очередном нанесении облицовки. Таким образом, при прочих равных условиях стойкость облицованных кокилей неизмеримо выше, чем обычных. Более того, применение облицованных ко­килей становится экономически эффективным, когда литье в обыч­ные кокили нецелесообразно из-за низкой их стойкости. Приме­рами в этом отношении служат процессы литья коленчатых валов и почти всех стальных фасонных отливок.

Особого внимания заслуживает вопрос о геометрической точ­ности отливок, полученных по новой технологии. В облицованных кокилях отливали различные по массе и геометрической слож­ности отливки из чугуна и стали: чугунные коленчатые и рас­пределительные валы, станины электродвигателей, корпуса рас­пределителей, стальные буксы железнодорожных вагонов и кры­шки к буксам, звенья цепи, звездочки ведущие и др. Масса пере­численных отливок составляла 1,5—120 кг. Отливали их, как правило, в многоместных формах. В результате статистической обработки обмеров и взвешивания отливок в НИИСЛе получены данные, приведенные в табл. 35. Там же для сравнения приведены материалы, заимствованные из работы [103], о точности отливок, полученных другими способами литья. Как видно, новая техно­логия позволяет получать отливки повышенной размерной и мас­совой точности.

При этом процессе размерная точность не падает с увеличением размеров отливки, в то же время при других процессах с ростом

Таблица 35 Сравнительные данные геометрической точности отливок

Показатели	Машин­ная фор­мовка встряхи­ванием	Формовка прессова­нием под высоким давлением	Лнтье в оболочко­вую форму	Литье по выплав­ляемым моделям	Лнтье в облицо­ванный кокиль
Размерная точность
(класс по ОСТу) . . .	8—11	9—10	9—11	7—10	7—9
Точность по массе, %	4—25	2—7	7—18	5,5—8,5	3—5

Габаритных размеров и массы отливки ее размерная точность уменьшается. Таким образом, чем крупнее отливка, тем ощути­мее превосходство технологии литья в облицованные кокили.

Повышение геометрической точности отливок, полученных в об­лицованных кокилях, объясняется большой прочностью и жест­костью при заливке и существенно меньшим снижением этих ка­честв облицованного кокиля в период нагрева отливкой по сравне­нию с неметаллической формой (песчаной объемной, оболочковой разъемной и неразъемной). Это подтверждается сравнением дан­ных о точности отливок, полученных в оболочковых формах и в облицованных кокилях. Действительно, в сравниваемых случаях все факторы точности, кроме жесткости и прочности формы, по существу одинаковы.

К недостаткам рассматриваемого процесса относятся: повы­шенная сложность и стоимость оснастки, затрудненная перенала – живаемость специального технологического оборудования и ос­настки, ограниченность номенклатуры одновременно отливаемых деталей в одном технологическом потоке. Облицованный кокиль, хотя и обладает некоторой податливостью, однако по этому свой­ству явно уступает обычным сырым песчаным и тем более оболоч­ковым формам. Это обстоятельство необходимо учитывать при про­изводстве тонкостенных крупногабаритных отливок, усадка ко­торых затруднена формой.

Область применения. На основании опыта разработки техно­логии литья в облицованные кокили различных деталей и полу­ченных при этом технико-экономических результатов можно очер­тить область наиболее эффективного использования этой техно­логии. Здесь следует подчеркнуть, что кокили представляют собой не универсальную оснастку. Параметры рассматриваемой техно­логии (включая нанесение облицовки) регламентируются в узких пределах, поэтому частые смены оснастки и связанные с ними на­рушения ритмичности нежелательны. Исходя из этого, целесооб­разно использовать облицованные кокили при массовом произ­водстве отливок. Вместе с тем, следует отметить, что имеется

A-A

Рис. 146. Элементы конструкции облицованного

Кокиля (по ГОСТ 19508 — 74): а — ленточка смыкания и обрамление; б — вдув­ное отверстие. Размер В равен 30 мм при размере кокиля до 1000 мм, 50 — прн размере кокиля от 1000 до 1500 мм и 75 мм прн размере кокиля свыше 1500 мм

Положительный опыт использования в отдельных случаях обли­цованных кокилей и при мелкосерийном производстве.

Облицованные кокили могут найти применение при литье де­талей авто – и тракторостроения, электротехнической промышлен­ности, транспортного машиностроения и т. п. Технологию полу­чения отливок в облицованных кокилях можно рекомендовать, прежде всего, для получения отливок повышенной точности, при большом объеме их механической обработки, при литье сплавов, имеющих повышенную склонность к усадке. В этих случаях наи­более полно реализуется преимущество облицованных кокилей. Здесь уместно подчеркнуть, что имеющийся производственный опыт литья в облицованные кокили ограничивается в основном получением отливок массой до 200 кг.

Оснастка. Конструкция и материал модельной оснастки для нанесения облицовки зависят от свойств облицовочного состава. В частности, при использовании термотвердеющей песчано-смо – ляной смеси она аналогична применяемой в производстве отливок в обычных оболочковых формах.

6-6

Для получения фасонных отливок используют, как правило, разъемные кокили, длина и ширина которых значительно больше, чем высота (рис. 146). Такие формы могут быть цельными и состав­ными. Составные представляют собой раму, в которую с компен­сационным зазором вставляется вкладыш, оформляющий рабочее гнездо. Составные конструкции характеризуются более вусорой стойкостью из-за меньших напряжений и деформаций. В отече­ственной практике для получения сложных фасонных отливок применяют толстостенные кокили (40 мм и более). Для подобных, но мелких отливок известен, однако, опыт использования тонко­стенных кокилей.

Конструкция и размеры элементов спаривающих устройств для установки кокилей на модельные плиты и соединения между собой частей разъемных кокилей регламентированы ГОСТ 19509-—74— ГОСТ 19516—74.

Число отверстий в кокиле для вдува сыпучей песчано-смоля – ной смеси определяется подетальной технологией отливки. Вдувные отверстия рекомендуется располагать над выступаю­щими частями модели. При небольших перепадах высот между различными частями модели вдувные отверстия располагаются с шагом 150—250 мм. Размеры вдувных отверстий определены ГОСТ 19507—74 (рис. 146, б). Облицовочная смесь может наноситься также через щелевые отверстия 9 (см. рис. 145).

Шероховатость литой поверхности рабочего гнезда кокиля бывает недостаточной для удержания облицовки. Поэтому реко­мендуется наносить на поверхности рабочего гнезда насечки и ка­навки. Этой же цели служит обратный уклон на ленточке смыка­ния (рис. 146, а). Ленточка смыкания представляет собой про­должение облицовки, выходящее на поверхность соприкосновения кокиля и модельной плиты. Основное назначение ленточки смы­кания — ликвидация неплотности облицовки по контуру рабо­чего гнезда формы. Размеры ленточки смыкания регламентиро­ваны ГОСТ 19508—74.

