Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

Литье по газифицируемым моделям

Страница 2 из 41234

7.2. Оборудование для формовки, заливки, охлаждения и выбивки отливок

Для изготовления литейных форм из сухого кварцевого песка применяются вибрационные столы различной конструкции. Про­стейший вибростол, структурная схема которого представлена на рис. 7.29, включает в себя плиту 1 с двумя электрическими вибра­торами 3 вращающего действия, установленную с помощью пружин 6 на втулках 2 основания 7. На плите 1 предусмотрены ограничители 5 для установки опоки и подкладки 4 из твердой резины для умень­шения шума при работе стола. Вибраторы вращаются в разные сто­роны и установлены так, что результирующая сила приложена к середине линии, соединяющей центры вибраторов, и всегда перпен­дикулярна к ней. На механизированных линиях обычно вместо огра­ничителей используют центрирующие штыри и во избежание отры­ва опоки от опорной поверхности плиты 1 применяют устройства для закрепления опоки во время вибрации, чаще всего гидрозажимы.

Рис. 7.29. Структурная схема вибростола для изготовления формы из песка

На рис. 7.30 представлен опытно-промышленный вариант виб­ростола фирмы «FM INDUSTRIE» (Франция), включающего в себя также опоку-контейнер квадратного сечения жесткой конструкции. Особенностями этого стола являются: верхнее расположение (от­носительно опоки) двух высокочастотных вибраторов; наличие камеры для вакуумирования опоки, расположенной в нижней ее части; применение пневмопружины с регулируемой жесткостью и подвижного дна на опоке для ее освобождения от песка после за­ливки формы металлом и охлаждения отливки.

На рис. 7.31 представлен вибростол с регулируемой частотой вибрации фирмы «GENERAL KINEMATICS» (США) с двумя гори­зонтально расположенными вибраторами; грузоподъемность Ют и мощность 375 кВт.

Рис. 7.30. Опытно-промышленный Рис. 7.31. Вибростол фирмы вибростол с опокой фирмы «GENERAL KINEMATICS»

«FM INDUSTRIE» с двумя вибраторами

На рис. 7.32 представлен вибростол с измененным направлени­ем вибрации с одним вертикально расположенным вибратором с регулируемой по вертикали и горизонтали амплитудой той же фирмы. Общим для конструкции обоих столов являются трехто­чечные опоры для опок, снабженные специальными профильными шумопоглощающими захватами, которые точно позицируют и поддерживают опоку во время уплотнения. Компьютерное управ­ление позволяет выполнить вибрацию по специальной программе для каждой модели. По мере заполнения опок благодаря обратной связи автоматически производится коррекция, учитывающая увели­чение массы, для поддержания требуемых параметров вибрации.

Рис. 7.32. Вибростол с одним вибратором фирмы «GENERAL KINEMATICS»

На рис. 7.33 представлен один из вариантов компоновки формо — вочно-заливочного модуля конструкции ОАО «НИИТАвтопром» для мелкосерийного производства отливок из черных и цветных металлов. Формовочно-заливочный модуль включает в себя вибро­стол 1, бункер для песка 2, опрокидыватель 3, неприводные ролики 4, 5 и две опоки 6. Для отделения отливки от песка предусмотрены вибросито 7, емкости для отливок и песка 8 и 9 соответственно. При изготовлении отливок из черных сплавов в состав модуля входят также система вакуумирования опок, включающая в себя вакуумный насос 10, ресивер-пылеуловитель 11 и трубопровод с устройством для быстрого соединения системы вакуумирования с опоками на позиции заливки. Внутри опоки в этом случае размещается коллек­тор, соединяющий опоку с системой вакуумирования.

Рис. 7.33. Вариант компоновки формовочно-заливочного модуля конструкции ОАО «НИИТАвтопром»

Работа указанного модуля осуществляется следующим образом. Оператор с помощью соответствующих кнопок на пульте управле­ния включает вибраторы и цилиндр подъема вибростола, в резуль­тате чего опока, находящаяся на позиции вибростола под бунке­ром, поднимается над рольгангом. Открывается шиберная заслон­ка, и песок поступает в опоку до образования в ней уплотненной подушки из песка высотой до 50 мм. Затем опока опускается на рольганг и «ручную перемещается от бункера на свободную пози­цию. Здесь оператор устанавливает куст моделей на песчаную по­стель и во избежание опрокидывания куста фиксирует его относи­тельно опоки с помощью специального приспособления. Далее опока перемещается оператором под бункер, вибростол поднимает опоку, и при включенных вибраторах производится засыпка песка и его уплотнение в опоке. После формовки опока перемещается оператором в зону заливки, минуя позицию опрокидывания. Ана­логичным образом после формовки в зоне заливки устанавливает­ся вторая опока. В случае изготовления отливок из черных сплавов опоки соединяются оператором с системой вакуумирования, после чего производится заливка их металлом. После выдержки для осты­вания отливок опоки перемещаются на позицию опрокидывания, где опока освобождается от песка и отливки, и цикл повторяется.

Для увеличения производительности работа может быть орга­низована иначе. После формовки и заливки опоки тельфером сни­маются с рольганга формовочно-заливочного модуля и устанавли­ваются на плацу цеха для остывания отливок. В этом случае может быть задействовано большое количество опок. Производительность при этом увеличивается до 10 съемов в час. Техническая характери­стика формовочно-заливочного модуля приведена в табл. 7.23.

Таблица 7.23

Техническая характеристика формовочно-заливочного модуля

Параметры

Значение параметров

Внутренний диаметр опоки*, мм

700

Высота опоки, мм

800

Количество опок

2 и более

Максимальная металлоемкость формы, кг: чер­

100/44

Ные сплавы/алюминиевые сплавы

Производительность, форм/ч

2-10

Привод — пневмо-, гидроэлектрический

Режим работы — наладочный

Система управления — релейная

Установленная мощность, кВт

30

Количество операторов, чел.

1

Габариты: длина/ширина/высота, мм

8150/4950/4400

Масса, кг

12 000

*Возможен вариант квадратной опоки с размером в плане 700 х 700 мм.

К достоинствам модуля можно отнести простоту конструкции и обслуживания, отсутствие специального фундамента и подвалов.

Аналогичный формовочно-заливочный модуль для опытно- промышленного производства модели PROTOFOAM фирмы «VULCAN» (США) представлен на рис. 7.33.

Особенно сто данного модуля:

• регулируемая дождевального типа система дозирования песка в опоку;

• возможность установки индивидуального шаблона;

• сетка для подачи песка в опоку при переходе от одних моде­лей к другим;

• наличие вибростола с мощными вибраторами;

• контроль за процессом дозирования и уплотнения песка;

• возможность преобразования формовочно-заливочного мо­дуля в формовочную линию.

Интересный вариант формовочно-заливочного модуля для мел­косерийного производства предлагает фирма «GENERAL KINEMATICS» (см. рис. 7.35).

Рис. 7.34. Формовочно-заливочный модуль модели PROTOFOAM фирмы«VULCAN»

Рис. 7.35. Формовочно-заливочный модуль фирмы «GENERAL KINEMATICS»

Расположенные вертикально друг над другом агрегаты для подготовки, хранения и уплотнения песка в опоках существенно экономят площадь и свя­заны между собой гибкими уплотне­ниями, что исключает необходимость вентиляции в этой зоне. Опоки пере­мещаются вручную по замкнутому рольгангу. Компьютеризированная сис­тема управления отслеживает техно­логический процесс путем сравнения действительной работы с запрограм­мированными данными и вносит при необходимости корректировку. Фор — мовочно-заливочный блок может быть по желанию заказчика транспортиро­ван в автоматизированную линию. На рис. 7.36 схематично представлена по­зиция формовки, входящая в состав данного модуля. Она включает в себя вибросито 1, шибер 2, охладитель пес­ка 3, распределительное устройство 4, вибростол 5 и манипулятор 6. Виброси­то расположено сверху на раме уста­новки и обеспечивает заданный грану­лометрический состав песка, удаляя

Нежелательную мелкую фракцию. Шибер с пневмоприводом рас­положен под бункером-накопителем песка и позволяет произво­дить его разгрузку без отключения системы. Ребристый охлади­тель песка измеряет температуру на входе песка и автоматически охлаждает его до заданной температуры. Распределительное уст­ройство регулирует расход и направление засыпаемого песка в опоку, что исключает повреждение моделей и блока в целом при формовке. Манипулятор с пневмоприводом устанавливает и удер­живает модель в опоке при формовке и уплотнении на вибростоле.

Рис. 7.36. Структурная схема позиции формовки формовочно-заливочного модуля фирмы «GENERAL KINEMATICS»

На рис. 7.37 представлена автоматическая линия модели 7171 конструкции ОАО «НИИТАвтопром» для изготовления отливок из алюминиевых сплавов в серийном и массовом производстве. Линия включает в себя два непрерывных рольганга (I и П), из которых один предназначен для формовки и заливки, а другой — для охлаждения

Рис. 7.37. Автоматическая линия для литья алюминиевых сплавов модели 7171, сконструированная ОАО «НИИТАвтопром»: а) общий вид; б) структурная схема

Отливок в форме и выбивки опок. Перемещение опок по рольган­гам осуществляется посредством гидравлических толкателей, а с рольганга на рольганг — тележками с электроприводом в автома­тическом режиме. Кроме того, в состав линии входят следующие агрегаты:

В зоне I:

• магазин модельных блоков, представляющий собой поворот­ное устройство с восемью захватами для модельных блоков;

• простановщик модельных блоков для перемещения модель­ного блока из магазина в опоку и удержания его в опоке при формовке до определенного момента в соответствии с задан­ной программой;

• расходный бункер для песка и расположенный под ним доза­тор с приводом для перемещения его на позицию формовки;

• вибростол с двумя электровибраторами и цилиндром подъема для снятия опоки с рольганга;

• простановщик заливочных чаш, представляющий собой по­воротный механизм, аналогичный магазину модельных бло­ков, но снабженный захватами для заливочных чаш;

В зоне II:

• опрокидыватель опоки с гидроприводом и автономно дейст­вующей относительно него «рукой» для удержания куста от­ливок при высыпании песка из опоки;

• выбивная виброрешетка.

Линия имеет также комплект опок, систему автоматической смаз­ки, пневмо-, гидро — и электрооборудование. По индивидуальному за­казу могут быть поставлены ковшовый дозатор и раздаточная печь, разработанные совместно с фирмой «БелНИИЛит» (г. Минск).

Линия модели 7171 работает следующим образом. При нажатии кнопки «Пуск» в автоматическом режиме толкатель перемещает пустую опоку с электротележки на рольганг, одновременно переме­щая на один шаг все стоящие впереди опоки. На позиции формовки подается команда на опускание модельного блока в опоку, произ­водится перемещение предварительно заполненного песком доза­тора в положение над опокой, а вибростол снимает опоку с роль­ганга и центрирует ее относительно стола. Песок из дозатора по­ступает в опоку при включенных вибраторах вибростола. После заполнения опоки дозатор возвращается в исходное положение под расходный бункер для повторного заполнения песком, а «рука» ма­нипулятора поворачивается для захвата следующего блока. Опока с заформованным модельным блоком перемещается на следующую позицию. На позиции заливки простановщик устанавливает на фор­му заливочную чашу. Ковш автоматического дозатора заполняется жидким металлом из раздаточной печи и перемещается на позицию заливки формы, заливает ее и перемещается в исходное положение. При отсутствии автоматического дозатора заливка форм металлом производится вручную. Поворотное устройство простановщика чаш снимает горячую чашу со стояка залитой формы и, поворачиваясь, дает команду на установку очередной чаши из четырех, которые на­ходятся в захватах простановщика. Затем форма передается на элек­тротележку, которая перемещает ее на охладительный рольганг П. В определенный момент времени опока с остывшей отливкой по­ступает в опрокидыватель, в котором опока поворачивается, при этом песок просыпается через виброрешетку в промежуточный бун­кер для последующей передачи в систему регенерации и охлажде­ния, а куст отливок остается в «руке» опрокидывателя, с которой он может быть снят вручную или с помощью специального манипуля­тора. Техническая характеристика линии для изготовления отливок из алюминиевых сплавов модели 7171 приведена в табл. 7.24.

Таблица 7.24

Техническая характеристика линии модели 7171

Параметры

Значение параметров

Внутренний параметр опоки, мм

1000

Высота опоки, мм

1000

Количество опок

19

Максимальная металлоемкость формы, кг

100

Производительность, форм/ч

60

Привод — гидравлический, пневматический,

Электрический

Режим работы — наладочный, автоматический

Система управления — программируемый ко-

Мандоконтроллер

Установленная мощность, кВт

85

Количество операторов, чел.

2

Габариты: длина/ширина/высота, мм

20 150/15 550/8150

Масса, кг

77 000

Особенности данной линии:

• отсутствие нагрузок на фундамент от сил, действующих в го­ризонтальной плоскости, из-за жесткого соединения рольган­гов и рельсовых путей электротележек в единую конструкцию;

• надежная h точная фиксация опок на позициях формовки, за­ливки и выбивки благодаря наличию специальных доводоч­ных устройств;

• компьютерное управление, позволяющее выполнять все опе­рации по заданной программе;

• возможность установки индивидуального шаблона или дру­гого распределительного устройства при засыпке опоки пес­ком при переходе от одного модельного блока к другому, от­личному по своей конфигурации и сложности;

• высокий уровень унификации узлов и агрегатов;

• простота обслуживания и ремонта.

На рис. 7.38 представлена автоматическая линия для изготовле­ния отливок из черных сплавов в серийном и массовом производ­стве модели 7197 конструкции ОАО «НИИТАвтопром», которая разработана на базе линии модели 7171 и отличается от нее боль­шой протяженностью участка охлаждения отливок и наличием системы вакуумирования форм, разработанной совместно с ЦНИИ материалов (Санкт-Петербург).

А

Рис. 7.38. Автоматическая линия для производства отливок из черных сплавов с системой вакуумируемых форм модели 7197: а) общий вид; б) участок формовки модельных блоков (см. также с. 372)

Рис. 7.38. Окончание

Система вакуумирования включает в себя вакуум-насос, реси­вер-пылеуловитель, вакуум-разводку, устройство для наложения пленки на форму перед заливкой и снятия остатков пленки после заливки. Опока имеет двойные стенки, образующие вакуумную по­лость, причем внутренние стенки оснащены окнами, закрытыми вставками из нескольких сеток (опорной, фильтровальной и предо­хранительной). Опока снабжена патрубком, с помощью которого вакуумная полость опоки при перемещении в зону заливки автома­тически присоединяется к вакуум-разводке. Формы могут заливать­ся вручную иди с помощью автоматических заливочных устройств, например посредством магнитодинамического дозатора. Техниче­ская характеристика линии для производства отливок из черных сплавов модели 7197 представлена в табл. 7.25.

Таблица 7.25

Техническая характеристика автоматической линии модели 7197

Значение параметров

Внутренний диаметр опоки, мм Высота опоки, мм Количество опок

Параметры

800 1000 23 200

Максимальная металлоемкость формы, кг


Параметры

Значение параметров

Производительность, форм/ч

35

Привод — гидравлический, пневматический,

Электрический

Режим работы — автоматический, наладочный

Система управления — программируемый ко-

Мандоконтроллер

Установленная мощность, кВт

194

Количество операторов, чел.

2

Габариты: длина/ширина/высота, мм

27 200/16 200/8150

Масса, кг

96 ООО

Несомненный интерес представляет автоматическая линия POLYTEC для формовки, заливки и выбивки опок фирмы «FM INDUSTRIE», предназначенная для изготовления отливок из алю­миниевых сплавов (см. рис. 7.39).

Рис. 7.39. Структурная схема автоматической линии формовки POLYTEC: 1 — сепаратор; 2 —охладитель песка; 3 — бункер для песка; 4 — шибер; 5 — подвижный дозатор песка; б — вибраторы; 7 — опока; 8 — задвижка; 9 — виброрешетка


Формовка на линии осуществляется в жестких опоках квадрат­ного сечения с использованием решений, заложенных в конструк­ции вибростола этой же фирмы. Во время заливки опока вакууми — руется. В табл. 7.26 приведена техническая характеристика раз­личных моделей линий типа POLYTEC.

Таблица 7.26

Техническая характеристика моделей автоматических линий типа POLYTEC

Параметры

AL 66

AL 88

AL110

AL 120

Размер опоки в свету, мм Высота опоки, мм Масса опоки с песком, кг

Количество опок

Производительность,

Форм/ч

600 х 600 850 460

10 10

800 х 800 900 860

14

20

1000 х 1000 1100 1650

16 30

1200 х 1200 1200 2600

20 50

Особенности линий данного типа:

• применение для формовки высокочастотной вибрации с ма­лой амплитудой, направленной сверху вниз по одной оси, по­зволяет заполнить песком внутренние полости модели и пре­дохранить ее от разрушения;

• установка вибраторов под углом к горизонтальной плоскости опоки позволяет поднимать песок вверх на 30-50 мм, причем время вибрации составляет 25-30 с и не зависит от модели;

• использование специальной добавки в песок для понижения коэффициента трения с 1,43 до 0,38 способствует уменьше­нию мощности вибраторов, времени вибрации и получению необходимой плотности формы без деформации модели, при этом одновременно ослабляется зависимость текучести песка от накопления в нем продуктов термодеструкции модели;

• использование подвижного дна опоки для ее освобождения от песка при выбивке формы.

На рис. 7.40 представлена структурная схема полуавтоматиче­ской линии PROTOFOAM фирмы «VULCAN ENGINEERING» для изготовления отливок из черных и цветных сплавов в серийном и массовом производстве, а на рис. 7.41 — автоматическая линия формовки TRUFO AM.

Рис. 7.40. Структурная схема полуавтоматической линии PROTOFOAM: 1 — бункер для песка; 2 — дозатор песка; 3 — опока; 4 — вибростол; 5 — заливочный ковш; 6 — опрокидыватель; 7 — вибролоток; 8 — элеватор; 9 — охладитель песка; 10 — магнитный сепаратор; 11 — сито; 12 — транспортер песка

Рис. 7.41. Автоматическая линия формовки TRUFOAM

Линия PROTOFOAM состоит из горизонтально-замкнутого тележечного конвейера, бункера с дозатором песка, вибростола, опрокидывателя опок и вибролотка. Кроме этого, в состав линии входят оборудование для регенерации и транспортировки песка. Тележечный конвейер перемещается гидроприводом, что позволя­ет осуществлять точное позицирование платформ конвейера. Свар­ные, жесткой конструкции опоки с помощью специальных трехто­чечных опор в нижней части опоки точно устанавливаются на те­лежках конвейера. Управление линией осуществляется програм­мируемым командоконтроллером, обеспечивающим выполнение заданного технологического процесса. На линии работают два че­ловека: оператор и рабочий, отделяющий отливки от литниковой системы после выбивки формы. Оператор осуществляет установку модельного блока в опоку на предварительно засыпанную и уп­лотненную постель толщиной 50-100 мм и с помощью специаль­ного приспособления фиксирует его относительно опоки. После окончания засыпки песка и уплотнения формы она последователь­но проходит все последующие операции: заливку, охлаждение и выбивку. После выбивки формы песок, пройдя магнитную и воз­душную сепарацию, поступает в охладитель и далее в бункер на позицию формовки. На линии применяются круглые опоки с внут­ренним диаметром 900 мм и высотой 1200 мм. Линия имеет про­изводительность 30-40 форм/ч при времени охлаждения отливок в форме не более 30 мин. К достоинствам линии следует отнести: простоту и жесткость конструкции, точное позицирование опок на конвейере, возможность монтажа оборудования для формовки, заливки и выбивки формы на любой позиции конвейера в зависи­мости от условий заказчика.

