|
Основную часть форм получают
машинной формовкой. Машины позволяют механизировать две основные операции
формовки (уплотнение смеси, удаление модели из формы) и некоторые
вспомогательные (устройство литниковых каналов, поворот опок и т. д.). При
механизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастает
точность размеров отливки, резко повышается производительность труда,
облегчается тр>д рабочего и улучшаются санитарно-гигиенические условия в
цехе, уменьшается брак.
Процесс изготовления форм в парных опоках на машинах идет
следующим образом. Формовочная смесь каким-либо транспортным средством
(системой ленточных конвейеров или электротельфером с бадьей) подается в
бункеры, установленные над машинами. Пустые верхняя и нижняя опоки с места
выбивки форм подаются к машинам по рольгангам. Как правило, нижнюю полуформу
изготовляют на одной машине, а верхнюю — на другой. На модель
с модельной плитой, закрепленную на столе машины,
устанавливают опоку, далее с помощью дозатора опоку заполняют смесью из
бункера. Затем смесь уплотняют. Готовую полуформу снимают с машины и подают
на приемное устройство, чаще всего рольганг, где полуформу отделывают
(устраняют дефекты, делают вентиляционные каналы, наносят покрытие, если это
необходимо, и т. д.) и затем транспортируют на сборку. Если форма должна быть
высушена, то полуформы направляют в сушило и только после остывания и отделки
— на сборку.
В массовом производстве мелких отливок иногда применяют
безопочную формовку. Этот способ правильнее было бы называть способом
безопочной, заливки, так как формовку осуществляют в специальных опоках,
которые после изготовления формы снимают. Способ позволяет значительно
сократить парк опок и облегчить выбивку отливок. Съемные опоки целесообразно
применять для форм, изготовляемых прессованием под высоким давлением.
Формовочные машины классифицируют по методам уплотнения
смеси, удаления модели из формы и приведения в действие.
По методам уплотнения формовочной смеси различают
следующие типы формовочных машин:
прессовые с давлением прессования до 5-105 Па и более 106
Па;
встряхивающие;
пескометы;
пескодувные;
пескострельные;
импульсные;
вакуумные;
специальные (уплотнение формовочной смеси отличается от
перечисленных методов).
Прессовые машины могут быть с верхним и нижним
прессованием При верхнем прессовании ( 32, а) модельную плиту 2 с моделью 3
укрепляют на столе 1. Устанавливают опоку 4 высотой Н с наполнительной рамкой
5 высотой Л, затем в них насыпают формовочную смесь. Стол с опокой
поднимается, и прессовая колодка 6, входя внутрь наполнительной рамки 5,
уплотняет смесь. Прессование заканчивается в момент, когда вся формовочная
смесь, находящаяся в наполнительной рамке, перейдет в опоку. Высота прессовой
колодки и высота наполнительной рамки одинаковые. Степень уплотнения р смеси
при верхнем прессовании неодинакова по высоте опоки. По мере удаления от
прессовой колодки степень уплотнения уменьшается до определенного предела и
затем несколько возрастает из-за сопротивления, которое оказывает жесткая
плоскость модельной плиты передвижению смеси в процессе уплотнения. С увеличением
высоты опоки увеличивается неравномерность уплотнения смеси. По этой причине
высота опок не может превышать 250 мм.
В машинах с нижним прессованием ( 32, б) роль
наполнительной рамки выполняет углубление к в неподвижном столе 7.
По сравнению с верхним прессованием максимальная степень
уплотнения смеси достигается у модели. Этот вариант технологически более благоприятен,
однако такие машины обладают худшими эксплуатационными качествами.
В некоторых машинах прессование осуществляется
одновременно с вибрацией. Песчинки смеси совершают колебания с малой
амплитудой и большой частотой, трение между ними и о боковые стенки опоки
уменьшается. В результате прессование происходит эффективнее, смесь
уплотняется равномернее. В этом случае можно применять более высокие опоки.
