Глава 2. Оборудование для литейного производства

2.1. Оборудование для подготовки формовочных и стержневых материалов и приготовления смесей

Щековые дробилки (рис. 2.1, а) рекомендуются для дробления отработанных жидко-стекольных смесей и других материалов. Дробление производится за счет сжатия между дробящими плитами неподвижной 1 и подвижной 2 щек. Качание подвижной щеки, являющейся одновременно шатуном, осуществляется при вращении эксцентрикового вала 3. Распорная плита 4 поддерживает низ щеки 2, сохраняя заданный зазор между дробящими плитами. Щековые дробилки имеют производительность 7,8–30 м³/ч. У молотковых дробилок (рис. 2.1, б) материал подается через воронку 1 и дробится молотками 5, закрепленными с помощью шарниров 4 на вращающемся роторе 3. Продукты дробления проваливаются сквозь колосниковую решетку 7. Корпус дробилки 2 облицован износостойкими плитами 6. Молотковые дробилки производительностью 10–27 т/ч рекомендуются для отработанных холодно-твердеющих смесей, угля и других материалов. Валковые дробилки (рис. 2.1, в) предназначены для отработанной смеси, стержней на жидком стекле и других материалов. Дробление в них производится затягиванием материалов в зазор между вращающимися в разные стороны валками 2 и 5, один из которых опирается на пружину 3, предохраняющую дробилку от поломки при попадании в бункер 1 недробящихся (например, металлических) кусков. Расстояние между валками регулируется прокладками 4.

В роторных дробилках (рис. 2.1, г) измельчение происходит в результате ударов кусков об отбойные плиты 3 (при их числе от 1 до 3), на которые куски отбрасываются вращающимся относительно горизонтальной оси ротором 1 с билами 2. Это оборудование рекомендуется применять для дробления отработанных песчано-глинистых, холодно-твердеющих, жидко-стекольных смесей и других материалов. Производительность известных роторных дробилок — до 125 м³/ч.

В вибрационных дробилках (рис. 2.1, д) куски истираются друг о друга и о стенки бункера 1 с шипами, ребрами, отверстиями в результате вибрации системы на пружинных опорах под действием вращающихся эксцентриков 2. Сетка 3 определяет размер частиц продукта. В некоторые вибрационные дробилки вместе с материалом помещают мелющие тела, например шары. Вибрационная дробилка имеет производительность 15 т/ч.

Мельницы шаровые предназначены для тонкого измельчения глины, каменного угля, других материалов и представляют собой вращающийся около горизонтальной оси барабан, наполненный измельчаемым материалом и металлическими шарами (рис. 2.1, е). Шары за счет вращения барабана поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя материал.

Сита барабанные полигональные (рис. 2.1, ж) для просеивания оборотных смесей и песков в механизированных смесеприготовительных отделениях представляют со бой шести- или восьмигранную усеченную пирамиду, вращающуюся относительно оси, расположенной горизонтально. Смесь 1 подается внутрь пирамиды, образованной ситами со стороны меньшего основания, за счет вращения поднимается на угол 40–45°, соскальзывает, частично измельчаясь и просеиваясь (2 — просеянная смесь), одновременно перемещаясь вдоль оси под уклон. Непросеившиеся комья 3 и инородные включения выпадают через окно в большем основании. Производительность самой крупной модели равна 160 м³/ч.

Рис.  2.1. Оборудование для подготовки формовочных материалов

Для разминания и просеивания оборотной смеси и отделения посторонних металлических и неметаллических включений размерами более 2020 мм в смесеприготовительных отделениях литейных цехов применяют плоские вибрационные сита производительностью до 250 м³/ч. Два плоских просеивающих полотна (деки) этих сит размещены одно над другим с наклоном к горизонту 15°. Вибрации создает эксцентриковый вибратор 1 (рис. 2.1, з). Для разминания комков над верхней декой имеются разминающие кольца 2, над нижней — башмаки 3. Посторонние неразрушаемые включения приподнимают кольца и башмаки и попадают в отходы.

Для просеивания отработанной смеси и свежих материалов преимущественно в составе автоматических смесеприготовительных систем применяют набор плоских вибрационных сит грубой очистки и тонкой очистки. Производительность самых крупных из этих сит достигает 240 м³/ч. Сита грубой очистки оснащены пневмодробилками. Сита грубой очистки большой производительности (рис. 2.1, и) имеют двухмассный вибратор 1, направленные колебания которого заставляют материал двигаться по наклонному полотну вверх (Р — возмущающая сила, V — скорость перемещения материала).

Сита инерционные для грубой и тонкой очистки предназначены для очистки, просеивания и размельчения оборотной смеси и свежих материалов в автоматизированных цехах. Позволяют устанавливать одну деку для тонкого просева или для грубого либо одновременно две деки. Производительность сита 240 м³/ч.

Сита барабанные со встроенным аэратором предназначены для размельчения, аэрации (рыхления) и просеивания отработанной формовочной смеси и песка. Совмещенная конструкция позволяет увеличить производительность сита, до 125 м³/ч. Смесь подается на зубья вращающегося гребенчатого вала. Ударяясь о них и об отражательный лист, комья дробятся и попадают в перфорированный вращающийся барабан, ось которого наклонена под углом 3–5° к горизонту, где перемещаются по винтовой линии (относительно поверхности барабана) к противоположному концу, где непросеянные комья переваливаются через край.

Для небольших литейных цехов установка высокопроизводительной дорогой техники экономически нецелесообразно. Там применяются средства малой механизации: передвижная сеялка и смесеприготовитель передвижной барабанный. Первая предназначена для просеивания свежего песка и отработанных смесей, второй — для просеивания и разрыхления наполнительной формовочной смеси, а также для извлечения из нее металлических ферромагнитных включений.

Песок часто сушат с помощью барабанных или трубных сушил и установок сушки в кипящем слое. Для глины применяются барабанные сушила (рис. 2.1, к) погрузка песка на перфорированную сушильную решетку 2 производится через воронку 4. Горячие газы подаются по трубам 1, через форсунки в решетке 2 продуваются через слой песка на ней, отбирая от него влагу, и удаляются через патрубок 3. Высушенный песок отводится через трубу 5.

Барабанные сушила (рис.  2.1, л) представляют собой вращающийся относительно наклонной к горизонту оси барабан 3 с продольными полками 4, через который проходят горячие газы от горелок 1. Тягу создает вентилятор, присоединенный к патрубку 5. Материал загружается по лотку 2 и, пересыпаясь по полкам 4, омываемый горячими газами, постепенно перемещается под уклон, к разгрузочной камере 6. Барабан поддерживается роликами 7 и приводится во вращение приводом 8.

В трубных сушилах песок сушится в пневмопотоке горячего воздуха, что обеспечивает высокую скорость сушки, а также позволяет совместить сушку с транспортированием и обеспыливанием.

Основной компонент многих формовочных смесей — оборотная смесь (ранее уже использованная для получения литейных форм), подготовка которой к повторному применению включает извлечение из смеси металлических включений (сепарацию), размол комьев, просев, охлаждение и гомогенизацию (для однородности свойств смеси), а также регенерацию (избавление смеси от пыли). Кроме оборотной смеси формовочные смеси содержат свежие материалы.

Извлечение из отработанных смесей и свежих материалов металлических магнитных включений производится с помощью электромагнитных сепараторов: шкивных и подвесных. Шкив заставляет магнитные включения пройти некоторое расстояние в обратном движении ленты, тогда как немагнитная смесь сходит с транспортера сразу за шкивом. Подвесные сепараторы представляют собой поперечные (к потоку смеси) магнитные транспортеры.

Параметры отработанной смеси после выбивки в зависимости от близости к отливке значительно различаются: влажность колеблется от 0 до 3%, а температура может достигать 80–120°С. Поэтому перед повторным использованием необходимо охладить смесь и усреднить влажность, для чего и предназначены различные охладители.

Охладители смешивающие имеют производительность 35–240 м³/ч и представляют собой чаши с двумя вертикальными валами, несущими перемешивающие скребки. Охлаждение происходит за счет парообразования при увлажнении смеси. Процесс интенсифицируется непрерывным перемешиванием и продувкой воздуха, удаляющего пар.

Вибрационные охладители (рис. 2.2, а) представляют собой двухмассные виброконвейеры с нижней и верхней воздушными камерами, разделенными перфорированным полотном 2 и слоем охлаждаемого материала. Рама охладителя опирается на фундамент через пружинные амортизаторы 4.

