2858.Оборудование литейных цехов учебное пособие

Далее поток смеси отклоняется к центру ротора вращающимся обрезиненным роликом 5 к центру головки, где захватывается лопатками и сметается вниз в опоку, скользя по направляющей дуге 6.

Рис. 12.13. Схема метательной головки ширококовшового пескомета

Зазор между направляющей дугой пескометной головки и верхней кромкой метательного ковша находится в пределах 2,0–2,5 мм. Ширина потока смеси может регулироваться в зависимости от уплотняемой опоки в широких пределах. Обычно предусматривается и регулирование потока смеси по высоте до 100–150 мм. Величина хода перемещения тележки устанавливается в зависимости от длины уплотняемой опоки. Модельные плиты жестко фиксируются на тележке, а опоки жестко должны закрепляться на модельной плите.

251

Специфическим является применение пескометной головки в современных машинах для изготовления стержней из холоднотвердеющих смесей. Машина получает компоновку так называемого миксер-слингера (mixer-slinger). Она состоит из консоли или рукава, на котором имеется винтовой смеситель непрерывного действия, выдающий приготовленную в нем смесь в пескометную головку, которая и бросает смесь в стержневой ящик (рис. 12.14). Кроме этого, стержневая машина имеет карусель с расположенными на ней стержневыми ящиками, по очереди подводимыми под метательную головку, а также позицию разборки ящиков и вытяжки готовых (после их отверждения на карусели) стержней (рис. 12.15).

Рис. 12.14. Компоновка миксер-слингера для набивки стержней из холоднотвердеющих смесей: 1 – бункер с песком; 2 – подача жидких составляющих; 3 – шнековый смеситель непрерывного действия; 4 – рукоятка; 5 – пескометная головка; 6 – стержневой ящик

252

Рис. 12.15. Компоновка 12-позиционной машины для изготовления

стержней из холоднотвердеющих		смесей: 1 – цеховой бункер;
2	– гидростанция; 3 – емкость	для смолы; 4	– миксер-слингер;
5	– позиция разборки ящиков и выдачи готовых		стержней. Машина

полуавтоматическая непрерывного действия мод. 4734; масса стержня

до 40 кг; размеры ящика 740×530×220	мм; производительность
70 съемов в час

Применяются также миксер-слингеры не с одним, а с двумя рукавами, поворачивающимися как у пескомета (рис. 12.16). На первом (большом) рукаве имеется два винтовых смесителя,

253

в одном из которых смешивается песок со смолой (связующим), а в другом – песок c катализатором. На малом же (втором) рукаве имеется третий винтовой смеситель, который перемешивает обе предварительно приготовленные в первых двух смесителях смеси и непрерывно выдает уже эту рабочую смесь с малой живучестью с помощью пескометной головки в стержневой ящик.

Рис. 12.16. Миксер-слингер с предварительным раздельным смешиванием песка со смолой и с катализатором: 1 – станина; 2, 3 – большой и малый рукава; 4, 5 – верхние шнековые смесители для предварительного смешивания; 6 – нижний (главный) винтовой смеситель для окончательного смешивания; 7 – пескометная метательная головка

Вопросы для повторения

1.Что такое пескомет? Преимущества и недостатки пескомета.

2.Конструктивные типы пескометов.

3.Принципиальное устройство обычного и ширококовшового пескомета.

254

4.Способы подачи формовочной смеси в пескомет.

5.Что является основным уплотняющим фактором песко-

мета?

6.Каковы требования к формовочной смеси при пескометной формовке?

7.Какие силы действуют на пакет смеси при его полете?

8.От чего зависит потребляемая мощность пескомета?

9.От чего зависит скорость подачи смеси в головку песко-

мета?

13. ВАКУУМНО-ПЛЕНОЧНЫЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

Вакуумно-пленочный процесс (ВПФ) или V-процесс изготовления отливок нашел в 1980–1990 гг. широкое распространение во всех странах мира. Разработчиком этого процесса является японская фирма Sinto-Kogio, которая создала целую гамму автоматического и полуавтоматического оборудования для изготовления форм этим способом.