Прессовые машины, работающие под высоким давлением (2- 10е
Па), позволяют уплотнять смеси в высоких опоках, которые ранее использовали
на встряхивающих машинах, работающих с большим шумом. Прочность формовочной
смеси при этом способе увеличивается за счет сцепления зерен песка, а не за
счет сил связи между водными оболочками вокруг зерен песка. Поэтому на этих
машинах можно использовать смеси с пониженной влажностью (1,5—3 %), что
уменьшает брак отливок по газовым раковинам. Высокое давление прессования
позволяет получать более точный отпечаток и изготовлять отливки с меньшими
припусками на механическую обработку. С повышением плотности смеси
увеличивается ее теплопроводность, ускоряется охлаждение отливки. Связь между
плотностью смеси в форме и давлением прессования выражается формулой р = pj +
п lg р, где рг — средняя плотность смеси: р — давление прессования, р = 10б
Па; п — изменение плотности смеси при изменении давления на 105 Па.
Более равномерное уплотнение формовочной смеси как по
высоте, так и по поверхности формы достигается при использовании в качестве
уплотняющего органа машины эластичной диафрагмы ( 33) или многоплунжерной
прессовой головки ( 34).
В первом случае после заполнения установленной на
модельной плите 4 опоки формовочной смесью к верхнему торцу 3 опоки прижимается
кожух 1 с диафрагмой 2, в полость между которыми подается сжатый воздух ( 33,
а). Диафрагма растягивается и равномерно уплотняет формовочную смесь ( 33,
б). Давление воздуха передается прежде всего в места, допускающие наибольшее
сжатие формовочной смеси и расположенные над низкими частями модели 5.
Поверхность диафрагмы принимает волнообразную форму, в результате чего ее
площадь превышает площадь опоки примерно на 40 % и соответственно на 40 %
возрастает общее давление на форму. Давление сжатого воздуха, а
следовательно, и прессования равно (5 — 6) 105 Па. Уплотнив формовочную смесь
в опоке, диафрагму извлекают ( 33, в), создавая в пространстве над ней
разрежение.
Указанный способ обеспечивает высокую и равномерную
плотность смеси во всех частях формы и позволяет изготовлять формы размером
до 9000x3000x1500 мм как из обычных песчаных смесей, так и из быстрот вер
деющих смесей с последующей их продувкой С02, который подается в полость
между диафрагмой и формовочной смесью. Недостатком метода является низкая
стойкость диафрагмы, которая выдерживает до 60 ООО формовок.
Метод прессования многоплунжерной головкой является
модификацией диафрагменного прессования ( 34, а). В систему прессования
подается масло, давление которого может регулироваться в широких пределах.
Цилиндры всех плунжеров соединены друг с другом. Перетекание масла между ними
и приводит к тому, что на каждую прессующую колодку (башмак) передается
одинаковое по величине давление. Ход перемещения башмака зависит от
сопротивления, оказываемою уплотняемой частью формовочной смеси (см. 34, б).
Чем оно выше, тем на меньшую высоту перемещается башмак. В результате
плотность формовочной смеси в опоке оказывается примерно одинаковой.
Встряхивающие машины. На столе 3 машины ( 35, а) укреплена
плита 2 с моделью, на которую устанавливают опоку 1 и заполняют ее
формовочной смесью. Стол поднимается под давлением воздуха на 30—80 мм. После
того как поршень 4 дойдет до отверстия 5, сжатый воздух выйдет, и стол,
падая, ударится о преграду. Уплотнение происходит под действием силы тяжести
смеси. Число ударов стола о преграду — борта пневматического цилиндра —
составляет 30—50 в минуту.
При встряхивании наиболее сильно уплотняются нижние слои,
непосредственно прилегающие к модельной плите. По мере удаления от плиты
масса вышележащего слоя смеси уменьшается, а следовательно, уменьшается
степень уплотнения. Верхний слой смеси остается практически неуплотненным.
Характер плотности смеси по высоте опоки при встряхивании описан кривой 1 на
35, б. Верхние слои смеси в опоках дополнительно уплотняют под- прессовкой. С
этой целью на машинах устанавливают специальные устройства.
Пескометы. Основной рабочей частью пескомета
является головка. Внутри ее кожуха 1 с большой скоростью вращается ротор с
одной или двумя лопатками 3 ( 36, а), Скорость вращения ротора 1500 об/мин.