Разработанная фирмой «OSBORN» автоматическая линия для формовки, заливки и выбивки форм успешно работает в литейном цехе фирмы «PEUGEOT» (Франция). На линии производятся слож­ные отливки из серого чугуна. Дня формовки применяются опоки размером в свету 900 х 750 мм и высотой 800 мм. Одновременно в опоке могут формоваться два четьфехцилиндровых блока автомо­бильного двигателя, или шестнадцать выпускных коллекторов, или шестнадцать тормозных вентилируемых дисков. Формовка произво­дится в несколько стадий. На первой позиции, где манипулятором устанавливается модельный блок, производится засыпка песка на 1/3 высоты опоки и путем продувки через днище сжатым воздухом в ней создается кипящий слой, в который опускается модельный блок на 1/3 своей высоты. Затем опоки перемещаются в зону двух вибросто­лов, где они окончательно заполняются песком и уплотняются вибра­цией. Каждый стол оснащен четырьмя мощными вибраторами, при­чем два из них обеспечивают вибрацию в горизонтальной, а два дру­гих — в вертикальной плоскости. Линия оснащена приводными роль­гангами, устройством для установки на форму груза и его снятия, системой выбивки опок, вакуумной установкой для вакуумирования форм в процессе заливки, позицией дожигания газообразных продук­тов термодеструкции модели перед выбивкой, пневматическим доза­тором заливки формы металлом из-под стопора и автоматической системой постоянного контроля температуры металла на заливочном желобе. Производительность автоматической линии составляет в за­висимости от номенклатуры отливок 60-80 форм/ч.

Фирмой «FATA ALUMINIUM» разработаны и внедрены в произ­водство различные виды оборудования для формовки, заливки и вы­бивки форм от опытно-промышленных установок производительно­стью несколько форм в час до полностью автоматических линий производительностью 60-120 форм/ч с компьютеризированным управлением для производства отливок из черных и цветных спла­вов. На рис. 7.42 представлен макет действующей линии данной фирмы для изготовления блоков цилиндров. Формовка на линии производится последовательно на трех позициях, оснащенных виб­ростолами. Линия снабжена автоматическим заливным устройст­вом, манипуляторами для извлечения отливок после выбивки форм, устройством для отделения отливок от литниковой системы.

Рис. 7.42. Макет автоматической линии формовки фирмы «FATA ALUMINIUM»

20500

Рис. 7.43. Схема автоматизированной формовочно-заливочной линии ЗАО «АКС»:

1 — узел выбивки форм; 2 — рольганг — накопитель опок после выбивки;

3 — формовочный блок; 4 — рольганг — накопитель форм;

5 — участок заливки форм; 6— участок охлаждения форм;

7 — участок регенерации песка после выбивки форм

6

19500

Линия поставляется заказчику в механизированном и автомати­зированном вариантах. Конструктивное построение линии выпол­няется по требованию заказчика.

7.1.1. Предварительное вспенивание полистирола

В условиях мелкосерийного производства предварительное вспе­нивание полистирола осуществляется в пару над кипящей водой, в водяной ванне или автоклаве. Простейшая установка для подвспе — нивания полистирола в пару представлена на рис. 7.1. Вспениватель паровой включает в себя бак со встроенными ТЕНами (термические электронагреватели); стенки, которые защищены теплоизоляцион­ным материалом; крышку с рамкой, которая имеет возможность пе­ремещения внутри бака. В положении над баком рамка посредством рычажного механизма может опускаться в бак до определенного регулируемого упора. На рамку устанавливается сетчатый проти­вень для полистирола. Работает подвспениватель следующим обра­зом. В бак до определенного уровня заливается вода и доводится до кипения при открытой крышке. Затем рамка с противнем, на кото­рой равномерным тонким слоем насыпан полистирол, опускается в бак до упора, и крышка закрывается. После определенного време­ни выдержки над водяной ванной крышка бака открывается, ры­чажным механизмом рамка с противнем извлекается из бака, и про­тивень со вспененным полистиролом снимается с рамки. Затем цикл подвспенивания новой порции полистирола повторяется.

Параметры ванны для подвспенивания полистирола:

• размер сита в плане — 500 х 600 мм;

• температура воды в ванне — 100 °С;

• температура пара на уровне 50 мм от воды — 97-98 °С;

• время вспенивания — 3-5 мин;

• производительность — не менее 3 кг/ч;

• емкость бака — 0,08 м3.

Г—— 500 X 500—— п

Il

Sl

Г-Н I

R—11

! 1

Ki-V) f "

-J——— ш

I

! —г— I

—- ¦ t

Теплоизоляция

Рис. 7.1. Вспениватель паровой: 1 — бак; 2 — рамка; 3 — рычаг; 4 — противень; 5 — электронагреватели; б — вода; 7 — крышка

В условиях серийного и массового производства применяются вспениватели периодического и непрерывного действия.

На рис. 7.2 представлен вспениватель периодического действия модели 4221 конструкции ОАО «НИИТАвтопром». Вспениватель имеет раму 1, на которой установлены: автоклав 2, дозатор 3 и рас­ходный бункер для пенополистирола 4. Под автоклавом располо­жена камера сушки 5, жестко соединенная с измельчителем комьев гранул пенополистирола 6. К опорным стойкам рамы крепится воз — душно-отопительный агрегат 7, подающий подогретый воздух в ка­меру сушки, а также аппараты и труборазводка систем подачи воз­духа, пара, вакуумирования, пневмо — и электрооборудования. Систе­ма подачи воды предназначена для подвода воды к вакуумному насосу и для охлаждения шиберов дозатора; система подачи пара — для подготовки, регулирования давления и подачи пара к автоклаву и воздушно-отопительному агрегату; система вакуумирования — для вакуумирования автоклава в автоматическом и полуавтомати­ческом режимах. Пневмооборудование, кроме привода соответст­вующих исполнительных механизмов, осуществляет продувку дозатора и автоклава. Электрооборудование, кроме срабатывания механизмов в определенной последовательности, обеспечивает выполнение следующих операций:

• контроль температуры и давления пара в автоклаве;

• контроль наличия воды и давления воздуха.

Рис. 7.2. Вспениватель периодического действия модели 4221

Работает вспениватель следующим образом. Перед началом ра­боты в автоматическом режиме производятся прогрев автоклава в режиме «Нагрев» и заполнение дозатора полистиролом из бункера. После нажатия кнопки «Пуск» в автоматическом режиме в авто­клав подается пар, и по достижении заданной температуры в каме­ру автоклава всасывается порция полистирола. По истечении вре­мени пропаривания подача пара прекращается и осуществляется слив конденсата. Затем последовательно производится вакууми — рование автоклава для удаления переувлажненного, насыщенно­го парами пентана, горячего воздуха и открывается дно автокла­ва, включается продувка сжатым воздухом, и пенополистирол высыпается в камеру сушки. Дно автоклава закрывается, и цикл автоматически возобновляется. Сушка пенополистирола в камере осуществляется в кипящем слое, дробление комьев гранул в из­мельчителе и выгрузка из него производятся непрерывно. Темпера­тура подогрева воздуха, подаваемого в камеру сушки, должна быть в пределах 40-50 °С. Техническая характеристика вспенивателя модели 4221 приведена в табл. 7.1.

Рис. 7.3. Вспениватель периодического действия серии PRO-HD

Таблица 7.1

Техническая характеристика вспенивателя модели 4221

Параметры

Значение параметров

Диаметр камеры всасывания, мм

400

Высота камеры, мм

1000

Объем камеры, м3

0,28

Производительность, кг/ч

40

Температура пара, 0C

115

Установленная мощность, кВт

8,6

Габариты: длина/ширина/высота, мм

4100/1850/3450

На рис. 7.3 представлен вспениватель серии PRO-HD фирмы «STIROLOGIC» (Германия), который получил широкое распро­странение среди производителей моделей из пенополистирола бла­годаря своим преимуществам:

• разработан специально для литейного производства;

• камера вспенивания изготовлена из прозрачного термостой­кого материала;

• автоматический контроль плотности пенополистирола;

• полная автоматизация процесса;

• минимальная плотность пенополистирола (19-21 г/л) при мелких гранулах;

• компактность конструкции вспенивателя.

Техническая характеристика вспенивателей модели PR02-HD представлена в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Техническая характеристика вспенивателей периодического действия модели PR02-HD

Параметры

PR02-HD 500

PR02-HD 1000

Диаметр камеры вспенивания, мм

400

Высота камеры вспенивания, мм

500

1000

Максимальное рабочее давление, МПа

0,06

Производительность при плотности пенополистирола 18-24 г/л, кг/ч

39-63

66-83

На рис. 7.4 представлен вспениватель периодического действия модели PED-200 фирмы «BERNDORF» (Италия). Фирма занимает­ся производством оборудования для переработки пенополистирола и изготовления из него изделий. Переработка пенополистирола осуществляется путем периодической загрузки, вспенивания и вы­грузки дозы полистирола. В состав вспенивателя входят:

• система загрузки полистирола;

• система подготовки пара;

• камера вспенивания с мешалкой и механизмом выгрузки;

• ванна для сушки гранул вспененного полистирола в кипящем слое;

• механизм измельчения комьев;

• вибросито;

• релейная система управления.

Рис. 7.4. Вспениватель периодического действия модели PED-200: а) общий вид; б) вид на камеру вспенивания и пульт управления

Таблица 7.3

Техническая характеристика вспенивателя периодического действия модели PED-200

Параметры

Значение параметров

Диаметр камеры вспенивания, мм

650

Высота камеры вспенивания, мм

1500

Объем камеры вспенивания, м3

0,5

Максимальное рабочее давление, МПа

0,07

Производительность при плотности

176

Пенополистирола 20 г/л, кг/ч

Многие фирмы применяют вспениватели непрерывного дейст­вия серии PE фирмы «BERNDORF» (Италия). Это полностью ав­томатизированные установки, в которых полистирол вспенивается до плотности, задаваемой оператором на пульте управления. Полу­чаемая плотность зависит от типа сырья, и ее минимальная вели­чина может быть 14 г/л. В результате второй фазы вспенивания плотность может снизиться до 9 г/л. Основные особенности вспе­нивателей описываемой серии:

• корпус камеры всасывания из нержавеющей стали с тепло­изоляцией из стекловолокна;

• большой люк для чистки камеры вспенивания;

• возможность быстрой замены лопастей мешалки;

• закрытая камера вспенивания с клапаном для автоматическо­го сброса пара;

• шнек для подачи полистирола в подвспениватель с регули­руемой скоростью;

• пневмотранспорт в кипящем слое, снабженный вентилятором и секторным разгрузчиком пенополистирола.

Вспениватель серии PE снабжен цифровым терморегулятором для контроля плотности пенополистирола. Регулирование темпера­туры на вспенивателях моделей PE 600 и PE 800 ручное, модели PE 1250 автоматическое. Кроме того, во избежание ошибки опера­тором при пуске и остановке осуществляется автоматический кон­троль подачи воздуха, пара и материала. Рабочий цикл прерывает­ся автоматически при отсутствии воздуха или перегрузке. На пане­ли управления (рис. 7.5) представлена мнемосхема с указателями

Рис. 7.5. Панель управления вспенивателя серии PE

Пневмотранспорт снабжен вентилятором с регулируемой пода­чей воздуха, что позволяет избежать образования заторов материа­ла на входе в пневмотранспорт. Нижняя часть его, представляющая собой камеру с переменным сечением и регулируемым распреде­лением воздуха, снабжена алюминиевым листом с отверстиями, являющимися днищем пневмотранспорта. Секторный разгрузчик и вентилятор обеспечивают правильное опорожнение пневмотранс­порта и подачу материала в бункера хранения пенополистирола. Вспениватель имеет дополнительные устройства, такие как агрегат повторного вспенивания пенополистирола для получения низкой его плотности (до 9 г/л), система подачи сырья посредством всасы­вания, автоматическая система контроля заданной плотности пенопо­листирола. Техническая характеристика вспенивателей серии PE при­ведена в табл. 7.4.

Параметры

PE 600

PE 800

PE 1250

Диаметр камеры вспенивания, мм Высота камеры вспенивания, мм

635 1900

800 2400

1250 3600

Объем камеры вспенивания, м3

0,6

1,2

4,4

Производительность в зависимости

20-400

20-850

20-2500

От плотности пенополистирола, первое вспенивание, г/л-кг/ч

25-700

25-1400

25-3000

Производительность второго вспени­

25

60

150

Вания при плотности пенополистирола 9 г/л, м3/ч

Габариты, мм: длина

5130

7000

8500

Высота

3400

4250

5700

Широкое распространение получили также вспениватели пе­риодического и непрерывного действия серий VSD и V фирмы «KURTZ» (Германия), приведенные на рис. 7.6 и 7.7.

Рис. 7.6. Вспениватель периодического действия серии VSD

Рис. 7.7. Вспениватель непрерывного действия серии V

Особенностями вспенивателей фирмы «KURTZ» являются:

¦ возможность переработки материалов с низким содержанием пентана и сополимеров;

¦ равномерное распределение плотности по всему объему;

¦ быстрая переналадка на другие плотности, от 8 до 100 г/л, благодаря равномерному подмешиванию воздуха;

¦ полная очистка резервуара от остатков материала;

¦ простота обслуживания.

К дополнительному оборудованию, которым комплектуются эти вспениватели, относятся:

¦ сушка в кипящем слое;

¦ вибросито;

¦ шнековый питатель;

¦ вентилятор для транспортировки материала;

¦ инжекторная воздуходувка;

¦ система автоматического регулирования плотности;

¦ система контроля для полностью автоматизированного про­изводства с программированием различных плотностей


И транспортировкой в соответствующие бункера для хране­ния пенополистирола.

Система управления в зависимости от требований может по­ставляться в различных исполнениях — от задания параметров вручную до полного автоматического контроля за плотностью ма­териала. При оснащении вспенивателя программируемым коман — доконтроллером имеется возможность:

¦ отражения на дисплее всех протекающих процессов при вспенивании полистирола;

¦ воспроизведения, при необходимости, одной из нескольких программ протекания технологического процесса, заложен­ных в памяти контроллера.

В табл. 7.5 и 7.6 приведена производительность вспенивателей периодического и непрерывного действия серий VSD и V в зави­симости от требуемой плотности материала.

Отличительными признаками вспенивателей серии VSD явля­ются:

¦ быстрая переналадка вспенивателя на другой вид сырья и другую плотность пенополистирола;

¦ получение низкой плотности за один рабочий цикл подвспе­нивания полистирола;

¦ точное соблюдение заданных параметров;

¦ возможность переработки специального полистирола.

Таблица 7.5

Производительность вспенивателей серии VSD, кг/ч

Плот­ность, г/л

VSD 700

VSD 1000

VSD 1400

VSD 3000

VSD 4600

VSD 6300

13

210

300

420

900

1600

2600

15

300

450

680

1400

2100

3400

20

420

580

770

1650

2600

3800

25

550

800

1100

2000

3000

4200

Отличительными признаками вспенивателей серии V являются:

¦ высокая производительность;

¦ система автоматического контроля за плотностью пенополи­стирола с начала и до конца рабочего цикла;

¦ устройство по вторичному вспениванию пенополистирола, которое поставляется по требованию заказчика.

Плотность, г/л

V 600

V 800

V 1000

V 1300

15

180

400

1000

2000

20

350

650

1400

2300

25

600

900

1850

2600

7.7.2. Хранение пенополистирола после предварительного вспенивания

На рис.7.8 представлен бункер для пенополистирола модели 4222 конструкции ОАО «НИИТАвтопром».

Бункер представляет собой минимальный модуль, состоящий из двух емкостей. В зависимости от программы заказывается необхо­димое количество модулей. Бункер состоит из двух сшитых из прочной воздухопроницаемой ткани и изолированных друг от дру­га мешков 1, закрытых тканевыми крышками и подвешенных на петлях внутри сварно-сборочного каркаса 2. Мешки заужены в нижней части и снабжены шиберными устройствами 3.

Рис. 7.8. Бункер для пенополистирола модели 4222

В крышках предусмотрены окна, через которые осуществляется загрузка мешков. Загрузка пенополистирола и выгрузка его из мешков после выдержки в течение определенного технологическо­го времени осуществляются попеременно. Загрузка пенополисти­рола производится воздушным потоком от вентилятора вспенива­теля модели 4221. Этим же потоком осуществляется и сушка его в мешках. Для транспортировки пенополистирола от вспенивателя до бункера и выдачи его из бункера ОАО «НИИТАвтопром» разра­ботана система пневмотранспорта модели 4224, а от бункера до установки для изготовления моделей — тележка-бункер модели 4223 с полезным объемом 0,4 м3. Загрузка пенополистирола в те­лежку-бункер и выгрузка из нее производятся автоматически при ее подключении к бункеру с пенополистиролом или к установке для изготовления моделей. Техническая характеристика бункера модели 4222 представлена в табл. 7.7.

Таблица 7.7

Техническая характеристика бункера для пенополистирола модели 4222

Параметры

Значение параметров

Полезный объем одной емкости, м3

8,5

Общий объем, м3

17

Масса пенополистирола в бункере при плот­

340-1700

Ности 20-100 г/л

Габариты: длина/ширина/высота, мм

4000/2200/4000

7.1.3. Изготовление моделей

В условиях мелкосерийного производства модели из пенополи­стирола изготавливаются автоклавным способом. При этом ручная пресс-форма заполняется гранулами пенополистирола с помощью специального задувного устройства и затем помещается в автоклав. После тепловой обработки пресс-форма извлекается из автоклава, охлаждается в водяной ванне, разбирается, и модель извлекается. Затем цикл повторяется. Для изготовления моделей могут использо­ваться медицинские автоклавы моделей ГПД-400, ГПД-600 и др.

На рис. 7.9 представлено задувное устройство, которое состоит из корпуса 1 и рукоятки 2. Воздух от цеховой сети подается через штуцер 9 в камеру смешивания, куда поступает пенополистирол в гранулах через штуцер б. В корпусе расположено сопло 11, поло­жение которого относительно рабочего сопла 7 регулируется резь­бовым соединением. Корпус 1 соединен с рукояткой 2 гайкой 4. Рабочее сопло 7 регулируется относительно сопла 11 и фиксирует­ся гайкой 3. Герметизация камеры смешивания достигается рези­новыми прокладками 17 и 18. В рукоятке расположен клапан, со­стоящий из пружины 14, осей 6 и 13, втулки 5, курка 10, соединен­ного с пружиной осью 15. Прокладки 13, 12 я пробка 16 гермети­зируют клапан подачи воздуха в камеру смешивания. Задувное устройство работает следующим образом. При нажатии курка 10 ось 6 перемещается в сторону пружины, сжимает ее, и воздух через штуцер 9 по каналам в рукоятке 2 поступает в камеру смешивания и далее в канал рабочего сопла 7. В камере смешивания образуется разрежение, в результате которого по каналу штуцера 8 поступают гранулы пенополистирола, которые увлекаются воздушным пото­ком в рабочее сопло 7 и далее через отверстие в пресс-форме в ее полость. Штуцер 8 соединен с бункером пенополистирола про­зрачным полиэтиленовым шлангом, что позволяет визуально на­блюдать за ходом заполнения пресс-формы гранулами пенополи­стирола. Для прекращения работы задувного устройства отпуска­ется курок, который под действием пружины возвращается в ис­ходное положение, перекрывая канал поступления воздуха.

Рис. 7.9. Задувное устройство для ручного заполнения пресс-форм пенополистиролом

Рис. 7.10. Установка для изготовления моделей из пенополистирола модели 4220

В условиях серийного и массового производства модели изго­тавливаются на полуавтоматических и автоматических установках.

На рис. 7.10 представлена автоматическая установка для изготов­ления моделей из пенополистирола с вертикальной плоскостью разъ­ема оснастки модели 4220, сконструированная ОАО «НИИТАвто — пром». Установка включает в себя сварную раму с решетчатыми па­нелями и дверцами, а также подвижную и неподвижную подмо — дельные рамки, которые после крепления к ним половинок пресс — форм, образуют соответственно подвижную и неподвижную паро­вые камеры со встроенными трубопроводами для подачи пара, воз­духа, воды для охлаждения пресс-формы, создания вакуума и сброса конденсата. Подвижная подмодельная рамка перемещается по четы­рем направляющим, закрепленным на раме установки, с помощью гидроцилиндра, который служит и для запирания пресс-формы во время формообразования модели. На раме закреплены также рас­ходный бункер для пенополистирола и манипулятор для извлечения модели. Кроме того, в состав установки входит система подачи пара, воды, вакуумирования, а также пневмо-, гидро — и электрооборудова-


Ние. Для заполнения пресс-формы пенополистиролом используются специальные задувные устройства — инжекторы.