В процессе работы горячая отработанная формовочная смесь через загрузочную воронку 1 попадает на наклонную плоскость охладителя, затем на перфорированное полотно 2 и за счет направленной вибрации транспортируется в зону выгрузки. Воздух 3, проходя из нижней камеры в верхнюю, продувает транспортируемый слой горячей формовочной смеси и уносит часть теплоты, охлаждая смесь. Теплый воздух с частицами формовочной смеси попадает в установку пылеулавливания, в которой происходит сбор частиц и возвращение их в смесеприготовительную систему. Производительность достигает 240 м³/ч.

Установки охлаждения отработанной формовочной смеси предназначены для автоматического доведения влажности смеси до 2–3% с точностью ±0,2% и температуры до 30–40°С с точностью ±5° путем увлажнения и охлаждения. Установки могут применяться самостоятельно в линиях возврата отработанной смеси и в автоматизированных системах приготовления смесей. Смесь подается транспортером во вращающийся увлажнительный барабан, где через сопла разбрызгивается вода, откуда конвейером направляется в охладитель. Самая крупная модель имеет производительность до 250 м³/ч, длину 65 м и массу 80 т. Существуют установки с правым и левым исполнением.

Аэраторы рыхлят формовочные смеси для улучшения их пластичности и формуемости. Их производительность достигает 240 м³/ч. Аэраторы (рис.  2.2, б) рыхлят смесь при пересыпке с транспортера на транспортер. Смесь подается через горловину 3 на лопатки 2 вращающегося ротора 1, которыми отбрасывается на цепи 4 (или гребенку), разрыхляется и падает на транспортер под аэратором. Одни надленточные аэраторы служат для рыхления отработанной смеси, а другие — для рыхления готовой смеси; число зубьев гребенчатого вала у них в два раза больше. Они рыхлят смесь, проходящую под ними на транспортерной ленте.

Рис.  2.2. Оборудование для регенерации смесей

При многократном использовании формовочных и стержневых смесей происходит чередование нагрева и охлаждения. При этом в смесях протекают различные химические реакции и полиморфные превращения кварца, сопровождающиеся изменением объема, приводящим к растрескиванию. Кроме того, некоторые зерна сращиваются. Таким образом, средняя (основная) фракция песка сокращается, что приводит к изменению свойств смесей.

Регенерация (восстановление) отработанных смесей позволяет получать песок, годный для повторного изготовления смесей. Регенерация включает дробление комьев, магнитную сепарацию металлических включений, просеивание, очистку поверхности песчинок от пленок связующего, обеспыливание песка и классификацию — разделение регенерата по фракциям (размерам зерен).

При гидравлической регенерации зерна песка интенсивно промываются в потоке воды, который уносит пылевидные частицы, и оттираются от пленок. Системы гидрорегенерации производят сухой регенерированный песок с температурой 30C, оборотную воду глубокого осветления, металлические отходы (все это для повторного использования), кусковые неметаллические отходы размером частиц более 5 мм и пылевидные отходы в виде шлама с влажностью до 50% (два последних свозят на свалку). Производительность самой крупной модели по загружаемой смеси — 60 т/ч; эта система оспособна обеспечить производство 100–240 тыс.т литья в год.

Важнейший элемент системы гидравлической регенерации — оттирочная машина (рис. 2.2, в). В машине производительностью до 25 т/ч зерна песка очищаются за счет соударения в потоках пульпы, создаваемых лопатками вертикальных валов двух камер, имеющими разный угол наклона лопаток.

Чан агитационный для перемешивания пульпы производительностью 25 т/ч входит в состав комплекса гидравлической регенерации и предназначен для перемешивания и поддержания во взвешенном состоянии пульпы, поступающей из оттирочной машины для последующего ее транспортирования насосами. Чан пригоден также для растворения реагентов в системах очистки воды систем регенерации и в составе оборудования для обогащения полезных ископаемых. Представляет собой вертикальный цилиндр с мешалками, приводимыми в движение от электродвигателя через клиноременную передачу.

Системы гидрорегенерации содержат также железоотделители, дробилки, грохоты, классификаторы, сушилки и охладители.

Гидравлические системы наиболее универсальны и эффективны, позволяют перерабатывать смеси сложного состава, дают пески, близкие по зерновому составу к обогащенным, при работе образуют мало пыли, но требуют больших производственных площадей и затрат на энергию для сушки песка. Эти системы хорошо совмещаются с гидровыбивкой форм и стержней.

В системах сухой механической регенерации зерна песка очищаются от пленки связующего перетиранием отработанной смеси в дробилках. Образующаяся пыль удаляется из смеси вместе с отсасываемым воздухом. Производительность самой крупной модели составляет 60 т/ч, позволяет обслуживать цех с производством отливок в объеме 30–60 тыс.т/год. Эти системы рекомендуется применять для единых холоднотвердеющих смесей (ХТС) на синтетических смолах или жидком стекле. Их достоинствами являются компактность установок и сравнительно небольшие капитальные и энергетические затраты, но качество продукта уступает гидро- и терморегенерату. В состав таких систем входят классификаторы воздушные и вибрационно-каскадные, охладители, дробилки, магнитные сепараторы и грохоты.

Классификатор воздушный каскадный противоточный (рис. 2.2, г) предназначен для удаления из регенерированных или свежих песков частиц размером менее 0,1–0,16 мм. Состоит из восьми секций-полок 2, установленных в корпусе 1 под углом 45° к горизонту и перекрывающих 50% поперечного сечения. Смесь пересыпается по полкам сверху вниз. Навстречу потоку смеси движется поток воздуха, уносящий пыль в циклон. После первичной очистки от пыли в циклоне воздух проходит фильтр, где вторично очищается от пыли, после чего выбрасывается в атмосферу. Производительность — 5 т/ч.

Охладитель бесконтактный трубчатый противоточный водяной (рис. 2.2, д) предназначен для снижения температуры отработанной смеси и охлаждения песка после сушки. Смесь охлаждается за счет контакта с трубчатыми решетками змеевиков 3, по которым течет вода. Смесь загружается через патрубок 2, а выгружается через патрубок 1. Производительность по песку — 5 т/ч.

Для удаления из регенерируемых песков частиц размером менее 0,1–0,16 мм применяют также вибрационно-каскадные классификаторы (рис. 2.2, е). Их корпус 5 установлен на пружинах (не показаны) и совершает вибрационное движение под действием вибраторов 8. Песок загружается через воронку 6. В корпусе установлена сетка 3 для удаления случайных крупных кусков и пересыпные полки 4 с отверстиями. Пылевидные отходы потоком продуваемого воздуха удаляются через патрубок 7, регенерат — через патрубок 1, а крупные куски — по лотку 2. Производительность — 10 т/ч.

Комплексы пневматической регенерации песчано-глинистых смесей имеют производительность по загрузке соответственно 6–72 т/ч. Их основу составляет пневморегенератор производительностью 6 т/ч. Сущность его работы (рис. 2.2, ж) состоит в том, что загружаемый песок потоком сжатого воздуха от сопла 1 разгоняется по трубе 2, при этом песчинки ударяются друг о друга и об экран 3 за счет чего происходит разрушение оболочек связующего вокруг песчинок. Пылевидные продукты разрушения уносятся потоком воздуха, а не полностью регенерированный песок из коллектора 4 частично снова поступает в трубу 2, а частично через патрубок 5 в следующую такую же камеру (возможно последовательное соединение от двух до восьми камер). Недостаток таких установок — не полное дробление песка. Стоимость пневморегенерации в 1,5–2 раза выше, чем механической.

При термической регенерации пленки с зерен песка сжигают прокаливанием смеси при 550–800С, после чего производят воздушную сепарацию. Способ дорог (в 2–3 раза дороже механического, требует много энергии на нагрев, охлаждение и обеспыливание смеси. Применяется для смесей со смоляным связующим (для стержней и оболочковых форм). Имеются установки термической регенерации.

Процесс приготовления смеси состоит из дозирования всех компонентов смеси (кварцевого песка, пылевидных добавок и жидких добавок), включая жидкие связующие и воду, загрузки их в смесители в определенной последовательности, перемешивания для обеспечения однородности и заданных свойств готовых смесей.

Cмecuтeлu литейные чашечные периодического действия с вертикально вращающимися металлическими катками (их схема приведена на рис. 2.3, а) предназначены для приготовления единых, наполнительных, облицовочных и стержневых смесей из песчано-глинистых фракций с пылевидными и жидкими добавками.