Через отверстие 4 в кожухе 1 лопатки выбрасывают смесь 5, которая в головку
подается транспортером 2. При падении за счет силы тяжести смесь уплотняется.
Головку монтируют на подвижной консоли пескомета, что дает
возможность перемещать ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Формы
или стержни с помощью пескометов изготовляют двумя способами: перемещением
пескомета относительно неподвижных опок или стержневых ящиков и перемещением
опок или стержневых ящиков с помощью транспортных устройств относительно
неподвижно установленного пескомета. Степень уплотнения смеси по высоте опоки
практически одинаковая ( 36, б). Производительность пескометов составляет
обычно не менее 10—12 м3/ч формовочной смеси, позтому их целесообразно
применять для изготовления средних и крупных форм и стержней. Пескометы
только заполняют опоки смесью и уплотняют ее. Другие операции формовки они не
выполняют.
Пескодувные машины. Формовочную (стержневую) смесь
вдувают в опоку (стержневой ящик) под большим давлением. Машина имеет
пескодувный резервуар 3, периодически заполняемый смесью из бункера 9.
Вибратор 10 предусмотрен для предупреждения зависания смеси в бункере.
Заполненный резервуар перемещается цилиндром 6 по рольгангу 7 на рабочую
позицию ( 37, а). При этом бункер 9 перекрывается шиберным затвором 8.
Стержневой ящик 1 прижимается столом 2 к вдувной плите 4. Сжатый
воздух через распределитель 5 поступает в пескодувный
резервуар и через вдувные отверстия выносит песчано-воздушную массу в полость
опоки и уплотняет ее В опоке имеются отверстия (венты), закрытые сеткой и
предназначенные для выхода воздуха из полости опоки, В основном смесь
уплотняется за счет перепада давления в верхней части ящика, у вдувных
отверстий и вент (внизу, сбоку ящика) Если изготовляемый стержень имеет
сложную конфигурацию, то венты следует располагать в труднодоступных для
смеси местах ящика.
Пескострельные машины. Пескострельные машины
являются разновидностью пескодувных. Смесь из бункера 1 через шибер 2
подается в рабочий резервуар 3 и уплотняется при мгновенном перемещении из
пескострельного резервуара через вдувное отверстие в стержневой ящик (опоку)
под давлением воздуха. Сжатый воздух из резервуара 8 ( 38) через
быстродействующий клапан 9 большого сечения поступает в рабочий резервуар 3.
Давление в резервуаре мгновенно повышается и ударно действует на смесь,
выбрасывая ее через вдувное отверстие 6 в полость стержневого ящика 5. Сопло
(вдувное отверстие) обязательно должно быть ко- ьической формы, чтобы воздух
не прорвался в стержневой ящик и не ухудшил качество уплотнения смеси.
Отверстия 7 во вдувной плите 4 необходимы для удаления воздуха, вытесняемого
смесью из стержневого ящика В стержневом ящике венты, как правило,
отсутствуют, что в значительной степени удешевляет конструкцию ящика.
При этом не происходит образования воздушно-песчаной
смеси. Отсутствие песчано- воздушной массы резко снижает абразивное действие
потока смеси на оснастку, что позволяет применять деревянные ящики. На
пескострельных машинах в нашей стране и за рубежом изготовляют
преимущественно стержни.
Импульсные машины. Уплотнение смеси происходит за
счет удара воздушной (газовой) волны.
Опока 5, установленная на модельной плите 5, после
заполнения формовочной смесыо подводится под импульсную головку — рабочий
орган машины ( 39, а). Сжатый воздух под давлением (6 — 10) 106 Па через
рассекатель 1 с большой скоростью поступает в полость формы. Под действием
удара воздушной волны формовочная смесь 2 уплотняется в течение 0,02—0,05 с.
Оставшийся воздух через венты 4 удаляется. Верхние слои формовочной смеси
уплотняют подпрессовкой с помощью плиты 6 ( 39, б).
