Метод изготовления форм и стержней. Выбор технологического оборудования

Система альфа-сет – связующая смола холодного отверждения, использующая технологию, разработанную и запатентованную компанией Borden Chemical. Данная двухкомпонентная система позволяет улучшить экологические условия в литейном цехе и отливать детали повышенного качества [7].

Разработанные системы холодного отверждения Sinotherm^® обеспечивают следующие преимущества при производстве литейных форм и стержней:

- Низкий уровень запаха при изготовлении смеси

_{- Возможность применения различных видов песка}

_{- Низкий уровень химической токсичности}

_{- Лёгкость извлечения из формы}

_{- Возможность очистки оснастки водой (в неотверждённом состоянии)}

_{- Равномерное застывание смеси по всему объему}

Перечисленные преимущества системы обеспечивают улучшение окружающей среды, улучшение условий труда рабочих, уменьшение затрат на техническое обслуживание форм и увеличение производительности.

Сравнение системы альфа-сет с другими системами холодного отверждения приведены в табл. 6. Возможные дефекты отливок при использовании системы альфа-сет и других систем холодного отверждения приведены в табл. 7.

_{Таблица 6 - Сравнение системы альфа-сет с другими системами холодного отверждения}

	Альфа-сет	Отверждаемые кислотой фурановые смолы	Фенольны е кислоты	Фенольно- уретановые	Алкидно- изоцианато вые	Силикатно- эфирные
Уровень запаха при смешивании	Очень низкий	Высокий	Высокий	Высокий	Умеренный	Очень низкий
Извлечение из формы	Отличное	Слабое	Слабое	Слабое/Уме ренное	Отличное	Хорошее
Возможность очистки водой	Есть	Частичная	Частична я	Нет	Нет	Есть
Соотношение рабочего времени к времени извлечения	30%	30-40%	50+%	25%	25%	25%
Воздействие температуры песка	Умеренное	Сильное	Сильное	Умеренное	Умеренное	Умеренное
Использование различных видов песка	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Нет
Срок хранения стержня/ формы	Длительны й	Длительный	Длительн ый	Средний	Средний	Короткий
Возможность быстрого затвердевания смеси	Да	Да	Нет	Да	Нет	Нет
Возможность медленного затвердевания смеси	Да	Да	Да	Нет	Да	Да
Способность к регенерации	Высокая/ум еренная	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Низкая

Таблица 7 - Образование возможных дефектов отливок при использовании альфа-сет и других систем _{холодного отверждения}

	Альфа-сет	Отверждаемые кислотой фурановые смолы	Фенольные кислоты	Фенольно- уретановые	Алкидно- изоцианатовые	Силикатно- эфирные
Склонность к образованию ужимин	Низкая	Низкая	Низкая	Умеренная	Умеренная	Низкая
Склонность к просечкам	Низкая	Высокая	Высокая	Умеренная	Низкая	Низкая
Уровень газовых дефектов при литье	Низкий	Умеренный	Умеренный	Высокий	Высокий	Низкий

Уменьшение количества дефектов таких, как ужимины и просечки, - является главным преимуществом системы альфа-сет: химический состав системы позволяет связующему веществу абсорбировать первичное расширение песка при заливке перед заключительным отверждением. Благодаря низкому содержанию азота и отсутствию серы сводится к минимуму уровень сопутствующих газовых дефектов и обычно не требуется добавление оксида железа.

Преимущества системы альфа-сет в наибольшей степени проявляются в стальном литье, значительно улучшая качество отливок и снижая затраты на финишные операции. Связанные с расширением дефекты, присущие металлургии стали, значительно уменьшаются за счёт уникальных термоусадочных свойств системы.

Заметно снижаются или отсутствуют характерные для связующего вещества газовые дефекты, присущие всем стальным отливкам; система содержит малое количество азота, не содержит фосфорных соединений и серы, влияющих на образование газовых дефектов. В большинстве случаев отпадает необходимость в добавлении оксида железа.

Уменьшается науглероживание поверхности изделий из нержавеющей и легированной стали, что облегчает проблему соответствия требованиям к содержанию углерода на поверхности.

Для изготовления форм и стержней выбираем автоматическую формовочную линию фирмы FAT [8], которая показана на рисунке 8.