При вращении вертикального вала 3 смесь размешивается (разминается) и растирается катками 2, вращающимися на горизонтальных осях 4 и устанавливаемыми с регулируемым зазором относительно дна неподвижной чаши 1 и перемешивается отвалами 5 и 6, направляющими смесь под катки. При этом песчинки обволакиваются оболочкой связующего. Последнее облегчается наличием проскальзывания большей части цилиндрической поверхности катка относительно смеси, благодаря чему песчинки перекатываются в глинистой суспензии. Запыленный воздух отсасывается из-под колпака. Выгружается смесь через люки 7. Производительность (110–60 м³/ч) бегунов (второе название смесителей) зависит от длительности цикла. Смесители (бегуны) литейные чашечные периодического действия центробежные с горизонтально-вращающимися катками (рис. 2.3, б) предназначены для приготовления формовочных и стержневых смесей с незначительным количеством освежающих добавок. Перемешивание здесь осуществляется за счет отбрасывания (центробежной силой) подаваемой на диск 5 смеси на обечайку 4 (вертикальную, цилиндрическую поверхность чаши, облицованную резиной), где прокатывающиеся по ней также обрезиненные катки 1 разминают комья. Верхние скребки отделяют смесь от обечайки, а нижние 2 — поднимают смесь с днища чаш 3 на обечайку под катки. Запыленный воздух отсасывается. Применяются эти смесители в основном для сырых песчано-глинистых смесей (ПГС).

Более производительны смесители (бегуны) литейные чашечные, непрерывного действия, сдвоенные, с вертикально вращающимися катками для приготовления формовочных смесей. Производительность достигает 240 м³/ч. По конструкции представляют собой сдвоенные смесители периодического действия с вертикально-вращающимися катками, смежные чаши которых сообщаются через общий сегмент. Увеличение производительности достигается благодаря последовательному смешению двумя парами катков. Готовая смесь выдается непрерывно. Запыленный воздух отсасывается.

Агрегат для приготовления глинистой суспензии (рис. 2.3, в) представляет собой горизонтальный барабан 1, установленный вместе с приводом (5 — электродвигатель, 6 — ременная передача, 7 — редуктор, 8 — зубчатая передача) на раме 2. Внутри барабана расположен горизонтальный вал 3 с параллельными ему зубчатыми лопастями 4. Подача молотой глины и воды производится через воронку 9. Готовая суспензия сливается через вентиль 10 и подается для загрузки в смесители для приготовления формовочных смесей. Производительность — 13 т/ч. Известны также комплексы оборудования для приготовления глинистых суспензий производительностью от 1 до 16 м³/ч.

Имеются комплексы оборудования для автоматизированных смесеприготовительных систем массового и крупносерийного производства, включающие смесители периодического или непрерывного действия, охладители смеси, аэраторы, сита, железоотделители, ленточные конвейеры с весовыми устройствами и плужковыми сбрасывателями.

Лучшие песчано-смоляные смеси для производства оболочковых форм и стержней — плакированные смеси, где каждая песчинка покрыта тонким слоем связующего — термореактивной смолы.

Рис.  2-3. Оборудование для приготовления смесей

Смеситель центробежный периодического действия для приготовления плакированных смесей горячим способом производительностью 1 т/ч имеет нагреватель песка — камеру с вращающимся барабаном внутри нее. Барабан несет ковши, поднимающие, а в верхнем положении высыпающие песок, при падении проходящий зону нагрева и поступающий в центробежный смеситель с двумя катками на диске. Затем смесь поступает через вибросито в охладитель. Установка имеет также емкости и дозаторы для смолы, уротропина и стеарата кальция.

Установка непрерывного действия для приготовления плакированных смесей горячим способом применяется в серийном и массовом производстве. Нагрев песка до 120–180°С производится газовыми горелками в псевдокипящем слое; смешивание его со смолой, уротропином и стеаратом кальция происходит в лопастном смесителе, Далее смесь попадает на вибросито, а затем в охладитель.

ХТС очень быстро твердеют, поэтому приготовляются на формовочном участке в лопастных смесителях непрерывного действия, из которых сразу выгружаются в опоку или ящик. Эти смесители могут быть одноплечими, у которых окно для выдачи смеси в опоку или ящик перемещается по окружности, и двуплечими, у которых это окно может перекрывать значительную зону; первые применяются в поточных линиях, вторые — для формовки на плацу.

Основной элемент лопастных смесителей — горизонтальные валы (один или два) с лопастями, вращающиеся в желобе. Лопасти захватывают материалы и перемещают их по окружности и вдоль желоба, постоянно вороша, перебрасывая и перетирая по стенкам желоба, за счет чего и происходит перемешивание.

У двухжелобных смесителей: одноплечего и двуплечих (рис. 2.3, г) предварительное смешивание компонентов, не реагирующих друг с другом, производится в двух разных желобах 1 с лопастными смесителями (в одном смешиваются песок со связующим, в другом — песок с отвердителем), а окончательное — в вихревой головке 2, конический корпус которой (рис.  2-3,д) имеет вертикальный вал 1 с лопатками 3, внизу — шибер 2 с пневмоприводом 4. Раздельное смешивание позволяет получать смеси с малым временем живучести (быстротвердеющие), исключать потери смеси при остановках смесителя и потери времени на очистку от застывшей смеси.

Смесители высокоскоростные с горизонтальной смесительной камерой для приготовления ХТС на органических (смолах) и неорганических (жидком стекле) связующих материалах одноплечие и двуплечие (производительность достигает 40 т/ч) имеют время перемешивания не более 5 с и могут применяться для приготовления смесей живучестью до 1 мин. Эти смесители имеют систему программирования шести вариантов смеси по составу, виду связующего и производительности, с возможностью быстрого перехода с одного варианта смеси на другой.

Установки для приготовления жидких самотвердеющих смесей (ЖСС) (рис.  2.3, е) содержат лопастной смеситель 1, выдающий смесь через затвор 8 в опоку или стержневой ящик; бункеры песка 4 и феррохромового шлака 5 с питателями 6, весовой дозатор 7; бак жидкой композиции 3 с мешалкой и дозатором 2. Установка для приготовления ЖСС периодического действия имеет производительность 6–8 т/ч, а установки непрерывного действия соответственно 5–10 и 20–30 т/ч.

Установка стационарная периодического действия для приготовления жидкой композиции для ЖСС содержит резервуары хранения компонентов жидкой композиции, дозаторы, смеситель, трубопроводы, пневмо- и электрооборудование и аппаратуру управления и сигнализации.

Стационарная установка непрерывного действия для приготовления пластичных самотвердеющих смесей (ПСС) производительностью 20 т/ч смешивает базовую смесь с феррохромовым шлаком в лопастном двухвальном смесителе и с помощью питателей раздает ее по опокам или ящикам. Базовая смесь песка с жидким стеклом приготовляется в обычных бегунах.

2.2. Машины для изготовления литейных форм и стержней

В единичном производстве отливок литейную форму можно изготовить ручной формовкой и пневматической трамбовкой. Однако современные технологии при любом типе производства (единичном, серийном, массовом) предполагают широкое применение комплексов машин.

Машинная формовка по сравнению с ручной обладает высокой производительностью, меньшей трудоемкостью, позволяет получать отливки более высокой точности, улучшает условия труда. В настоящее время это основной способ получения литейных форм.

При машинной формовке модели устанавливаются на модельных плитах, которые Т-образными болтами крепятся к столам машин.

Модельные плиты (рис. 2.4, а) содержат следующие конструктивные элементы: центрирующий (круглый) штырь 1; направляющий (срезанный) штырь 5; лапы 9 для крепления плиты к столу машины; выемки, скосы 10 или отверстия по углам плиты для штифтового съема полуформы с модельной плиты; скосы 6 для скрепления скобами опоки с плитой при встряхивании и повороте полуформы; 3 — модель, закрепленная на корпусе плиты 2 болтами 4 (или винтами и др.) и зафиксированная штифтами 8 (устанавливаемых с натягом или очень малым зазором) от смещения по плите за счет зазоров в винтовых соединениях; 7 — модель питателя. Штыри обеспечивают точное взаимное расположение верхней и нижней полуформ ("верха" и "низа"), т. е. отсутствие смещения частей отливки. Если бы оба штыря были круглыми (что проще), то нагревшаяся (сразу после выбивки) опока с круглыми отверстиями втулок не села бы на штыри плиты, т. к. из-за нагрева расстояние между центрами отверстий втулок опоки стало бы больше. Поэтому направляющий штырь срезан так, чтобы прорезь в направляющей втулке опоки позволяла установить на плиту нагретую опоку. Назначение центрирующего (круглого) штыря — предотвращать смещение опоки по плите, а направляющего (срезанного) — предотвратить поворот опоки относительно центрирующего штыря. В массовом и крупносерийном производстве формовка по данной модели производится достаточно длительное время, поэтому применяются постоянные модельные плиты, модели на которых "намертво" закреплены винтами или болтами и штифтами. В мелкосерийном и серийном производстве переход от одной модели к другой происходит быстро. Чтобы при переходе к другой модели сохранять исходные модельные плиты, а менять только модели, плиты выполняют с вкладышами, несущими на себе модели (рис.  2.4, б), или с координатной сеткой отверстий (координатные плиты) и др. Конструкции модельных плит стандартизованы.