При использовании обычных песчано-глинистых смесей
поверхностная твердость формы достигает 89-—94 единиц Максимальное уплотнение
смеси соответствует разъему полуформы. Степень уплотнения регулируется
исходным давлением воздуха в импульсной головке Этот метод формовки позволяет
использовать и смеси повышенной прочности (до 0,2 мПа) Колебания свойств
смесей в заводских условиях практически не влияют на процесс
формообразования. Улучшение технологических параметров литейной формы
повышает геометрическую точность отливок, снижает брак, улучшает
санитарно-гигиенические условия труда за счет полного устранения вибрации и
ш>ма Импульсную формовку можно применять для изготовления отливок
различной номенклатуры в опоках размерами до 3000x2000x2500 мм.
Вакуумные машины. Изготовление форм основано на
формообразовании и придании им определенной прочности за счет разности
давлений с внешней стороны формы (атмосферного) и внутри, между частицами
песка Модель 4 и модельную плиту 5, соединенную вентами 3 с камерой 5,
покрывают термопластичной плен-, кой 2, предварительно подогретой до
температуры размягчения с помощью электрических нагревателей 1 ( 40, а).
После накрытия модели пленкой в камере 6 создается вакуум, глубина которого
зависит от размера форм. Под действием вакуума пленка
прилипает к модели и подмодельной плите ( 40, <5), на
которую устанавливают опоку 7 ( 40, б) специальной конструкции с полыми
стенками и засыпают кварцевый песок или другой огнеупорный материал ( 40, г). Песок уплотняется вибрацией. После уплотнения верхняя поверхность опоки перекрывается пленкой
( 40, д) и в опоке образуется вакуум. Затем при сохранении вакуума в
изготовленной полуформе в камере 6 создается небольшое давление, и модель
извлекается ( 40, е). Аналогично изготовляют вторую полуформу. При установке
стержней, сборке формы, заливке ее металлом и в период затвердевания отливки
в полуформах сохраняется вакуум ( 40, ж). В гроцессе заливки пленка,
оформляющая рабочею полость формы, сгорает, а верхняя пленка остается. После
охлаждения отливки до заданной температуры вакуум снимается, и отливка
свободно удаляется из опок ( 40, з). Песок используют многократно. Метод
вакуумной формовки имеет следующие преимущества: отпадает необходимость в
связующих материалах и выбивных устройствах, увеличивается срок службы
моделей, так как наличие пленки устраняет контакт песка с моделью, резко
снижается брак по газовым раковинам, повышается геометрическая точность
отливок, обеспечивается высокое качество поверхности, улучшаются
санитарно-гигиенические условия труда. В настоящее время метод начинают
применять в промышленности.
Специальные машины. Примерами таких машин могут служить
машины для формовки труб, уплотняющие смесь в опоках механическими
трамбовками, или машины, уплотняющие смесь шнеками. Такие машины применяют
сравнительно редко.
По методу извлечения модели из формы машины подразделяют
на следующие типы:
со штифтовым подъемом опок; с протяжкой модели; с
поворотной плитой; с перекидным столом.
Машины со штифтовым подъемом опок. После уплотнения смеси в
опоке 1 четыре штифта 3 проходят через отверстия в модельной плите 2 и,
упираясь в углы опоки, поднимают ее над моделью 4, которая вместе со столом 5
машины остается неподвижной ( 41, а). Подъем штифтов и их передвижение
осуществляется пневматическими цилиндрами. Для предупреждения перекосов опоки
и разрушения формы необходимо, чтобы верхние концы штифтов были установлены
точно на одном уровне. На практике такие машины применяют только для формовки
по простым и невысоким моделям.
Машины с протяжкой модели. При формовке по модели, имеющей
близко расположенные друг к другу высокие выступы или ребра, уплотненная
смесь между этими ребрами легко обваливается вследствие трения ее о
поверхность извлекаемой модели.
Поэтому для формовки сложных моделей целесообразнее
применять машины с протяжкой модели.