Поверхность, по которой кокиль контактирует с модельной плитой по периферии кокиля, называется обрамлением. Его ми­нимальная ширина установлена ГОСТ 19508—74 (рис. 146).

Нанесение песчано-смоляной облицовки из сыпучего состава. Опытами нанесения облицовки при вдуве смеси под постоянным давлением в пескодувной головке, снабженной управляемым соп­лом, установлено существование области оптимальных давлений воздуха и толщин облицовки. Исследования проводили со смесью кварцевого песка К016Б, ГОСТ 2138—74, плакирован­ного новолачной фенолформальдегидной смолой при содержании последней 2%. Качество облицовки оценивали по ее массе, отне­сенной ко всему объему полости, в которую смесь вдували. Все опыты проводили при температурах модели и кокиля 470 К – Как видно из рис. 147, повышение избыточного давления воздуха в головке от 0,2 до 0,6 МПа повышает плотность облицовки, если X06 не более 4—5 мм; при большей толщине облицовки повыше­ние давленияТмалоэффективно. ^

Большое влияние на плотность облицовки оказывает система ринтиляции полости, заполняемой смесью. Для вывода воздуха из полости в кокиле выполняют вентиляционные каналы. Каналы представляют собой, преимущественно, щели (размеры по ГОСТ 16250—70), расположенные вокруг рабочего гнезда в по­верхности разъема кокиля. Щелевые каналы объединяют в вен­тиляционные коллекторы (см. рис. 146). Конструкция и размеры последних регламентированы ГОСТ 19508—74. Если щели нельзя вывести к краю кокиля, то их подводят к специальному сквоз­ному отверстию в кокиле. Для вентилирования глубоких поло­стей применяют вентиляционные пробки. Размеры отверстий для пробок установлены ГОСТ 16250—70, а конструкция и размеры пробок — ГОСТ 16251—70 и ГОСТ 16252—70.

Операция отверждения смеси является важной как с точки зрения качества формы, так и производительности оборудования для нанесения облицовки. Отверждение смеси на фенолформаль – дегидном связующем новолачного типа имеет сложную физико – химическую природу. Этот процесс зависит от теплообмена в си­стеме модель — облицовка — кокиль, скорости сшивки линей­ных молекул смоляного связующего в пространственные струк­туры и газообразной среды, в которой происходит структуриро­вание.

На рис. 148 приведены экспериментальные данные продолжи­тельности отвердевания песчано-смоляных облицовок в зависимости от температур модели (цифры у кривых) и кокиля.

Термический цикл облицованного кокиля. Из природы коки­лей, облицованных термотвердеющими смесями, вытекает необ­ходимость определенной организации их термического цикла. За­дача эта более сложная, чем при литье в обычные кокили (при­ходится учитывать не только условия формирования отливки, но и особые условия формирования облицовки). Термический цикл должен быть организован таким образом, чтобы обеспечить за­данную начальную температуру кокиля перед заливкой металла

300 350 TK

12

* об, w

Рис. 147. Влияние давления воздуха в песко – Рис. 148. Экспериментальный график дувной головке и толщины облицовки на ее для определения продолжительности плотность твердения облицовки на фенолформаль-

Дегидном связующем

IA

0

Р, г/см^_______________

LK

D о

350

Oo о

300

1000

500

О

1500 2000 t, C

Рис. 149. Термический цикл облицованного кокиля (линии — расчет по формулам ра­боты [140]; точки — экспериментальные данные)

И установкой на модель. Этапы термического цикла определяются технологическими факторами (формированием облицовки и от­ливки, охлаждением или нагревом кокиля до температуры, за­данной по условиям формирования облицовки), возможностью осуществления машинных (например, транспортных) операций и организационными факторами (установка стержней в форму и т. д).

Расчет термического цикла облицованного кокиля начинается с определения термических параметров центральных операций — формирования облицовки и отливки. Затем находят изменение температуры кокиля на этапах сборки формы, ожидания заливки и подготовки к нанесению облицовки. Соответствующие расчет­ные формулы и приведены в работе [140].

На рис. 149 в качестве примера показан термический цикл стального кокиля массой 240 кг. Металлоемкость формы 15,6 кг, материал отливки — чугун. Температура кокиля T2 после нане­сения на него облицовки составляет 435 К (точка а). В течение 300 с (до точки Ь) — охлаждение кокиля при сборке, а затем — при ожидании заливки (до точки с). После заливки температура кокиля повысилась до 488 К (точка с). Затем при разборке формы и очистке ее от остатков облицовки произошло некоторое сниже­ние T2 (точка е). Далее в интервале е/ началось принудительное охлаждение полукокилей: водовоздушной смесью со стороны ра­бочей поверхности и естественным образом по остальным поверх­ностям. За этот период температура на рабочей поверхности по­низилась до 433 К, а на тыльной — до 471 К. Последующее охла­ждение осуществлялось в естественных условиях.

Очистка кокиля от остатков песчано-смоляной облицовки. Про­чистка вдувных отверстий осуществляется штырями-толкателями. Для уменьшения усилия выталкивания отверстия делают с укло­ном 2—5° (см. рис. 146). Аналогичный результат достигается,

Б-6

Рнс. 150. Конструкции пробок во вдувных отверстиях кокиля: а — полая пробка; б — укороченная пробка с помощью промежуточной плиты; в —

Оребренная пробка

Если смесь, затвердевшая во вдувном отверстии, или «пробка», имеет внутри пустоту (рис. 150, а) и если часть отверстия оформ­ляется промежуточной плитой (рис. 150, б) (А. с. № 388836 и 373086). Дополнительное снижение усилия прочистки дает окра­шивание отверстий раствором CKT в уайт-спирите, а также вод­ной суспензией талька, мела, маршалита и известняка.

Отработанная облицовка частично удаляется при прочистке вдувных отверстий. Поэтому рекомендуется располагать эти от­верстия в зонах выступающих и углубленных частей кокиля, преимущественно не соприкасающихся с металлом (например, на знаковых частях стержней). Если во вдувном отверстии допол­нительно выполнить пазы (А. с. № 395168), то можно при вытал­кивании пробки удалить значительную часть облицовки (рис. 150, в).

