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.
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
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
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 «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.
6.9.1. 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.
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 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 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 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/>