Существует два способа протяжки: с проваливающейся моделью
и в комбинации со штифтовым подъемом При первом способе после уплотнения
смеси в опоке 3 ( 41, б) модель / опускается специальным механизмом через
прорези в неподвижной модельной плите 2. Затем опоку снимают с машины и
отправляют на сборку. Выступающие части формы, расположенные между ребрами,
при протяжке модели поддерживаются снизу неподвижной модельной плитой,
поэтому они не обваливаются. При втором способе протяжки опоку устанавливают
на специальной протяжной плите 1 ( 41, в). Плита имеет прорези,
соответствующие конфигурации модели 3. После уплотнения смеси в опоке модель,
закрепленная на столе 4, остается неподвижной, а протяжная плита
поддерживающая кромку смеси около модели, вместе с опокой поднимается
штифтами 2. С протяжной плиты опока снимается каким- либо транспортным
устройством и отправляется на сборку форм.
Машины с поворотным столом. После уплотнения формовочной смеси
в опоке стол 1, на котором закреплена модельная плита 2 с моделью и опока 5,
поворачивается на 180° ( 42, а) Опока, отсоединенная от модельной плиты на
приемном столе 4, опускается, и модель извлекается. Готовая полуформа по
транспортному устройству (чаще всего рольгангу) направляется на сборку.
Машины с перекидным столом. Принцип работы машины с
перекидным столом ( 42, б) аналогичен принципу работы машин с поворотной
плитой, а сами машины различаются только конструктивным исполнением
По типу привода машины подразделяют на ручные,
пневматические, гидравлические, механические и электрические.
Машины с ручным приводом малопроизводительны и в настоящее
время почти не применяются.
Пневматические машины наиболее распространены. Они просты
по конструкции и обслуживанию, работают от сети сжатого воздуха под давлением
(5 — 7) 105 Па.
Гидравлический привод более компактен, рабочая жидкость
находится под давлением 5. 106 Па — 107 Па и обеспечивает необходимую
плавность движения рабочих органов машины. Существуют машины с
пневмогидравлическим приводом.
Механический привод имеют только пескометы
Электропривод в настоящее время не получил еще широкого
распространения.
Каждый класс машин обладает определенными преимуществами и
недостатками, которые в итоге определяют область их применения. Обычно на
прессовых формоьочных машинах получают удовлетворительные по качеству формы
при использовании невысоких (до 250 мм) опок. Кроме того, конструктивные особенности этих машин ограничивают возможность изготовления крупных форм
(размером более 1000x1200 мм). Прессовые машины, работающие под высоким
давлением, позволяют получать формы в опоках высотой 500 мм с большей степенью уплотнения и использовать смеси с пониженной влажностью, что улучшает
качество отливок Высокая производительность и бесшумная работа обусловливают
все более широкое распространение этих машин.
Встряхивающие машины дают возможность изготовлять
полуформы в опоках любых размеров, но для них нерационально использовать
опоки высотой меньше 200 мм. Наилучшее уплотнение достигается при
встряхивании с последующей подпрессов- кой Встряхивающие машины с прессовыми
колодками являются наиболее распространенными формовочными машинами, но в
последние годы их вытесняют прессовые машины, работающие под высоким
давлением, а также машины других типов. Встряхивающие машины работают с
большим шумом.
Пескомет механизирует заполнение опок и уплотнение смеси,
но извлечение модели из формы производят отдельно. Пескомет рациональнее
использовать для уплотнения крупных форм в единичном и мелкосерийном
производстве.
Пескодувные и пескострельные машины обладают
ЕЫСОКОЙ производительностью, дают качественное уплотнение смеси. Особого
внимания заслуживают пескострельные машины. По сравнению с пескодувными
машинами расход воздуха в них меньше, шире
диапазон применяемых смесей. На пескодувных и на
пескострель- ных машинах можно получать стержни любой сложности.
Широкое развитие получают формовочные импульсные и
вакуумные машины. Их использование не только улучшает качество отливок и
повышает производительность труда, но и создает более комфортные условия в
литейных цехах, поскольку значительно снижается пыле- и газовыделение на всех
стадиях технологического процесса изготовления отливок, резко уменьшается
уровень шума. Конструкция этих машин позволяет использовать их в
автоматических формовочных линиях.
