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

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.