1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗАЦИИ
Особенности технологии литья в кокиль, рассмотренные в предыдущих разделах книги, определяют основные требования, которым должно удовлетворять соответствующее технологическое оборудование: надежное запирание формы в период заливки и формирования отливок; обеспечение требуемых усилий для разборки кокиля, извлечения металлических стержней и удаления отливок; поддержание заданной технологическим процессом продолжительности нахождения отливок в форме, времени извлечения металлических стержней, либо отхода одной из частей формы; поддержание заданного теплового режима кокиля.
Механизация кокильного литья прошла последовательно следующие этапы развития: ручные кокили, механизированные кокили с ручным управлением и приводом движения частей с помощью пневмоцилиндров, электродвигателей, гидроцилиндров; полуавтоматические кокильные машины; автоматизированные и комплексно-механизированные линии, комплекты оборудования с полной механизацией основных и вспомогательных операций технологического процесса.
Кокильные машины подразделяются на две группы: стационарные и нестационарные. Первая группа включает одно-, двух – и трехпозиционные, а. вторая четырех – и более позиционные машины. Машины обеих групп представляют собой универсальные и специальные конструкции, причем с увеличением числа позиций машины в каждой группе наблюдается уклон в сторону специализации.
В зависимости от расположения плоскости разъема в пространстве и от характера перемещения формообразующих элементов кокиля (собственно кокиля и металлических стержней) различают машины для получения отливок в формах с горизонтальной и вертикальной плоскостями разъема. В последнем случае число под – кокильных плит может быть от 1 до 5 (включая подвижные поддоны и верхние стержни).
На практике применяют также конструкции с переменным положением плоскости разъема. Широкие технологические возможности имеет конструкция, при которой изменение положения кокиля осуществляется в пределах одного технологического цикла в зависимости от характера выполняемой операции.
В группу стационарных машин входят конструкции, построенные на весьма разнообразных компоновочных решениях. Однако наибольшее число машин имеют рамное исполнение (с цилиндрическими направляющими для перемещения кокильных плит) или консольное. Первые применяют в основном при производстве относительно крупных отливок из черных и цветных сплавов, а вторые — при производстве мелких отливок из легких цветных сплавов.
Для крупносерийного и массового производства отливок наиболее целесообразным является применение нестационарных машин. По сравнению со стационарными они имеют следующие преимущества: во-первых, высокую производительность благодаря совмещению во времени всех операций технологического цикла получения отливки; во-вторых, минимальную занимаемую площадь, наименьшие энергетические затраты, удобство обслуживания и наиболее рациональную организацию работы; в-третьих, возможность механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций и на этой основе возможность встраивания в автоматические линии производства отливок.
В практике кокильного литья нашли применение нестационарные (многопозиционные) установки двух типов: карусельные и конвейерные. Первые получили наибольшее распространение благодаря минимальной занимаемой площади и удобству подвода энергоносителей (масла и сжатого воздуха для приводных цилиндров, воды для охлаждения кокилей, электроэнергии и т. п.).
Большинство созданных карусельных кокильных машин имеет четное число позиций — 4, 6, 8, 12, 16. Известна, однако, пятипо – зиционная карусельная машина фирмы «Voisin» (Франция), предназначенная для отливки алюминиевых головок автомобильных двигателей. Поворот каруселей осуществляется, как правило, вокруг вертикальной оси, т. е. платформа с кокильными секциями перемещается в горизонтальной плоскости. Исключение составляет четырехпозиционная машина мод. JIMB450 с горизонтальной осью вращения.
За последнее десятилетие широкое распространение получил гидравлический привод кокильных машин, обеспечивающий значительные усилия запирания, раскрытия кокилей, извлечения металлических стержней и выталкивания отливок. С помощью гидравлического привода достигаются плавность перемещения частей кокиля, бесшумность его работы, а также компактность машины, так как высокое давление в гидроприводе позволяет достичь малыми цилиндрами больших усилий без применения специальных усиливающих устройств [98, 58].
В большинстве созданных прогрессивных моделей кокильных машин, как правило, предусмотрен полуавтоматический цикл работы с автоматизацией следующих операций: сборка кокиля, выдержка отливки в период кристаллизации, извлечение металлических стержней, раскрытие кокиля и выталкивание отливки, съем отливки и вынос ее из рабочей зоны машины.