Рис.  2.4. Модельные плиты

Машинная формовка механизирует уплотнение смеси и извлечение модели из формы. Наполнение опоки формовочной смесью происходит самосыпом из бункера; на формовочных автоматах смесь дозируется.

Рассмотрим основные способы уплотнения смеси в формах.

При встряхивании на модельную плиту, укрепленную на столе формовочной машины, ставят опоку и насыпают в нее смесь с верхом. Стол встряхивающей формовочной машины вместе с опокой поднимается сжатым воздухом и после выпуска сжатого воздуха из цилиндра в атмосферу, происходящего автоматически, падает, ударяясь о станину. При ударе смесь уплотняется за счет сил инерции, возникающих при торможении.

С каждым ударом смесь все больше уплотняется (делают от 8–10 до 60–80 ударов). Наибольшее уплотнение при встряхивании получается в нижнем слое у разъема формы, потому что при ударе на этот слой давит сила инерции всей лежащей над ним массы смеси. По мере удаления от разъема масса вышележащей смеси уменьшается, соответственно уменьшается и степень уплотнения. Наконец, самый верхний слой смеси оказывается неуплотненным и остается в таком же разрыхленном состоянии, как и до встряхивания. Он может уплотняться лишь под действием сил инерции собственной массы, которая оказывается для этого недостаточной; сверху над этим слоем никакого столба смеси нет.

При формовке встряхиванием небольших и средних опок (до 1000800 мм) дополнительное уплотнение верхних слоев рациональнее всего производить подпрессовкой. Подпрессовку выполняют после встряхивания. Включение вибратора во время подпрессовки способствует увеличению уплотнения при том же давлении колодки, как и при чистом прессовании.

У более крупных полуформ верхние слои доуплотняют пневматической трамбовкой. С этой же целью перед встряхиванием поверх опоки можно наложить металлическую плиту, которая при встряхивании уплотнит верхние слои.

При верхнем прессовании (рис.  2.5, а) опоку 6 устанавливают на модельную плиту с моделью 4, прикрепленной к столу 5 формовочной машины. Перед наполнением опоки смесью 3 на нее ставят наполнительную рамку 2, т. к. необходимый объем рыхлой смеси больше объема уплотненной в опоке смеси. Затем в цилиндр машины подается сжатый воздух, поршень поднимает стол машины 5 с плитой, опокой, рамкой. Прессующая колодка 1 входит в наполнительную рамку, вытесняя из нее смесь в опоку и уплотняя смесь. Плотность смеси в полуформе уменьшается по мере удаления от прессовой колодки. Таким образом, в зоне модели плотность наименьшая. Поэтому верхнее прессование применяют для опок высотой не более 200–250 мм. Габаритные размеры опок ограничиваются усилием прессования, которое может развить машина. Уплотнение прессованием отличается малошумностью и высокой производительностью, т. к. вместо ударов при встряхивании требуется только один ход поршня. Дополнительная вибрация во время прессования (вибропрессование) уменьшает потребное усилие и увеличивает равномерность уплотнения.

При нижнем прессовании (рис.  2.5, б) в роли прессующей колодки выступает модельная плита 4, что обеспечивает в зоне модели наибольшую плотность смеси. Подвижная часть 3 стола 2 поднимает плиту, которая впрессовывает смесь из углубления в столе 2 в опоку 1, упирающуюся в траверсу 5. Здесь верхняя поверхность модельной плиты должна в конце хода точно совпадать с нижней плоскостью опоки (плоскостью разъема литейной формы).

Необходимость точного регулирования длины хода стола, более сложная переналадка машины на другой размер опоки, а также попадание смеси в зазоры между подвижной частью 3 и столом 2 и связанный с этим значительный износ этих частей — основные дефекты машин с нижним прессованием. В результате на практике более распространены машины с верхним прессованием.

При прессовании плоской колодкой опоки с высокой моделью столб смеси над моделью уплотняется больше, чем столб смеси вне модели. Это вполне понятно, т. к. слой смеси, находящийся в рамке, при уплотнении впрессовывается над моделью в низкий столб смеси в опоке, а вне модели — в более высокий столб смеси. Эти два столба смеси (над моделью и вне ее), разумеется, не изолированы, и при прессовании происходит некоторое перетекание смеси из первого столба во второй, но для обычных, малотекучих формовочных смесей это практически не влияет на результаты уплотнения.

Рис. 2.5. Основные способы уплотнения смеси при машинной формовке

Для более равномерного уплотнения участков формы над высокой моделью и вне ее рекомендуется применять профильные прессовые колодки, имеющие выступы в соответствии с конфигурацией модели (рис. 2.5, в), использовать профильную засыпку смеси (рис.  2.5, г), прессование резиновой диафрагмой (рис.  2.5, д) или многоплунжерной головкой — дифференциальное прессование (рис.  2.5, е). При дифференциальном прессовании каждая из колодок 1 находится под действием поршня 2 гидравлического цилиндра, причем цилиндры всех колодок сообщаются и, следовательно, давление в них равное, что обеспечивает примерно одинаковое уплотнение смеси.

Основной рабочий орган пескомета — метательная головка 2 (рис. 2.5, ж), представляющая собой закрытый кожухом ротор, вращающийся на горизонтальной оси со скоростью 1500 об/мин и имеющий одну-три лопатки (ковша) 5. Смесь в головку подается транспортером 1, попадает на лопатку 5, предварительно уплотняется на ней центробежной силой, а затем выбрасывается вниз порциями в опоку 4.

Смесь из головки пескомета выбрасывается отдельными, предварительно уплотненными комками, или пакетами. За каждый оборот лопатки выбрасывается один комок, а в минуту — 1400–1500 комков, так что наблюдателю кажется, что смесь выходит из головки непрерывной струей. Из-за большой скорости пакеты с силой ударяют о поверхность смеси в опоке и уплотняют ее, действуя как своего рода трамбовка; одновременно опока наполняется смесью. Чтобы иметь возможность направлять поток смеси в разные места по всей площади опоки, формовщик может перемещать метательную головку над опокой в горизонтальной плоскости.

Степень уплотнения регулируют либо переключением вращения ротора головки на другую скорость (пескометы могут иметь, например, две скорости), либо путем быстрого и медленного вождения головки над опокой. При более медленном вождении головки уплотнение получается меньше. В этом случае струя смеси все время бьет в одно место и в опоке образуется коническая кучка смеси, причем новые порции ссыпаются с нее в стороны. При всяком же перетекании и сдвиге сыпучие зернистые материалы разрыхляются.

Пескометы благодаря большой производительности (10–50 м³/ч) применяются, как правило, для набивки лишь средних и крупных опок. Небольшие опоки невыгодно набивать пескометом из-за слишком большой потери смеси, падающей мимо опоки. Широкошовный пескомет имеет ковш шириной в опоку, поэтому для уплотнения одной полуформы требуется 10–12 с. К его недостаткам относятся энергоемкость и шум.

Процесс пескодувного уплотнения заключается во вдувании сжатым воздухом смеси в стержневой ящик или реже в опоку (рис. 2.5, з). Смесь из питателя 2 через шибер (заслонку) 3 подается в резервуар 4. Затем шибер закрывается, и через клапан 5 в резервуар подается мощный поток сжатого воздуха под давлением 0,6 МПа, выстреливающий смесь в стержневой ящик 6 или опоку, прижатую к дутьевой плите пескодувной головки. Выпуск воздуха из ящика или опоки наружу происходит через вентиляционные отверстия, или венты 7. Процесс может протекать в пескодувном и пескострельном (на рис. 2.5, з) режимах. Пескодувно-прессовое уплотнение (рис. 2.5, и) применяется, например, при безопочной формовке в горизонтальную стопку. Сначала смесь вдувается из резервуара 1 в пространство 2 между полумоделями 5 и 4. Затем смесь прессуется движением полумодели 4 влево под действием штока 3 гидроцилиндра, после чего полумодель 5, поворачиваясь на плите 6, поднимается вверх, а "кирпич" формы продвигается влево и прижимается к стопке ранее отформованных "кирпичей" 7, образуя одну литейную форму и полуформу под следующую форму. Собранные формы по мере присоединения новых "кирпичей" перемещаются влево, на заливку.