Для очистки фигурной полости кокиля в условиях комплексно – механизированных и автоматических линий применяют дробе – метный способ или обдув сжатым воздухом. Для первого способа требуются сложные установки. При обдуве сжатым воздухом воз­никает необходимость скалывания ленточки смыкания механиче­ским путем. Для этого применяют механическое устройство. Опыт

Иия пленки к поверхности модели; 5 — кокиль; 6 — отверстие с заглушкой для подачи зернистого формовочного материала; 7 — труба для вакуумироваиия полости обли­цовки

Очистки кокилей сжатым воздухом показал, что качество очистки повышается при импульсной подаче воздуха.

Особая разновидность облицовочного кокиля. В 1971 г. в Япо­нии предложен принципиально новый способ изготовления форм: на модель наносится пленочный легкодеформируемый материал, устанавливается опока, пространство между пленкой и опокой заполняется сыпучим формовочным материалом, в поровом про­странстве зернистого наполнителя создается вакуум и, наконец, модель извлекается из формы. Ясно, что плотная упаковка пес­чинок и конфигурация рабочего гнезда формы сохраняются вслед­ствие разности давлений вне и внутри порового пространства сы­пучего формовочного материала. Описанный способ изготовления форм получил название V-процесса. Если толщина песчаного слоя мала и опока имеет дно, конфигурация которого отображает контур модели, то получаемая при этом литейная форма представляет собой, по существу, облицованный кокиль (рис. 151).

2. ЛИТЬЕ ЧУГУНА

Закономерности формирования структуры. Свойства чугуна определяются главным образом его микроструктурой. К числу определяющих факторов структурообразования относятся усло­вия затвердевания и охлаждения затвердевшей отливки. Охлажде­ние отливки в высокотемпературной области регламентирует пер­вичную кристаллизацию, а охлаждение в низкотемпературной — перекристаллизацию. Из этого следует, что особенности форми­рования микроструктуры чугунной отливки в облицованном ко­киле проявляются в той мере, в какой изменяются условия ее затвердевания и последующего охлаждения. При XsIX1 < 1 влия­ние кокиля проявляется- в течение всего периода пребывания

А — средние значения по серии плавок; б — средние значения по одной плавке; кри­вые 1—5 — толщина облицовки соответственно 10, 8, 6, 4 и 2 мм

Отливки в форме. Чугунная отливка затвердевает в двухслойной форме так же, как и в обычной песчаной, если X3IX1 > 2 [20]. Ясно, что при толщинах облицовки, соизмеримых с X1, захола – живающее влияние кокиля проявляется в основном в низкотем­пературной области формирования микроструктуры отливки. Об­ратимся к экспериментальным данным.

В статье [183] приведены результаты обширных исследований влияния толщины облицовки на кристаллизацию серого чугуна. Опыты проводили при заливке пластин размером 150 X 150 мм толщиной 9 и 19 мм. Облицовку из смеси на фенолформальдегид – ном связующем варьировали по толщине в пределах 2—10 мм через каждые 2 мм. Толщина стенки кокиля составляла 80 мм. В опытах выдерживали постоянный состав шихты и режимы плавки и заливки: 10 кг металла быстро расплавляли в индук­ционной печи, перегревали до 1670° К и заливали при 1620 К- Состав чугуна был близок к эвтектическому: 3,7—3,8% С, 1,77— 1,8% Si, 0,66—0,72% Mn, 0,095—0,1% Р, 0,024 — 0,029% S. От­ливки удаляли из формы после эвтектоидного превращения.

А)

W а i г j 4 5 о г 4 .6 в т

6)

Рис. 152. Изменения длины пластинок графита по толщине стеики чугунной отливки при различной толщине облицовки:

О Z Ч 6 д

Результаты исследований представлены на рис. 152 и 153. Длина пластинок графита возрастает с удалением от поверхности отливки, затем переходит в область постоянных значений. По­следнее обстоятельство проявилось наиболее четко при 2Хх = — 19 мм (рис. 152, а). Опыты с металлом одной плавки и, следо­вательно, при одинаковых условиях зародышеобразования по­казали, что переход длины пластинок графита в область постоян­ных значений сдвигается вглубь от поверхности отливки по мере увеличения толщины облицовки X06 (рис. 152, б). Твердость от­ливок повышается с уменьшением Xo6 и 2Хх (рис. 153). Характер распределения твердости по сечению отливки аналогичен изме-

Рис. 153. Изменение твердости по толщине IX1 = 19 мм (а) и IX1 = 9 мм (ff) стенки плоских отлнвок из серого чугуна при различной толщине облицовки.

Обозначения кривых те же, что и иа рис. J 52

Нению длины графитовых включений: в поверхностных слоях твердость падает, а в остальной части сечения имеет постоянное значение.

Приведенные экспериментальные данные вполне объясняются особенностями затвердевания и охлаждения отливок. Начальные участки кривых на рис. 152 соответствуют тому этапу формиро­вания структуры, когда условия затвердевания отливки опре­деляются неметаллическим слоем формы. После того, как в обли­цовке устанавливается почти линейное температурное поле, ее роль сводится к постоянному термическому сопроитвлению между отливкой и кокилем. Это обстоятельство в сочетании с массивным кокилем (XJX1 > 1) обеспечивает постоянство скорости затверде­вания, чем и можно объяснить горизонтальные участки кривых на рис. 152. Вывод о постоянстве скорости затвердевания при указанных выше условиях непосредственно следует из анализа формул (23). Ясно, что в данном случае речь идет о постоянстве во времени; с увеличением X06 скорость снижается. Из рис. 152, б видно, что переход к режиму затвердевания с постоянной ско­ростью осуществляется тем позже (или, что то же самое, тем дальше от поверхности отливки), чем больше X06.

Анализ показывает, что, если затвердевание отливки в кокиле протекало с постоянной скоростью, то и эвтектоидное превращение имеет практически постоянную скорость. С этим связана одина­ковая перлитная основа по всей толщине стенки отливки в описан­ных выше опытах. Этим же объясняются горизонтальные участки кривых на рис. 153. Повышение твердости в поверхностных слоях пластин связано с наличием в них более мелких включений гра­фита: твердость чугуна является интегральной характеристикой, зависящей как от твердости металлической основы, так и от гра­фитовых включений.

Рис. 154. Зависимость толщины стенки отливки из серого чугуна (3,45% С, 1,75 —1,8%Si, 0,8—0,9% Mn, 0,3% P и 0,1 % S) от толщины песчано-смоляной облицовки прн ус­ловии получения твердости HB 220 — 230

На рис. 154 показана зависимость тол­щины стенки чугунной отливки от X06 при условии получения твердости HB в пределах 220—230 [167]. Опыты про­водили при X2 = 7,0 мм; чугун имел состав, %: 3,45 С; 1,75—1,8 Si; 0,8— 0,9 Mn; 0,3 Р; 0,1 S. Металл заливали при 1618—1633 К. Замечено, что повышение^ начальной|темпе – ратуры формы на 100 град, снижает твердость HB на 10 ед. Эти данные дополняют рассмотренные выше: влияние X06 на твердость и, следовательно, микроструктуру чугуна проявляется и при использовании тонкостенного кокиля.