Установка модели 4220 работает следующим образом. С нача­лом автоматического цикла подвижная рама быстро, а в конце хода медленно перемещается до смыкания половинок пресс-форм. Од­новременно с началом цикла в паровые камеры подается пар для разогрева пресс-формы. По истечении заданного времени подача пара прекращается. После слива конденсата и вакуумирования па­ровых камер открывается шибер, и пенополистирол под давлением сжатого воздуха из бункера подается в пресс-форму. Подача пара для спекания модели, вакуумирование паровых камер, подача воды для охлаждения пресс-формы и ее слив в зависимости от техноло­гического процесса осуществляются одним из способов, преду­смотренных на установке. При раскрытии пресс-формы в подвиж­ную паровую камеру подается воздушный импульс для прижатия модели к неподвижной части пресс-формы. Далее подвижный за­хват манипулятора, снабженный вакуумными присосками, посред­ством пневмоцилиндров подводится вплотную к модели, извлекает ее из пресс-формы и, вынося за пределы установки, укладывает в специальную тару или на цеховой транспортер. Установка может поставляться по требованию заказчика без манипулятора. Извле­чение моделей в этом случае производится сжатым воздухом или механическими выталкивателями. Техническая характеристика автоматической установки для изготовления моделей из пенополи­стирола модели 4220 представлена в табл. 7.8.

Таблица 7.8

Техническая характеристика установки модели 4220

Параметры

Значение параметров

Размер базовой плиты, мм

1145 х 725

Размер паровой камеры в свету, мм

1105 х 625

Глубина неподвижной паровой камеры, мм

260^110

Производительность, съемов/ч

До 30

Усилие запирания, кН

180

Давление рабочей жидкости в гидросистеме, МПа

4-15

Максимальное количество инжекторов

24

Установленная мощность, кВт

16

Система управления — программируемый ко-

Мандоконтроллер

Габариты: длина/ширина/ высота, мм

4200/2250/3100

Основные особенности установки модели 4220:

¦ простота конструкции (при наличии всех необходимых уст­ройств для получения качественных моделей);

¦ жесткость конструкции с четырьмя направляющими, обеспечи­вающая стабильность и высокую точность изготовления моделей;

¦ компактное расположение аппаратуры для подачи пара, сжа­того воздуха и воды, обеспечивающее легкий доступ для осмотра и обслуживания;

¦ наличие манипулятора с вакуумными присосками для съема моделей, приспособленного для работы с различными пресс- формами.

На установке модели 4220 можно также изготавливать:

• фасонную упаковку для хранения и транспортировки теле-, аудио-, видеоаппаратуры, всевозможных бытовых приборов и т. д.;

• легкую прочную и безвредную тару многоразового использо­вания для сбора, транспортировки и хранения в подвалах и холодильных камерах овощей, фруктов и другой сельскохо­зяйственной продукции;

• декоративные и шумоизолирующие панели с торцевым зам­ком и габаритными размерами 500 х 500 х 15 мм;

• теплоизолирующие панели с торцевым замком для жилищного строительства с габаритными размерами 1000 х 500 х 20-100 мм.

На рис. 7.11 представлен автомат для изготовления моделей из пенополистирола модели ПМ-ЗМ, сконструированный Специаль­ным проектно-конструкторским и технологическим бюро Института проблем литья АН УССР (сейчас Физико-технический институт ме­таллов и сплавов HAH Украины) в 1974 г. Кроме главного верти­кального разъема автомат имеет четыре дополнительных пневмати­ческих цилиндра, что дает возможность иметь еще два разъема в горизонтальной и два в вертикальной плоскости. Такая конструкция автомата позволяет изготавливать сложные модели за один цикл и избежать последующей сборки модели при помощи клея. Слева на рисунке показана группа моделей корпуса вентиля, изготовление которого на автоматах с одной плоскостью разъема не представляет­ся возможным. На данный момент это единственный из сущест­вующих модельный автомат с дополнительными плоскостями разъ­ема. Техническая характеристика модельного автомата модели ПМ-ЗМ приведена в табл. 7.9.

Рис. 7.11. Автомат для изготовления моделей из пенополистирола модели ПМ-ЗМ

Таблица 7.9

Техническая характеристика модельного автомата Модели ПМ-ЗМ

Параметры

Значение

Параметров

Производительность, съемов/ч

3(М0

Количество плоскостей разъема пресс-формы, шт.

5

Количество пневматических цилиндров, шт.

5

Максимальные габариты пресс-формы, мм

600 х 600 х 500

Давление пара, МПа

0,18-0,5

Рабочее давление воздуха, МПа

0,4-0,5

Расход пара, кг/ч

20-30

Расход воздуха, м3/ч

3

Расход воды, м3/ч

1,5

Установленная мощность, кВт

1,0

Габариты: длина/ширина/высота, мм

1710/2100/1600

Масса, кг

1160

Режим работы — наладочный, автоматический

Система управления — микропроцессор

На рис. 7.12 представлена автоматическая установка для изготов­ления моделей из пенополистирола с вертикальной плоскостью разъема оснастки серии MPH, а на рис. 7.13 — установка с горизон­тальной плоскостью разъема пресс-формы серии MPV-F производ­ства фирмы «STIROLOGIC».


Рис. 7.12. Установка для изготовления моделей из пенополистирола серии MPH: а) вид спереди; б) вид сзади

Основные особенности установок этих серий:

• высокопроизводительная вакуумная система, обеспечиваю­щая сухую поверхность моделей, остаточную влажность в пределах 4-6 %, ускоренную стабилизацию моделей и вы­полняющая повторную сушку моделей;

• электронная система управления GE-FANUC;

• возможность замены пресс-формы за 15-20 мин;


Компактный энергетический блок;

Система заполнения пресс-формы под давлением, обеспечи­вающая получение тонкостенных моделей (3 мм);

Рис. 7.13. Установка для изготовления моделей из пенополистирола серии MPV-F: а) вид спереди; б) вид сзади

• точная регулировка предварительного зазора по разъему пресс-формы для эвакуации воздуха при ее заполнении пено — полистиролом;

• встроенный манипулятор для безопасности извлечения моде­лей;

К дополнительным устройствам относятся:

¦ специальный инжектор для подачи пенополистирола в пресс — форму;

¦ полуавтоматическое устройство для замены пресс-формы за 5-7 мин.

Техническая характеристика установок серий MPH и MPV-F приведена в табл. 7.10.

Таблица 7.10

Техническая характеристика установок серий MPH и MPV-F

Параметры

MPH 80/50

MPH 100/80

MPH 160/100

MPV 60/40-F

MPV 80/60-F

Размер паро­вой камеры в свету, мм

800 х 500

IOOOx х 800

1600 X

Х 1000

600 х 400

800 х 600

Глубина под­вижной и непо­движной паро­вых камер, мм

180

190

200

180

Расстояние ме­жду подвижной и неподвижной паровыми камерами, мм

650

800

650

Установленная мощность, кВт

8,0

8,0

14,5

8,0

10,0

Фирма «STIROLOGIC» разработала также специальные уста­новки модели FORAM с горизонтальной плоскостью разъема пресс-формы для изготовления моделей из пенополистирола в усло­виях мелкосерийного производства (рис. 7.14).

?

Рис. 7.14. Установка для изготовления моделей из пенополистирола в условиях мелкосерийного производства модели FORAM

Основные особенности этой установки:

• возможность изготовления высокоточных моделей и их час­тей сложной конфигурации;

• отсутствие потерь времени при замене пресс-формы;

• возможность изготовления одновременно нескольких моделей;

• механизированное раскрытие пресс-формы. Техническая характеристика установки модели FORAM приве­дена в табл. 7.11.

Таблица 7.11

Параметры

Техническая характеристика установки модели FORAM

Значение параметров


750 х 450 х 200 400

150

3,0

Максимальный размер модели, мм

Максимальное расстояние между подвижной и неподвижной камерами, мм Минимальное расстояние между подвижной

И неподвижной камерами, мм Установленная мощность, кВт


Фирмой «BERNDORF» (Италия) разработан ряд установок для изготовления моделей с вертикальной линией разъема пресс — формы с использованием модульного принципа.

Базовая установка укомплектована:

• загрузчиком пенополистирола для быстрого заполнения пресс-формы под давлением сжатого воздуха;

• автоматической системой подачи материала из бункера;

• вакуумным насосом;

• гидравлической системой закрытия и открытия пресс-формы;

• электронным щитом управления с программируемым коман — доконтроллером и запоминанием восьми различных режимов обработки пенополистирола паром.

К дополнительным устройствам, обеспечивающим более высо­кую степень автоматизации, относятся:

Ф съемщик моделей с автоматическим приводом;

• электрическая или ручная таль для обеспечения операции смены пресс-формы.

Кроме того, установки для изготовления моделей могут быть оснащены компьютером, дающим возможность:

- контролировать все функции установки параметров техноло­гического цикла: величину давления, время, положение по­движной камеры и т. д.;

- запоминать параметры, относящиеся к различным пресс — формам, при двадцати режимах;

- программировать технологические параметры технологиче­ского процесса с помощью клавиатуры и дисплея на пульте управления;

- осуществлять связь с центром посредством печатающего уст­ройства или компьютера.

На рис. 7.15 представлена одна из установок серии ACCA 0-90 фирмы «BERNDORF» для изготовления моделей из пенополи­стирола. Технические характеристики автоматических устано­вок серий ACCA 0-90 и ACCA 150 приведены соответственно в табл. 7.12 и 7.13.


Рис. 7.15. Установка для изготовления моделей из пенополистирола модели ACCA 0-90/2: а) общий вид; б) вид на раскрытую пресс-форму


Техническая характеристика установок серии ACCA 150

Параметры

ACCA 0-90/0

ACCA 0-90/2

ACCA 0-90/5

Размер базовой плиты, мм

925 х 725

1145 х725

1360 х 725

Размер паровой камеры в свету,

MM

885 х 685

1105×685

1320 х 685

Глубина базовой камеры, мм

210-450

210-450

210-450

Максимальное количество инжекторов, шт

12

24

Габариты:

Длина/ширина/высота, мм

4300/2100/3000

4300/2300/ 3000

Примечание. Для всех установок: усилие запирания пресс-формы — 180 кН; давление рабочей жидкости в гидросистеме — 15 МПа; установленная мощ­ность — 10 кВт; высота с талью — 370 мм.

Таблица 7.13

Параметры

ACCA 150-0

ACCA 150-2

ACCA 150-5

Размер базовой плиты, мм

1450 х 925

1450 х1145

1450 х1360

Размер паровой камеры

1410×885

1410х1105

1105 х 1320

В свету, мм

Примечание. Для всех установок: глубина базовой камеры — 165-550 мм; усилие запирания пресс-формы — 300 кН; давление рабочей жидкости — 15 МПа; максимальное количество инжекторов — 24; установленная мощ­ность— 15 кВт.

Рис. 7.17. Установка для изготовления моделей из пенополистирола модели Kl014

На рис. 7.16 и 7.17 представлены автоматические установки для изготовления моделей из пенополистирола с вертикальной линией разъема пресс-формы моделей К68 и Kl014 фирмы «KURTZ». Ос­новные особенности этих установок:

• простота обслуживания благодаря микропроцессорной си­стеме управления;

• широкий выбор вариантов программ;

• возможность настройки движения паровой камеры на всех этапах с пульта управления;

• точная остановка подвижной паровой камеры, допуск на за­зор не более 0,1 мм;

• короткий цикл работы за счет применения клапанов и трубо­проводов большого сечения и экономичной вакуумной сис­темы охлаждения конденсата;

• центральное распределение рабочих сред: воздуха, пара и ва­куума;

• электронный контроль за рабочими средами;

• экономия электроэнергии за счет точного дозирования охла­ждающей воды;

• большой ход открытия паровой камеры для объемных моде­лей;

• специальная «куртц-система» быстрой смены пресс-форм при помощи механических или гидравлических зажимов;

• возможность встраивания систем автоматизированного съема моделей и их укладка.

К дополнительным устройствам относятся:

• манипулятор для съема моделей и их укладки в тару;

• запоминающее устройство с дискетами.

В табл. 7.14 приведена техническая характеристика установок для изготовления моделей с вертикальной плоскостью разъема пресс-формы, а в табл. 7.15 — параметры паровых камер всех установок серии К фирмы «KURTZ».

Таблица 7.14

Техническая характеристика установок серии К

Параметры

К68

K710LF

К813

К1014

К1214

 

Размер паро­вой камеры в свету, мм

800 х 600

1000 х 700

1300 х 800

1400 х1000

1400 х1200

 

Параметры

К68

K710LF

К813

К1014

К1214

Максимальное расстояние между подвиж­ной и непо­движной ка­мерами, MM

1270

1320

1520

Усилие запи­рания, кН

95

150

240

490

Установленная

Мощность,

КВт

7

8,5

10

14

16

Габариты, мм: длина/ ширина/ высота

3470/ 2180/ 3485

4366/ 2835/ 2765

3655/ 3300/ 4275

4310/ 3685/ 4360

4470/ 3685/ 4560

Примечание. Для всех установок: давление рабочей жидкости в гидросистеме:

Низкое — 4,5 МПа, высокое — 25 МПа; количество инжекторов — 6-30.

Таблица 7.15 Параметры паровых камер установок серии К

Модель

Размеры паровой камеры в свету, мм

Максимальное расстояние между камерами, мм

К57

700×500

К68

800×600

К710 К810

100×700 100×800

1250

К813

1300×800

К912

1200×900

К1013

1300×1000

К1014

1400×1000

1500

К1015

1500×1000

К1214

1400×1200

К1018

1800×1000

КИП

1700×1300

2000

К1318

1800×1300

К13.517

1700×1350

Рис. 7.18. Установка для изготовления моделей из пенополистирола модели МЗЗ: а) позиция выдачи готовых моделей; б) позиция смены пресс-формы

На рис. 7.18 представлена автоматическая установка для изго­товления моделей из пенополистирола с вертикальной плоско­стью разъема модели МЗЗ фирмы «SAPLEST» (Франция), а в табл. 7.16 приведена техническая характеристика установок се­рии M этой фирмы.


МЗЗ

М86

Ml 08

Параметры


Размер паровой камеры в свету, мм

Минимальный ход подвижной паровой камеры, мм Максимальный ход паровой камеры, мм

Ход паровой камеры, транс­портирующей модель на пози­цию съема, мм

Установленная мощность, кВт Габариты: длима/ ширина/ высота, мм

800 х 600

1150

300 х 300 150 650

700

3400 х 2300 х х 2500

4300 х 3250 х х 3400

1080 х 800

180 900

1400

8,5

4300 х 3800 х х 3600


Фирмой «SAPLEST» была разработана технология изготовле­ния модели из пенополистирола блока цилиндров автомобиля фирмы «PEUGEOT», для чего были изготовлены специальная ав­томатическая установка и сложная пресс-форма, имеющая шесть плоскостей разъема. Это позволило за один цикл изготавливать основную часть модели блока цилиндров. Производительность автоматической установки — 12-16 съемов/ч.

Фирмой «FATA» по лицензии фирмы «SAPLEST» был разрабо­тан ряд установок для изготовления газифицируемых моделей се­рии SF/M. Установка модели SF/M108 представлена на рис. 7.19. В табл. 7.17 приведены технические характеристики установок этой серии.

Основные особенности установок серии:

• перемещение подвижных частей на шариковых направляющих;

• хранение вспененного пенополистирола в бункерах на уста­новке;

• возможность размещения инжекторов с обеих сторон пресс — формы;

• автоматический съем моделей манипулятором и их установка на ленточный транспортер;

• быстрая замена пресс-форм сверху с применением ручных зажимов или гидравлики;

• прозрачная кабина с дверцами, полностью закрывающая установку в целях безопасности.

Параметры

SF/M33

SF/M86

SF/M108

Минимальный ход

Подвижной паровой

150

180

240

Камеры, мм

Максимальный ход

650

900

Камеры, мм

Размер паровой

390 х 390

850 х 580

1080 х 800

Камеры, мм

Ход паровой камеры

На позицию съема,

700

1400

1700

Mm

Установленная мощ­

6

Ir

Ность, MM

Габариты: длина/

2300/3400/2500

4492/3670/2900

4650/4213/2900

Ширина/высота, мм

Рис. 7.19. Установка для изготовления газифицируемых моделей модели SF/M108

В условиях мелкосерийного производства сборка пенополи — стироловых моделей из отдельных частей и моделей в блоки производится вручную с применением кондуктора и клея. В условиях серийного и массового производства применяются полуавтоматиче­ские установки для склейки и сварки моделей из отдельных частей и моделей в блоки. На рис. 7.20 представлена полуавтоматическая установка для склеивания пенополистироловых моделей из двух и более частей с горизонтальной плоскостью разъема кондукторов модели 4191, сконструированная ОАО «НИИТАвтопром».

Установка представляет собой жесткую рамную конструкцию, на основании которой смонтированы: механизм подъема нижнего кондуктора с пневмоцилиндра; ванна с клеем-расплавом, в днище которой смонтированы ТЕНы; механизм перемещения копира для нанесения клея на модель; механизм перемещения верхнего кондук­тора в положение над ванной и обратно с приводом от пневмоцилинд­ра; система автоматической смазки трущихся пар; пневмо — и электро­оборудование. Установка со всех сторон закрыта ограждением, включающим решетчатые панели и дверцы для доступа к агрегатам

А

Рис. 7.20. Установка для склеивания моделей

Из двух и более частей модели 4191: а) общий вид; б) вид на оснастку для склеивания частей модели корпуса электродвигателя (см. также с. 350)

Б установки при обслуживании.

Исключение составляет под­вижная передняя дверца, кото­рой оператор пользуется каж­дый раз в цикле для установки частей модели и съема готовой продукции.

Установка модели 4191 ра­ботает следующим образом. Оператор вручную устанавли­вает склеенные части модели в нижний и верхний кондукторы, в которых они затем удержи­ваются за счет вакуумирова­ния. После нажатия кнопки «Пуск» верхний кондуктор пе­ремещается в положение над ванной, затем подвижный ко­пир, выходя из клея-расплава, перемещается вверх до сопри­косновения с поверхностью разъема модели, на которой Рис. 7.20. Окончание остается тонкий слой клея-

Расплава, перешедший с копира за время его выдержки в верхнем положении. Далее копир опускается в ванну с клеем-расплавом, а верхний кондуктор возвращается в первоначальное положение. После этого нижний кондуктор перемещается вверх до соприкосновения склеиваемых частей модели. По истечении времени выдержки клей- расплав затвердевает, и готовая модель извлекается оператором из нижнего кондуктора. Техническая характеристика полуавтоматиче­ской установки для склеивания пенополистироловых моделей из двух и более частей с горизонтальными плоскостями разъема кондуктора модели 4191 представлена в табл. 7.18.

Таблица 7.18

Техническая характеристика установки модели 4191

Параметры

Значение параметров

Размеры верхнего и нижнего кондукторов

Максимальные, мм:

Длина

950

Ширина

500

Высота

180

Параметры

Значение параметров

 

Производительность, съемов/ч

100

 

Привод — пневматический

 

Нагрев ванны с клеем — электрический

 

Система управления — программируемый

 

Командоконтроллер

 

Установленная мощность, кВт

40

 

Габариты: длина/ширина/высота, мм

4500x4100x2600

 

Основные особенности установки модели 4191:

• жесткость конструкции, обеспечивающая стабильность и вы­сокую точность склеивания моделей;

• простота и удобство размещения и фиксации моделей в верх­нем и нижнем кондукторах;

• возможность одновременного склеивания нескольких мо­дельных частей одной модели.