При вакуумно-пленочной формовке модель 1 (рис. 2.5, к) и свободная поверхность модельной плиты 2 покрываются пленкой 5 (предварительно нагретой нагревателем 7), которая плотно облегает модель при отсосе воздуха через канал 3 из полости модели, стенки который имеют сквозные отверстия 6. Затем на модельную плиту ставят опоку, внутренние стенки которой имеют множество сквозных отверстий, а полость 4 между внутренней и внешней сплошной стенками может быть присоединена к вакуумному насосу (ВН). Опоку заполняют песком с уплотнением вибрацией, сверху накрывают пленкой и подключают к ВН. Атмосферное давление сжимает через пленку песок, сохраняя конфигурацию полости полуформы. После этого полость модели отключают от ВН и открывают доступ к атмосфере, а полуформу снимают с модельной плиты. Таким же образом получают вторую полуформу. Полуформы соединяют, заливают сплавом. Для выбивки отливки из формы достаточно отсоединить опоки от ВН.

Преимущества этого метода: не требуется смесеприготовительного оборудования, связующего и других материалов, входящих в состав смесей; отливка легко выбивается из песчаной формы; имеет меньшую шероховатость поверхности, чем при литье в ОПФ; уменьшается выделение газов из формы. Известные комплексы оборудования для вакуумно-пленочной формовки применяются для изготовления отливок в опоках размером до 20001600.

При импульсном уплотнении (рис. 2.5, л) давление газа в камере 5 над смесью повышают за 0,01–0,1 с, при этом газ с большой скоростью проходит через смесь 2, создавая сжимающие напряжения, и смесь уплотняется. Хорошо уплотняются даже узкие промежутки между моделями и стенками опоки. Механизм предельно прост, шум значительно меньше, чем при других способах. Остальные обозначения на рис. 2.5, л: 4 — уплотнения; 3 — наполнительная рамка; 1 — модельная плита с вентами — отверстиями для выхода газа из опоки.

При гравитационном уплотнении необходимая порция смеси падает на модельную плиту со скоростью 5–7 м/с, что значительно выше, чем при встряхивании, поэтому смесь уплотняется за один удар, но полученная плотность недостаточна для получения качественных отливок, поэтому метод используется только в сочетании с другими.

Вакуумно-прессовое уплотнение соединяет прессование с вакуумированием смеси, что приводит к большей равномерности плотности формы, повышению ее прочности, снижению влажности.

Рис.  2.6. Схемы механизмов съема полуформ

Механизм съема полуформ современных формовочных машин бывает двух основных типов: без предварительного поворота полуформы и с предварительным поворотом полуформы. Первый выполняется механизмом штифтового съема (рис.  2.6, а). После уплотнения смеси полуформу 1 поднимают с модельной плиты 3 и модели 4 при помощи четырех штифтов 2, расположенных по углам опоки. Для штифтов модельная плита имеет соответствующие отверстия, скосы или вырезы. Съем в необходимых случаях может производиться с протяжкой модели, например при формовке по модели с глубокой полостью между ребрами (рис. 2.6, б). При штифтовом съеме такой полуформы болван 1 между ребрами под действием собственного веса и сил трения о модель может обвалиться. При протяжке модель выполняется из двух частей: одна из них — 2 неподвижно связана с модельной плитой; другая — гребенка 4 — находится на протяжной плите. При протяжке гребенки 4 болван 1 поддерживается моделью (3 — штифты). Протяжку модели может выполнять механизм штифтового съема (рис. 2.6, в), например, при получении отливок сложной конфигурации с малыми уклонами. Поломка формы здесь исключена, т. к. нижняя поверхность полуформы поддерживается протяжной плитой 2, поднимаемой с модельной плиты 4 штифтами 3 вместе с полуформой 1.

Машины литейные формовочные встряхивающе-прессовые, имеющие съем без предварительного поворота полуформы (по схеме рис. 2.6, а) предназначены, в основном, для изготовления верхних полуформ в серийном и мелкосерийном производстве. Возможна на них и формовка "низа" с кантовкой вне машины. После установки опоки, наполнительной рамки, засыпки смеси, предварительного встряхивания, пополнения опоки смесью, снятия рамки в автоматическом режиме производится поворот траверсы 5 с плитой 4 (рис. 2.6, г), уплотнение встряхиванием с одновременным прессованием (прессово-ударное) и снятие полуформы. В пооперационном режиме возможны прессование, встряхивание, встряхивание с последующим прессованием. При съеме полуформы с модельной плиты включается вибратор. Вместо штифтов на съеме могут быть установлены роликовые планки для механизации установки и съема опок. Эти машины по конструкции аналогичны описанным ниже машинам с поворотом полуформы, но не имеют механизма поворота полуформы. Производительность этих машин (цикловая) 145–90 полуформ в час.

В машинах формовочных пневматических встряхивающе-прессовых с поворотом полуформы (рис. 2.6, г) после уплотнения смеси в полуформе 3 встряхиванием на механизме уплотнения 1 с одновременным прессованием за счет прижатия полуформы к плите 4 траверсы 5 стойка 6 с уплотняющим механизмом, плитой 4 траверсы 5 и полуформой 3 поворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси 7 механизма поворота (2 — модельная плита).

После поворота (рис.  2.6, д) включается вибратор для облегчения отлипания полуформы от модели и механизм 1 поднимает модельную плиту 2, извлекая модель. Общий вид этих машин представлен на рис.  2.7, а. Обозначения здесь таковы: 1 — уплотняющий прессово-встряхивающий механизм; 2 — пульт управления; 3 — стойка; 4 — траверса с плитой; 5 — механизм поворота, 6 — аппаратура. Их производительность (цикловая) 100–90 полуформ в час. Размеры опоки для машин 14-го габарита — 1000800350 мм.

В старых машинах поворот полуформы 1 после уплотнения встряхиванием на столе 3 (рис.  2.6, е) производился перекидным столом 4 на поднятый приемный стол 5, который опускался (естественно после снятия скоб, крепящих опоку к модельной плите), снимая полуформу с модельной плиты 2.

Машины формовочные встряхивающие с перекидным столом предназначены для изготовления полуформ в серийном и индивидуальном производстве по моделям, требующим большого хода для съема полуформы. Они осуществляют уплотнение формовочной смеси встряхиванием; перемещение полуформы к механизму вытяжки (приемному столу) с ее поворотом, медленную и быструю протяжку модели с включением вибраторов, установку полуформы на рольганг, обратный поворот перекидного стола с модельной оснасткой и установку его на встряхивающий механизм. Размерный интервал опок этого ряда машин от 800700450 до 25002000800 мм. Для замены этих устаревших машин выпускается серия усовершенствованных машин такого же типа.

Формовочные машины с поворотом полуформы следует использовать для формовки по таким моделям, когда в опоке имеются массивные и высокие сырые болваны. В этих случаях можно предотвратить их обвал, т. к. после поворота полуформы вес болвана направлен на его сжатие, а не на отрыв, как это имеет место до поворота полуформы.

Машины с поворотом полуформы при прочих равных условиях менее производительны, чем машины со штифтовым съемом, т. к. поворот полуформы является добавочной операцией, отнимающей время, поэтому их нужно применять лишь тогда, когда они технологически необходимы. Они требуются в основном при формовке нижних полуформ, в которых и располагают тяжелые сырые болваны во избежание обвалов при сборке, транспортировке и заливке. Для нижних полуформ поворот удобен, поскольку позволяет выдавать их разъемом кверху, т. е. в подходящем для сборки формы положении.

Пескомет стационарный рукавный (рис.  2.7, б) состоит из большого рукава 8, поворачивающегося на неподвижной тумбе 1, и малого рукава 6, поворачивающегося на большом рукаве и несущего пескометную головку 7, приводимую в действие электродвигателем 4. От цеховой системы смесераздачи смесь попадает в приемную воронку 2 транспортера 3 большого рукава, по которому далее подается на транспортер 5 малого рукава, подающий ее в головку, которая выбрасывает смесь в опоку.

Перед попаданием в головку смесь может разделяться на два потока, один из которых, минуя головку, направляется под вылетающие из головки пакеты для регулирования плотности набивки изменением мощности этого потока. Управление движением головки осуществляется с пульта оператора. Модель 2Б93М имеет производительность головки 12,5 м³ смеси в час, применяется в разносерийном производстве для набивки опок и стержневых ящиков.

Пескомет передвижной имеет два рукава и может перемещаться по рельсу, направление вылета смеси регулируется поворотом головки пескомета в плоскости вращения ротора на 15 для качественного уплотнения в поднутрениях и других труднодоступных местах. Производительность головки 25 м³/ч; радиус действия головки наибольший — 7,5 м. Пескомет применяется в разносерийном производстве.