Приведенные данные свидетельствуют о достаточно широких возможностях управления структурообразованием при литье чу­гуна в облицованный кокиль, а также о том, что эти возможности согласуются с особенностями процесса теплообмена в системе отливка — облицованный кокиль. Примером рационального ис­пользования возможностей облицованных кокилей могут слу­жить разработанные в НИИСЛе промышленные процессы полу­чения высококачественных чугунных отливок. Некоторые из этих процессов рассматриваются ниже. Их термические параметры рассчитывали по формулам гл. II, при этом учитывали положе­ния глав III—VI и параграфа 1 настоящей главы.

Распределительный вал двигателя автомобиля «Москвич-412» изготовляют из низколегированного серого чугуна; масса отливки 3,7 кг. К этой детали предъявляются особые требования; отбел на носиках кулачков и эксцентрика — глубиной не менее 1,5— 3,0 мм при твердости HRC не менее 49, твердость HB сердцевины в радиусе 6 мм — не более 269, точность размеров — не ниже II класса по ГОСТ 1855—55.

Технология получения распределительного вала в облицован­ном кокиле — яркая иллюстрация больших возможностей такой формы для получения отливок с дифференцированной структурой. В рассматриваемом случае поверхность кокиля, которая оформ­ляет отбеленные участки отливки, не облицовывается; в осталь­ной части рабочее гнездо формы имеет покрытие толщиной 3—5 мм (в зависимости от сечения соответствующего элемента отливки) и толщиной 8 мм на питающих отливку бобышках.

Анализ микроструктуры отбеленных участков кулачка пока­зал, что первичный цементит имеет столбчатую ориентацию, что обеспечивает, как известно, наиболее высокую износостойкость детали. По мере удаления от рабочей поверхности отливки ориен­тация цементита нарушается и увеличивается количество перлита. В «затылочной» части структура кулачка содержит до 3% цемен­тита.

На рис. 155 представлены кривые изменения температуры эле­ментов отливки распределительного вала двигателя автомобиля «Москвич-412». Характер взаимного расположения температур­ных кривых показывает, что выбор различной толщины обли­цовки (3 мм —- на утолщенной части 0 52 мм и 5 мм на цилиндри­ческой части 0 25 мм) не обеспечивает в данном случае направлен­ное затвердевание (питающие бобышки расположены по торцам, а утолщение 0 52 мм — посредине отливки). Объясняется это сильным захолаживающим действием необлицованной части ко­киля. В соответствии с указанным характером температуры от­ливки изменяется твердость по оси детали: локальное увеличение твердости закономерно связано с местоположением кулачков и эксцентрика.

Рассмотренный пример чрезвычайно показателен: особые тре­бования к микроструктуре оказались в противоречии с оптималь­ными условиями питания отливки, т. е. с требованиями к макро­структуре. Какому из этих требований следует отдать предпочте­ние, — зависит от конкретных условий: назначения детали, склон­ности к усадке, особенности кристаллизации и Др.

100 ZOO 500 400 500 600 700 BOO 900 1000 1100 №0 t, c

Рис. 155. Температурные кривые распределительного вала двигателя автомобиля «Мое» квич-412» ; литье в облицованные кокили:

1—4 — термопары, установленные в отливке; 5 — термопара на поверхности кокнля

Т, к.

UOO 1J00 1100 1100 1000 900 800 700 500 500 400

°0

Коленчатый вал дизельного двигателя СМД-14 отливают из высокопрочного чугуна; масса отливки 62 кг. Применяемый при этом облицованный кокиль представляет собой двухместную форму массой 1900 кг. Ее металлоемкость равна 180 кг»

К отливкам коленчатых валов предъявляются очень жесткие требования по макро – и микроструктуре. В частности, никакие дефекты усадочного происхождения не допускаются. Поэтому важным моментом рассматриваемой технологии является направ­ленность затвердевания. Решение этой задачи сопряжено с боль­шими трудностями: вал имеет неблагоприятное сочетание кон­структивных элементов. Достаточно отметить, что приведенные толщины опорной шейки, шатунной шейки и щеки вала равны 24; 21,5 и 12,5 мм соответственно (без учета центральных отвер­стий в шейках). Направленность затвердевания была обеспечена выбором места установки прибылей и различной толщиной обли­цовки: на шейках — 3—4, на щеках — 5—6 и на прибыли 8— 12 мм. Здесь уместно отметить, что задача обеспечения плотной отливки при литье в одноместную оболочковую форму (старая технология) решалась увеличением массы прибыли. Таким образом, процесс литья в облицованный кокиль позволил сократить рас­ход металла на литниково-питающую систему примерно в 2 раза.

На рис. 156 приведены результаты экспериментальных иссле­дований тепловых режимов литья коленчатых валов двигателя СМД-14. Там же показаны места установки термопар. Термопара 9 находилась в оболочковой форме на расстоянии 5 мм от поверх­ности отливки, а термопары 8 и 9 располагались в кокиле на обеих его поверхностях. Как видно на рис. 156, по мере удале­ния от прибыли к хвостовику и к середине вала температурные кривые располагаются все ниже, что свидетельствует о направлен­ности теплоотвода (кривые 3—2—1 и 3—4—5—6—7). Перепад температур по длине вала, который охлаждается в кокиле, за­метно больше, чем в оболочковой форме. Все эти факты подтвер­ждают более благоприятные условия питания отливки в кокиле. Кривые наглядно показывают возможности облицованного ко­киля в части сокращения продолжительности формирования от­ливки. Так, в оболочковой форме температура 1170 К наступает на 1920 с, а в облицованном кокиле — на 600 с. Анализ темпера­турных кривых показывает также, что в облицованном кокиле процессы первичной кристаллизации и перекристаллизации про­исходят с заметно большими скоростями.