Автоматическая формовочная линия фирмы FAT

Рис. 8.

Линия включает несколько основных частей: высокопроизводительный смеситель непрерывного действия рукавного типа, вибростол, передаточные тележки, участок кантования, сушки, окраски и сборки форм, линия заливки и охлаждения, распределительное и управляющее устройство линии.

COMBIMIX- высокопроизводительные смесители непрерывного действия производства фирмы для формовочных и стержневых смесей на смоляном связующем. Подвод песка осуществляется из бункера смесителя через устройство пропорционального дозирования и дозирующий шнек в зону смешивания.

Преимущества смесителей фирмы FAT:

-Песок (смесь из свежего песка и регенерата) очищается от пыли непосредственно перед смешиванием в специальной камере очистки песка в псевдокипящем слое, что помогает сократить количество связующего до необходимого минимума. Для получения очищенного обеспыленного песка требуется больше времени, которое компенсируется коротким временем затвердевания (время реакции) и повышенной прочностью формы, при этом сокращен объем реагентных газов на выходе из смесителя.

-Очень малое количество отходов песка, так как после отключения смесителя вхолостую работает только зона смешивания, а зона кипящего слоя остается заполненной.

-Возможность нагрева песка в камере очистки до нужной для дальнейшей переработки температуры.

-Лопасти смешивания и очистки выполнены из твердосплавного металла, что предотвращает их дисбалансировку из-за износа. Кроме того, возможна замена отдельных лопастей.

-Перемешивающая и очищающая лопасти снабжены блокирующим приспособлением, что обеспечивает стабильность крепежа лопастей при очистке, возможна балансировка лопасти с шагом в 15°.

-Легкость замены внутренних оболочек рукава смесителя, выполненных из специальной стали.

-Внешние оболочки рукава открываются с обеих сторон, что обеспечивает легкий доступ для очистки смесителя. Угол открытия составляет 180°.

-В устройство управления смесителем стандартного исполнения интегрирован строчный дисплей для вывода сообщений о выполнении различных работ. Смеситель непрерывного действия показан на рисунке 9.

С меситель непрерывного действия

Рис. 9.

Вибростол (рис. 10) встроен в систему рольгангов. Для виброуплотнения песчаных форм вибростол приподнимается пневматическим цилиндром. Все операции осуществляются через устройство управления смесителем. Вибростол имеет виброизоляцию, устанавливается на подрессоренную контропору с винтовыми нажимными пружинами на устойчивой опорной конструкции, оснащен устройством настройки частоты для вибростола с возможностью выбора частот, настройка осуществляется при помощи преобразователя частоты. Вибростол имеет решетчатое перекрытие и бак для отходов просыпей у вибростанции.

Вибростол

Рис. 10.

Передаточные тележки имеют колеса на шарикоподшипниках с обеих сторон с контактной колодкой для безопасного начала движения, электропитание и обмен контактами осуществляются через энергетическую цепь. Сверхгибкие кабели для энергетической цепи входят в объем поставки. Передаточные тележки полностью подключаются - вплоть до шкафа с клеммной коробкой.

Кантователь выполнен и установлен на 4 колонных опорах. Преимущество состоит в том, что песчаные формы меньшей прочности при съеме разделяются без эффекта кручения или перекоса. Держатель модельной плиты скрепляется в 4 местах гидравлическими скобами на нижней секции рольганга, которая оборудована гидравлическим цилиндром для подъема-опускания, кроме того, установлен виброагрегат для осуществления направленных колебаний как вспомогательный дополнительный элемент системы в процессе отделения полуформы от модельной плиты. Все необходимые контрольные и концевые выключатели встроены в автоматический рабочий механизм. Электрические кабели и гидравлические линии протянуты к поворотной установке опорной колонны и энергетической цепи. В объем поставки включена гидравлическая установка.

Система вентиляции включает вытяжной осевой вентилятор с защитой от искрения со штуцерами DN 250 для подключения к трубопроводу отработанного воздуха.