Пескомет мостовой (рис. 2.7, в) предназначен для изготовления крупных литейных форм в опоках высотой до 4 м и в кессонах такой же глубины в стале- и чугунолитейных цехах. Производительность головки 50 м³/ч; ход тележки с пескометной головкой — 3 м; ход моста не ограничен. Площадь опоки или кессона 6 перекрывается движением тележки 3 с пескометной головкой 2 по мосту 1 и движением моста (в направлении, перпендикулярном движению тележки). Смесь с цехового транспортера 5, параллельного движению моста, переваливается на транспортер 4, находящийся на мосту, а оттуда — в головку. Применяют программное управление работой пескометами.

Столы вибрационные (вибростолы, рис. 2.7, г) применяются для уплотнения холоднотвердеющих смесей (ХТС) в стержневых ящиках и опоках. Вибростолы с неприводными рольгангами моделей предназначены для участков единичного производства, оборудованных средствами малой механизации (неприводными рольгангами, карусельными столами). Вибростолы с приводными рольгангами предназначены для автоматизированных линий мелкосерийного и серийного производства, агрегаты которых связываются между собой приводными рольгангами. После вкатывания на ролики стола 1 полуформы или стержневого ящика в эластичные пневматические опоры 3 подается сжатый воздух; стол 2, до того находившийся ниже роликов, поднимается и снимает полуформу или ящик с роликов для предотвращения передачи вибрации на ролики и основание. Затем включаются вибраторы. Вибрации создают два эксцентрика синхронно вращающиеся навстречу друг другу электродвигателями. После заполнения ящика смесью и ее уплотнения вибраторы выключаются, воздух из опор выпускается, ящик опускается на ролики, по которым катится на следующую операцию.

Рис.  2.7. Формовочные машины

При изготовлении литейных форм применяют также ЖСС, ПСС, ХТС и СО₂-процесс.

Состав оборудования и оснастки для производства стержней зависит от серийности, размеров, конструкции стержней и требований по их прочности, точности, шероховатости. По условиям работы и сложности конфигурации стержни делятся на пять классов (рис. 2.8) сложные, тонкие, ажурные стержни, с затрудненным выводом образующихся при заливке в форму сплава газов относятся к первому классу (рис. 2.8, а). Они изготавливаются из особопрочных смесей с малой газотворной способностью. К пятому классу относятся массивные стержни с большими сечениями (рис. 2.8, д). На рис. 2.8, б–г изображены стержни второго, третьего и четвертого класса.

Рис.  2.8. Классы литейных стержней

В единичном и мелкосерийном производствах стержневые ящики (формы для изготовления стержней) обычно делают из дерева, смесь уплотняют вручную, пневматическими трамбовками или пескометами (при крупных стержнях). При достаточно большом объеме производства применяют металлические стержневые ящики (рис. 2.5-2, а), главными конструктивными элементами которых являются две половины ящика 1 и 2, центрирующие штыри 3, предотвращающие смещение половин ящика по разъему, и устройство для скрепления половин ящика (в данном случае это откидные болты 4 с гайками-барашками 5). После уплотнения смеси трамбовками или пескодувного уплотнения гайки ослабляются, болты откидываются, одна половина ящика снимается. На другую половину с находящимися в ней стержнями накладывается сушильная плита (рис. 2.9, б), система переворачивается, половина стержневого ящика снимается и плита со стержнями направляется в сушило. После сушки прочность стержней увеличивается в 20–30 раз.

М елкие и средние стержни, имеющие сложные очертания, которые невозможно выполнить целиком, изготавливают по частям, а затем склеивают.

При одиночном изготовлении простых, но громоздких стержней последние можно получить при помощи шаблона.

Рис.  2.9. Оборудование для получения стержней с тепловой сушкой

Применение шаблонного метода устраняет необходимость в стержневом ящике, но трудоемкость изготовления стержня значительно возрастает.

Для уплотнения смеси в стержневых ящиках пригодны формовочные машины рассмотренных ранее типов (встряхивающие, прессовые, пескометы), однако преимущественно применяются пескодувно-пескострельные машины.

Машина стержневая пескодувная полуавтоматическая 2Б83 (рис 2.9, в) предназначена для изготовления стержней с наибольшим объемом до 4 дм³ в ящиках с горизонтальным или вертикальным разъемом из песчаных смесей с последующей тепловой сушкой в условиях производства от мелкосерийного до массового. Стержневой ящик устанавливается на стол машины 1. В зависимости от высоты ящика стол поднимается или опускается червячно-винтовым домкратом 14. Смесь из вибролотка питателя 6 через воронку 5 при открытом шибере 4 попадает в пескострельную гильзу 9 пескодувного резервуара 3. После нажатия пусковой кнопки вибратор питателя выключается, шибер закрывает загрузочное отверстие гильзы, зажимы 2 и 11 скрепляют стержневой ящик (при вертикальном разъеме) и под действием диафрагмы 12 пневмокамеры стол движется вверх, прижимая ящик к насадке 10. Затем открывается вдувной клапан 8, и смесь сжатым воздухом из ресивера 13 выстреливается в ящик, заполняет его и уплотняется. Затем клапан 8 закрывается, а клапан 7 сбрасывает давление, стол опускается, зажимы ящика разжимаются, ящик снимается, стержень извлекается. Тем временем шибер открывается, гильза загружается, и цикл можно снова повторить. Машина может совершать до 300 циклов в час.

На мундштучных машинах (рис.  2.9, г) изготавливают прямые стержни постоянного сечения (круглые, овальные, многоугольные и др.). Чаще всего эти машины применяются для изготовления стержней с поперечным размером 20–100 мм. Мундштук 3 определяет форму и размер поперечного сечения стержня и является сменной деталью. Игла 8 служит для получения в стержнях вентиляционного канала. Стержень 2 формуется путем выжимания смеси из бункера 5 ползуном 6 (приводимым в действие кривошипом 7) через мундштук 3 на сушильную плиту 1. Для смены мундштука (при переходе на изготовление другого стержня) необходимо отвинтить гайку 4. Известна мундштучная стержневая машина модели 281.

Стержни в литейной форме со всех сторон окружены жидким сплавом, на них действуют силы Архимеда, поэтому прочность стержней из обычных смесей на органических и реже на неорганических связующих (олифа, смолы и др.) повышают сушкой. Прочность таких смесей после сушки может в 20–30 раз превышать прочность сырых ПГС. К сушилам периодического действия, эффективным в единичном и серийном производствах, относятся камерные сушила и сушильные шкафы. Стержни на металлических сушильных плитах загружают в камеру, после чего начинается нагрев. Температура сушки обычно находится в пределах 160–250°С. Время сушки колеблется от 1 ч для стержней массой не более 2,5 кг до 3–5 ч — для стержней массой 60–100 кг. В цехах крупносерийного и массового производства применяют конвейерные сушила непрерывного действия, вертикальные и горизонтальные. Такие сушила представляют собой камеры, обогреваемые горелками, через которые на подвесках горизонтально или вертикально замкнутых конвейеров проходят сушильные плиты со стержнями.

Производство стержней из песчано-смоляных смесей в нагреваемой оснастке применяется в основном в крупносерийном и массовом производстве. Метод эффективен для производства стержней первого, второго и частично третьего классов сложности массой 1–6 кг при толщине сечения до 70 мм. Применение его в десятки раз сокращает цикл изготовления стержней и расходы на сушку и сушильное оборудование, резко улучшает точность размеров стержней, сокращает до минимума трудоемкость отделки стержней, увеличивает производительность труда и создает предпосылки для полной автоматизации процесса.

Машины для изготовления стержней в нагреваемых ящиках могут иметь одну, две или несколько позиций. На однопозиционных машинах все операции по изготовлению стержней (вдувание смеси и отверждение, разъем ящиков и извлечение стержня) выполняются последовательно на одной позиции. Время изготовления одного стержня в этом случае равно сумме времен на каждую операцию. Если время твердения стержня значительно, то применяются мнопопозиционные машины, где твердение стержня происходит на нескольких позициях. Продолжительность изготовления стержня в этом случае равна времени разъема ящика и извлечения стержня, а число позиций машины определяется временем твердения стержня.

Например, восьмипозиционный карусельный автомат (рис. 2.10, а) изготавливает стержни объемом до 4 дм³ в нагреваемых ящиках с горизонтальным разъемом. На I позиции автомата механизм прижима 3 поджимает нагретый до 180–270С ящик 2 к механизму надува 1, смесь через надувные отверстия вдувается в ящик и уплотняется (восемь ящиков установлены на кронштейнах 5 поворотного стола 4). Затем стол поворачивается на 45°, унося ящик на II позицию, предназначенную для переналадок и смены стержневых ящиков, III–VII позиции заняты туннельной электрической печью 6 и предназначены для отверждения стержня. На VIII позиции установлен агрегат 8 разборки ящика и съема стержня. Все агрегаты размещены на основании 7. Производительность автомата до 150 циклов в час.