Рис. 7.21. Установка для склеивания пенополистироловых моделей серии IFT

Рис. 7.22. Структурная схема установки для склеивания пенополистироловых моделей серии IFT: 1 — нижний кондуктор; 2 — верхний кондуктор;

3 — копир для нанесения клея; 4 -— система вакуумирования;

5 — ванна с клеем; 6 —металлоконструкция; 7 — мешалка

На рис. 7.21 представлена полуавтоматическая установка для склеивания пенополистироловых моделей серии IFT с горизонталь­ной плоскостью разъема оснастки фирмы «FATA ALUMINIUM», а на рис. 7.22 — структурная схема этой установки.

Особенности установки серии IFT:

• перемещение подвижных частей на шариковых направляющих;

• разогрев клея и поддержание соответствующей температуры с помощью нагретой жидкости, циркулирующей между двойными стенками ванны для клея;

• универсальная система для установки и крепления кондукторов;

• быстрая замена кондукторов сверху с применением ручных захватов.

Установки серии IFT поставляются с пневматическим (модель Р) или с гидравлическим (модель I) приводами. Установка модели P имеет производительность 57 съемов/ч при мощности 16 кВт, а установки модели I имеют производительность 72 съемов/ч при мощности 30 кВт (максимальное давление рабочей жидкости — 3,5 МПа). Некоторые параметры установок для сборки моделей из отдельных частей серии IF F приведены в табл. 7.19.

Параметры

2L/P

2L/I

2LS/P

2LS/I

3L/P

3L/1

3LS/P

3LS/I

Габариты, мм: длина ширина высота

2550 2185 3535

2800 2635 3985

Расстояние между плос­костями кон­дуктора, MM

550

750

550

750

На рис. 7.23 представлена полуавтоматическая установка модели 4193 для сварки двух половинок пустотелого пенополистиролового стояка, сконструированная ОАО «НИИТАвтопром». Установка со­стоит из сварной станины, на которой смонтированы: механизм пе­ремещения нижнего кондуктора с приводом от пневмоцилиндра; механизм поворота верхнего кондуктора с ручным приводом; элек­тронагреватель для термопластины; механизм перемещения термо­пластины с приводом от пневмоцилиндра; пневмо — и электрообору­дование. Электронагреватель включает в себя алюминиевую нагре­вательную плиту со встроенными ТЕНами и теплоизолирующий кожух, в котором предусмотрена щель для введения термопластины. Установка со всех сторон закрыта ограждением, состоящим из пане­лей с дверцами. Открытыми остаются зоны установки половинок стояка в верхний и нижний кондукторы и система подготовки воздуха.

Установка модели 4193 работает следующим образом. Оператор вручную устанавливает половинки моделей стояка в нижний и верхний кондукторы, которые удерживаются в кондукторах за счет вакуума, и вручную поворачивает верхний кондуктор в положение над нижним. После нажатия кнопки «Пуск» нижний кондуктор пе­ремещается к верхнему, при этом между частями моделей стояка остается зазор, в который входит предварительно нагретая до задан­ной температуры термопластина. После определенной выдержки, в течение которой происходит подплавление поверхностей полови­нок моделей стояка, термопластина возвращается в электронагрева­тель для подогрева, а части модели стояка прижимаются друг к дру­гу и выдерживаются в течение заданного времени до затвердевания шва. Готовая модель стояка извлекается оператором вручную из нижнего кондуктора.

Рис. 7.23. Установка для сварки стояка из пенополистирола модели 4193: а) общий вид; б) вид спереди на кондуктор

Техническая характеристика установки для сварки стояка из пенополистирола модели 4193 приведена в табл. 7.20. Следует от­метить простоту и удобство размещения и фиксации половинок моделей в верхнем и нижнем кондукторах.

Таблица 7.20

Техническая характеристика установки модели 4193

Параметры

Значение параметров

Максимальная высота стояка, мм

950

Производительность, съемов/ч

100

Привод — пневматический

Нагрев термопластины — электрический

Система управления — программируемый

Командоконтроллер

Установленная мощность, кВт

11

Габариты: длина/ширина/высота

4150/1600/2100

На рис. 7.24 представлена полуавтоматическая установка модели 4192 для сборки моделей в блоки путем приваривания к стояку из пенополистирола по двум взаимно перпендикулярным осям четы­рех моделей в ярусе, сконструированная ОАО «НИИТАвтопром». Число ярусов зависит от размера модели. Установка включает в себя жесткую рамную конструкцию, в которой смонтированы: механизм перемещения в горизонтальной плоскости двух кондук­торов с моделями (перемещение их происходит от пневмоцилинд — ров); механизм перемещения в вертикальной плоскости кондукто­ра с моделью стояка с приводом от пневмоцилиндра; электрона­греватель для двух термопластин; механизм перемещения в верти­кальной плоскости термопластин с приводом от пневмоцилиндра; пневмо — и электрооборудование.

Установка модели 4192 работает следующим образом. Оператор вручную устанавливает пенополистироловый стояк в центральный кондуктор, а модели — в два боковых кондуктора, расположенные по обе стороны от центрального и ниже его. После нажатия кнопки «Пуск» кондуктор со стояком опускаются в нижнее положение, а боковые кондукторы перемещаются к стояку и фиксируются с за­зором между ними и стояком для ввода нагретой термопластины. Нагретые термопластины перемещаются от электронагревателя, расположенного в нижней части установки и в конце хода, вверх, попадают в зазор между стояком и моделями. После выдержки, в течение которой происходит подплавление свариваемых поверх­ностей, термопластины выходят из зазора, и срабатывает механизм поджатая моделей к стояку. После некоторой выдержки, достаточ­ной для сварки, механизм протяжки моделей поднимает блок с двумя моделями и стояком в верхнее положение, а боковые кон­дукторы возвращаются в исходное положение. Для приваривания второй пары моделей к стояку оператор вручную устанавливает модели в боковые кондукторы и поворачивает центральный кон­дуктор на 90°. Нажатием кнопки «Пуск» воспроизводится анало­гичный цикл сварки моделей со стояком. Готовый модельный блок, состоящий из стояка и четырех моделей, извлекается оператором из центрального кондуктора. Техническая характеристика установ­ки для сборки модельных блоков термосваркой модели 4192 при­ведена в табл. 7.21.

Рис. 7.24. Установка для сборки модельных блоков термосваркой

Модели 4192

Таблица 7.21

Техническая характеристика установки модели 4192

Параметры

Значение параметров

Максимальная высота модели, мм

800

Максимальная высота стояка, мм

950

Производительность, съемов/ч

60

Параметры

Значение параметров

Привод — пневматический

Нагрев термопластины — электрический

Система управления — программируемый

Командоконтроллер

Установленная мощность, кВт

Габариты: длина/ширина/высота, мм

9

3650/3700/3450

Особенностями установки модели 4192 являются:

• возможность сваривать модельные блоки со стояками значи­тельной высоты за счет специальной конструкции механизма перемещения термопластины;

• жесткость конструкции, обеспечивающая стабильность и вы­сокую точность сваривания моделей со стояком, что особенно важно при протяженных стояках.

Фирмой «FATA» разработаны полуавтоматические установки для сборки модельных блоков двумя способами: термосваркой и склеиванием. Структурные схемы установок представлены на рис. 7.25 и 7.26.

Термосваркой фирмы FATA

Рис. 7.26. Структурная схема установки сборки модельных блоков склеиванием фирмы FATA: 1 — нижний кондуктор; 2 — верхний кондуктор; 3 — копир для нанесения клея; 4 — мешалка; 5 — ванна с клеем; 6 — челнок; 7 — металлоконструкция

Установка имеет габаритные размеры: при сборке термосвар­кой: длина 2000 мм, ширина 1100 мм и высота 2500 мм; при сборке склеиванием: длина 2720 мм, ширина 2910 мм и высота 2330 мм.

7.1.5. Оборудование для окраски моделей и модельных блоков

Для серийного и массового производства ОАО «НИИТАвтопром» разработана полуавтоматическая установка для окраски модельных блоков модели 4205, которая представлена на рис. 7.27. Установка включает в себя раму, на которой смонтированы: окрасочный бак, предназначенный для текущего расхода краски; бак хранения краски, предназначенный для поддержания находящейся в нем краски в рабочем состоянии и восполнения потерь краски в окра­сочном баке; подъемник, предназначенный для закрепления мо­дельного блока, его равномерного окунания в краску и извлечения из бака; пневмо — и электрооборудование.

Баки имеют одинаковую конструкцию, снабжены крышками с приводами от пневмоцилиндров, мешалками для краски с элек­троприводами и насосами для перекачки краски.

Установка модели 4205 работает следующим образом. Готовая краска заливается в окрасочный бак и в бак хранения краски. Блок моделей вручную устанавливается и фиксируется в захвате на кон­соли подъемника. Включением пневмоцилиндра производится опускание модельного блока в бак и его подъем из бака. Затем вручную осуществляется съем окрашенного блока моделей с захва­тов консольного подъемника. По мере расходования краски в про­цессе окрашивания блоков по команде сигнализатора уровня краска из бака хранения перекачивается в окрасочный бак. В целях преду­преждения оседания компонентов краски и поддержания необходи­мой консистенции мешалка в баке хранения работает постоянно, а в окрасочном баке включается при нахождении консоли подъемни­ка в верхнем положении и отключается при срабатывании захвата блока. Техническая характеристика установки для окраски модель­ных блоков модели 4205 приведена в табл. 7.22.

Рис. 7.27. Установка для окраски модельных блоков модели 4205

Таблица 7.22

Техническая характеристика установки модели 4205

Параметры

Значение параметров

Максимальные размеры модельного блока:

700/950

Диаметр описанной окружности/ высота, м

Производительность, блоков/ч

60

Привод — пневматический

Система управления — релейная

Установленная мощность, кВт

10

Габариты: длина/ширина/высота, мм

2900/3300/3200

Nf

ПНКХ

Рис. 7.28. Структурная схе­ма установки для окраски модельных блоков фирмы

«FATA ALUMINIUM»: 1 — модельный блок; 2 — бак с краской; 3 — узел крепления модельного блока; 4 — меха­низм перемещения модельного блока

На рис. 7.28 представлена структурная схема установки фирмы «FLAT ALUMINIUM» для окраски модельных блоков, аналогичной установке, описанной выше, но только с одним баком. Габаритные

6.9.6. ООО «МЕГАЛИТ»

Это единственное предприятие в России, которое производит ЛГМ отливки из бронз ремонтных комплектов, отдельных запас­ных частей для производства и ремонта оборудования. Для полу­чения отливок применяются бронзы: Бр05Ц5С5, Бр04Ц4С17, Бр08С12 и др. Все отливки перед передачей заказчику проходят 100% предварительную механическую обработку. Предприятие для получения качественных отливок использует современное обо­рудование и технологии. Для плавки металла применяется «печь — ковш» (от 0,7 до 2,5 т) постоянного тока с продувкой расплава инертным газом на протяжении всей плавки, производится


Вакуумирование форм при ЛГМ и др. Продукцией предприятия являются: втулки, кольца, подшипники скольжения (диаметр 80- 2500 мм); единичное крупное литье (масса до 3000 кг); плиты, квадраты (максимальный размер 1200 х 800 х 100 мм) и другие изделия. На рис. 6.39 представлена отливка втулки из бронзы (масса 900 кг, диаметр 1220 мм, высота 650 мм, толщина стенки 42,5 мм).

Рис. 6.39. Бронзовая втулка


ООО «АКС» (Завод арматуры контактных сетей, Санкт-Петербург)

Завод арматуры контактных сетей начал внедрение ЛГМ для производства отливок из медных сплавов взамен литья по выплав­ляемым моделям на экспериментальном участке. В настоящее время создан цех ЛГМ с механизированной линией формовки, за­ливки и выбивки форм из кварцевого песка. Плавильный участок

Рис. 6.33. Окрашенные блоки моделей на участке сушки (а), для хране­ния на складе или формовки (б); блоки отливок (после выбивки) направ­ляющего аппарата из СЧ20 (в) и зажимов проводов из латуни (г)

На модельном участке производятся изготовление моделей в автоклавах, сборка моделей в блоки, покраска и сушка блоков. На рис. 6.33 представлены блоки моделей и блоки отливок.

На рис. 6.34 представлен формовочный участок линии установ­ки модельных блоков в опоку, на рис. 6.35 — заполнение опоки песком на формовочном блоке, на рис. 6.36 — заливка формы ме­таллом, на рис. 6.37 — выбивка формы и на рис. 6.38 — участок линии выбитых опок.

Рис. 6.35. Заполнение опоки кварцевым песком из струйного дозатора на формовочном блоке линии

Рис. 6.36. Заливка формы металлом на участке формовочной линии

Рис. 6.37. Выбивка формы на линии

Замена технологии литья по выплавляемым моделям произ­водства арматуры контактных сетей на ЛГМ позволила заводу уменьшить затраты на вспомогательные материалы в 3-5 раз, со­кратить трудоемкость производства отливок в 2-4 раза, снизить потребление энергии в 2-3 раза, уменьшить производственные площади в 2 раза.


Рис. 6.38. Участок выбитых опок на линии

В настоящее время ООО «АКС» не только производит отливки для различных отраслей промышленности, но и является единст­венной организацией в России, которая занимается проектирова­нием и поставкой оборудования для новых и реконструируемых литейных цехов и участков, включая разработку технологии и по­лучения опытной партии отливок ЛГМ для вновь создаваемых про­изводств. (Об автоматизированной линии для ЛГМ конструкции ООО «АКС» см. в гл. 7.)

ОАО «Южноуральский арматурно-изоляторный завод» (ЮАИЗ)

ОАО «ЮАИЗ» является ведущим предприятием России в об­ласти производства линейной арматуры и изоляторов для воздуш­ных линий электропередачи, открытых распределительных уст­ройств станций и подстанций. На основании анализа существую­щих технологических процессов производства изоляторов и арма­туры высоковольтных линий электропередачи с 1993 г. начато внедрение процесса получения точных отливок из высокопрочного чугуна ЛГМ. Специалистами завода на основании изобретений российских ученых была разработана технология ЛГМ-процесса, спроектированы и изготовлены оборудование и технологическая оснастка.

Материал отливок — высокопрочный чугун марки ВЧ-50 ГОСТ 7293-85. Плавка чугуна ведется в индукционной печи ППИ-2,0, модифицирование производится в ковше комплексным модифика­тором ТУ 14-5-248. Предел прочности чугуна 50-57 кг/мм2, отно­сительное удлинение 10-20%, твердость 187-207 HB. Точность отливок от 7-0-0-7 до 9-0-0-9 ГОСТ 26645-85. Требование нара­ботки на отказ отливок IO6. Для предотвращения коррозии на по­верхность отливок горячим способом наносится слой антикорро­зийного цинкового покрытия толщиной 70-240 мкм.

6.9. Опыт работы отечественных предприятий

6.9.1. ЗАО «Златоустовский литейный завод — Метапласт»

В 1999 г. на заводе было организовано производство точных (без механической обработки) отливок JITM из высоколегированных жаропрочных и износостойких углеродистых сплавов для цемент­ной, горно-обогатительной, металлургической промышленности.

В это же время было освоено и начато производство по запатенто­ванной технологии литых бесшовных цепей из сталей различных марок и сплавов с широким спектром назначения (рис. 6.24, а, б). Это позволило отказаться от импорта (из ФРГ, Бельгии) дорогих цепей для цементной промышленности.

Рис. 6.24. Продукция ЗАО «Метапласт»:

А) цепи навесные литые из круглых звеньев;

Б) цепи навесные литые из овальных звеньев; в) серьга для двухзвенной навесной цепи;

Г) стойка для подвески цепей;

Д) футеровка отбойного бруса, сталь 110Г13; е) молоток для дробилки; ж) башмак

В настоящее время завод поставляет заказчикам жаропрочные и износостойкие отливки, приведенные на рис. 6.25, а также многие другие отливки специального назначения.

Средняя масса отливок от 2 до 380 кг. Материал — сталь марок 35Х23Н7СЛ, 20Х27Н4СЛ, 30ХСЛ, 40Х23Н10СЛ, 40Х9С2Л, 110Г13Л и чугун ЧХ16М. Точность отливок в зависимости от раз­меров 4-10-го классов по ГОСТ 26645-85.

Литейный цех завода оснащен современным оборудованием (рис. 6.26). На плавильном участке установлены среднечастотные индукционные печи. Заливка форм металлом производится на технологической линии. Модельный цех для изготовления гази­фицируемых моделей из пенополистирола оснащен автоматами и автоклавами.

В настоящее время данным способом завод выпускает более 3000 т отливок в год.

Е.

Рис. 6.25. Отливки из жаропрочных и износостойких материалов: а) плита порога печей; б) бронефутеровочная плита для мельниц; в) башмак порога; г) сектор щелевой; д) колосник для холодильников; е) плита футеровочная; ж) приспособление для изготовления отводов труб

Модельный

Участок

(автоклавы)

Рис. 6.26. Производственные участки литейного цеха ЗАО «Метапласт»

6.9.2. ОАО «Специальное машиностроение и металлургия», ОАО «Волжский завод точного литья» (B3TJI)

ОАО «ВЗТЛ», созданное в 1994 г. на базе Волжского литейно — механнческого завода, специализируется на производстве отливок для автотракторного производства, машиностроения и коммуналь­ного хозяйства.

Действующее производство ЛГМ в формах из кварцевого песка включает:

• склад формовочных и шихтовых материалов;

• плавильное отделение (индукционные печи ИЧТ-2,5 и ИСТ-0,25);

¦ формовочное отделение (автоматизированная линия формов­ки, заливки и выбивки форм с системой вакуумирования форм при их заливке металлом и охлаждении отливок и сис­темой регенерации оборотного кварцевого песка);

¦ модельное отделение (автоматическая линия вспенивания полистирола и модельные автоматы);

¦ очистное отделение (дробеметные барабаны и станки для за­чистки отливок);

¦ ремонтно-механическое отделение.

Техническая характеристика действующего производства:

¦ максимальный объем производства отливок — 5,5 тыс. т в год;

¦ минимальная и максимальная массы отливок — от 1 до 120 кг;

¦ максимальные габаритные размеры отливок составляют 600 х 630 х 630 мм;

¦ минимальная толщина стенок отливок —- 2-3 мм;

¦ марки чугунов для отливок: ВЧ-50, ВЧ-60, СЧ-15, СЧ-20, СЧ-25.

На рис. 6.27 представлен склад готовых окрашенных моделей корпуса турбонасоса для автомобиля КамАЗ.

Рис. 6.27. Склад готовых окрашенных моделей корпуса турбонасоса для автомобиля КамАЗ

«ж

Угеок!^»,,!

Рис. 6.28. Автоматизированная линия ЛГМ в вакуумированные формы из кварцевого песка конструкции ОАО «НИИТАвтопром»

Рис. 6.29. Участок заливки форм металлом на формовочной линии

Рис. 6.30. Характерные отливки из чугуна, полученные ЛГМ: 1 — разрез гайки; 2 — гайка резьбовая; 3 — гайка торцевая; 4 — рычаг передачи; 5 — гильза двигателя мотоцикла ИЖ; 6 — крышка реактивной тяги; 7 — корпус турбонасоса

Рис. 6.31. Сечения отливок: корпус гидропривода, секция маслопровода и корпус пневмопривода

На рис. 6.30 представлены наиболее характерные отливки из серого и высокопрочного чугуна, производство которых переве­дено с литья в песчано-глинистые формы на ЛГМ. В результате освоения производства отливок ЛГМ были снижены:


• масса отливок на 10-15 %;

• трудоемкость изготовления отливок на 20-30 %;

• трудоемкость при механообработке до 2 раз.

На рис. 6.31 представлены сечения отливок масло — и пневмоап — паратуры, получение каналов в которых даже литьем по выплав­ляемым моделям весьма сложно. Заводом освоено производство таких отливок по газифицируемым моделям в формах из песка.