Применение ВПФ позволяет получать отливки с высокой размерной точностью и чистотой поверхности. Масса отливок снижается на 10–15 %, а припуски на механическую обработку на 50 %. Технологический процесс при ВПФ практически безотходен за счет исключения формовочных смесей со специальными связующими материалами и добавками и применения только сухого кварцевого песка, потери которого при его обороте < 5 %. Расход формовочных материалов сокращается при этом на 40 %. Снижается трудоемкость изготовления отливок за счет сокращения операций смесеприготовления, выбивки форм, об- рубно-очистных работ.

Область применения ВПФ практически не ограничивается ни материалом отливок, ни сложностью конфигурации и толщиной их стенок.

255

Этот способ наиболее эффективен в литейных цехах, где отливки получают в формах из жидкостекольных и холоднотвердеющих смесей, на малопроизводительных формовочных машинах устаревшей конфигурации. Он также экономически выгоден при индивидуальном и мелкосерийномпроизводстве отливок.

Процесс вакуумно-пленочной формовки ВПФ основан на получении отливок из черных и цветных сплавов в опоках по постоянным моделям сухим песком без связующего, который спрессовывается и удерживается в опоке с помощью синтетических полимерных пленок и вакуума.

Процесс ВПФ выполняют в следующей последовательно-

сти (рис. 13.1):

а

б

в

в

г

д

Рис. 13.1. Схема вакуумно-пленочного процесса

– модельную плиту 1 с моделью 2 монтируют на вакуумном поддоне 3, полость которого соединена сквозными каналами 4 с поверхностью модельной плиты и модели; затем газовым или электрическим нагревателем 6 нагревают синтетическую пленку 5 толщиной 0,05–0,12 мм до пластичного состояния

(рис. 13.1, а);

256

–размягченную пленку 5 накладывают на модельную плиту 1 и модель 2, а полость поддона 3 подключают к источнику вакуума; вследствие разности давлений пленка плотно облегает поверхность модельной плиты и модели, точно воспроизводя ее конфигурацию; затем на модельную плиту устанавливают опоку 7, которая через отсасывающие фильтры 8 и воздушный коллектор 9 сообщается с источником вакуума (рис. 13.1, б);

–в опоку засыпают сухой мелкозернистый наполнитель 10 (песок), уплотняют его кратковременной вибрацией, формуют литниковую чашу, накладывают на поверхность полуформы вторую синтетическую пленку и проводят окончательное уплотнение наполнителя вакуумированием объема опоки (рис. 13.1, в);

–снимают готовую полуформу, при этом полость вакуумного поддона отключают от источника вакуума, что позволяет легко отделитьполуформу спленкойот модельной плиты (рис. 13.1, г);

–в готовую полуформу, при необходимости, устанавливают стержень;

–вторую полуформу изготавливают аналогичным образом; во время сборки, заливки и затвердения отливки полуформы остаются подключенными к источнику вакуума (рис. 13.1, д);

–после заливки и охлаждения отливки форму подают на выбивную решетку, где опоки отключают от источника вакуума; отливка 11 остается на решетке, а наполнитель просыпается в бункер

(рис. 13.1, е). Для ВПФ обычно применяют этиленвинилацетатную пленку толщиной 0,050–0,10 мм, плотностью 940 кг/м3, tпл = 58 °С. При заливке металла пленка плавится и газифицируется; продукты деструкции пленки проникают в форму, где конденсируются на холодных зернах песка, выполняя роль связующего. Толщина слоя песка, пропитанного продуктами деструкции пленки, составляет 3–5 мм. Этот слой предохраняет форму от разгерметизации. Для повышения герметизации пленку окрашивают в два и более слоя. Для герметизации контрлада толщина пленки может быть более толстой, чем на контрладе. Разрежение в вакуумной системе (~ 50–60 кПа) создается обычно водокольцевыми насосами.

257

Механизм упрочнения формовочного материала при ВПФ можно представить следующим образом.