Стержневой ящик автомата (рис. 2.10, б) состоит из двух половин 1 и 2, центрируемых штырями 9. Готовые стержни выталкиваются толкателями 7, объединенными плитами 5 в одно целое с контртолкателями 3, обеспечивающими возвращение толкателей в исходное положение при упоре контртолкателей в плоскость разъема ящика. Плиты скользят по направляющим колонкам 6. Захваты 4 обеспечивают раскрытие ящика. Для установки на поворотный стол и центрирования служат детали 10 (8 — отверстие для вдувания смеси).

Большой недостаток многопозиционных машин — необходимость иметь по ящику на каждой позиции (в рассмотренном случае требуется восемь ящиков). Поэтому появление быстротвердеющих (за 15–30 с) смесей обусловило преимущественное применение однопозиционных машин, по производительности приближающихся к многопозиционным.

Известны автоматические, однопозиционные пескодувные стержневые машины. На них можно изготавливать стержни объемом до 63 дм³ в стержневых ящиках с горизонтальным и вертикальным разъемом с производительностью 150–54 циклов в час (зависит от величины стержня). Для сравнения с восьмипозиционным автоматом 4509А (150 циклов в час) укажем, что машина однопозиционная для стержней с наибольшим объемом (4 дм³) осуществляет 120 циклов в час. Работа машины с горизонтальным разъемом ящика (рис. 2.10, в) начинается с вдувания смеси в собранный ящик (2 — нижняя его половина, 5 — верхняя). В это время пескодувный резервуар 9 с порцией смеси находится над ящиком, а над ним располагается механизм прижима–надува–выхлопа 14.

После вдувания смеси тележка пневмоцилиндром 10 перемещается вправо, пескодувный резервуар 9 оказывается под бункером 13 со смесью, а механизм подпрессовки-протяжки 6 — над ящиком. Шибер 11 открывается, резервуар 9 заполняется новой порцией смеси из бункера 13, чему способствует работа вибратора 12, а остатки смеси во вдувных отверстиях ящика подпрессовываются.

После затвердевания стержня выталкиватели плиты протяжки 6 сопровождают его опускание вместе с нижней половиной ящика 2 на столе 1. Затем цилиндр, встроенный в стол 1, поднимает плиту с толкателями 3, на которых покоится стержень.

Рис.  2.10. Машины для получения стержней в нагреваемой оснастке

Затем механизм съема 8 вводит вилы 7 под стержень 4 (этот момент изображен на рис. 2.10, в) и выносит его за пределы машины.

Для очистки полуформ стержневого ящика от приставших частиц смеси и нанесения разделительного состава на рабочие полости ящика предусмотрен механизм обдува–опрыскивания. У машин с вертикальным разъемом ящика одна из его половин отходит по двум горизонтальным колоннам. Другая, в которой остается стержень, поворачивается на 90° плоскостью разъема вверх. Далее производится протяжка и уборка стержня так же, как у машин с горизонтальным разъемом ящика. Нагрев ящиков — газовый или электрический.

Одна из разновидностей способов изготовления стержней в горячих ящиках — отечественный гидромеханический способ (эклер-процесс), при котором в нагреваемую оснастку плунжером запрессовывается пеносмесь. Способ позволяет производить стержни сложной конфигурации и высокой точности. Образующиеся в теле стержня естественные каналы обеспечивают эффективное удаление газов, уменьшая брак. По сравнению с пескодувно-пескострельным способом эклер-процесс более экономичен. Недостатки: высокая стоимость ящиков, продолжительное время сушки и увеличенные затраты на нее, что ограничивает толщину изготавливаемых стержней до 80–100 мм.

Использование нагреваемой оснастки выявило и некоторые недостатки: необходимость точной обработки и низкой шероховатости поверхности металлических стержневых ящиков, выдерживающих высокие температуры нагрева. Появление смесей, твердеющих в оснастке при обычной температуре цеха, позволило избавиться от этих недостатков и дало возможность применять неметаллические стержневые ящики с пластмассовыми вставками. При этом конструкция оснастки упростилась, значительно снизились энергозатраты.

Существуют способы изготовления стержней, сочетающие уплотнение смесей в ненагреваемой оснастке с последующим упрочнением за счет продувки горячим воздухом, углекислым газом (СО₂-процесс) или сернистым ангидритом (SО₂-процесс). SО₂-процесс заключается в продувке смесей с синтетическими смолами сернистым ангидритом SО₂ в течение 0,3–4,0 с. В результате почти мгновенной реакции образуется серная кислота, полимеризующая смолу. Процесс нетоксичен и пригоден для массового производства при обеспечении защиты окружающей среды от SО₂.

Оболочковые стержни изготавливаются из сухих песчано-смоляных смесей или плакированных песков и отличаются высокой точностью, низкой шероховатостью, малым расходом материалов, способностью к длительному хранению, хорошей податливостью и выбиваемостью, снижением трудоемкости очистных операций.

Автомат центробежный изготовления стержней десятипозиционный производит круглые оболочковые стержни диаметром 80–140 мм и длиной 250–550 мм по 150–240 штук в час. Основу автомата составляет десятипозиционный ротор с горизонтальной осью поворота. На каждой позиции ротора установлено по одному металлическому стержневому ящику 5 (рис. 2.10, г) с выталкивателем 4, вращающемуся со скоростью 600 об/мин. Ящики находятся в электропечи сопротивления. На одной из позиций на ящик пульверизатором наносится разделительный состав, на второй — в ящик 5 лотком 3 загружается смесь (крышка 1 препятствует ее высыпанию). На следующих позициях стержень 2 твердеет, а на последней — выталкивается.

Центробежная установка оболочковых стержней с горизонтальной осью вращения нагретого ящика производит в час 15–60 стержней диаметром 300–1000 мм и длиной 150–1500 мм. Машины моделей 29111С и 29113 выпускают оболочковые стержни с наибольшим объемом (соответственно 4 и 45 дм³) имеют наибольшие размеры ящика 500360200 и 760х600х500 мм и производительность 48 и 60 циклов в час.

Машина 29113 (рис. 2.10, д) выполняет следующие операции; сборку стержневого ящика движением суппорта 4 с подвижной половиной ящика вправо по направляющим колонкам 5, ко второй половине ящика, установленной на траверсе 6; поворот ящика в позицию заполнения вместе с поворотной рамой 2 от привода 7 (при этом ящик прижат к пескодувному дозатору 8), наполнение ящика надувом или гравитационным способом; выдержку для формирования оболочки (для лучшего уплотнения смеси включается вибратор); поворот ящика в исходное положение (при этом неспекшаяся смесь высыпается из ящика, и начинается твердение стержня, для полного высыпания смеси из сложных стержней предусматривается качание рамы на 45° в ту и другую сторону); отвод дозатора и дозаправка его смесью; раскрытие ящика; наклон плиты с половиной ящика и стержнем в горизонтальное положение цилиндрами 3, подъем конвейера стержней 9 по штангам станины 1, выталкивание стержня на конвейер 9, перемещение стержня на конвейере на определенное расстояние, после которого начинается новый цикл. Стержневые ящики нагревают газовыми горелками, установленными на подвижной и неподвижной нагревательных плитах.

При производстве стержней широко применяют ЖСС и ХТС.

Кратко подытоживая сказанное, назовем основные способы производства литейных стержней:

1. Производство стержней уплотнением смеси (трамбовками, на формовочных пескострельных и мундштучных машинах) с последующей сушкой.

2. В нагреваемой оснастке.

3. В ненагреваемой оснастке уплотнением смеси с последующим химическим твердением при продувке углекислым газом (СО₂-процесс), сернистым ангидритом (SО₂-процесс) и горячим воздухом.

4. Изготовление в ненагреваемой оснастке из самотвердеющих смесей: ЖСС, ПСС, ХТС.

5. Массивные стержни ("болваны") можно изготавливать из сырых смесей, т. к. из-за своей массивности они достаточно прочны и без сушки.

2.3 Оборудование для плавки металлов

Для плавки чугуна в литейных цехах широко применяют вагранки (рис. 2.11, а) — шахтные печи, выложенные изнутри металлического кожуха огнеупорным шамотным кирпичом 1.