6.9.3. Производственно-коммерческая компания «СОЭЗ-Автодеталь»

ПКК «СОЭЗ-Автодеталь» образована в форме общества с огра­ниченной ответственностью в 1996 г. в результате реконструкции ЗАО «Самарский опытно-экспериментальный завод». Направле­ние деятельности компании ориентировано на сотрудничество с АО «АВТОВАЗ» по поставке деталей для сборки автомобилей. В 2003 г. на заводе организовано производство отливок из алюми­ниевых сплавов, чугуна и стали в составе плавильного, модельно­го, формовочного и термообрубного отделений, а также отделения проектирования и изготовления пресс-форм для производства га­зифицируемых моделей. Модели из пенополистирола изготавли­ваются на модельных автоматах, формовка модельных блоков осуществляется на формовочной установке, плавка металла — в индукционных электрических печах.

Рис. 6.32. Модель ресивера, отливка и модель корпуса тормозного цилиндра для автомобиля ВАЗ

На рис. 6.32 представлены модели из пенополистирола и отлив­ки из алюминиевого сплава деталей, наиболее характерных для АО «АВТОВАЗ».

Высокое качество отливок, получаемых по газифицируемым мо­делям, является основой для расширения производства и поставки готовой продукции для других автомобильных заводов России.

6.8. Технология формовки в серийном производстве

В серийном производстве применяются формы из сыпучих ог­неупорных материалов, к которым предъявляются следующие тре­бования:

• формовочный материал должен обладать хорошей текуче­стью, обеспечивать заполнение отверстий и внутренних по­лостей модели при вибрации;

• гранулометрический состав сыпучего огнеупорного мате­риала должен после вибрации обеспечить максимальную


Плотность формы при минимальной пористости и высокую газопроницаемость;

• материал должен обладать минимальным пылеобразованием в процессе формовки и последующей регенерации, содержа­ние фракций размером менее 0,05 не допускается или должно быть предельно минимальным (не более 0,5 %);

• влажность материала не должна быть более 1,0 %;

• огнеупорность материала должна быть выше температуры заливаемого в форму металла;

• материал должен быть недефицитным и недорогим;

• материал не должен оказывать вредного влияния на здоровье человека.

Вышеперечисленным требованиям в большей степени удовле­творяет кварцевый песок класса 061К-063К и 1К-ЗК зернистостью 0,20 и 0,16 (ГОСТ 2138-74) категории А или Б с остроугольной или округлой формой зерна. Для повышения плотности формы при виброуплотнении применяются смешанные пески двух фракций 0,315 и 0,16 в соотношении 1:1, при этом при низкой пористости сохраняется высокая газопроницаемость. Для получения отливок с повышенными механическими свойствами применяются металличе­ские колотые и литые дроби марок ДСК-03 и ДЧК-03, которые соот­ветствуют фракционному составу кварцевого песка марки 1К0315.

При производстве отливок из стали применяют цирконовые пески, которые обладают высокой огнеупорностью (до 2000 °С), низким коэффициентом теплового расширения и более высокой по сравнению с кварцевым песком теплопроводностью [9]. Некото­рые зарубежные фирмы применяют для формовки оливиновые пески, которые имеют повышенную огнеупорность, низкую хими­ческую активность, не вызывают заболеваний силикозом.

Однако использование природных сыпучих огнеупорных мате­риалов (песков) при ЛГМ показало, что они не полностью соответ­ствуют вышеперечисленным требованиям. Кварцевые пески име­ют повышенный коэффициент расширения при нагревании, что приводит как к снижению точности отливок, так и к образованию поверхностных дефектов при литье из черных сплавов. Кроме то­го, в силу своей угловатости эти пески плохо уплотняются в узких каналах, для них характерно повышенное пылеобразование в про­цессе эксплуатации.

В 1994 г. университетом Бирмингема (шт. Алабама, США) были представлены материалы по разработке двух марок синтетического огнеупорного керамического материала, специально созданного для ЛГМ-процесса. Исходным сырьем являются порошкообразные алюмосиликаты, из которых при помощи связующего и воды фор­мируют мелкие округлые частицы, потом гранулы сушатся и спе­каются при температуре 1470-1649 °С. Затем материал рассеива­ется по фракциям. В процессе спекания материал зерна приобрета­ет кристаллическую структуру, высокую твердость, износостой­кость и термическую стабильность, низкий коэффициент термиче­ского расширения и высокую способность к регенерации. Округлая форма зерен обеспечивает хорошую текучесть и уплотняемость вибрацией. Были представлены две разновидности керамического материала: ID и LD, химический состав которых представлен в табл. 6.4, термические свойства — в табл. 6.5, минералогический состав — в табл. 6.6, физические свойства — в табл. 6.7. Исследова­ние гранулометрического состава и газопроницаемости проводи­лось по системе компьютерного моделирования литейных процес­сов AFS, принятой в США. Всего было представлено по 6 марок каждого материала, которые отличались зерновым составом и соот­ветствовали отечественным пескам зернистостью от 0,63 до 0,16.

Таблица 6.4

Химический состав керамических материалов, %

Минерал

Керамика ID

Керамика LD

Al2O3

75

48

SiO2

11

48

TiO2

3

2

Fe2O3

9

1

Прочие

2

1

Таблица 6.5

Термические свойства керамических материалов

Свойства

Керамика ID

Керамика LD

Расширение линейного изменения, %

0,65

0,61

Коэффициент теплового расширения,

6

5,56

I-IO^6 дюйма/(дюйм • 0C)

Теплопроводность, Вт/(см • 0C)

0,0066

0,0068

Теплоемкость, Вт/(с ¦ г ¦ °С)

1,142

1,180

Температуропроводность, см/с2

0,0028

0,0033

Минералогический состав, %

Минерал

Керамика ID

Керамика LD

Муллит

52

75

Корунд

48

13

Бета-кристобалит

0

12

Кварц

0

0

В 1995 г. фирма «Мэркюри Марин» стала применять керамиче­ский материал при производстве отливок по ЛГМ. Он обеспечил необходимую размерную точность, показал хорошую текучесть и уплотняемость, термостойкость и низкое пылеобразование при эксплуатации и регенерации. Это позволило фирме производить шестицилиндровые блоки двигателя автомобиля. Было также уста­новлено, что новый материал сокращает время заполнения опоки песком при формовке и его уплотнения вибрацией, что увеличива­ет производительность на линиях. В настоящее время керамиче­ский синтетический материал легких марок применяют во многих литейных цехах в США и других странах для производства отли­вок ЛГМ-процессом.

Уплотнение формы. Уплотнение формы из песка осуществля­ется вибрацией. На рис. 6.10 представлена зависимость уплотняе — мости кварцевого песка от амплитуды и частоты вибрации, из чего следует, что максимальная плотность песка достигается при отно — асй2

Шении—— > 5, где а — амплитуда.

S

E 1 1

• N = 1200 мин 1AN = 2000 мин"1

0 1 2 3 4 5 6

П = а со Ig

Рис. 6.10. Зависимость уплотняемости песка от частоты колебаний


S

А

V

Н л

S

О

U

О «

IV

9" S

S «в Р.

V

US Ев «I

S

JS О

S

S US О <х> В" S М S

Е

VC.

Q Sr — Й

Й

LD65

Го

О in

00

LD60

0,16

0,01

Г-

LD50

RI

О

1,53

LD40

0,315

1,54

О

О"

LD30

О"

In

0,08

LD20

0,315

СП in

ID70

0,16

ID60

0,20

С\

ID50

0,315

1,77

СП

О

Ю

ID40

О"

1,81

СГ

ID25

Сэ

0

1

ID15

0,63

0^

Свойства

Зернистость по ГОСТ 2138-84

Насыпная масса, г/см3

Влажность, %

X

Он


Загрузка формы из песка при вибрации снижает уплотняемость, причем уплотнение песка начинается при определенном значении п, которое зависит от удельного давления груза на форму (рис. 6.11). Снижение плотности формы при наличии груза объясняется уве­личением сопротивления сдвигу песка при вибрации, величина которого определяется уравнением [10, 11]

Т = т0<Г/(а-ао),

Где T0 — сопротивление сдвигу при статической нагрузке; а — уско­рение колебаний при данной возмущающей силе; а0 — начальное ускорение, при котором происходит сдвиг; / — постоянный коэф­фициент, равный для песка 0,003 с2/см. Напряжение сдвига описы­вается уравнением

Tjr = <7ztg(p,

Где Gz — нормальное напряжение, которое для песка определяется как Gz = ynZ, где уп — плотность песка; Z — расстояние от верха формы до расчетного сечения. При наличии груза G удельное дав­ление на песок составит P = —, где F — площадь, занятая грузом.

F

Следовательно, Gz = уnZ + P, т. е. напряжение сдвига увеличива­ется, уплотняемость песка уменьшается (см. рис. 6.11). Необходи­мо при этом учитывать, что с увеличением Gz увеличивается ко­эффициент внутреннего трения tg(p. Поэтому загрузка формы при уплотнении ее вибрацией не допускается.

Для уплотнения формы из песка вибрацией применяются два способа: со свободным положением формы на столе вибратора и жестким креплением ее к вибростолу механическими или гидрав­лическими захватами. В зависимости от устройства вибростола и положения опоки на нем процессы уплотнения будут неадекватны.

Для уплотнения форм используются в основном электровибра­торы с самобалансом, в которых изменение ускорения колебаний достигается регулированием амплитуды при постоянном числе обо­ротов дебалансов. При этом могут использоваться вибраторы как на жесткой основе (амортизаторы), так и на мягкой (пружины). Вибра­ционный стол на пружинном основании (рис. 6.12) при закрепленной


2

П = а со /g

Рис. 6.11. Зависимость уплотняемости формы из песка от предварительной нагрузки

1 — стол; 2 — вибратор с дебалансами; 3 — пружинное основание; 4 — опока; 5 — прижимы; 6 — песок


На столе опоке будет совершать вынужденные колебания под дей­ствием возмущающей силы вибратора Р, которая изменяется по гармоническому закону P = P1Sin(O), t), где Р\ — инерционная сила дебаланса; ю — частота вынужденных колебаний.

Если X обозначить вертикальное перемещение системы за вре­мя т, то согласно принципу Д’Аламбера получим дифференциаль­ное уравнение [10]

S > J 2

—+ CfX = P1 sin(coO, (6.16)

S dt

Где Cf — коэффициент жесткости пружинного основания; G —

%

Масса системы. Вертикальный сдвиг системы а\ = —- или

Cf

Р] = a\Cfi но т. к. Cf= теп2, уравнение (6.16) примет вид: d2x

—- + (O12 = A1CO02 sin(co, t). (6.17)

Dt

Решением уравнения (6.17) будет:

X

(6.18)

2

1°1

CO2r

CL

Sin(CO1Z) -—Sin(CO0Zt) COrt

Из уравнения (6.18) следует, что колебания системы можно раз­ложить на две части:

X1 =—^1-Sin(O)1O. (6.19)

1 ю 1

2

Со 0

Уравнение (6.19) описывает вынужденные колебания системы с цикловой частотой ю и амплитудой

А’ = = Na, (6.20)

1_ш1

Со2,

Где N— усиливающий фактор. 278

Данное уравнение описывает собственные колебания системы,

Со, Cd1

‘о

Которые зависят от отношения —Если значение —- очень не­

Ю,

Большое или частота собственных колебаний системы очень вели­ка по сравнению с вынужденными колебаниями, то система будет совершать колебания, тождественные вынужденным колебаниям при усиливающем факторе N=I. При очень большом значении

— усиливающий фактор будет равен 0 и система будет совер-

Co0

Шать колебания с частотой оо0 и очень маленькой амплитудой

Со. ^ со. ^

А—-. При —L = 1 амплитуда возрастает до бесконечности, т. е.

Ю0 со0

Наступает резонанс незатухающих вынужденных колебаний. Если частота колебаний сох приближается к частоте собственных коле­баний ю0, то колебания системы приобретают характер биения с циклической частотой соь При применении вибраторов инерцион­ного типа на жестком или мягком основании необходимо соблю­дать условие, при котором частота собственных колебаний систе­мы стол—опока была бы меньше частоты вынужденных колеба­ний или стремилась бы к нулю или отношение вынужденных ко­лебаний COi к частоте собственных колебаний оо0 равнялось бы це­лому числу, отличному от единицы.

Вторая часть уравнения (6.18) запишется:

Sin(CO1Zt) = axN—Sin(CO0Z). (6.21)

Со.

Как следует из уравнения (6.18), инерционные вибраторы не обеспечивают постоянство амплитуды колебаний, т. к. она зависит от массы системы стол—опока и жесткости основания. Следова­тельно, амплитуда будет изменяться по мере заполнения опоки пес­ком и конечная плотность формы может быть недостаточной. Более приемлемы для формовки вибраторы с эксцентриковым приводом, у которых амплитуда колебаний определяется величиной эксцен­трика вала и является величиной постоянной. Частота колебаний зависит от числа оборотов двигателя, и, следовательно, система стол—опока независимо от нагрузки (в пределах мощности приво­да) совершает гармонические колебания с постоянной частотой и амплитудой, что обеспечивает при п > 5 максимальную плотность литейной формы из песка. Однако при жестком креплении опоки на столе происходит быстрое затухание вибрации в форме из песка по мере удаления от источника вибрации. Поэтому общепринято по­ложение о свободном расположении опоки на вибрационном столе.

При свободном расположении опоки на вибростоле процесс уплотнения формы будет отличаться от процесса уплотнения при жесткой связи опоки со столом. При условии работы вибратора в режиме п > 1 и возмущающей силе P > F, где F — масса формы, процесс уплотнения песка будет происходить в результате соуда­рения формы и стола под действием инерционных сил с периодом вынужденных колебаний, но со сдвигом по фазе. При этом живая сила этих соударений будет определяться суммарной скоростью падения опоки и движения стола:

Где G — масса формы; R — коэффициент восстановления скоро­сти при упругом соударении формы и стола [12]. Работа стола в режиме п< 1 и Р> F будет происходить, как и при вибрации опо­ки, жестко связанной с вибростолом, но при этом форма будет не — доуплотнена. При амплитуде колебаний, соизмеримой с размером частиц кварцевого песка, при условии п > 5 и P > F уплотнение формы будет максимальным.

При уплотнении формы с модельным блоком возникает про­блема заполнения внутренних полостей и отверстий в модели пес­ком и его уплотнения.

Ряд зарубежных фирм с этой целью используют вибростолы с регулируемым направлением вибрации в трех плоскостях, причем для каждой конкретной модели экспериментально подбирается опти­мальный режим работы вибростола, сочетающий вертикальную и го­ризонтальную вибрации формы. Согласно теории механики сыпучих грунтов уплотнение песка не зависит от направления вибрации, оно зависит только от частоты и амплитуды [10]. В данном случае гори­зонтальное направление вибрации должно способствовать переме­щению песка в закрытые полости модели или горизонтально распо­ложенные отверстия и поднутрения модели, однако конкретных данных по режиму вибрации в зарубежной литературе не приводится. Следует, однако, предположить, что заполнение закрытых полостей и поднутрений в модели будет способствовать созданию такого режима вибрации, при котором песок приобретает свойства тяжелой псевдожидкости. При этом д вижение песка будет определяться направлением вибрации.

Исследования уплотняемости песка в зависимости от направле­ния вибрации были проведены в США [20]. Опоки заполняли пес­ком и уплотняли в вертикальном и горизонтальном направлениях с помощью электрогидравлического возбудителя. Такой привод по­зволял производить цифровую установку частоты и амплитуды, причем вибрация происходила под электронным контролем. Было установлено, что с увеличением п, т. е. с увеличением частоты ко­лебаний и уменьшением амплитуды, уплотняемость песка увели­чивается, причем при горизонтальной вибрации время уплотнения формы сокращается, а уплотняемость песка увеличивается по сравнению с вертикальной вибрацией (рис. 6.13).


А

1840 1760 1680 1600 1520

S 1840

И

1 1760

§ 1680 я

О 1600 ч

С 1520

Горизонтальная

Вертикальная

Горизонтальная Вертикальная


50 100 150 Частота вибрации, Гц 50 100 150 Частота вибрации, Гц


.S

1840

Й

А

1760

О

I

1680

О

С

1600

1520

0 50 100 150

Частота вибрации, Гц

Рис. 6.13. Влияние частоты и направления вибрации на плотность формы

2

П(\

Горизонтальная

Вертикальная

Асо G

Из песка в зависимости от коэффициента гравитации п a)n= 1; б) п = 2; в) п = 4

В процессе вибрации опоки с песком следует учитывать коле­бания, возникающие в ее стенках. В жестко связанной системе стол—опока под действием возмущающей силы P в стенках опоки возникают продольные и поперечные колебания, образование ко­торых можно объяснить, исходя из теории распространения про­дольных и поперечных колебаний под действием импульса силы в изотропной упругой среде. Скорость распространения продольной волны описывается уравнением [10, 19]

Где E — модуль упругости; Ji — коэффициент Пуассона; у — объ­емная масса материала опоки; g — ускорение силы тяжести. Поперечные волны распространяются со скоростью Vs’.

Наиболее сильно колебания проявляются в верхней, наименее жесткой части опоки, причем поперечные колебания стенок опоки вызывают горизонтальные колебания прилегающих к опоке слоев песка, направление которых не совпадает с вынужденными коле­баниями опоки. Результирующий эффект сложения вынужденных вертикальных и поперечных колебаний проявляется в образовании околостеночных потоков песка, направленных от стенки формы к ее центру и совершающих кругообразное движение с образовани­ем восходящих потоков песка, что приводит к разуплотнению формы. При уплотнении формы соударением ее со столом при свободном расположении опоки на вибростоле в стенках опоки возникает бегущая волна деформации со скоростью [13]:

Это также приводит к возникновению поперечных колебаний стенок опоки и снижению конечной плотности формы из песка. Поэтому для формовки модельных блоков в песке вибрацией сле­дует использовать опоки повышенной жесткости, особенно в верх­ней части, за счет оребрения их стенок. На рис. 6.14 представлена конструкция опоки для формовки газифицируемых моделей, кото­рая имеет высокую жесткость. Наиболее подходящим материалом для изготовления опок при данном методе литья считается чугун с учетом его демпфирующей способности.

Из анализа уплотняемости песка при вибрации следует:

• опока должна свободно устанавливаться на вибрационный стол;

• опока должна быть жесткой;

• уплотнение песка в опоке должно быть при п > 4, причем чем выше частота вибрации и меньше амплитуда, тем выше плот­ность;

• время уплотнения песка в опоке должно быть минимальным.

Рис. 6.14. Опока для формовки вибрацией

Технология формовки определяется серийностью производст­ва и степенью готовности модельного блока. Серийность произ­водства определяет степень механизации и автоматизации фор­мовки. По степени готовности модельного блока к формовке она может быть: с предварительной сборкой модельного блока, с при­менением готового модельного блока и со сборкой модельного блока непосредственно в процессе формовки.

Формовка с предварительной сборкой модельного блока.

При данном способе модель с литниковой системой, включая сто­як и литниковую чашу, собирается непосредственно перед фор­мовкой по системе шип—отверстие. Модель литниковой систе­мы — коллектор устанавливается в приспособление (кондуктор), затем модель коллектора стыкуется с моделью отливки и стояком из керамики или пенополистирола, выполненным совместно с лит­никовой воронкой. Опока предварительно засыпается на опреде­ленную высоту, обычно на 100-150 мм, песком, который уплотня­ется вибрацией.

На подгото вленную постель манипулятором или вручную уста­навливается собранный блок, и опока засыпается до верхнего уровня моделей песком, после чего без прекращения подачи песка включается вибрация опоки, которая продолжается до заполнения ее песком и его уплотнения. Фиксация блока зависит от степени механизации процесса формовки и осуществляется вручную или манипулятором. При ручной формовке применяется кондуктор, фиксирующий положение блока, одновременно защищающий ча­шу от попадания в нее песка при формовке. Вместо стационарной постели при установке модельного блока с неровной нижней по­верхностью модели применяется постель в виде кипящего слоя, для чего используются специальные опоки, применяемые при ва — куумировании формы во время заливки ее металлом. При готовно­сти форма нагружается грузом (если отсутствует система вакуу- мирования формы), масса которого рассчитывается по вышеизло­женной методике.