Научные исследования для создания кокильных машин являются развитием традиций отечественной школы проектирования литейного оборудования, становление которой связано с именем П. Н. Аксенова [1].
2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ
В СССР широкое распространение получила гамма универсальных кокильных машин, разработанная в НИИСЛ. Серийное их производство освоено на ряде заводов страны. В основу гаммы положен размерный ряд подкокильных плит, обеспечивающих возможность установки кокилей с размерами от 250 X 200 до 1000 X 800 мм.
Гамма включает машины следующих типов: а) с вертикальным разъемом кокиля, с одной подвижной плитой; б) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными плитами и поддоном; в) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными плитами, поддоном и механизмом верхних стержней; г) с горизонтальным разъемом кокиля, с верхней подъемно-поворотной плитой. Модели машин, входящих в гамму, предназначены для литья цветных и черных сплавов.
Наиболее полное представление о конструктивных особенностях гаммы дает рассмотрение базовых моделей 5915, 5922, 5944 и 5966. Техническая характеристика указанных машин и их аналогов указывается ниже в сводных таблицах. Развитием созданной в НИИСЛ гаммы кокильных машин является новая гамма агрегатированных машин, разработанная в специальном конструкторском бюро точного Литья (СКБТЛ), г. Тирасполь.
Машина мод. 5915 (рис. 158) имеет две подкокильные плиты 1, 2, одна из которых неподвижна и крепится к станине 5, а вторая перемещается по диагонально расположенным направляющим 6, связывающим неподвижную подкокильную плиту и стойку с гидроцилиндром.
Выталкивание отливки и возврат толкателей в исходное положение в подвижной половине кокиля происходит в крайних положениях плиты с помощью регулируемых по длине тяг, которые пропущены в отверстия неподвижной стойки – и соединены с плитой толкателей. Из неподвижной половины кокиля отливка
Рис. 158. Машина мод. 5915:
1,2 — подкокнльные плнты; 3 — пульт управления; 4 — шкаф гндропанелсй; 5 — станина; 6 — направляющие
Выталкивается с помощью рычажного механизма, приводимого в движение гидроцилиндром, расположенным в станине.
Устанавливаемый на машину кокиль может быть дополнительно снабжен гидроцилиндром для привода металлического стержня. Опыт эксплуатации машины показал ее надежность и удобство в обслуживании.
Основные данные машин (тип а) с вертикальным разъемом кокиля, с одной подвижной плитой
Параметр ы |
5912 |
5913 |
5914 |
5915 |
Размеры рабочего места на плитах |
||||
Для крепления кокиля (ширинах вы |
||||
Сота), мм…………………………………………… |
400X320 |
500X400 |
630X500 |
800X630 |
Наименьшее расстояние между пли |
||||
Тами, мм…………………………………………… |
400 |
500 |
500 |
630 |
Ход плиты, мм…………………………………… |
320 |
400 |
400 |
500 |
Усилие раскрытия кокиля, кН. . |
35 |
50 |
80 |
125 |
Габаритные размеры, мм: |
||||
Длина………………………………………………… |
2230 |
2400 |
2250 |
2600 |
Ширина…………………………………………….. |
850 |
950 |
1200 |
1400 |
Высота………………………………………………. |
1500 |
1500 |
1200 |
1200 |
Машина мод. 5922 (рис. 159) имеет механизмы подвижных плит, выполненные в виде агрегатных узлов: подкокильная плита 3 закреплена консольно – на двух цилиндрических направляющих, которые перемещаются в опорах неподвижной стойки с помощью
Рис. 159. Машина мод. 5922:
1 — наладочный пульт; 2 — рабочий пульт; 3 — подкокильные плиты; 4 — шкаф гидропанелей; 5 — поддои; 6 — механизм нижнего стержня; 7 — рама
Гидравлического цилиндра. Агрегатный узел включает систему выталкивания и фиксации отливки на поддоне 5, а также возврата толкателей в исходное положение при полном раскрытии кокиля. Механизм поддона обеспечивает выталкивание отливки и выем металлического стержня.
Конструкция машины позволяет устанавливать кокиль с двумя дополнительными боковыми стержнями и применять дозатор для заливки металла в кокиль. Отсутствие сплошных направляющих создает хорошие условия для обслуживания кокиля.