Основным фактором прочности сыпучих тел является сопротивление сдвигу, которое пропорционально напряжению сжатия в плоскости, перпендикулярной направлению сдвига, и коэффициенту внутреннего трения этого тела. Напряжения сжатия в формовочном материале возникают вследствие создания в его поровом пространстве разрежения: атмосферное давление (за вычетом давления внутри формы) воздействует на герметизирующее покрытие, а через него – на частицы формовочного материала, вызывая появление значительных сил трения в точках контакта последних.

13.1. Факторы, влияющие на прочность форм при ВПФ

Основным фактором, определяющим прочность форм из материала без связующего, является величина разрежения. На прочность литейных форм и стержней, изготовленных вакуумной формовкой, влияют и другие факторы, такие как физикомеханические свойства формообразующего материала, конструкция опоки, конфигурация и геометрические размеры рабочей полости формы.

Для определения основных факторов, влияющих на процесс упрочненияпеска при ВПФ, рассмотрим простейшую задачу.

Предположим, что необходимо определить максимальный диаметр Dкр (круглой) опоки для ВПФ, при котором форма, не разрушаясь, удерживается вакуумом при транспортировке.

Дано: перепад давления р = ра – рb, где ра и рb – давление атмосферное и остаточное в форме; Н, П, F – высота опоки, ее периметр и площадь; γ – плотность песка; f – коэффициент внешнего трения песка; ξ – коэффициент бокового давления.

258

Из рис. 13.2 видно, что условие равновесия состоит в том, что сила внешнего трения песка по внутренней стенке опоки должна быть равна силе тяжести песка в опоке или больше ее:

Pтр ≥ G, Pтр = Pбокtgf .

(13.1)

Рис. 13.2. Расчетная схема для ВПФ

Сила бокового давления
Pбок = ξ( p + γH )П Н,
где γН – удельное давление от силы тяжести.
Тогда
Pтр = ξ( p + γH )tgf П Н	(13.2)

и

G = F·H·γ.

Так как F = πD4 2 , а П = πD, то, подставляя в формулу (13.2)

значения F и П, получим

D ≤

4ξtgf ( p + γH )

.

(13.3)

кр γ

Из формулы (13.3) видно, что основными факторами являются: перепад давления р; плотность песка γ; f, ξ – коэффициенты трения и бокового давления.

259

Коэффициенты f и ξ зависят от гранулометрического состава песка и его угловатости: f = 28,5…35° – для мелких песков; f = 34…46° – угловатыепески; γ = 1650…1700 кг/м3; ξ = 0,35…0,40.

Чем больше величина ξ, f и р, тем при прочих равных условиях значение Dкр будет больше.

Существенным фактором, определяющим прочность формы при ВПФ, является ее виброуплотнение. Под действием вибрации и вакуумирования происходит уплотнение и упрочнение формовочного материала.

13.2. Требования к формовочному материалу и модельно-опочной оснастке для ВПФ

Для ВПФ применяют как обычные мелкие кварцевые пески 1–2К01Б с влажностью 0,1 %, так и огнеупорные, например, циркониевые, хромитовые и др. Во многих случаях для получения чистых, без пригара, отливок на облицованный модельный комплект наносят противопригарное покрытие толщиной 0,2– 0,3 мм. Чем чище должна быть отливка, тем мельче должен быть песок. Отработанный песок просеивают через вибросито с ячейкой 10×10 и 2,5×5,0 мм и охлаждают. Установки для охлаждения песка обычно работают по принципу кипящего слоя. Температура песка на выходе должна быть не более 45°С. Пыль улавливается чаще всего рукавными тканевыми фильтрами сухого типа. Холодный и горячий песок транспортируется элеватором, виброконвейером и аэрожелобами или просто ленточным конвейером.

Опоки, применяемые при ВПФ, особенно в условиях АФЛ, должны быть цельносварные или литые коробчатого типа

свстроенными боковыми фильтрами. Боковые фильтры состоят из трех сеток. Первая – крупноромбическая, вторая – квадратная

сячейкой 20×20 мм и третья – очень мелкая, изготовленная из коррозионностойкой стали. Внутри опоки размещают фильтры

из стальных труб ~ 30–40 мм с отверстиями по всей поверхно-

260