Сборщик форм для автоматической сборки песчаных форм состоит из подающей ленты (является накопительной между участком простановки стержней и сборщиком), приводной, центрирующей ленты и направляющих для выравнивания формы вдоль хода их движения, захватного устройства с двумя захватами (захватные пластины поворачиваются на 180°), подъемного устройства с захватом и встроенными весами, тележки для передвижения захватного устройства между позициями захвата и опускания, приводного рольганга на плавающих подшипниках для передвижения паллеты внутрь сборочной установки, стабильной стальной конструкции. Все операции контролируются с устанавливаемого рядом пульта управления. Все движения имеют гидравлическое управление, гидравлическая установка включается в объем поставки. Сборщик поставляется с полным проводным подключением - вплоть до клеммной коробки.

Линия заливки и охлаждения состоит из секции рольганга с приводными роликами, каждый ролик имеет цепной привод. Включает передаточные автоматические тележки с приводом движения и приводным рольгангом. Опорная конструкция изготовлена из стабильного профиля и снабжена ножками, регулируемыми по высоте [8].

СОСТАВ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ, СВОЙСТВА СМЕСЕЙ

Система альфа-сет представляет собой двухкомпонентную жидкую систему связующих. Первый компонент, смола Sinotherm^® - водорастворимый щелочной фенолформальдегидный полимер. Второй компонент – отверждающий реагент Aktivator^®– смесь органических эфиров. Существует три отдельных серии реагентов Aktivator^®. Каждая серия обеспечивает необходимое соотношение времени «работы/извлечения»; для обеспечения наибольшей прочности формовочной смеси необходимо использовать реагенты Aktivator^® в определённых пропорциях. На выбор используемой серии реагентов влияет вид и свойства выбранной смолы, а также состав песка. Серия реагентов Aktivator^® 200 предназначена для увеличения эффективности использования механически регенерированного песка. Реагенты данной серии не обладают преимуществами над реагентами других серий при работе с новым или регенерированным термическим путём песком.

Существующие виды смол приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Стандартные характеристики смол, используемых в системе альфа-сет

Цвет	Sinotherm® 231	Sinotherm® 238
Вязкость, сСт	180 - 280	90 – 170
Удельный вес, г/см3	1,21 – 1,26	1,23 – 1, 25
Растворимость в воде	Неограниченно	Неограниченно
Сухой остаток, %
pH	>11	>12
Свободные формальдегиды, макс.	0,1	0,1
Точка воспламенения	>200°F	>200°F
Свободные фенолы, %	0,8 – 1,0	0,8 – 1,0
Азот, %	0	0
Срок хранения 90 F 75 F

Смолы Sinotherm^® – высокощелочные фенольные резолы, и при обращении с ними необходимо придерживаться обычных мер предосторожности при работе с химикалиями, включая использование защитных приспособлений, таких как перчатки и защитные маски.

Для изменения соотношения времени работы/извлечения применяются отвердители, приведенные в таблице 9.

_{Таблица 9 - Отвердители, применяемые в системе альфа-сет}

Aktivator®	Приблизительное время извлечения* (мин)
500	3
700	5
900	11
1100	60
1300	100

Принимаем смолу Sinotherm^® 231 и отвердитель Aktivator^® 900 .

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ

При использовании кварцевого песка расход смолы Sinotherm^® составляет около 1-2% от массы песка. При использовании оливинового или мелкозернистого песка с угловатыми зёрнами расход смолы может возрасти.

Количество расходуемого эфирного отвердителя Aktivator^® изменяется в зависимости от вида применяемых отвердителей, а также от марки смолы.

Нельзя произвольно изменять рекомендуемую пропорцию отвердителя к содержанию смолы, так как это может существенно повлиять на физические свойства стержней и качество отливки при использовании системы.

Как и для любой другой системы литейных связующих, качество смешивания двух компонентов является критичным для обеспечения оптимальной производительности системы. Смола Sinotherm^® и отвердитель Aktivator^® должны иметь тесный контакт и степень смешивания при перемешивании с песком. Нами было установлено, что в отдельных случаях некоторые смесители и/или условия в смесителях были не подходящими в связи с малым количеством используемого отвердителя. Для обеспечения достаточной дозировки и степени смешивания необходимо придать смоле Sinotherm^® к моменту использования температуру, приблизительно равную комнатной.

При использовании смесителей непрерывного действия можно добавлять сначала как смолу, так и отвердитель; рекомендуется добавлять их к потоку песка как можно раньше. Время смешивания/перемешивания должно соответствовать «сроку хранения» системы, в противном случае смесь будет иметь недостаточные свойства.