Основные данные машин (тип б) с вертикальным разъемом кокиля, с двумя подвижными плитами и поддоном
Параметры |
5922 |
5923 |
5924 |
5926 А |
Размеры рабочего места на плитах |
||||
Для крепления кокиля, мм: |
||||
Основных (ширинах высота) |
400X320 |
500Х 400 |
630×500 |
1250 X 630 |
Поддона……………………………………….. |
500X400 |
500×400 |
630X500 |
1250X800 |
Наименьшее расстояние между |
630 |
|||
Плитами, мм………………………………….. |
400 |
500 |
500 |
|
Ход, мм: |
320 |
|||
Основных плит (каждой) . . |
200 |
200 |
250 |
|
Плиты толкателей…………………………… |
50 |
50 |
100 |
100 |
Усилие раскрытия кокиля, кН |
35 |
50 |
100 |
200 |
Габаритные размеры, мм: |
||||
Длина…………………………………………… |
2800 |
2800 |
3200 |
3560 |
Ширина………………………………………… |
850 |
950 |
1850 |
1540 |
Высота…………………………………………. |
1500 |
1500 |
2400 |
2675 |
Рис. 160. Машина мод. 5944:
1 — станина; 2 — поддон; 3 — педаль управления; 4 — пульт; 5 — съемник отливок; 6 — подкокильные плиты; 7 — механизм верхнего стержня; 8 — шкаф гидропанелей;
9 — механизм нижнего стержня
Машина мод. 5944 (рис. 160) предназначена для изготовления отливок сложной конфигурации в кокилях, состоящих из четырех и более подвижных частей.
Подкокильные плиты 6 перемещаются по двум диагонально расположенным цилиндрическим направляющим, закрепленным в неподвижных стойках. Система выталкивателей позволяет фиксировать отливку при раскрытии полуформ на поддоне и автоматически убирать ее съемником 5 отливок, которым оснащаются машины этого типа.
Механизм верхнего металлического стержня 7 смонтирован на поворотной траверсе. Механизм монтируется на стальной колонке, вокруг которой он поворачивается на 90°. На траверсе крепятся цилиндр перемещения «верхнего стержня и два цилиндра для подрыва стержней после заливки. Конструкцией исключается передача нагрузок на колонну при изрлечении металлического стержня.
На левой стойке механизма боковых плит установлен съемник 5 отливок, выполненный по типу пантографа. Подъем и поворот съемника осуществляется гидроцилиндрами, захват отливки — пневмоцилиндром. Съемник захватывает отливку, отводит ее в противоположную от оператора сторону и опускает отливку на транспортер либо приемный стол.
Машина мод. 5966 предназначена для изготовления крупногабаритных отливок в кокилях с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 161).
Основные данные машин (тип в) с вертикальным разъемом кокнля, с двумя подвижными плитами, поддоном и механизмом верхних стержней
Параметры |
5944 |
5946 А |
5946Б |
Размеры рабочего места на плитах |
|||
Для крепления кокиля, мм: |
|||
Основных (ширинах высота) . . |
630X500 |
1250X630 |
1250X630 |
Верхнего стержня……………………………….. |
500X400 |
800X500 |
800X 500 |
Поддона…………………………………………….. |
630X 500 |
1250X800 |
1250Х 1000 |
Наименьшее расстояние между пли |
|||
Тами, мм……………………………………………. |
500 |
630 |
1000 |
Ход плит, мм: |
|||
Основных (каждой)……………………………… |
250 |
320 |
320 |
Верхнего стержня……………………………….. |
400 |
500 |
500 |
Плиты толкателей………………………………… |
100 |
100 |
100 |
Усилия раскрытия кокиля (не ме |
|||
Нее), кН……………………………………………… |
100 |
200 |
200 |
Мощность электродвигателя гидро |
|||
Агрегата, кВт…………………………… |
13 |
13 |
13 |
Габаритные размеры с механизмом |
|||
Съема, мм: |
|||
Длина………………………………………………… |
3200 |
3560 |
3930 |
Высота……………………………………………….. |
1850 |
2350 |
2350 |
Ширина……………………………………………… |
2525 |
2835 |
2835 |
1 — станина; 2 — гидропанелн; 3 — механизм верхней плнты; 4 — верхняя плнта; 5 — механизм нижнего стержня; 6 — механизм толкателей; 7 — поддон (нижняя плнта);
S — пульт управления
Верхняя плита 4 совершает прямолинейное движение на 200 мм с последующим поворотом на 55°. Поворот плиты предназначен для облегчения осмотра и обслуживания кокиля, создает удобство установки кокилей на машину и песчаных стержней в форму.