Формовка со сборкой модельного блока в форме отличается от предыдущей технологии тем, что такая сборка производится на предварительно подготовленной твердой постели из уплотненного песка. Такой вид сборки используется при комбинированной лит­никовой системе, состоящей из коллектора с питателями из пено­полистирола и керамического стояка при сифонном подводе ме­талла (рис. 6.15). На готовую постель устанавливается коллектор с моделями, затем с коллектором состыковывается керамический стояк с литниковой чашей. Форма засыпается песком до верхнего уровня моделей, и включается вибрация, которая продолжается до заполнения опоки песком и его уплотнения.

А б

Рис. 6.15. Модельные блоки со стояками из стержневой смеси: а) главный корпус тормозного устройства; б) верхняя крышка тормоза; в) нижняя крышка тормоза; г) промежуточная крышка тормоза

Формовка с готовым модельным блоком может произво­диться по двум вариантам. По первому варианту блок устанавлива­ется на подготовленную жесткую постель из уплотненного песка и дальнейшие операции формовки осуществляются так же, как и в случае с модельным блоком с предварительной сборкой. По второму варианту блок удерживается в опоке в заданном положении мани­пулятором (на автоматических линиях) или вручную и произво­дится заполнение опоки песком при одновременной ее вибрации до полной готовности формы. При таком варианте формовки мо­дельного блока он может быть собран на керамическом стояке или стояке из стержневой смеси (рис. 6.16), а также на пустотелом стояке из пенополистирола (рис. 6.17), что зависит от вида металла и массы отливок.

Рис. 6.16. Модельный блок на Рис. 6.17. Модельный блок на

Стояке из стержневой смеси стояке из пенополистирола

Применение ферромагнитной литой или колотой дроби в каче­стве формовочного материала не изменяет технологию формовки, но позволяет использовать магнитное поле как фактор, стабилизи­рующий статическое положение системы модель—металл—форма, и предотвращает ее разрушение под воздействием фильтрацион­ных сил газового потока и динамическое разрушение формы от заливаемого в нее металла.

Заполнение опоки песком. Важнейшей технологической опе­рацией изготовления формы является заполнение песком опоки с модельным блоком в процессе формовки. К процессу заполнения опоки при формовке модельного блока или модели предъявляются два основных противоположных требования:

• песок при заполнении опоки не должен деформировать мо­дель или модельный блок, а тем более разрушать его;

• время заполнения опоки песком и уплотнения формы должно быть минимальным.

В настоящее время существуют четыре способа заполнения песком опоки с модельным блоком: вручную (при помощи гибкого шланга), боковой, щелевой и струйный (при помощи дозатора). Заполнение опоки песком из гибкого шланга производится рабо­чим, от квалификации которого зависит равномерность ее запол­нения при сохранении цельности модельного блока.

Остальные способы заполнения опоки песком связаны с меха­ническими дозаторами с ручным или автоматическим управлением. Боковая загрузка осуществляется через периферийные щели доза­тора, в результате плоская струя песка направляется между стен­кой опоки и модельным блоком. В этом случае песок перемещает­ся от периферии к центру и оказывает давление на модельный блок, деформируя модели в сторону стояка. Совмещение заполне­ния опоки песком с вибрацией уменьшает боковое давление на модели, но возникает опасность (при клеевом соединении моделей с литниковой системой) разрушения блока от вибрации.

При щелевом заполнении опоки песком используется дозатор, днище которого имеет щели определенного размера по всей плос­кости. При открывании щелей песок заполняет опоку, при этом часть песка падает непосредственно на модель, что приводит к ее деформации или к разрушению модельного блока. Уменьшение кинетической энергии струи за счет ширины щели увеличивает время заполнения опоки песком и снижает производительность формовки. Однако при применении крупных моделей и жестких модельных блоков с сифонной литниковой системой такой способ заполнения опоки формовочным материалом вполне допустим.

Струйный способ заполнения опоки формовочным материалом является наиболее рациональным и производительным. Суть спо­соба: песок проникает в опоку через перфорированное днище до­затора с отверстиями диаметром 10-20 мм, расположенными та­ким образом, чтобы песок не падал на модель, а равномерно за­полнял пустое пространство как вокруг модели, так и внутри нее. С учетом небольшой кинетической энергии струи песка при не­большом диаметре отверстия и количества отверстий допускается попадание песка и на отдельные части модели, т. к. это не приво­дит к ее деформации и разрушению модельного блока.

Истечение сыпучего материала из отверстия зависит от плотно­сти материала, высоты его слоя над отверстием и сечения отвер­стия. Скорость истечения песка через круглое сечение можно определить по формуле

P

Где G =——- среднее давление песка на площадь отверстия со, при

Со

Этом P = yh, где у — плотность песка; h — слой песка над отвер­стием; X — коэффициент истечения, который для сухого песка ра­вен 0,65.

Расход песка через отверстие площадью со равен

Q = G>V.

Скорость свободного истечения песка через отверстие можно определить по формуле

V = JgRJ,

Со

Где R7 =— — гидравлический радиус отверстия при величине L

Периметра Z; /— коэффициент внутреннего трения; g — ускоре­ние силы тяжести.

Policast-процесс. Технология разработана фирмами «Teksid» (Италия) и «Castek» (Англия) и является разновидностью ЛГМ в формах из песка. Суть технологии: сборка моделей в блок произ­водится непосредственно на стояке, без шлакоулавливателя и кол­лектора. При этом стояк является базой для автоматизации всего технологического процесса производства отливок: сборки модель­ного блока, нанесения противопригарного покрытия, транспорти­ровки и сушки блока, его хранения и формовки, заливки и выбив­ки форм. По мнению специалистов этих фирм, данная технология наиболее приемлема для получения отливок из алюминиевых сплавов (см. рис. 6.17).

Replicast-npouecc разработан британской исследовательской и производственной ассоциацией стального литья «SCRATA» со­вместно с фирмами «Thyne Castics» и «Fosece» и имеет два вари­анта: Replicast-FM и Replicast-CS. Replicast-FM-nponecc отличает­ся от обычного процесса ЛГМ вакуумированием формы из песка в процессе заливки ее металлом. Применение вакуума существен­но влияет на процесс ЛГМ: повышается сопротивление формы из песка сдвигу, что расширяет возможности ЛГМ для получения бо­лее крупных отливок в формах из песка; удаляются продукты тер­модеструкции модели при заливке формы металлом, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда в цехе. Вакуумирование формы влияет на скорость ее заливки металлом, существенно ви­доизменяет физическую картину взаимодействия модели с распла­вом в полости литейной формы, и заливку формы металлом можно производить без применения груза, давление которого заменяется атмосферным.

На рис. 6.18 представлена физическая модель процесса ЛГМ при вакуумировании формы. При отсутствии вакуума равновесие системы в наиболее опасном сечении формы в зазоре 8 определя­ется неравенством (5.10), в котором <jz= уZ. При создании вакуу­ма на форму будет оказывать давление атмосфера; величина его определяется разностью между внешним давлением Po и давлени­ем в форме Pb (или P = P0 — Pb), следовательно, выражение (5.10) с учетом вакуума примет вид:

Где Рф — давление в зазоре 5 при наличии вакуума.

Увеличение давления на форму из песка увеличило его сопро­тивление сдвигу от гидростатического напора металла на границе металл—форма, что дало возможность расширить рамки примене­ния формы из песка для получения отливок массой до 2000 кг. На основе этого в Одесском институте специальных способов литья разработан вариант производства крупных отливок из чугуна по газифицируемым моделям в вакуумируемые формы из песка — ГАМОЛИВ-процесс, который был успешно внедрен на одесском Центролите для производства отливок станков массой до 1500 кг.

Рис. 6.18. Физическая модель ЛГМ с применением вакуума: 1 — опока; 2 — полиэтиленовая пленка; 3 — модель из пенополистирола;

4 — металл; 5 — песок; BH — вакуум-насос

Вакуумирование формы изменяет режим ее заливки, увеличи­вает массовую скорость заполнения формы металлом, что может изменить характер взаимодействия металла с моделью, привести к нарушению равновесия системы форма—металл—модель. По­этому при расчете литниковой системы следует учитывать вели­чину вакуума. Если учесть, что вакуум способствует значительно­му снижению величины давления в зазоре S и практически за­ливка формы металлом происходит в режиме замещения, при ко­тором величина зазора 8 близка к 0, то уравнение (3.49) с учетом вакуума можно записать:

5 = 2g(tfp-^-+^)T = 0. (6.24)

Fv YY

IH I ‘ M ‘ M

Учитывая, что Ъ = F0" • U т, уравнение примет вид:

5 = — H-S — 2g(Np — А +А)х = 0. (6.24, в)

^ox V YM YM

После преобразования уравнения (6.24) величина вакуума для создания режима замещения при заливке формы металлом опреде­лится:

Р»=К + Рф-НрУи, (6.25)

Где

YlmiAX-m)1 -г?! ________ " on _______ от

" 2Gn2Fy-*

После определения Pb по уравнению (6.25) необходимо по уравнению (6.23) с учетом вакуума определить величину давления на форму и его влияние на равновесие системы форма—зазор 8. Газовое избыточное давление в зазоре 8 при вакуумировании фор­мы практически может быть меньше или больше 0, т. к. величина вакуума по абсолютному значению выше Рф. Скоростной поток газов из зазора 8 будет определяться перепадом давления в форме Pb — Рф или (при Рф « 0) давлением вакуума:

Учитывая значительное увеличение сопротивления формы сдвигу при ее вакуумировании, равновесие системы модель— металл—форма будет обеспечено. Однако необходимо учитывать переменность сечения модели по высоте в направлении подъема металла в полости формы. Применение вакуума саморегулирует процесс подъема металла в полости формы. В режиме замещения металл поднимается в полости формы со скоростью, близкой к критической; она определяется термомеханическим сопротивле­нием модели. При увеличении толщины стенки модели скорость подъема металла под действием вакуума должна увеличиться, од­нако, с учетом инерции движения металла, могут произойти крат­ковременное нарушение режима замещения и образование зазора б, давление в котором может быть отрицательным, что приведет к нарушению левой части неравенства (6.26), и произойдет об­рушение стенки формы. Такие случаи имеют место при получе­нии отливок с переменным сечением по высоте без предвари­тельного расчета величины вакуума и скорости заливки формы металлом.

При применении вакуума расчет узкого сечения литниковой системы следует производить по методике, изложенной в данной главе, но с учетом вакуума. Для отливок из чугуна суммарное се­чение питателей определяется по уравнению

(6.27)

При получении мелких и средних отливок значение Рф можно не учитывать и уравнение (6.27) упростится:

(6.27, а)

При расчете по уравнению (6.27, а) за величину Pb следует при­нимать опытно-статистическую в пределах 0,4—0,6 кг/см2 или 0,04-0,06 МПа. Затем по уравнению (6.25) определяют расчетную величину Pb и проверяют расчет узкого сечения литниковой сис­темы по уравнению (6.27, а). При этом необходимо обеспечить заливку формы металлом в режиме замещения, не допуская пре­вышения критической скорости. Один из способов предотвраще­ния заливки формы в режиме «охвата» — это применение литни­ковой системы с небольшим гидростатическим напором металла (низкий стояк), но его не всегда возможно использовать. По этой причине некоторые фирмы применяют во время заливки вакууми — рование формы с открытым верхом. В этом случае вакуум исполь­зуется только для удаления продуктов термодеструкции из формы с целью их дальнейшей утилизации. При производстве отливок массой более 100 кг применение вакуума необходимо, однако не­обходим также индивидуальный подход к технологичности каж­дой отливки.

Replicast-CS (Ceramic shell), по существу, не относится к ЛГМ, т. к. модель из формы предварительно перед заливкой удаляется (выжигается). По данной технологии модель или блок моделей покрывается несколькими слоями огнеупорного покрытия, как при литье по выплавляемым моделям. Затем оболочка прокаливается, при этом происходит удаление модели. Обжиг длится 5-10 мин при температуре 900-1000 °С. Перед заливкой оболочка заформо — вывается в контейнере песком и форма вакуумируется. Качество отливки, полученной таким способом в тонких (2-3 мм) керамиче­ских оболочках, соответствует литью по выплавляемым моделям. Модель изготавливается при данном способе литья плотностью 35-40 кг/м3 с целью получения чистой поверхности и повышенной прочности. Сочетание прочной оболочки с вакуумом обеспечивает жесткость формы и ее прочность при заливке, благодаря чему и достигаются высокая точность отливки и чистота ее поверхности [14]. Удельные затраты на материалы при производстве 1 т годно­го литья данным способом по сравнению с другими технологиями представлены в табл. 6.8.

Кроме приведенных данных следует учитывать, что при Repli — cast-CS не применяются стержни, нет линии разъема и сборки формы, что значительно снижает трудоемкость финишных опе­раций, в том числе по сравнению с литьем по выплавляемым мо­делям. Данный способ нашел применение для производства от­ливок из качественных сталей, для которых как поверхностное, так и объемное науглероживание не допускается.

Таблица 6.8

Технология

Отношение масс формы и отливки

Стоимость 1 кг формовочных материалов, фунты стерлингов

Стоимость материалов на 1 кг отливок, фунты стерлингов

Литье в оболочковые

1 : 10

0,34

0,034

Формы

1,5 : 1

0,09

0,135

Литье в формах из XTC на фурановых смолах

3 : 1

0,027

0,81

ГАМОДАР-процесс. Способ литья по газифицируемым моде­лям в формах из песка с применением вакуума и заливкой формы под регулируемым давлением, разработанный в Институте проблем литья АН УССР (в настоящее время — ФТИМС HAH Украины).

На рис. 6.19 представлена физическая модель данного процесса литья [15]. Первоначально в контейнер 1 устанавливается газифи­цируемая модель 2, которая заформовывается кварцевым песком 3. После чего форма герметизируется и состыковывается пуансоном 4 с футерованной камерой выжимания 5, которая заполняется необ­ходимой дозой жидкого металла 6. Камера, перемещаясь относи­тельно контейнера 1, выдавливает металл в полость литейной формы при заданной скорости заливки. После расстыковки кон­тейнера с камерой 5 в ней остается небольшой пресс-остаток. При данном способе литья исключается применение традиционных конструкций литниковых систем. По утверждению разработчиков, скорость заливки формы металлом не зависит от изменения сече­ния формы по ходу движения металла. Качество поверхности от­ливок при данном способе литья обеспечивается равномерным вы­теснением жидкой фазы из зоны взаимодействия металла с моде­лью на границу металл—форма. Однако следует заметить, что раз­работчики не учитывали инерционные силы заливаемого в форму металла, которые препятствуют мгновенному изменению скорости заливки при увеличении поперечного сечения модели. В этом слу­чае возможны образование зазора достаточной величины между моделью и зеркалом металла и накопление в ней жидкой фазы, которая, попадая на границу металл—форма в значительном объе­ме, локализуется там. Дальнейшая термодеструкция жидкой фазы в локальном объеме на границе металл—форма приведет к образо­ванию специфических дефектов на отливке.

В работе [16] утверждается, что при заливке формы под давле­нием выполняются условия Pm » Рф и Pm » Ptm, где Pm — гидро­статическое давление металла, Рф — давление газов в зазоре 8 и Ptm — термомеханическое сопротивление модели, обусловленное низкой теплопроводностью пенополистирола и его механической прочностью на сжатие. Что касается первого неравенства, то оно выполняется и при гравитационной заливке формы без вакуума (иначе форма не заполнилась бы металлом), а при вакууме Рф = О, и, следовательно, это неравенство выполняется. Что касается вто­рого неравенства, то при его выполнении заливка должна проис­ходить в режиме «охвата», при котором металл устремляется по границе модель—форма, охватывая модель со всех сторон или с одной из сторон. В том и другом случае жидкая фаза будет скап­ливаться в верхней части отливки или на ее боковой поверхности, а на поверхности отливки будут формироваться углеродистые или газовые раковины. При полном охвате модели газовое давление может привести к выбросу металла из камеры через зазор ее с пу­ансоном. Поэтому и при данном методе литья давление металла не должно превосходить термомеханического сопротивления модели, но из этого не следует, что фактическая скорость заливки не может быть больше критической скорости при гравитационной заливке формы металлом. Преимуществом данной технологии являются возможность снижения поверхностных дефектов на отливках из чугуна, увеличение выхода годного до 85 % и повышение механи­ческих свойств отливки за счет использования давления в процес­се затвердевания металла.

На рис. 6.20 представлены отливки, полученные ЛГМ в маг­нитные формы из металлического песка, а на рис. 6.21 — блок отливок гильз двигателя СМД сразу после выбивки магнитной формы.

Рис. 6.20. Чугунные отливки, полученные из металлического песка в магнитном поле: а) блок крышек запорной арматуры из высокопрочного чугуна сразу после вы­бивки формы; б) блок чугунных отливок тормозного цилиндра автомобиля ГАЗ; в) чугунный корпус тормоза железнодорожного вагона; г) чугунный корпус элек­тродвигателя; д) чугунная гильза двигателя СМД-14; е) чугунные рабочие колеса

Грязевых насосов


На рис. 6.22 представлены образцы отливок зарубежного производства для двигателя ав­томобиля. Даже по приведен­ным рисункам можно судить о широких возможностях приме­нения вариантов технологии ЛГМ для производства сложных отливок из различных сплавов для разных отраслей машино­строения.

Рис. 6.21. Блок отливок гильз двигателя СМД из серого чугуна, полученных магнитной формовкой

Рис. 6.22. Автомобильное литье: а) коллектор; б) коленчатый вал; в) головка блока цилиндров; г) блок цилиндров; д) блок отливок впускного коллектора автомобиля «фиат» из алюминиевого сплава (см. также с. 298)

Рис. 6.22. Окончание

Заливка форм. При заливке форм металлом при ЛГМ необхо­димо соблюдать следующие требования:

• температура металла должна назначаться с учетом потерь тепла на термодеструкцию модели согласно табл. 4.1 и 4.3, отклонение от заданной температуры допускается в пределах 10°С;

• заливка металла должна производиться с оптимальной ско­ростью подъема его в полости литейной формы (табл. 6.2);

• заливку формы металлом через чашу и стояк из пенополи­стирола следует производить сначала слабой струей, а затем, по мере выхода газов, продолжать ее при заполненных стояке и чаше;

• форму с керамическим стояком и чашей необходимо зали­вать быстро при заполненной металлом чаше;

• при заливке формы из песка не допускается прерывания струи;

• заливку металла следует производить из чайниковых ковшей, а заливку стали — из стопорных ковшей для предотвращения попадания шлака в форму;


• на автоматических и поточных линиях рационально осуще­ствлять заливку металла при помощи заливочных установок на базе индукционных тигельных и канальных печей, обес­печивающих постоянство температуры и весовой расход ме­талла.

Выбивка, очистка, обрубка и зачистка отливок. Выбивка от­ливок в серийном производстве значительно упрощена и сводится к извлечению их из формы во время освобождения опоки от песка. В единичном производстве крупных отливок процесс выбивки формы идентичен процессу при литье в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям.

Очистка отливок в серийном производстве осуществляется по сокращенному циклу в дробеметных барабанах для удаления с по­верхности отливок остатков противопригарного покрытия. Время обработки устанавливается в 2-2,5 раза меньше, чем рекомендует­ся в техническом паспорте дробеметного оборудования. Зачистке подвергаются только остатки от литниковой системы после ее от­деления от отливки. Для отделения литниковой системы и прибы­лей от отливки применяется такое же оборудование, как и при тра­диционных способах литья.

При производстве крупных разовых отливок возможны поверх­ностные дефекты, которые образуются в результате недоуплотне — ния облицовочной смеси вокруг модели, что может увеличить тру­доемкость обрубки. Однако общая трудоемкость обрубки и очист­ки снижается, т. к. на отливке отсутствуют заливы, которые обра­зуются при литье по извлекаемым моделям по разъему формы и по контуру стержневых знаков.