Высокие механические свойства рассматриваемых отливок (ав > 700 МПа (70 кгс/мм2), б > 3%, ан > 0,2 МДж/м2 (2 кгс X X м/см2) обеспечиваются термической обработкой — двойной нор­мализацией или изотермической закалкой. Поэтому в рассматри­ваемой технологии важнейшей является задача обеспечения за­данной макроструктуры. Требования к микроструктуре в литом состоянии отступают на второй план, исключение относится к форме графита и количеству структурно-свободного цементита. При указанных выше толщинах облицовки в чугуне (3,2—3,6% С; 2,4—3,2% Si; 0,6—0,8% Mn; до 0,007% S; до 0,1% Р; до 0,1% Cr;

11 П/р А. И. Вейннка

Рис. 156. Температурные кривые при охлаждении коленчатого вала двигателя СМД-14 в оболочковой форме (а) и в облицованном кокиле (б)

Ф

0,045—0,090% Mg), модифицированном магнием в автоклаве, структура отливки во всех сечениях содержит шаровидные вклю­чения графита, соответствующие 1—2 баллам по ГОСТ 3443—77.

В последние годы в промышленных масштабах освоено произ­водство в облицованных кокилях следующих чугунных отливок:

Ф

Корпус редуктора массой 64 кг, крышка корпуса редуктора мас­сой 36 кг, гильза цилиндра тепловозного двигателя массой 160 кг, станина электродвигателя массой 18,5 кг и др.

3. ЛИТЬЕ СТАЛИ

Первые в нашей стране успешные работы по получению сталь­ных фасонных отливок в облицованных кокилях были проведены в НИИСЛе. Основывались они на использовании облицовок из сыпучих песчано-смоляных смесей. Практическое применение нашли также керамические облицовки и покрытия из жидких са­мотвердеющих составов.

При изготовлении отливок из сплавов с повышенной усад­кой, в частности из стали, облицованный кокиль облегчает реше­ние таких практически важных задач, как уменьшение технологи­ческих напусков и прибылей и снижение термических напряже­ний. Все они являются, по существу, частными случаями более общей задачи — получения отливки с заданной макроструктурой. Ее решение при литье стали облегчается тем обстоятельством, что к стальным отливкам не предъявляются обычно специальные тре­бования по микроструктуре. Последняя обеспечивается терми­ческой обработкой. Ниже приводятся примеры решения ука­занных задач.

Рис. 157. Стальная букса железнодорожного вагона и облицованный кокиль 11*

I

Буксу железнодорожного вагона изготовляют из стали 25Л; масса детали — 46,4 кг. Опробованная технология литья в обли­цованный кокиль заключается в следующем. Форма двухместная, габаритные размеры 1300 X 700 X 250/250 мм, разъем (по за­ливке) вертикальный (рис. 157). Кокиль толстостенный, X2 = = 70 мм. Внутренняя поверхность отливки оформляется песча­ным стержнем. Направленность затвердевания металла в облицо­ванном кокиле обеспечивается переменной толщиной облицовки, изменяющейся от 8—10 мм у прибыли до 4—б мм в нижней по заливке части, и верхним расположением питателя. Задача пита­ния отливки при литье в песчаную форму (старая технология) решается в основном за счет технологического напуска по вну­треннему отверстию детали. При этом масса отливки составляет 74 кг против 60 кг при литье в облицованные кокили. Основные моменты новой технологии поясняются рис. 157.

Ведущее колесо трактора изготовляют из стали 40Л. Масса детали 104 кг. Опытные работы по литью колеса в облицованном кокиле показали следующее. Масса отливки 116,7 кг (при литье в песчаную форму 123 кг). Металл к отливке необходимо под­водить через три питателя и заливать при 1540—1560° С в тече­ние 25—35 с.

Рассматриваемая отливка в центральной части имеет стенку толщиной. 33 мм, а в периферийной — стенку толщиной 15 мм. Конструкция колеса и характер его механической обработки одно­значно определяют место расположения прибыли — над утол­щенной частью. В этом случае при одинаковых условиях тепло­отвода от всех элементов отливки возникают значительные тем­пературные напряжения, приводящие к радиальным трещинам в утолщенном элементе колеса. Путем локального утолщения облицовки в отношении 3 : 1 против стенки 2Хг — 15 мм и рас­средоточения питания термические трещины удалось избежать. При этом процесс затвердевания сохранял направленный харак­тер, что подтверждается экспериментальными температурными кривыми.

Отливки из высоколегированной стали. Большой интерес пред­ставляет опыт получения в облицованных кокилях отливок слож­ной конфигурации из высоколегированных сталей. При отработке технологии применяли облицовки из керамического состава на этилсиликатном связующем и из песчано-смоляной смеси. Пред­почтение было отдано последней при использовании в качестве минерального наполнителя смеси цирконового концентрата. От­ливки в данном случае имеют поверхность, мало уступающую той, которая получается при литье в объемные керамические формы (Шоу-процесс).

Приведенные выше примеры литья стали в облицованные ко­кили представляют собой часть разработок НИИСЛ. Однако и они наглядно иллюстрируют эффективность использования ко­килей, облицованных песчано-смоляными смесями, для получе­ния сложных фасонных отливок из углеродистых и высоколе­гированных сталей.

В связи с использованием в покрытии фенолформальдегидного связующего необходимо отметить, что при литье в облицованные кокили стальные детали не имеют тех специфических дефектов поверхности, которые возникают при литье в оболочковые формы. Как известно, дефекты в виде поверхностных раковин связаны с присутствием в оболочковой форме смоляного связующего. Отсутствие специфических дефектов поверхности стальных отливок находит свое объяснение в свете особенности механизма затвердевания отливки при поверхностном науглероживании

Другие примеры. Как указывалось, при производстве стальных отливок промышленное применение нашли кокили с керамиче­ской облицовкой и облицовкой из ЖСС. Изучалась возможность получения корпусных стальных отливок массой до 10 ООО кг в тон­костенных кокилях (X2 = 5 мм) с керамической облицовкой (X06 = Ю-г-25 мм) (М. И. Рощин, Е. А. Чернышев и др.). Техно­логия получения такой формы заключается в следующем. Кера­мическую суспензию изготовляют из гидролизованного этилси – ликата 40 и сухого наполнителя, который состоит из маршалита и кварцевого песка в отношении 3 : 1. В качестве гелеобразователя используют 15%-ный раствор NaOH. Керамическую массу за­ливают в зазор между моделью и кокилем. После ее схватывания модель удаляют. Затем форму поджигают для удаления летучих и прокаливают газовыми горелками. Сталь заливают при 1850 К – После заливки кокиль, кроме прибыльной части, охлаждают водо – воздушной смесью.

Авторы исследования на основе опыта получения отливки со стенками толщиной 150—170 мм отмечают, что использование тонкостенных облицованных кокилей с интенсивным охлажде­нием позволяет получать более плотные отливки по сравнению с объемными формами. Механические свойства повышаются в среднем на 15%. При этом повышается также однородность свойств по высоте и сечению отливки.

