Тема 1.3.3 Изготовление литейных форм. Ручная и машинная формовка

Вопросы:

1. Ручная формовка в пар­ных опоках.

2. Машинная формовка с уплотнением формо­вочной смеси встряхиванием, прессованием, на пескоме­тах, песчано-вакуумная формовка.

3. Особенности изготов­ления стержней вручную, на пескодувных и пескострельных машинах, в нагревательной оснастке.

4. Сборка и заливка литейных форм. Схема горизонтально-замкнутого литейного конвейера.

5. Охлаждение, выбивка, обрубка и очистка отливок.

1 . Ручная формовка в пар­ных опоках по неразъемной модели изображена на рис. 8. Модель устанавливают на подмодельную доску а и припуд­ривают пылью; затем через сито ее покрывают облицовочной фор­мовочной смесью слоем 20…30 см. Этот слой уплотняют, после чего в опоку засыпают наполнительную формовочную смесь б и утрам­бовывают ее до определенной плотности с помощью ручной или пнев­матической трамбовки в. Излишек смеси удаляют линейкой, а формовочную смесь в нижней полуформе накалывают душником вентиляционные каналы для отвода газов г. Этим заканчивается формовка нижней полуформы. Затем поворачивают полуформу д, Рис.8

на нижнюю полуформу ставят верхнюю опоку, фиксируют ее поло­жение штырями, которые вставляют в отверстия приливов, припыливают мелким разделительным песком и заглаживают поверх­ность нижней полуформы е. Для образования литника и выпора в верхнюю часть формы устанавливают отдельные модели. Верхнюю опоку наполняют облицовочной и наполнительной формовочными смесями так же, как нижнюю ж. Когда набивка верхней опоки закончена, снимают верхнюю полуформу з, прорезают в нижней опоке литниковый канал, заглаживают полости разъема формы и, осторожно с помощью крючка извлекают из нижней полуфор­мы модель к. На позициях л, м, н показаны соответственно вид готовой нижней полуформы, собранная форма перед заливкой металлом, готовая отливка.

2. Машин­ную формовку производят в парных опоках с применением модельных металлических и координатных плит, или модельных рамок, которые устанавливают на столе формовоч­ной машины.

Формовочные машины подразделяются на 5 групп: 1) встря­хивающие; 2) прессовые; 3) прессово-встряхиваюшие; 4) пескодувно-прессовые; 5) пескометы.

Встряхивающие машины применяются для формовки относительно высоких опок (не менее 150…200 мм). Уплотнение смеси на этих машинах производится встряхиванием (рис.9, а). Опока 1 располагается на модельной плите 3, закрепленной на столе 5. Под действием сжатого воздуха стол поднимается, а затем падает, уда­ряясь о массивную опору-корпус 4, что приводит к уплотнению смеси. Число ударов составляет 150…300 в минуту, а высота подъ­ема встряхивающего стола 10…100 мм.

Недостатком этой машины является то, что наиболее сильно уплотняются нижние слои смеси, прилегающие к модели 2. Эта не­равномерность уплотнения может быть частично устранена допол­нительной подтрамбовкой или подпрессовкой.

Прессовые машины применяются для формовки низких опок по моделям, не имеющим заметно выступающих частей. Эти машины изготавливаются с нижним или с верхним прессованием. Большее распространение получили машины с верхним прессованием (рис. 9, б). К траверсе 1, которая может отводиться в сторону, крепится прессовая колодка 2.

Стол 6, на котором укреплена мо­дельная плита с моделью 5, под действием сжатого воздуха подни­мается вверх. При этом прессовая колодка углубляется в формовоч­ную смесь, находящуюся в наполнительной рамке 3, установленной на опоке 4, уплотняя смесь. При верхнем прессовании смесь уплот­няется неравномерно: наиболее уплотнены верхние слои под прессо­вой колодкой.

При нижнем прессовании (рис.9, в) на прессовом столе 5 за­крепляется модельная плита 4 с установленной на ней моделью 6. Двигаясь в прорези неподвижного

формовочного стола 3, модельная плита входит в опоку 2, расположенную между траверсой 1 и сто­лом 3, и уплотняет смесь 7. При этом наиболее уплотняются нижние слои смеси, прилегающие к модели. Для равномерного заполнения опоки смесью перед прессованием и увеличения Рис.9 Формовочные машины

подвижности смеси в момент прессования на прессовых машинах иногда устанавлива­ются вибраторы.

Прессовые машины могут быть пневматическими и гидравли­ческими. На них могут формоваться опоки высотой не более 200…250 мм. Машины с верхним прессованием проще при перена­ладке на другой размер опок, чем машины с нижним прессованием, требующие точной регулировки длины хода прессования.

Прессово-встряхивающие машины более совершенны в срав­нении со встряхивающими и прессовыми. В этих машинах смесь уплотняется комбинированным способом – встряхиванием с по­следующей подпрессовкой, что обеспечивает более равномерное распределение плотности набивки формы по высоте.