В нижнюю часть вагранки через коллектор 2 и фурмы 3 подается подогретый воздух (дутье), нагнетаемый воздуходувками. У самого дна находится отверстие для выпуска металла (летка) и желоб 4. Материалы (шихту) загружают сверху через бункер 7 загрузочного приспособления 6. Кокс, флюс (известняк), чушковый чугун и лом загружают слоями. При сгорании кокса выделяется теплота, плавящая металл. Горячие газы, поднимаясь вверх, нагревают завалку и отсасываются через патрубок 5. Они сжигаются для подогрева дутья. Для большей эффективности плавки дутье обогащают кислородом. Шихта по мере течения плавки опускается вниз. Для контроля ее уровня имеется уровнемер 8. По мере необходимости загружают новые порции шихты. Флюс переводит в шлак золу, серу, фосфор и другие примеси. Кроме описанной коксовой вагранки имеются коксогазовые и газовые вагранки, экономящие дефицитный кокс. Самый дешевый чугун дают газовые вагранки.

Рис.  2.11. Оборудование для плавки металлов 

Ваграночные комплексы 11951... 95116 имеют производительность от 4–6 до 25–36 т/ч. Модель 95111 — коксовая, осталь-

Производительность автоматизированного ваграночного комплекса ВЛК1015 равна 10–15 т/ч, а ВЛК2030 — 20–30 т/ч.

Кислородный конвертер (рис. 2.11, б) — один из самых современных сталеплавильных устройств. Это грушевидный сосуд, металлический кожух 1 которого выложен изнутри огнеупорами 2. Для заливки жидкого чугуна и выпуска стали конвертеры могут поворачиваться на цапфах 5. Сталь выплавляется продувкой кислорода водоохлаждаемой фурмой 3 по поверхности жидкого чугуна, в результате чего избыток углерода, кремния, марганца и других элементов окисляется (выгорает) и удаляется в виде газов через горловину 4, а сера и фосфор шлакуются. Конвертер характеризуется высокой скоростью плавки (0,5 ч) и большой производительностью. Недостаток: невозможность работать на твердой завалке — конвертер загружается жидким чугуном. Применяют также малые бессемеровские конвертеры.

Дуговые сталеплавильные печи с поворотным сводом (рис. 2.11, в) ДСП-0,5...ДСП-50 (цифры указывают на номинальную емкость в тоннах) плавят металл за счет теплоты трех электрических дуг, горящих между графитовыми электродами 6 и шихтой 3. Длина дуг поддерживается в заданных пределах системой автоматического регулирования. Свод 5 при поднятых электродах, поворачиваясь относительно вертикальной оси, открывает печь сверху для загрузки шихты. Для выпуска металла по желобу 2 и удаления шлака ванна печи 1 может поворачиваться на роликах приводом 8. Рабочее окно 7 служит для удаления шлака, наблюдения за ходом плавки, проведения необходимых операций в ходе плавки (взятия проб, введения легирующих присадок и др.) и заправки стен и порогов. Огнеупорная кладка 4 печи заключена в кожух из стального листа. Дуговые печи позволяют получать разнообразные стали и чугуны, а также создавать в области дуг высокие температуры, необходимые для восстановления оксидов, расплавления тугоплавких металлов и отделения металлов от тугоплавких шлаков. По сравнению с индукционными печами (см. далее) они имеют более высокий КПД (80–85% при расплавлении), осуществляют быстрый подъем температуры, более дешевы и производительны (на 20–30%) при одинаковой емкости. Их недостатки — снижение КПД при перегреве (до 20%), значительные дымление и шум, больший угар и существенная неравномерность температуры металла. Расход электроэнергии для ДСП-6...ДСП-50 составляет 500–440 кВтч/т, продолжительность плавки 2,8–5,7 ч. В литейных цехах дуговые печи являются основным типом сталеплавильного оборудования.

Дуговые медеплавильные качающиеся печи (рис. 2.11, г) ДМК-0,1...ДМК-2,0 производят плавку за счет дуги косвенного действия, горящей между двумя графитовыми электродами 1. Для слива расплава эти печи могут наклоняться на роликах 4, 3 — кожух; 2 — огнеупорная футеровка. Применяются для плавки медных сплавов. УДМК-2,0 производительность равна 1,3–1,5 т/ч, расход электроэнергии 180–230 кВтч/т.

Индукционные тигельные плавильные печи (рис. 2.11, д) характеризуются непосредственным нагревом (теплота генерируется прямо в шихте), отсутствием контактных устройств (что облегчает автоматизацию и создание вакуума или защитных сред), улучшенными условиями труда. Металл 3 разогревается в тигле 4 за счет переменного электрического тока в индукторе печи 2, образованном полой медной трубкой, охлаждаемой проточной водой. Печь заключена в кожух 5 и закрыта сверху крышкой 1. Для слива металла печь может наклоняться. Для плавки стали применяют индукционные сталеплавильные тигельные печи повышенной частоты ИСТ-0,06...ИСТ-25, для чугуна — печи промышленной частоты ИЧТ-1...ИЧТ-60, для латуней и других медных сплавов — ИЛТ-1...ИЛТ-40, для алюминиевых сплавов — ИАТ-0,4...ИАТ-25, для магниевых сплавов — ИГТ-0,25...ИГТ-16 (цифры указывают емкость печи в тоннах).

Сравнительные характеристики индукционных тигельных печей емкостью 2,5 т приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Характеристики индукционных тигельных печей емкостью 2,5 т

Материал	Производительность, т/ч	Расход энергии, кВтч/т
Чугун	0,86	585
Сталь	1,75	655
Алюминиевый сплав	1,32	578
Медный сплав	2,0	355

Индукционные канальные печи (рис. 2.11, е) имеют по сравнению с тигельными более высокий КПД — 75% (у тигельных 50%); коэффициент мощности у них выше в три раза, поэтому меньше расход энергии и мощность конденсаторной батареи. Отъемный индуктор 1 содержит сердечник 2, служащий первичной обмоткой, и канал 3 с жидким металлом, играющим роль вторичной обмотки, разогревающимся индуцированными в нем токами при пропускании переменного тока по сердечнику 2. Чтобы вторичная обмотка не разрывалась, в печи постоянно должно находиться некоторое количество металла ("болото"). Кладка рабочего пространства канальных печей может служить до двух лет (стойкость кладки тигля индукционных печей 1–2 мес.). Футеровка канальных частей выходит из строя значительно быстрее, но в большинстве печей возможна быстрая замена индукционных единиц. Для медных сплавов применяют печи ИЛК-0,4...ИЛК-40, для алюминиевых — ИАК-0,4...ИАК-40. Печи-миксеры служат для выдержки, перегрева и разливки сплава и содержат в марке литеру М: ИЛКМ-2,5...ИЛКМ-6 (4 — ванна печи со сплавом).

Для плавки алюминиевых сплавов применяют электрические отражательные печи сопротивления камерные САК-0,15 и САК-0,25 и наклоняемые САН-0,ЗА...САН-ЗА (рис. 2.11, ж). Здесь шихта загружается в камеры 1 с нагревателями 2, где металл оплавляется и стекает в металлосборник 3 с нагревателями 4. Печь механизмом 7 может наклоняться на роликовых опорах 6 для выпуска металла через летку 5. Нихромовые нагреватели выдерживают температуру 1150°С в течение 6–8 мес. Угар металла в этих печах невысок (около 1%). Расход электроэнергии в печах емкостью 1,5–2 т около 550 кВтч/т. Печи сопротивления для алюминиевых сплавов тигельные CAT-0,15...CAT-0,5, плавят металл в тигле, который покрывается обмазкой, предохраняющей сплав от насыщения железом. Расход электроэнергии у этих печей 550–600 кВтч/т.

Электропечи сопротивления для плавки алюминиевых сплавов позволяют лучше рафинировать сплавы и получать высококачественные отливки, однако обладают малой производительностью, низкой стойкостью нагревателей (нихромовых или других) и кладки. При получении ответственных отливок применяют вакуумно-дуговые, индукционно-дуговые, плазменно-дуговые, электронно-лучевые печи, электрошлаковый переплав и т. д.

Дуговые печи постоянного тока (например, ДППТА 0,4/0,75 емкостью 0,4 т и мощностью 0,75 МВт), позволяют в 10 раз уменьшить пыле- и газовыбросы, практически избавиться от угара, уменьшить расход электродов, устранить перегрев под дугой (что обеспечивает возможность плавки медных и алюминиевых сплавов), повысить качество металла, снизить расход электроэнергии, решить проблемы рафинирования.

Инфракрасные плавильные печи (например ИКП-50/30) позволяют плавно регулировать тепловой поток, малогабаритны, просты в эксплуатации (ремонт сводится к замене галогенной лампы или тигля).