Регенерация отработанных формовочных материалов. По­сле многократного использования формовочных материалов при ЛГМ в них происходит накопление продуктов термодеструкции модели, остатков противопригарного покрытия, керамических час­тиц от литниковой системы, металлических включений и мелкой пылевидной фракции кварцевого песка — результатов его терми­ческого разрушения. Установлено, что после 10-20 циклов оборо­та песка в нем содержится от 0,24 до 0,48 % сконденсированных продуктов термодеструкции. Все это ухудшает технологические и физико-механические свойства сыпучих формовочных материа­лов, в частности песка. Поэтому формовочные сыпучие материалы должны подвергаться регенерации. Процесс регенерации включает следующие операции: магнитную сепарацию, просеивание песка на вибрационном сите с ячейкой 2×2 мм и тепловую обработку при температуре 650-700 °С. Как показали исследования, прове­денные ИПЛ АН УССР и Института газа АН УССР, время терми­ческой обработки кварцевого песка составляет 5-10 мин при тем­пературе 650-700 °С, после чего песок приобретает естественный цвет, а суммарное содержание углеводородов в отходящем газе не превышает 0,001 %. Одновременно с этим в процессе термической регенерации в кипящем слое из песка удаляются мелкие пылевид­ные фракции. Так, содержание фракции менее ОД мм снижается в 5 раз, что полностью восстанавливает технологические и физико — механические свойства исходного кварцевого песка [17].

Рис. 6.23. Схема установки регенерации оборотного песка в кипящем слое

На рис. 6.23 представлена схема термической регенерации отработанного песка, на основе которой созданы промышленные установки производительностью 0,2; 1,0; 2,5; 4,0 и 10 т/ч. Уста­новка состоит из печи регенерации 2, двухзонного охладителя 3 и рекуператора 4. Отработанный песок питателем из бункера 1 пода­ется в печь регенерации 2, где происходит выгорание примесей и обеспыливание. Теплоноситель и одновременно окислитель в виде продуктов сгорания природного газа, разбавленного воздухом до температуры 1100-1200 °С, подается под газораспределительную решетку печи регенерации. Далее регенерат поступает в охлади­тель песка 3 с воздухоохладительным трубчатым теплообменни­ком, где он охлаждается до 40-5 O0C и выгружается из нижней зо­ны охладителя. Для псевдоожижения используется воздух от вен­тилятора. Таким же вентилятором воздух подается в рекуператор 4, где он нагревается отходящими из печи регенерации газами до температуры 400 0C и поступает далее в горелку СГ-40. Отходя­щие газы после рекуператора смешиваются с воздухом, охлажда­ются и направляются в систему пылеулавливателя. Установку ре­генерации песка можно использовать для дожигания отходящих при заливке формы газов, для чего они направляются вакуум — насосом на вход вентилятора печи регенерации [17]. Для регене­рации отработанных формовочных материалов можно также ис­пользовать установки регенерации холоднотвердеющих смесей на смоляных связующих, разработанных Челябинским конструктор — ско-технологическим институтом механизации и автоматизации в автомобилестроении (КТИАМ).

Экология и техника безопасности. При производстве отли­вок ЛГМ происходит выделение продуктов термодеструкции мо­дели в виде газов, паров и сажи. Состав продуктов представлен в табл. 3.2 и 3.3 и зависит от температуры. Вредные вещества вы­деляются также при хранении и переработке полистирола, при приготовлении противопригарных покрытий на спиртовой основе, их нанесении на модель и при последующей сушке модельных блоков. При формовке в песок происходит выделение пыли, со­держащей оксид кремния, вызывающий заболевание силикозом. Поэтому при организации производства отливок по газифицируе­мым моделям следует строго выполнять «Методические рекомен­дации по гигиене труда, технике безопасности при изготовлении точного литья по газифицируемым и предварительно удаляемым моделям из пенополистирола», разработанные Харьковским науч­но-исследовательским институтом гигиены труда и профзаболева­ний и утвержденные Ученым советом Минздрава УССР в 1973 г., и «Санитарные правила по устройству, оборудованию и эксплуата­ции цехов производства литья по пенополистироловым моделям», утвержденные Минздравом СССР в 1979 г.

ГОСТ 12.1.005-76 устанавливает предельно допустимые кон­центрации вредных веществ (ПДК) в воздухе рабочей зоны, кото­рые при ежедневной работе любой производительности (но не бо­лее 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболевание или отклонение в состоянии здоровья, обнаруживае­мых современными методами исследования в процессе работы. Для выделяемых при ЛГМ вредных веществ установлены сле­дующие ПДК, мг/м : для стирола и бензола 5; толуола 50; оксида углерода 20; углеводородов летучих 300; пыли, содержащей более 70 % свободного оксида кремния, — 1, а от 10 до 70 % — 2; паров изопропилового спирта 10; этилового спирта 1000; сажи — макси­мально разовая 0,15, среднесуточная 0,05. Частица пыли кремне­зема, которая не должна попадать в легкие человека в рабочей зо­не, имеет размер менее 100 мкм или 0,1 мм. Кроме ПДК, в рабочей зоне при длительном пребывании рабочего устанавливается мак­симально разовая концентрация вредных веществ, мг/м3: для сти­рола 20, бензола 15, толуола 50. Предельно допустимые концен­трации по выделениям вредных веществ при ЛГМ, установленные в России, более жестки, чем в промышленно развитых странах Ев­ропы, что видно из табл. 6.9 [18].

Таблица 6.9

Максимально допустимые концентрации вредных веществ в рабочей зоне, мг/м3

Наименование

Франция

Германия

США

Россия

Бензол

16

16

32

15

Стирол

215

85

213

20

Толуол

375

380

377

50

Общие требования по технике безопасности в цехах ЛГМ сво­дятся к следующим мероприятиям.

1. При хранении исходного полистирола для вспенивания в от­крытой таре при повышении температуры в помещении (выше 25 °С) выделяются изопентан и свободный стирол. Поэтому поли­стирол следует хранить до вспенивания в закрытой таре при нор­мальной или пониженной температуре вдали от источников тепла. Подвспененный полистирол следует перерабатывать при его мак­симальной активности. Хранить пенополистирол следует в не­отапливаемом помещении при температуре не выше 15 °С. При хранении пенополистирола в плитах вредные выделения отсутст­вуют. Помещение, где хранится полистирол до и после вспенива­ния, должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией.

2. При обработке пенопласта на деревообрабатывающем обо­рудовании, особенно шлифовальным инструментом, выделяется пыль, которая при концентрации выше 25 г/м3 взрывоопасна. Оборудование для обработки плит из пенополистирола должно иметь местные отсосы для удаления мелких отходов. После рабо­ты необходимо удалять пыль с электрооборудования. При резке плит горячим инструментом следует предусмотреть местную вы­тяжку со скоростью воздушного потока 0,7-1,0 м/с.

3. При вспенивании полистирола и изготовлении моделей про­исходит выделение изопентана и свободного стирола, концентра­ция которых при отсутствии вентиляции может достигнуть ПДК. Поэтому оборудование для вспенивания полистирола и производ­ства моделей тепловой обработкой в пресс-формах должно иметь отсасывающие устройства, а помещение оборудовано приточно — вытяжной вентиляцией при скорости отсоса от мест выделения вредностей не менее 1,0 м/с.

4. Установки для приготовления противопригарного покрытия на спиртовой основе должны быть оборудованы вытяжными зон­тами со скоростью воздушного потока 0,7 м/с. Окраску и сушку модельных блоков следует производить в местах, оборудованных вытяжной вентиляцией.

5. Формовка модельных блоков песком сопровождается выде­лением пыли, содержащей оксид кремния. При ручной формовке рабочее место должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией со скоростью вытяжки воздуха 1,0-1,5 м/с.

6. При заливке формы металлом происходит интенсивное вы­деление продуктов термодеструкции модели, количество и кон­центрация которых зависят от температуры, массы отливки и спо­соба формовки. В серийном производстве отливок следует приме­нять открытое или закрытое вакуумирование формы в процессе ее заливки и охлаждения отливки. При отсутствии вакуумирования перед выбивкой форму следует продувать воздухом, а выделяю­щиеся газы поджигать. При вакуумировании формы удаляемые газы необходимо дожигать в установках регенерации отработан­ного песка или каталитического дожигания газов. Применение ва­куума при заливке формы металлом, оборудования для регенера­ции отработанного песка и каталитического дожигания газов по­зволяет организовать экологически чистое производство отливок ЛГМ. Примерами создания таких производств могут служить литейные цеха на заводе «Сатурн» фирмы «Дженерал Моторс» (США), Арматурном заводе в г. Киеве (Украина) и др.

7. При производстве крупных отливок в опоках следует приме­нять систему вакуумирования формы с последующим дожиганием газа или местные передвижные вытяжные зонты. При этом необ­ходимо своевременно поджигать газы, выделяющиеся из формы при ее заливке. Запрещается устанавливать открытые выпора, прибыли, делать вентиляционные каналы из формы большого диа­метра без их перекрытия кварцевым песком или другим фильтра­ционным материалом. За рубежом находит применение способ очистки отходящих газов в фильтрах из активированного угля. Все эти меры позволяют обеспечить нормальные санитарно-гигиени­ческие условия труда.

8. Общие требования по безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.04.60-90, ГОСТ 12.3.027-81 и ОН ТП07-83. Воздух в рабочей зоне и микроклимат на рабочем месте в производствен­ных помещениях должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88. Про­изводственные помещения должны удовлетворять требованиям СНиП 11-4.8-71, СН245-71. Метрологическое обеспечение в об­ласти безопасности труда — по ГОСТ 12.0.005-84. Освещенность рабочих мест должна удовлетворять требованиям пятого разряда подразд. 13 СНиП 11-4-79. Электрооборудование должно соответ­ствовать разд. 2 ГОСТ 10580-74.

Противопожарная безопасность. Пенополистирол — легко­воспламеняющийся материал, в процессе горения он плавится и растекается по поверхности. Горит с выделением большого коли­чества сажи и черного дыма. Скорость распространения пламени по поверхности пенополистирола 1,5-2 м/мин. Температура са­мовоспламенения пенопласта — около 400 °С, теплота сгора­ния — 7500 ккал/кг. Поэтому на всех этапах технологического про­цесса должны соблюдаться меры противопожарной безопасности.

6.7. Технология изготовления формы в единичном и мелкосерийном производствах

Технология формовки в единичном и мелкосерийном произ­водствах зависит от габаритов, массы и сложности отливки. Для формовки могут применяться: цельные модели из пенополистиро­ла, не извлекаемые из формы; разъемные газифицируемые модели; извлекаемые модели из пенополистирола; частично извлекаемые и комбинированные модели, состоящие из деревянной извлекаемой модели с отъемными частями из пенополистирола или модели из деревянного каркаса, облицованного пенополистиролом. В по­следних двух случаях полистироловые вставки не извлекаются из формы, а внутренняя часть отливки выполняется в стержнях.

В зависимости от габаритов отливки и ее массы формовка может осуществляться в двух или нескольких опоках или в кессоне. Для формовки применяются песчано-глинистые, самотвердеющие, хо­лоднотвердеющие, химически твердеющие и жидкие самотвердею­щие смеси (ЖСС). Для формовки по моделям из пенополистирола применяются облицовочные и наполнительные смеси. К облицо­вочным смесям предъявляются особые требования, обусловленные низкой прочностью моделей. Смесь должна иметь низкую сырую прочность, хорошую текучесть и формуемость, высокую газопро­ницаемость (не менее 180 ед.) и прочность после затвердевания. Этим условиям соответствуют самотвердеющие смеси на жидком стекле с феррохромистым шлаком, химически твердеющие смеси (СС>2-процесс) и холоднотвердеющие смеси на органических смо­лах. В промышленно развитых странах используются в основном холоднотвердеющие смеси на фурановых смолах. На ВАЗе успешно применяют холоднотвердеющие смеси на связующем, состоящем из смол ФФ-65 и КФ-90 в соотношении 4 : 1. В Японии для изготовле­ния крупных отливок в качестве материала формы применяют сы­пучие песчано-цементные смеси. Применение жидких самотвер­деющих смесей снимает проблемы уплотнения формы и ее газопро­ницаемости, увеличивает производительность труда, однако их применение сдерживается ухудшением выбиваемости формы при литье чугунных отливок и повышением пригара.

Облицовочная смесь наносится послойно на модель толщиной 80-200 мм в зависимости от габаритов и массы отливки, и каждый слой уплотняется ручным формовочным инструментом. После за­твердевания облицовочного слоя остальная часть объема опоки или кессона заформовывается послойно наполнительной песчано — глинистой смесью, которая уплотняется пневматическими трам­бовками, или формовка производится пескометом. При примене­нии специальных опок для вакуумирования формы наполнитель­ную песчано-глинистую смесь рационально заменить сухим квар­цевым песком, уплотнение которого производится переносными вибраторами. Такая технология позволяет значительно сократить время изготовления формы, одновременно удалить из формы газо­образные продукты термодеструкции моделей и улучшить сани­тарно-гигиенические условия труда в литейном цехе.

Важным условием получения качественной отливки при ЛГМ является хорошая вентиляция формы, обеспечивающая свободный выход газа при термодеструкции модели в процессе заливки. Од­нако вентиляционная система формы должна не только обеспечи­вать свободный выход газообразных продуктов термодеструкции, но и фильтровать их от твердых продуктов термодеструкции (са­жи), выделение которой при заливке формы металлом недопусти­мо, т. к. это приводит к значительному ухудшению экологической обстановки в цехе и за его пределами. Поэтому необходимо, не­смотря на хорошую газопроницаемость облицовочной смеси, про­изводить наколы диаметром 6-10 мм с шагом 50-100 мм, которые

4 не должны доходить до модели на 30-50 мм. В наполнительном слое формы делают вентиляци­онные каналы диаметром 10- 20 мм с шагом 100-80 мм, кото­рые затем заполняют кварцевым песком. При получении крупных отливок следует располагать за об­лицовочным слоем специальные колодцы сечением 200×200 мм и более, которые затем заполня­ются гарью, керамзитом и свер­ху засыпаются кварцевым пес­ком. Выпоры и прибыли приме­няются только закрытыми. По­лые выпоры перекрываются га­зопроницаемыми пробками из стержневой смеси (рис. 6.3).

Загрузка формы производит­ся с учетом газового давления, которое образуется в полости литейной формы при термодеструкции модели. Массу груза рас­считывают по формуле

Gr = K(yMaHpSl + PtFt — atSt-Gt),

Где Gr — масса груза; умет — плотность металла; Hp — гидростати­ческий напор металла; 5ф — площадь сечения формы в наиболее опасном сечении; S’ф — поверхность формы, на которую действует подъемная сила металла; — газовое давление в форме; F^ — максимальное сечение модели; аф — предел прочности формовоч­ной смеси на растяжение; — масса формы выше опасного сече­ния; К — коэффициент запаса, учитывающий гидравлический удар металла в конце заливки, равный 1,3-1,5.

Рис. 6.3. Устройство закрытого

Выпора: 1 — модель из пенополистирола; 2 —- форма; 3 — полый выпор; 4 — вставка из высокогазопроницае­мой стержневой смеси

На рис. 6.4 представлена технология формовки по разъемной газифицируемой модели в двух опоках. Модель 1 помещается на подмодельную плиту 3, на которую устанавливается нижняя опока 2. Затем в опоку порциями подается песчано-глинистая смесь, кото­рая послойно уплотняется ручными трамбовками; пятка их обли­цована резиной. После изготовления нижней полуформы в ней


Производятся наколы диаметром 6-8 мм с шагом 50-80 мм. Затем нижнюю по­луформу с моделью снимают с подмо — дельной плиты, переворачивают на 180°, снова устанавливают на подмодельную плиту и на нее ставят верхнюю опоку и вторую часть модели (в данном случае прибыль), после чего производится формовка верхней полуформы. Стояк литниковой системы 4 выполняется из керамических трубок или по деревянной модели. По готовности в верхней полу­форме делаются наколы диаметром 6- 8 мм с шагом 40-50 мм, которые затем засыпаются кварцевым песком. Сверху устанавливается керамическая воронка или чаша из формовочной смеси. На форму устанавливается груз, и она зали­вается металлом. Как следует из техно­логии формовки, при наличии разъема модели форма практически не имеет разъема, а отливка получается без укло­нов, стержней и заливов. При производ­стве отливок более 500 кг из железоуг­леродистых сплавов при формовке при­меняются облицовочные смеси.

* *

I

‘"sI

‘I

Iv

У

*Л ‘

» 4

Рис. 6.4. Формовка по разъемной модели в двух опоках: 1 — модель из пенополисти­рола; 2 — нижняя опока с формовочной смесью;

3 — подмодельная плита;

4 — литниковая система;

5 — прибыль; 6 — опока

На рис. 6.5 представлена технология формовки по неразъемной газифици-


Руемой модели [7]. В данном случае

Нижнюю полуформу можно формовать как на подмодельной пли­те, так и на формовочном плацу. Во втором случае в опоку перво­начально засыпают наполнительную смесь, уплотняют пневмати­ческими трамбовками, затем устанавливаются элементы литнико­вой системы из керамических трубок, и после выполнения венти­ляционных наколов в наполнительной смеси остальная часть нижней опоки заполняется облицовочной смесью, которая после уплотнения выравнивается линейкой заподлицо с опокой. Далее устанавливаются модель, стояк из керамических трубок или его де­ревянная модель. На модель устанавливаются грузы 5, и произво­дится формовка вручную облицовочной смесью послойно (толщина

70-120 мм). После затвердевания смеси груз снимается, и продолжается формов­ка с применением облицовочной и на­полнительной смесей. По мере заполне­ния верхней опоки устанавливается отъ­емная часть модели прибыли 7. В верхней полуформе производятся на — колы, которые засыпаются кварцевым песком, устанавливается литниковая чаша из формовочной смеси или кера­мическая воронка, на форму укладыва­ется груз, и производится заливка ее ме­таллом.

На рис. 6.6 представлена технология формовки по газифицируемой неразъем­ной модели в трех опоках на Горьков — ском автозаводе [8]. На подмодельную плиту 6 устанавливается опока 4, газифи­цируемая модель 7, керамический стояк 9 и отводы 5 под выпора. Модель и отводы облицовываются вручную самотвердею­щей смесью 8 толщиной 40-70 мм.

Рис. 6.5. Формовка по цельной модели без разъема формы: — модель; 2 — литниковая система из керамических трубок; 3 — нижняя опока;

4 — формовочная смесь;

5 — грузы; 6 —- верхняя опока; 7 — прибыль;

8 — вставка

Одновременно присоединяют литни­ковую систему 1 к модели, которую об­лицовывают самотвердеющей смесью. Во избежание размыва смеси напротив стоя­ка укладывается керамическая плитка 2. Оставшийся объем опоки заформовывается наполнительной песча- но-глинистой смесью. На опоку 4 устанавливается опока 3 с кресто­винами 16, которая заформовывается смесью 10. Опоки совместно с подмодельной плитой поворачивают на 180°, устанавливают на плац, подмодельная плита снимается, и устанавливается верхняя опока 11 с крестовиной. Карманы и полости в верхней части модели заполняются самотвердеющей смесью, которая уплотняется ручны­ми трамбовками. Затем устанавливают выпора 12, деревянную мо­дель стояка 13, и опока заполняется наполнительной формовочной смесью, которая уплотняется над моделью ручными трамбовками.

Рис. 6.6. Формовка в трех опоках по цельной модели из пенополистирола: а) формовка нижней полуформы; б) форма в сборе

При готовности верхней полуформы в ней делаются вентиля­ционные наколы, модель стояка извлекается, затем устанавливает­ся литниковая чаша 14, и производится заливка формы металлом.