Тонкостенные водоохлаждаемые кокили опробовали также с облицовкой из ЖСС [10]. В результате этих работ рекоменду­ются кокили, изготовленные с помощью электросварки из листо­вой стали толщиной 1,5—2,5 мм. Конфигурация кокилей при­ближенно соответствует отливке. Управление процессом охла­ждения стальной отливки в тонкостенном кокиле осуществляется так же, как и в толстостенном, — дифференцированным выбором толщины облицовки. Подчеркивается, что эта технология при­менима в основном при мелкосерийном производстве.

Толстостенные кокили с облицовкой из ЖСС применены для получений крупных стальных отливок — бандажей катков раз­малывающих бегунов массой 7000 кг из стали 35ГЛ и 110Г13Л [81]. Структура отливок, полученных в таких формах, состоит из равноосных кристаллов. Эксплуатационная проверка бандажей показала их высокую эксплуатационную надежность.

Облицованный кокиль опробован для получения еще более сложной отливки из высокомарганцовистой стали — сердечника стрелочного перевода (Н. А. Воронова, Л. А. Логвинов). Толщина облицовки составляет 20—30 мм и утоняется в тех местах, где необходима увеличенная скорость охлаждения отливки. Покры­тие наносится методом выжимания моделью состава, налитого в кокиль. Форму окрашивают и подсушивают при 470—520 К в течение 2 ч.

Сравнительное исследование металла в рабочей зоне сердеч­ников показало: в случае литья в кокиль плотность его повы­шается в среднем на 9 кг/м3 (с 7785 до 7794 кг/м3), что объясняется увеличенной скоростью теплоотвода. Такое увеличение плот­ности повышает износостойкость стали 110Г13Л на 27%.

В заключение необходимо отметить, что с применением обли­цовки разрешается проблема использования кокилей для полу­чения сложных фасонных отливок из стали: отпадают трудности, связанные с неподатливостью формы; повышается стойкость формы.

4. ЛИТЬЕ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

Литье цветных сплавов в облицованные кокили пока не полу­чило широкого развития. Однако имеющийся практический опыт свидетельствует о больших перспективах данного способа полу­чения высококачественных отливок.

В работе [116] исследовалась возможность применения обли­цованного кокиля для лит;.я бронзы Бр. ОЦ 10-2. Облицовку на кокиль наносили из жидкой самотвердеющей смеси. Гидроплот­ность исследовали на литых пробах — втулках с наружным диа­метром 145 и внутренним 133 мм при высоте 100 мм. Внутренняя поверхность втулки оформлялась песчаным стержнем.

Установлено, что гидроплотность наиболее сильно зависит от толщины облицовки. Поэтому для исследований влияния X06 на механические свойства ав, сгТ, 8 и плотность P1 материала отливки толщина кокиля была принята постоянной и равной уд­военной толщине стенки отливки. Резкое снижение механиче­ских свойств и плотности при X06 = 3 мм авторы объясняют пере­ходом от столбчатой к равноосной структуре, а некоторое по­вышение этих показателей при X06 = 12 мм — распределением пор по всему сечению стенки отливки.

Результаты приведенных исследований были использованы при разработке технологии получения из Бр. ОЦ 10-2 отливок арма­туры высокого давления: патрубка массой 180 кг и колена мас­сой 300 кг. Толщину облицовки устанавливали так, чтобы обес­печить направленное затвердевание отливки; минимальная тол­щина составляла 5 мм и постепенно увеличивалась до 12 мм к ос­нованию прибыли. Металл в форму заливали при 1470—1490 К-

С помощью облицованных кокилей ликвидирован брак по гидроплотности отливок из алюминиевой бронзы Бр. АМц 9-2 (при литье в песчаные формы брак составлял 20%) [37]. На ко­кили наносится керамическое покрытие толщиной 10 мм; тол­щина облицовки кокилей и литниковой системы равна двум при­веденным толщинам оформляемого элемента. Толщина стенки кокиля составляет 20 мм. Результаты промышленного опробова­ния данной технологии показали, что трудоемкость формовки со­кращается на 50—60% и расход металла снижается на 20%; уменьшаются припуски на механическую обработку с 10 до 1 — 1,5 мм, что позволило снизить массу комплекта отливок с 20 до 12 кг.

Раздел четвертый МЕХАНИЗАЦИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВОВ

В машиностроении медные сплавы — латуни и бронзы — полу­чили широкое распространение. Литые латуни — многокомпонент­ные сплавы, в состав которых, кроме меди и цинка, входят один или несколько легирующих элементов: алюминий, никель, же­лезо, кремний, марганец, олово, свинец. Легирующие элементы придают латуням специальные свойства или улучшают ординар­ные (прочность, литейные свойства и пр.).

Структура латуни обычно состоит из а-твердого раствора цинка в меди; при наличии в ней более 30% Zn в структуре содержится кроме а-твердого раствора и p-твердый раствор, основой кото­рого является химическое соединение CuZn. Увеличение содержа­ния цинка приводит к увеличению в структуре сплава твердого раствора |3, к повышению прочности и к снижению пластичности. Количество p-раствора увеличивается и при повышении скорости затвердевания отливки.

Латуни отличаются небольшим интервалом кристаллизации, что обусловливает их хорошую жидкотекучесть. Вместе с тем они имеют большую усадку: 1,6—2,5%, в зависимости от их химиче­ского состава (минимальная усадка у марганцовистых латуней, максимальная — у алюминиевых). Обычно латуни имеют малую склонность к образованию усадочной пористости, исключение составляют алюминиевые. Присутствие в латунях кремния уве­личивает растворимость водорода и ухудшает качество отливок [109].

В качестве основных компонентов бронзы могут быть олово (оловянные бронзы) и алюминий (алюминиевые бронзы). Кроме этого, применяют марганцевые, кремнистые, бериллиевые, свинцо­вые, сурьмянистые и другие бронзы. Свойства каждого из спла­вов определяются в основном количеством основного легирую­щего элемента. Зависимость механических свойств оловянной бронзы от содержания олова, показана на рис. 141.

Оловянные бронзы имеют усадку в пределах 1,4—1,6% и от­носительно высокую жидкотекучесть. Жидкотекучесть пони­жается с повышением содержания олова; присутствие цинка, свинца, никеля увеличивает ее значение. Так, бронза Бр. ОЦ 10-2 имеет жидкотекучесть, равную 21 см, а бронза Бр. ОЦС 3-12-5 — 60 см. Вместе с тем оловянные бронзы, ввиду большого интервала кристаллизации, имеют повышенную склонность к образованию усадочной пористости. Увеличение скорости затвердевания отли­вок из оловянных бронз повышает их герметичность.