Механизм верхней плиты имеет рычажное устройство для подрыва верхней полуформы и цилиндр вертикального перемещения плиты. Устройство (А. с. № 349477) исключает передачу усилия подрыва на станину машины.
Гидроцилиндр вертикального перемещения плиты укреплен на корпусе и связан с плитой штоком через траверсу и направляющие колонки. Механизм нижнего стержня 5 жестко смонтирован на станине 1. На поддоне 7 имеется плита 6 нижних толкателей, которая приводится в движение двумя гидроцилиндрами, укрепленными на нижней стороне поддона. Тут же расположен гидроцилиндр нижнего стержня.
На машине возможно подключение дополнительных боковых стержней с гидроцилиндрами, входящими в комплект кокильной оснастки. С тыльной стороны машины закреплены гидропанели 2 с электрогидрозолотниками. Электро – и гидросхемы машины позволяют работать без любого из стержней, с дозатором или без него, а также рассчитаны на подключение механизма съема отливок.
Машина установлена на раме на двух цапфах и имеет возможность поворачиваться с помощью винтов на угол от 0 до 20° от вертикали.
Основные данные машины: размеры рабочего места на плитах для крепления кокиля 1000X800 мм; наименьшее расстояние между плитами 500 мм; прямой ход плиты 200 мм; угол поворота плиты 55°; усилие раскрытия кокиля 18 кН; габаритные размеры 2450X2000X2400 мм.
Наряду с существенными преимуществами машин, входящих в гамму, опыт их серийного изготовления и многолетней эксплуатации показал и ряд недостатков: большая установленная мощность гидроприводов, значительные габаритные размеры машин, отсутствие механизации съема отливок на машине с горизонтальным разъемом, неудачная конструкция механизма поддона, неудобство заливки кокилей на крупных машинах из-за большой высоты.
Агрегатированные машины. В гамму агрегатированных конструкций входят пять типов однопозиционных машин: с одной подвижной и одной неподвижной плитой; с двумя подвижными плитами; с двумя подвижными плитами и поддоном с нижним стержнем; с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем и верхним стержнем; с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем, верхним и торцовым стержнем.
Машины предназначены для производства отливок в основном из алюминиевых сплавов. Преимущества этой гаммы машин в еле – дующем: система управления — на бесконтактных элементах, высокая степень унификации и более совершенные конструктивные решения некоторых узлов.
3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ
В НИИлитавтопроме разработана трехпозиционная машина мод. 4546, предназначенная для отливки в кокилях с горизонтальной плоскостью разъема головок блока цилиндров и выпускной трубы автомобильного двигателя (рис. 162).
Машина имеет одну верхнюю 2 половину кокиля, расположенную на средней позиции, и две нижние 1, поочередно совмещаемые с верхней. Одновременно с заливкой металла в сомкнутый кокиль и формированием отливки на позиции //, на позиции I или III, где находится вторая нижняя половина кокиля, производится удаление отливки, обслуживание кокиля и установка песчаных стержней. Таким образом достигается частичное совмещение технологических операций по времени, что приводит к повышению производительности машины.
Верхняя половина при раскрытии кокиля поворачивается вокруг горизонтальной оси на 95°; нижние половины перемещаются на двух тележках 3 по направляющим 5 станины 7. В станине под тележками находятся три гидроцилиндра 6: средний — для поджима кокиля плитой 4, боковые — для выталкивания отливок плитой 8. Поворот верхней половины кокиля и передвижение
Ш
/ в ‘ |
Iiiiiiiihiii |
I! |
Жл |
/^5 ш |
|||||
№ |
|||||||||
– I |
ИГ |
I |
I |
I I |
I 7 |
||||
I/ |
\ |
^tt- I |
\ |
7Ѕ |
W( \ / \ / \ / |
||||
-I—р |
7 6
Рис. 162. Машина мод. 4546:
1 — нижняя половина кокиля; 2 — верхняя половина кокиля; 3 — тележка; 4 — плита поджима; 5 — направляющие; 6 — гндроцнлнндры; 7 — станица; 8 — плнта рытал|