Пескодувно-прессовые машины обладают высокой производи­тельностью, бесшумны в работе и обеспечивают автоматическое до­зирование смеси при заполнении опоки. Форма уплотняется за счет кинетической энергии смеси при истечении ее из пескодувного резервуара и последующей подпрессовки (рис.10).

Операции надувки опоки и прессования выполняются на от­дельных позициях. На первой позиции (рис. 10, а) опока надувается смесью из пескодувного резервуара 1, представляющего цилиндри­ческий сосуд, снабженный снизу плитой 3 с отверстиями для исте­чения смеси. В этой же плите имеются и мелкие щелевидные отверстия для выхода воздуха из опоки в процессе заполнения ее смесью.

Сверху резервуар 1 перекрывается шиберной заслонкой,

которая открывается при заполнении резервуара смесью из Рис. 10

бун­кера и закрывается перед началом пескодув­ного процесса. Воздух в резервуар под дав­лением 5...6 ати подается через быстродей­ствующий надувной клапан 2 и после надув­ки выводится через выхлопной клапан. Ис­течение смеси происходит за счет увлечения воздухом ее частиц. Подпрессовка (рис. 10, б) осуществля­ется так же, как и на обычных прессовых машинах.

Пескодувно-прессовые машины приме­няются в основном для мелких форм.

Пескометы применяются для формовки крупных опок. Основным их узлом является метательная головка 1 (рис. 11, а). Она мо­жет перемещаться относительно корпуса пескомета и устанавливаться в любом по­ложении относительно опоки. Внутри голов­ки 1 на валу 2 вращается ковш 3, делаю­щий около 1500 об/мин. Смесь попадает в ковш через отверстие В задней стенке и с большой

Рис.11 скоростью выбрасывается через выходное отверстие 4 в опоку. При ударе смесь уплотняется.

Существуют пескометы стационарные и передвижные. Стационарные устанавлива­ются на неподвижной тумбе, опоки к рас­пределительной головке подаются конвейе­ром. Передвижные пескометы (для крупных опок) устанавливаются на тележках и могут перекатываться вдоль фронта опок, подготовленные к засыпке.

3. Стержни применяют в сухом состоянии и предназна­чаются для образования в отливках отверстий и поло­стей. Изготавливают стержни в стержневых ящиках вручную или на стержневых машинах (при серийном и массовом производствах).

Стержневые машины применяют нескольких типов: пескострельные, пескодувные, встряхивающие, прессовые и др.

На рис. 12 показана схема работы пескодувной ма­шины. Машина имеет пескодувный резервуар 3, периоди­чески заполняемый смесью из бункера 9. Вибратор 10 предназначен для устранения зависания смеси в бунке­ре. После заполнения резервуар 3 перемещается цилинд­ром 6 по рольгангу 7 на рабочую позицию.

При этом от­верстие в бункере 9 перекрывается шиберным затвором 8. Стержневой ящик 1 прижимается к вдувной плите 4. После этого сжатый воздух через распределитель 5 по­ступает в пескодувный резервуар 3 и через вдувные от­верстия выносит смесь в полость стержневого ящика и уплотняет ее. В стержневом ящике, установленном на столе 2, имеются отверстия (венты), закрытые сеткой и предназначенные для выхода воздуха из полости ящи­ка. Воздух, стремясь выйти через венты, приобретает высокую скорость, что способствует уплотнению смеси в ящике.

Рис. 12 Рис. 13

Наиболее современными, получившими широкое рас­пространение, являются пескострельные машины (рис.13), отличающиеся от других очень высокой произ­водительностью. В этих машинах смесь уплотняется мгновенным перемещением ее под давлением воздуха из пескострельного резервуара через вдувное отверстие в стержневой ящик. Смесь подается из бункера 1 в ре­зервуар 3, после открытия задвижки 2. Сжатый воздух из резервуара 4 через быстродействующий клапан 5 большого сечения поступает в рабочий резервуар 3 и выбрасывает смесь через вдувное отверстие 9 в полость стержневого ящика 7. Сопло с вдувным отверстием 9 обязательно должно быть конической формы, чтобы воз­дух не прорвался в стержневой ящик и не ухудшил каче­ство уплотнения смеси.

Отверстия 8 во вдувной плите 6 служат для удаления воздуха, вытесняемого смесью из стержневого ящика. В стержневом ящике венты, как правило, отсутствуют, что упрощает его конструкцию и снижает стоимость.

Можно использовать быстросменную оснастку, приме­няемая при изготовлении стержней на машинах. Техно­логический процесс изготовления стержней в ящике, со­стоящем из двух половин, включает следующие опера­ции: очистка (обдувка) рабочей полости ящика и про­тирка (опрыскивание) керосином; сборка стержневого ящика и скрепление ею по­ловин; наполнение ящика стержневой смесью и уплотне­ние ее; раскрытие ящика и укладка стержня на драйер (сушильную плиту).