На рис. 6.7 представлена технология формовки с частичным удалением модели для получения отливки «козлы раскатные» чер­ным весом 21 т в кессоне. Модель 1 (рис. 2.32) устанавливается стойками вниз на подготовленную заранее жесткую постель в кес­соне. Стойки из пенополистирола фиксируются между собой че­тырьмя металлическими стяжками 2. Затем нижние части стоек об­лицовываются вручную самотвердеющей смесью 7 толщиной 100— 200 мм и на высоту 200-250 мм, которая уплотняется вручную. Предварительно, при подготовке постели, укладываются элементы литниковой системы 75 и 76 из керамических трубок и газоотвод­ная труба 6 из постели. Затем на постель устанавливаются прямо­угольные деревянные модели вентиляционных колодцев 4 и пода­ется наполнительная песчано-глинистая смесь 5, которая послойно уплотняется пневматическими трамбовками на высоту облицовочного

Рис. 6.7. Формовка в кессоне с частичным удалением модели


Слоя. Формовка продолжается до середины моделей стоек, после чего верхняя часть модели снимается, и формовка продолжается до разъема модели. По разъему модели устанавливаются электро­контакты Ki и K2, соединенные с источником тока П и электриче­ской лампочкой JI. По мере формовки модели колодцев переме­щаются вверх. По окончании формовки стоек на них устанавлива­ется отъемная часть модели, и формовка продолжается до линии разъема формы, совпадающей с верхом кессона. Затем устанавли­ваются деревянная модель прибыли 9, элементы литниковой си­стемы 16, металлические прутки для формовки воздушных кана­лов 8 и опока верха 10. На модель прибыли после ее облицовки эк­зотермической смесью устанавливается модель колодца 77. В оболоч­ке из экзотермической смеси делаются вентиляционные каналы 8 (рис. 6.7), После окончания формовки верхней опоки 10 она сни­мается, и модель прибыли извлекается. Затем удаляется верхняя часть модели из пенополистирола, и форма собирается. Из верхней полуформы извлекается модель колодца, на низ колодца устанав­ливается металлическая решетка, и он засыпается керамзитом и кварцевым песком, а на форму накладывается крышка с отвер­стиями для выхода газов 14. Перед сборкой формы из ее нижней части извлекаются модели колодцев, производятся наколы 3 из колодцев в сторону модели и колодцы засыпаются керамзитом 13, который уплотняется трамбовками. На верхнюю форму устанав­ливают литниковую воронку 20, элементы литниковой системы 18, 19, воронку 21 и грузы 72. Форма заливается из стопорного ковша первоначально через воронку 20. После того как заполнится ме­таллом нижняя часть формы, о чем просигналит лампочка JI, за­ливка продолжается через литниковую воронку 21 непосредствен­но в прибыльную часть формы. Во время заливки формы металлом идущие из выпоров и вентиляционных каналов газы поджигаются. Заливка формы протекает спокойно, без выделения сажи и дыма.

На рис. 6.8 представлена отливка «козлы раскатные» в обруб­ном цехе после ее извлечения из кессона. На рис. 6.9, а — отливка станины кузнечного молота (модель на рис. 2.30), на рис. 6.9, б — отливка стола формовочной машины (модель на рис. 2.31), на рис. 6.9, в — отливка корпуса подшипника (модель на рис. 2.29).

Рис. 6.9. Стальные отливки: а) станина кузнечного молота из стали ЗОЛ массой ST; б) стол формовочной ма­шины из стали ЗОЛ массой 4 т; в) корпус подшипника из стали 45Л массой 380 кг

(см. также с. 271)

Рис. 6.9. Окончание

6.6. Разработка чертежа модели

При единичном производстве чертеж модели отличается от чер­тежа отливки размерами (учитывается усадка отливки), наличием элементов модели и указанием их соединения, элементами литни­ковой системы и прибылями с указанием их соединения с моделью. Как правило, все эти указания выполняются непосредственно на чертеже отливки, и поэтому чертеж модели не разрабатывается.

В серийном производстве разработка чертежа модели и ее эле­ментов обязательна, т. к. он является основой для разработки до­кументации на пресс-формы. Разработка чертежа модели и ее час­тей состоит из следующих этапов:

• по чертежу отливки определяется возможность изготовления модели в одной пресс-форме при выбранном способе произ­водства моделей;

• если изготовление модели в одной пресс-форме невозможно, то модель разбивается на такое количество простых частей, чтобы каждая из них могла быть получена в одной пресс — форме; при этом следует стремиться к минимальному коли­честву составных частей модели; на чертеж модели наносят­ся линии ее разъема;

• разрабатываются чертежи литниковой системы из пенополи­стирола, определяется возможность ее изготовления совме­стно с моделью или ее частями в одной пресс-форме, а также способ соединения элементов литниковой системы с моде­лью, вносятся соответствующие изменения в чертеж модели или ее частей;

• при разработке чертежей модели или ее частей и элементов литниковой системы учитываются дополнительные припус­ки и допуски на сборку модели и модельного блока в целом, уклоны и другие технологические изменения;

• на чертежах модели и ее частей указываются линия разъема пресс-формы, места задува гранул, расположение и количе­ство вент, класс точности и шероховатости поверхности, технические условия контроля качества модели;

• если модель состоит из нескольких частей, то составляется технологическая карта сборки модели или модельного блока с указанием вида и порядка сборки, а также необходимых приспособлений для сборки.

6.5. Расчет и конструирование литниковой системы

При ЛГМ к литниковым системам наряду с общепринятыми требованиями при изготовлении отливок традиционными спосо­бами литья предъявляются дополнительные требования, которые обусловлены особенностями данной технологии [2]. Одним из ос­новных правил заливки формы металлом при ЛГМ является усло­вие создания плоского фронта взаимодействия металла с моделью, способствующего постепенному замещению ее расплавом. Эти условия можно выполнить только при сифонном рассредоточен­ном подводе металла в полость формы. Это условие необходимо соблюдать при получении отливок в форме из песка, а также при производстве среднего и крупного литья из железоуглеродистых и медных сплавов. При получении мелких и тонкостенных отливок из этих сплавов массой до 1 кг возможно применение любого спо­соба подвода металла. При изготовлении отливок из алюминиевых сплавов возможно применение различных вариантов литниковой системы с подводом металла сифоном, в разъем, сверху или в два яруса и более, т. к. при температуре заливки таких сплавов термо­деструкция модели идет в основном с выделением жидкой фазы (см. гл. V) и процесс вытеснения модели металлом происходит в режиме замещения. Из традиционных требований к проектиро­ванию литниковой системы необходимо выделить два требования, которые имеют важное значение при ЛГМ.

При конструировании литниковой системы необходимо обес­печить отсутствие разряжения в ее элементах при заливке формы металлом. Процесс горения полистирола в полости литейной фор­мы нежелателен, т. к. при этом значительно увеличивается выде­ление газообразных продуктов и сажистого углерода. Это приводит к появлению газовых раковин в отливках, а при литье стали — и к увеличению объемного науглероживания металла. При примене­нии стояка из пенополистирола в формах из песка разряжение в стояке приводит к разрушению формы в зоне стояка и образованию песочных раковин в отливке или к полному обвалу формы в этой зоне и браку отливки.

Другим важным фактором является обеспечение оптимальной скорости заливки формы металлом, т. к. нарушение этого режима приводит к снижению качества отливки, особенно из черных спла­вов. При этом необходимо учитывать минимально допустимые ско­рости подъема металла в полости формы для получения отливок по извлекаемым моделям в песчано-глинистых формах, ниже которых в отливках получаются спаи, недоливы и другие дефекты [3].

Для чугунных отливок при литье в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям рекомендуются следующие минимально допустимые скорости подъема металла в полости литейной формы при нормальных температурах его заливки [3]:

Толщина стенки отливки, мм………………. 10—40 4-10 1,5-4

Минимально допустимое значение

Скорости металла, мм/с………………………. 20-10 30-20 100-30

При получении стальных отливок минимальная скорость подъ­ема металла в полости литейной формы имеет следующие значения:

Толщина стенки отливки, мм…………….. 7-10 11—4-0 более 40

Минимально допустимое

Значение скорости металла, мм/с……… 20 20-10 8-10

При ЛГМ кроме оптимальной существуют максимально допус­тимые скорости заливки формы металлом, при превышении кото­рых получение качественной отливки как из черных, так и из цветных сплавов практически невозможно. В табл. 6.2 приведены оптимальные и максимально допустимые скорости подъема ме­талла в полости литейной формы при получении отливок из чер­ных металлов.

В настоящее время существуют и предлагаются различные мето­дики расчета элементов литниковой системы для различных спла­вов, однако все они основаны на создании оптимального режима заливки формы металлом с учетом коррекции его температуры.

Таблица 6.2

Скорость подъема металла в полости литейной формы, мм/с

Толщина стенки отливки, MM

Оптимальная скорость

Максимально допустимая скорость

Чугун

Сталь

Чугун

Сталь

До 10

40

60

50

75

11-20

25

50

40

70

21-40

20

40

30

55

41-60

15

30

25

50

Более 60

12

25

20

40

Предлагается методика проектирования и расчета литниковой системы с учетом противодавления Р§ в зазоре 5, которая сводится к следующему [4].

Исходя из оптимальной скорости заливки Von, определяется время заливки формы металлом по формуле


Н_

T =


Где H— высота отливки по положению ее в форме при заливке.

При получении плоских отливок типа плиты и их горизонталь­ного расположения в форме принимается длина отливки или ши­рина в зависимости от подвода металла, однако следует учиты­вать, что скорость течения металла в горизонтальных стенках формы на порядок выше, чем по вертикальным.

(6.2)

Определяется величина среднего давления Рф в зазоре 8 при со­вместном решении уравнений (3.41) и (3.50). В уравнении (3.50) значения ц, Hv и Fa определяются, исходя из условий заливки ме­талла в полую форму, причем Hv в случае простой отливки опре­деляется по формуле:

H=H———

Где H — высота стояка выше места подвода металла к отливке; С— высота отливки; P — высота отливки выше места подвода металла.

При сифонной заливке формы металлом Hp определяется:

р

Где H1„ах — максимальный гидростатический напор металла, рав­ный высоте стояка и металла в чаше; Hmm — минимальная высота гидростатического напора металла, которая определяется разно­стью между максимальным напором металла и высотой отливки.

При сложной конфигурации отливки расчетную высоту гидро­статического напора металла следует определять по формуле

(6.4)

Где Qp — объем отливки; S — поперечное сечение отливки при переменном напоре к, Sdh — элемент объема.

G

Суммарная площадь узкого сечения литниковой системы при заливке чугуна определяется по формуле Озана:

(6.5)

Где р. — коэффициент расхода литниковой системы, равный в среднем 0,35-0,4; G — масса отливки, кг; умет — плотность зали­ваемого в форму металла, г/см3.

При отсутствии необходимых данных для расчета давления Рф в зазоре 8 расчет суммарной площади узкого сечения литниковой системы можно производить по методике для литья по извлекаемым моделям в песчано-глинистые формы, но с учетом потерь, связан­ных с термодеструкцией модели по следующей методике [5].

(6.3)

Площадь узкого сечения литниковой системы для любого спла­ва определяется по формуле (6.6) с учетом коэффициента потерь расхода металла, обусловленных наличием газифицируемой моде­ли в форме: где уМет — плотность металла; T3 — время заливки формы метал­лом, определяется по формуле (6.1); G — масса металла, кг; Hp — расчетный гидростатический напор металла; р. — коэффициент сопротивления течению металла в литниковой системе. Коэффи­циент потерь расхода цг зависит от температуры перегрева метал­ла при его заливке в форму G3 и газопроницаемости покрытия K11.

Для железоуглеродистых сплавов коэффициент цг определяется по формуле:

При температуре перегрева металла 1,15 > 63> 1,05

Цг = -0,8 +19 З03 + (0,03IB3 — 0,03)Кп; (6.7)

При перегреве металла G3 > 1,15

Цг = 0,72 + 0,007КП. (6.7, а)

Для отливок из цветных металлов цг определяется следующим образом:

При температуре перегрева металла 1,15 > O3 > 1,01

Цг=-1 + О, ОО8Кц+1,403; (6.8)

При температуре перегрева металла O3 > 1,15

= 0,54 + 0,008Кп. (6.8, а)

Температура перегрева O3 определяется по формуле

Т.-т,

Где T135 Гф, Tsi — температуры заливки, формы и ликвидуса соответ­ственно. Температуру заливки металла при ЛГМ следует принимать с учетом потерь на термодеструкцию модели по данным табл. 4.1- 4.3 или по формулам [5]:

Для железоуглеродистых сплавов

T3 =Г3′ +10,1 ‘IO3-^-; (6.10)

C1P1

Для цветных металлов и сплавов:

T3 = Г3′+9,2-103-^, (6.10, а)

Где Tf3 — рекомендуемая температура заливки в песчано-

Глинистые формы по извлекаемым моделям [3]; С\, pi — соответ­ственно теплоемкость и плотность сплава, Дж/(кг • °С) и кг/м3; Р5 — объемная масса модели, кг/м3.

Можно также использовать методики, изложенные в [2]~[4] с учетом формул (6.7), (6.7, а), (6.8), (6.8, а).

При получении единичных отливок массой более 500 кг для рас­чета литниковой системы можно использовать методику, применяе­мую на заводе ВАЗ при получении отливок пггамповой оснастки.

Сущность методики состоит в следующем: первоначально определяется время заливки формы металлом по уравнению (6.1). Затем рассчитывается массовая скорость заливки M3 делением массы отливки M0 на время заполнения формы металлом T3 :

По массовой скорости заливки подбирается диаметр стакана стопорного ковша по табл. 6.3.

Диаметр стояка определяется в зависимости от диаметра стака­на стопорного ковша по следующей зависимости:

Диаметр стопорного стакана, мм…….. 30 35 40 50 55 60 70

Диаметр стояка, мм…………………………. 40 45 50 60 70 80 90

Остальные элементы литниковой системы определяются из со­отношения их площадей поперечного сечения: для крупных стальных отливок

Fcr ‘.Fjsx: Fn =1,6: (1+2): (1+2);

Для чугунных отливок

Где FCT, Fsix, Fn — соответственно площадь сечения стояка, литни­кового хода (шлакоулавливателя) и питателя.

Таблица 6.3

Диаметр стакана стопорного ковша

Уровень

Массовая скорость заливки (кг/с)

Металла

Объем

При диаметре стопорного стакана, мм

В ковше,

MM

Ковша, т

30

35

40

45

50

55

60

70

300

8,0

10,7

14,5

18,9

24

29,6

35,8

42,7

58,1

600

8,0

15,1

20,5

26,7

33,8

41,8

50,7

60,2

82

1600

10,20

24,7

33,4

43,7

55,3

68,3

95,5

95,5

134,0

Конструкция литниковой системы зависит от вида сплава, габа­ритов отливки, ее массы и способа формовки.

При единичном производстве крупных отливок из черных сплавов литниковая система состоит из стояка, литникового хода и питателя. Количество литниковых ходов и питателей зависит от габарита отливки и ее массы. Как правило, все элементы литнико­вой системы выполняются из керамики (сифонного припаса), а литниковая чаша делается из формовочной (стержневой) смеси или применяется керамическая воронка. Литниковая система вы­полняется только сифоном с подводом металла в самые нижние поверхности отливки.

При серийном производстве отливок литниковая система со­стоит из питателей, шлакоулавливателя, коллектора, стояка ц, ча­ши. В зависимости от массы отливки (отливок) и вида сплава лит­никовая система выполняется из пенополистирола, включая стояк и чашу, или из керамики и других огнеупорных материалов; она может быть и комбинированной: питатели, шлаковик и коллектор выполняются из пенополистирола, а стояк и чаша — из керамики или из стержневой смеси. К конструкции литниковой системы при ЛГМ предъявляются определенные требования, которые обуслов­лены особенностями данной технологии.

Литниковая система из пенополистирола должна быть доста­точно прочной и жесткой, обеспечивающей цельность модельного блока при его покраске, транспортировке, хранении и формовке.

Сборка элементов литниковой системы должна быть простой и надежной, желательно без применения сварки и клея. Предпочти­тельно секционное исполнение литниковой системы, при котором каждая секция состоит из коллектора и части стояка, что позволяет производить быструю сборку модельного блока.

Питатели должны составлять с моделью единое целое и изго­тавливаться в одной пресс-форме с моделью или ее частью.

Элементы литниковой системы из пенополистирола должны изготавливаться в простой пресс-форме с одним разъемом.

На рис. 6.1 представлены конструкции модельных блоков, со­бранных из элементов литниковой системы с моделями, наиболее часто применяемых при ЛГМ. Вертикальные ряды отличаются ис­полнением стояка: ряд 1 — стояк керамический из сифонного при­паса или стержневой смеси; ряд 2 — стояк трубчатый пустотелый из пенополистирола или из огнеупорных волокнистых материалов; ряд 3 — стояк кольцевой из пенополистирола. Горизонтальные ряды отличаются способом сборки моделей в блок и подводом ме­талла к отливкам. На рис. 6.2 показаны некоторые схемы сложных коллекторов литниковой системы, которые применяются для сборки модельных блоков. При производстве отливок из черных сплавов необходимо литниковую чашу выполнять из керамики или из стержневой смеси.

При выполнении технологических операций транспортировки, покраски или формовки на модельный блок действуют силы, которые вызывают деформацию элементов модельного блока. Максимальные внешние нагрузки испытывают питатели и коллектор, которые свя­зывают модели со стояком. Так, при транспортировке на коллектор и питатели действуют силы тяжести модели и стояка, при покраске мо­дельного блока окунанием — выталкивающая сила веса вытесненной жидкости, при формовке — давление со стороны формовочного ма­териала. Если под действием внешних сил в элементах литниковой системы возникнут напряжения, превосходящие предельно допусти­мые для пенополистирола, то модельный блок разрушится. Это чаще всего происходит при покраске и формовке модельного блока.

(6.12)

Противопригарное покрытие после сушки увеличивает проч­ность элементов литниковой системы и жесткость модельного блока. Следовательно, необходимо производить расчет прочности элементов литниковой системы на изгиб в наиболее опасном сече­нии как до нанесения противопригарного покрытия, так и после его нанесения и сушки. До нанесения на модель противопригарного покрытия прочность элементов литниковои системы определяется прочностью пенополистирола, которая зависит от его объемной массы. Предел прочности пенополистирола можно определить по эмпирической формуле [5]:

Fem — F^- Fm»


&i-t,4/><?

U


Fcm FruJr

JZn)Tw^hSC

Рис. 6.1. Литниковые системы (см. также стр. 259)

Fttn ¦ FWa Faum *

В


Pa» .<(5Аиге {<o~(ib

Ал» .- .¦ H^ Pmmt ш

//

Ft+* / Gu / Piuum


У

?

Я» 6


Рис. 6.1. Окончание

Предел прочности пенополистирола, с учетом покрытия, зави­сит от дисперсионной среды и определяется по эмпирическим формулам [5]:

К]с =1.5

(6.13)

Для покрытия на спиртовой основе

Для покрытия на водной основе

(6.14)

Где K11 — газопроницаемость покрытия; dn— толщина слоя покры­тия; рм — объемная масса модели, кг/м3.

(6.15)

Прочность элементов литниковой системы будет достаточной, если выполняется условие:

Г l" ^ К г l" ^ К с >—- и а >—- L и! w„ » L hJ w>

Где WIa, PVJ — соответствующие моменты сопротивления при изгибе пенополистирола без покрытия и с покрытием; Mtvi, М" — изги­бающие моменты в опасном сечении элементов литниковой системы.

Рис. 6.2. Коллекторы литниковых систем

При недостаточной прочности литниковой системы следует увеличить наиболее опасное сечение или применить пенополисти­рол, пригодный для повышенной плотности данного элемента. При невозможности увеличить прочность элементов литниковой системы надо изменить способ нанесения противопригарного по­крытия на модель или применить кондуктор при покраске модель­ного блока окунанием. Возможна и раздельная покраска моделей и элементов литниковой системы. При формовке следует изменить способ заполнения опоки формовочным материалом, обеспечить равномерное распределение его вокруг модели и модельного блока в целом.

Для питания тепловых узлов отливки, как и при литье по извле­каемым моделям, применяются боковые или верхние прибыли. Однако при ЛГМ применяются прибыли только закрытого типа наиболее экономичной шаровой формы (рис. 2.11). Для расчета объема прибылей и определения их размера существуют специ­альные методики [6].

Страница 2 из 41234