Свинцовые бронзы подвержены сильной ликвации вследствие особенностей кристаллизации, которая происходит в несколько

Рис. 141. Зависимость механических свойств оловянной броизы от содержания олова

Стадий и сопровождается расслое­нием расплава на два жидких слоя (монотектический процесс). Умень­шить и даже устранить ликвацию можно ускоренным затвердева­нием отливки.

Алюминиевые бронзы дают плотные отливки (ввиду малого интервала кристаллизации), но имеют большую усадку и повышен­ную окйсляемость в жидком состоянии, что объясняется большим сродством алюминия к кислороду.

Отливки из кремнистых бронз так же, как из кремнистых ла – туней, легко поражаются газовой пористостью, причиной этого является кремний. Увеличение количества свинца в кремнистых бронзах способствует получению более плотных отливок, но ухуд­шает их механические свойства.

В последнее время все более широкое распространение в элек­тромашиностроении получают фасонные отливки из практически чистой меди с весьма малым количеством легирующих элементов (до 1,0%), повышающих ее прочность и улучшающих литейные свойства. Чистая медь, имея высокую электропроводность, от­личается низкой прочностью и плохими литейными свойствами — низкой жидкотекучестью, значительной усадкой (1,8—2,0%), что способствует образованию трещин, усадочных раковин и пор в от­ливках. Кроме того, жидкая медь способна растворять большое количество газов, выделение которых при затвердевании вызывает образование газовых’раковин. и’пористости. Окислы меди, раство­ряясь в расплаве, обогащают его’кислородом, снижают электропро­водность и ухудшают и литейные, и механические свойства металла.

Электропроводность меди снижается также при вводе неко­торых элементов. Это необходимо учитывать при выборе легирую­щей добавки для улучшения механических и литейных свойств. Такими элементами, например, являются кадмий и хром. В сплаве меди с 0,6—1,0% Cd сохраняется 05% электропроводности и по­вышается прочность до 710 МПа (71 кгс/мм2). Ввод хрома до 0,5— 0,7% снижает электропроводность на 20%, но значительно по­вышает прочность и жаропрочность. Однако эти присадки не устраняют повышенной склонности меди к образованию горячих трещин.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА И КАЧЕСТВО ОТЛИВОК

Литье в кокиль медных сплавов обеспечивает повышение свойств металла, что объясняется особенностями затвердевания, кристаллизации и питания отливки в условиях ускоренного за­твердевания (гл. II—IV). Так, например, бронза Бр. АЖ9-4 при литье в песчаные формы имеет ов = 400 МПа (40 кге/мм2) и б = = 10%, а при литье в кокиль — 500 МПа (50 кгс/мм2) и 12% соот­ветственно.

О повышении механических свойств оловянной бронзы при увеличении скорости затвердевания говорилось в гл. III (см. рис. 15 и 16) при обсуждении вопроса о комплексном параметре процесса кристаллизации.

Отливки из бронз со свинцом (Бр. ОЦС 4-4-17, Бр. АЖС 7-1,5-1,5 и др.) при замене песчаных форм кокилями значительно повы­шают антифрикционные свойства и износостойкость, что связано с резким измельчением включений свинца.

Некоторые медные сплавы (например, оловянные бронзы) при литье в кокиль настолько повышают свои свойства, что ока­зывается возможным заметно уменьшать в них дефицитные добавки.

Благотворно действует на структуру и свойства сплавов Cu— Sn—Ni повышение скорости затвердевания с одновременной до­бавкой алюминия: в этом случае свойства сплава в литом состоя­нии приближаются к свойствам термически обработанного, от­литого в обычных условиях (без алюминия и в песчаных формах).

О преимуществах литья в кокиль свидетельствует, в частности, тот факт, что латунные отливки могут устойчиво выдерживать дав­ление свыше 30 кгс/см2 только тогда, когда они отлиты в кокиле. Только при литье в кокиль можно обеспечить достаточную плот­ность отливок из оловянных бронз.

Уменьшение и полное устранение брака по газовым раковинам в отливках из кремнистой латуни возможно только при замене песчаных форм кокилями. Литье в кокиль не только позволяет снизить расход металла на заготовку, но и уменьшить толщины стенок готовых деталей (из-за более высоких свойств).

Таким образом, литье в кокиль сплавов на медной основе имеет явные преимущества перед литьем в разовые формы и целе­сообразность его применения очевидна. Однако необходимо по­мнить о некоторых особенностях этого процесса. Особенности литья в кокиль меди и ее сплавов обусловлены прежде всего низ­кой их трещиноустойчивостью. Для преодоления этого недостатка необходимы такие меры, как раскисление, модифицирование и ра­финирование. Из-за трещин сложные тонкостенные латунные от­ливки весьма трудно получать в кокилях, однако тщательная обработка сплава фтористым натрием позволяет решать эту про­блему [161].

Присадка легирующих элементов в сплавы меди с целью по­вышения служебных свойств часто вызывает одновременно сниже­ние их трещиноустойчивости. Так как при литье в кокиль слу­жебные свойства медных сплавов повышаются представляется воз-

Можность применять легирующие в меньших дозах и тем самым повышать трещиноустойчивость.

Для устранения ликвации в отливках из свинцовой бронзы, предупреждения пористости в отливках из латуни и оловянной бронзы необходимо применять процессы литья, обеспечивающие повышенную скорость затвердевания. Это достигается исключе­нием песчаных стержней и вставок, охлаждением кокилей водой, применением высокотеплопроводных материалов для кокилей. Один из примеров литья бронзы с применением металлического стержня описан в работе [15]. На рис. 142, а представлен эскиз гребенчатой втулки из латуни JIK 80-3JI с толщиной стенок до 5 мм. Получают ее в двухразъемном кокиле с центральным метал­лическим стержнем (рис. 142, б). Заливка производится через прибыль высотой 100 мм.

По конструкции стержни могут быть самые различные и, в частности, — водоохлаждаемые. В работе [47] говорится об успешном использовании подобных стержней при литье деталей из оловянных бронз. Внутренние стенки полых стержней охла­ждают водяным душем. При этом обращается внимание на следую­щую особенность: при раннем пуске воды стержень не успевает прогреться, более поздний пуск воды вызывает трещины в от­ливках.

Особенность литья в кокиль медных сплавов состоит также в целесообразности использования специальных способов повыше­ния скорости затвердевания отливок. Так, в работе [44] указы­вается, что литье в обычные кокили не обеспечивало получения здоровых отливок из свинцовистой бронзы с содержанием 9,0— 11,0% Pb. Брак золотников по усадочной пористости и ликвации достигал до 60% . Была опробована технология литья наморажива­нием на водоохлаждаемый кокиль-кристаллизатор. Применение нового способа позволило сократить брак золотников до 3%.

3. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ЛИТЬЯ

Литье втулок. Втулки — наиболее характерные отливки из сплавов меди; они, как правило, представляют собой детали от­ветственного назначения, для которых высокие плотность, износо­стойкость и прочность являются главными требованиями. Рас­смотрим некоторые примеры.

Освоен процесс литья втулок наружного диаметра 320 мм, внутреннего — 160 мм, высотой 1200 мм из бронзы Бр. АЖ 10-3-1,5. Стержни для них изготовляются из цельнотянутых труб толщиной 5—10 мм [78].

Интересный способ литья в кокиль втулок и полувтулок больших диаметров из бронзы Бр. ОЦС 5-5-5 приведен в работе [155]. Диаметр втулок более 400 мм, высота до 1000 мм. Для пре­дупреждения^ усадочной пористости на внутренней поверхности

Втулок применен металлический стержень (рис. 143). Стержень по­лый, состоит из трех или четырех собранных вместе секторов. Поло­сти между секторами засыпают фор­мовочной смесью, а зазоры между секторами заделывают быстросохну­щим составом.

Один из видов податливых стержней показан на рис. 144. Стержень состоит из трех частей: центральной части 3 в виде тра­пеции и двух боковин 4, кото­рые разжимаются разрезными коЛь-

Рис. 143. Эскиз кокиля для литья крупных втулок:

1 — поддон; 2 — формовочная смесь; 3 — стер­жень; 4 — корпус кокиля; 5 — литниковый стержедь

Защитные покрытия, заливка и термическая обработка

A-A

5

Рис. 144. Схема устройства податливого металлического стержня: 1 — плита; 2 — корпус кокиля; 3 — центральная часть стержня; 4 — две боковниы;

5—7 — разрезные кольца; 6 — обойма; 8 — отливка

Цами 5 и 7. Стержень фиксируется внизу в гнезде плиты 1 ко­киля, а вверху — в обойме 6. При затвердевании и усадке от­ливки 8 боковины 4 стержня сжимаются и выталкивают централь­ную часть 3, отчего стержень и делается податливым. На раз­борку и сборку такого стержня затрачивается не более 3 мин.

В отливках типа втулок используют простые литниково-пи- тающие системы, например дождевую, если высота отливки не очень большая. Для более высоких втулок рекомендуется си­фонная литниковая система. При условии I : d > 10 (/ — высота, d — диаметр отливки) вертикальное расположение отливки в ко­киле может быть заменено горизонтальным.

Литье фасонных отливок. Литье в кокиль широко и эффек­тивно используют для изготовления из медных сплавов различ­ных фасонных (в основном арматурных) отливок. При серийности мелких арматурных отливок около 10 ООО шт. их выгоднее изго­товлять в кокилях, чем литьем под давлением. И лишь для серий по 20 ООО отливок более экономичным оказывается литье под дав­лением.

4. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ, ЗАЛИВКА И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

В настоящее время используют различные покрытия кокилей. На Череповецком металлургическом заводе им. 50-летия СССР, например, при литье медных головок кислородных фурм при­меняют покрытие следующего состава, %: 26 лака ПВБ; 26 гид­ролизного спирта, 48 графита. Плотность краски — 1,12— 1,14 г/см3; наносят ее через две заливки и получают отливки с чистой поверхностью [149].

305

Могут быть рекомендованы покрытия кокилей для латуней и бронз, состоящие из органического или водного растворителя — 100%, термореактивной смолы — 2—5% (сверх 100%) и огнеупор­ного порошка (ZxOv MgO, Al3O3, диатомит)—8—15% (сверх 100%),

Поданным работы [117], при литье в кокили деталей из бронз Бр. ОЦС6-6-3, Бр. ОФ 10-1, Бр. AMn 9-2, Бр. АЖ 9-4 применение в качестве защитного покрытия консистентной смазки ЦНИИТМАШ-201 дало хорошие результаты: отливки получались без пор, раковин и свищей. Наносят смазку слоем 0,3—0,8 мм. Расход ее составляет приблизительно 500 г на 1 т отливок. Такое покрытие может быть рекомендовано как для оловянных, так и для безоловянных бронз.

Для отливок из сплава на медной основе применяют различные виды термической обработки: отжиг для снятия напряжений, гомо­генизирующий отжиг для получения однородной структуры и свойств, закалку с последующим отжигом, а также смягчающий от­жиг с целью изменения механических свойств. Отливки, получен­ные в кокилях, в большей мере, чем заливаемые в песчаные формы, нуждаются в выравнивании структуры и снижении напряжений.

Виды и режимы термической обработки для различных спла­вов различны. Для латуней используют гомогенизирующий от­жиг, проводимый по режиму: нагрев до температуры примерно на 50 град, ниже температуры солидуса и выдержка при этой тем­пературе в течение 4—6 ч.

Отжиг латуней для снятия напряжений производится при 530— 570 К с выдержкой 2 ч и последующим медленным охлаждением с печью. Свойства кремнистой латуни можно значительно повы­сить термообработкой, состоящей из нагрева до 1020—1030 К (750—760° С), выдержки при этой температуре 1,0—1,5 ч, охла­ждении с печью до потемнения и дальнейшего охлаждения на воздухе. В этом случае предел прочности при растяжении уве­личивается до 410 МПа (41 кгс/мм2), а относительное удлинение — до 38% против 390 МПа и 17% соответственно до термообработки.

Отливки из оловянной бронзы, которые отличаются резко вы­раженной дендритной структурой, подвергают гомогенизирую­щему отжигу при температуре 920—1020 К Отжиг для снятия напряжений проводят при 470 К в течение 10—20 ч. Кроме того, для этих бронз термическая обработка может быть использована с целью уменьшения пористости. Рекомендуется следующий ре­жим: нагрев до 870—950 К в течение 4—6 ч, выдержка при этой температуре 1—3 ч и дальнейшее охлаждение с печью.

Отливки из алюминиевых и кремнистых бронз, кроме гомоге­низирующего отжига для снятия напряжений, можно подвергать термообработке с целью улучшения механических свойств — за­калке с последующим отжигом. Значительное улучшение меха­нических свойств в результате термической обработки наблюда­ется у бериллиевой бронзы. Чаще всего обработка состоит из на­грева до 1070 К- выдержки в течение нескольких часов для получе­ния однородного твердого раствора и охлаждения в воде; после этого отливки подвергают старению при температуре около §70 К-