4. В литейных цехах, производящих большое количест­во отливок, формы заливают обычно па конвейере. В этом случае формовочные машины установлены вдоль замкнутого литейного конвейера (рис. 14), который со­стоит из ряда тележек 7, непрерывно движущихся по рельсовому пути 6 при помощи привода 8.

Рис. 14 Схема напольного горизонтально-замкнутого литейного конвейера

Изготовлен­ные на машинах формы собираются на рольгангах 1. Сборка формы состоит в установке в нижнюю полуфор­му стержней и накрытии, по фиксирующим штырям, верхней опоки на нижнюю. Готовые формы 2 с помощью монорельсов 14 и пневматических подъемников 12 ста­вятся на тележки конвейера и передаются последним к месту заливки. Там их заливают из ковшей 4, транс­портируемых от плавильных агрегатов по Замкнутому монорельсу 3. Заливочная площадка 5, на которой стоит рабочий, заливающий в формы металл, движется со ско­ростью конвейера, что облегчает работу заливщика. Охлаждение залитых металлом форм происходит на конвейере во время прохождения их через охладительный кожух 9 с вентиляционным отсосом. После охлаждения формы 2 поступают в отделение выбивки, где при по­мощи пневматического подъемника 12, подвешенного к монорельсу 13, они снимаются, ставятся на выбивную решетку 11 и выбиваются. Выбитая формовочная смесь попадает на транспортер 10 и передастся в землеприготовительное отделение на переработку, а отливки направляются в отделение очистки и обрубки. Пустые опоки возвращаются пиком по монорельсу 14 к формовочным машинам.

Формы заливают из ручных или крановых ковшей. Емкость ручных ковшей не превышает обычно 50 кг, а емкость механизированных ковшей составляет 50…200 т и более. Для заливки чугуна большое применение получили ковши барабанного типа емкостью до 5 т. При заливке форм на рольгангах или конвейерах применяют ковши с механическим подъемом и опусканием. Для исключения возможности попадания в форму при залив­ке металла флюса или шлака ковши снабжают специ­альными перегородками. Эти ковши (чайникового типа) применяют главным образом при заливке магниевых сплавов.

В сталелитейных цехах при производстве средних и крупных отливок для заливки форм применяют ковши со стопорным устройством.

5. Время охлаждения отливок в форме зависит от теплофизических свойств формовочной смеси, толщины стенок отливки, от теплосодержания металла и его склонности к образованию трещин. Продолжительность охлаждения небольших простых отливок со стенками малой толщины исчисляется минутами, а для охлажде­ния массивных отливок весом 50…60 т требуется не­сколько суток. Длительное охлаждение отливок в форме невыгодно, так как удлиняет технологический цикл. По­этому непроизводительное время стараются сократить за счет применения принудительного охлаждения (об­дувка залитых форм холодным воздухом в охладительном кожухе и пр.).

Из практики работы литейных цехов известно, что чугунные и стальные отливки можно выбивать из форм при следующих температурах: крупные 300…400°С, средние 400…500°С, мелкие 500…600°С. Отливки из цветных сплавов выбивают из форм при следующих температурах: бронзовые и латунные 300…400°С, алю­миниевые 200…250° С, магниевые 100…150°С.

После охлаждения отливок до необходимой темпера­туры формы выбивают. Обычно это делается на выбив­ных решетках, куда опоки поочередно сталкиваются с конвейера пневматическим толкателем пли передаются при помощи пневматического подъемника. При этом формовочная смесь из опок просыпается сквозь отвер­стия решетки, попадает на транспортер и передается на переработку в землеприготовительное отделение, а от­ливки транспортируются в отделение выбивки стержней, обрубки и очистки литья. Для удаления из крупных отливок песчаных стерж­ней применяют пневматические вибрационные машины или гидравлические камеры. На вибрационных машинах отливки зажимаются в пневматических тисках машины, затем включается вибратор, от работы которого стержни разрушаются и высыпаются. В гидравлических каме­рах стержни размываются и удаляются из отливок под действием водяной струи.

Обрубка необходима для удаления литников. Эта операция в зависимости от свойств сплавов производит­ся разными способами. Литники от чугунных отливок отбивают ударом молотка или кувалды, а также в спе­циализированных барабанах; от стальных отливок лит­ники отделяют газовой резкой или беззубыми дисками, а у отливок из сплавов цветных металлов литники отре­зают на ленточных и дисковых пилах. Для удаления литников у мелких стальных отливок и отливок из мед­ных сплавов применяют пресс-кусачки, а для алюминие­вых и магниевых сплавов – обрубные штампы.

Очистку отливок от остатков пригоревшей смеси и заусенцев производят главным Образом путем дробе­струйном обработки в барабанах, на столах или в ка­мерах.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве для очистки мелких чугунных и стальных отливок при­меняется барабанная очистка, при которой в барабан загружают специальные звездочки, которые, вращаясь вместе с отливками, очищают их.