Автоматические формовочные линии. Формовочные и стержневые
машины выполняют трудоемкие процессы формовки (уплотнение смеси, извлечение
модели), но все-таки многие мелкие операции, снижающие производительность
(очистка моделей, установка опок и т. д.), выполняются вручную. В нашей
стране и за рубежом созданы высокопроизводительные формовочные линии, в
которых механизированы все операции. В состав автоматических и
полуавтоматических формовочных линий входят формовочные машины, которые
бывают однопозиционными проходными и много- позициоиными карусельными. На
однопозиционных проходных машинах все операции формовки осуществляются
последовательно: обдув модели воздухом, подача смеси в опоку, уплотнение,
снятие полуформы с модельной плиты и подача ее на приемное устройство.
Многопозиционные карусельные машины имеют четыре и более
позиций, расположенных через равные интервалы на круглом столе. На всех
позициях одновременно выполняются различные технологические операции.
схема работы автоматической однопози- нионной проходной
встряхивающей формовочной машины с протяжной рамой. С участка выбибКи пустые
опоки толкателем 1 по рольгангу 2 подаются к машине. Шаг подачи опоки равен
размеру опоки по ширине. Подъемный стол 3 в нижнем положении
находится на одном уровне с подающим рольгангом 2 и
является как бы отдельной секцией рольганга. Опока толкателем перемещается на
подъемный стол 3. В это время протяжная рама 8 с за- формованной опокой
находится на одном уровне со сголом 10. С помощью толкателя 1 пустая опок2
сталкивает полуформу с протяжной рамы и занимает ее место. Одновременно
дозатор 5 с воронкой 4 и прессовой траверсой 7 перемещаются ДО тех пор, пока
воронка не расположится над пустой опокой. Протяжная рама с пустой опокой
опускается на модельную плиту, открывается днище дозатора, и отмеренная
порция формовочной смеси через воронку высыпается в опоку. Затем начинается
процесс встряхивания. Пустой дозатор с воронкой перемещается вправо под
бункер 6, из которого поступает очередная порция смеси.
Вместе с дозатором передвигается и прессовая траверса. Она
останавливается под столом машины. К этому моменту встряхивание
заканчивается, и прессовый поршень 9 поднимает стоЛ и с ним модельную плиту и
опоку. С помощью прессовой траверсы подпрессовываются верхние, слабо
уплотненные при встряхивании слои формовочной смеси. Затем прессовый поршень начинает
опускаться вместе с модельной плитой и опокой. Протяжная рама с опокой
останавливается на одном уровне с приемными сто* лами, а модель с плитой,
жестко укрепленной на столе, продолжают опускаться, осуществляя тем самым
протяжку модели. Готовая полуформа последующей пустой опокой сталкивается на
стол-кантователь 10, который, поворачиваясь на 180°, ставит иолуформу
разъемом вверх на приемный рольганг И. Стол-кантователь делают в машинах,
предназначенных для изготовления нижних полуформ, так как он выдает их в
удобном для сборки форм положении. В машинах для изготовления верхних
полуформ стола-кантователя нет, готовая полуформа сталкивается сразу же на
приемный рольганг. Готовые полуформы поступают на сборку. карусельная
четырехпозиционная формовочная машина. Ее механизмы сасположены неподвижно
относительно перемещающихся на карусели полуформ. Во время работы карусель 1
периодически поворачивается на 90° ( 44, а). На / позиции осуществляется
обдув и смазка модели. На // позиции на модельную плиту устанавливается
пустая опока, которая подается толкателем 3 по рольгангу 2 на кромочный
рольганг 4, а с него на модельную плиту. При этом секции кромочного рольганга
расходятся ( 44, б). На этой же позиции опока заполняется смесью.
На III позиции смесь уплотняется встряхиванием с
подпрессовкой. На IV позиции осуществляется протяжка модели и съем готовой
полуформы с помощью толкателя 5 и кромочного рольганга 4. Затем по рольгангу
6 полуформы поступают на сборку. Механизмы всех позиций работают
одновременно, что обусловливает высокую производительность машины. В качестве
формообразующих агрегатов в автоматических и полуавтоматических линиях могут
быть встроены формовочные машины, осуществляющие уплотнение формовочной смеси
и другими способами (например, прессованием, импульсом, вакуумом и т. д.).
|