2858.Оборудование литейных цехов учебное пособие

УДК 621.74.06/.07(075.8) Л84

Рецензенты:

канд. техн. наук В.А. Дубровский (ОАО «Протон-ПМ»);

д-р техн. наук, профессор Ю.Н. Симонов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Лукьянов, В.И.

Л84 Оборудование литейных цехов : учеб. пособие / В.И. Лукьянов, К.В. Шаров, А.М. Ханов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 421 с.

ISBN 978-5-398-01295-8

Рассматриваются устройство и принцип работы формовочных и стержневых машин, рабочие процессы и процессы уплотнения, расчеты конструктивно-технологических параметров этих машин, их конструктивные особенности, а также способы выбивки форм и конструктивные схемы выбивных устройств. Кроме того, представлены различные технологии очистки отливок и используемое для этих целей оборудование.

Предназначено для студентов всех форм обучения по специальности «Машины и технология литейного производства». Может быть полезно для студентов специальности «Технология художественной обработки материалов».

УДК 621.74.06/.07(075.8)

10.3.Технологические требования к формовочной смеси

имодельно-опочной оснастке при импульсном

5

ВВЕДЕНИЕ*

Более 80 % отливок из черных и цветных сплавов в настоящее время получают различными методами механического, химического и физического воздействия в песчаных формах.

Процесс изготовления песчаных форм всегда связан с неблагоприятными условиями труда, но он получил широкое распространение благодаря своей относительно низкой стоимости и универсальности.

Несмотря на постепенное развитие специальных методов литья, которые во многих случаях более экологичны, дают возможность получать отливки по чистоте поверхности и геометрической точности более высокого класса, процесс литья в песчаные формы продолжает совершенствоваться и, надо полагать, будет существовать еще долгое время.

В последние десятилетия появились новые методы уплотнения форм: воздушно-импульсный, пескодувно-прессовый, вакуумно-пленочный и др. Так, новый процесс получения форм и стержней холодного отверждения непосредственно в оснастке, продувкой газом (амин, SО2, СО2 и др.) обеспечивает получение отливок, не уступающих по геометрической и весовой точности отливкам, полученным специальными способами литья, и во многом превосходящих их по массе.

Процесс получения качественной песчаной формы (стержня) – сложный процесс. Он зависит от тесного взаимодействия трех компонентов единого технологического процесса: формовочной смеси, модельно-опочной оснастки и формовочной (стержневой) машины. Каждый из этих трех компонентов зависит от множества различных параметров. Так, например, качество смеси зависит от состава, физико-механических, реологических и технологических свойств. Работа формовочной и стержневой машины зависит от ее конструктивно-технологи- ческих параметров и т.д.

* Для удобства пользования в отдельных главах учебного пособия приняты единицы измерения систем МКГСС, СГС и других, которые пока находят применение в машиностроении (приложение).

6

1.КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ

ИСТЕРЖНЕВЫХ МАШИН И АВТОМАТОВ

Всовременном литейном производстве формовочное оборудование по назначению делится на машины для изготовления форм и машины для изготовления стержней, но эти машины часто бывают одних и тех же типов. Поэтому формовочные

истержневые машины рассматриваются совместно.

Обычно механизированные формовочные (стержневые) машины выполняют две основные операции: уплотнение (упрочнение) смеси и извлечение модели из форм или стержня из стержневого ящика. Остальные же операции выполняются либо вручную, либо с применением околомашинной механизации.

На формовочных автоматах как входящих в состав автоматической линии, так и не входящих (что значительно реже) производится целый ряд других механизированных технологических операций: замена модельной оснастки; обдув и опрыскивание модельного комплекта; установка опоки; установка наполнительной рамки; подача смеси в дозатор; дозирование порции смеси; выдача дозы; предварительное уплотнение смеси; окончательное уплотнение; срезка излишков смеси; образование заливной воронки; накол каналов для выхода газов; удаление полуформы.

В соответствии с этим формовочные и стержневые машины можно классифицировать:

–по методу уплотнения;

–по методу извлечения модели из формы;

–по методу приведения в действие;

–по степени автоматизации;

–по конструктивной компоновкеи методу агрегатирования;

–по способу дозирования смеси

По методу уплотнения формовочной смеси формовочные и стержневые машины делят на следующие основные типы:

7

прессовые; встряхивающие; пескодувные (пескострельные); пескометы; импульсные (воздушно-импульсные высокого и низкого давления, газоимпульсные, ударные); вакуумно-пленочные; комбинированные (пескодувно-прессовые, встряхивающе-прессо- вые, импульсно-прессовые, вибропрессовые и др.).

Эта классификация берется за основу дальнейшего рассмотрения формовочных и стержневых машин.

По методу извлечения модели из формы формовочные и стержневые машины делятся на следующие типы: 1) со штифтовым подъемом; 2) с протяжкой модели; 3) с поворотом формы на 180°. Применение того или другого способа зависит от конфигурации модели, габаритов полуформы и прочности смеси.

При извлечении сложных моделей с глубокими карманами может произойти отрыв болванов, так как эта выступающая часть полуформы работает на растяжение. Минимальная прочность σраст формы на растяжение определяется по формуле [13]

σраст = nδgHб,

где n – коэффициент запаса, n =1,5; δ – средняя плотность смеси болвана, кг/см3; Hб – высота болвана, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Так как прочность смеси на растяжение относительно низкая и вероятность отрыва болвана значительная, то полуформу при извлечении модели поворачивают ладом вверх (рис. 1.1, б). При применении способа протяжки без поворота полуформы (рис. 1.1, а) сила тяжести болвана Gб, сила внешнего трения Тв смеси о модель и сила, создаваемая разрежением воздуха между моделью и болваном, Рв = рFб ( р – разрежение; Fб – площадь поперечного сечения болвана), направлены вниз и способствуют отрыву болвана. В случае быстрой протяжки модели возникает сила инерции Jв = Mбa (Мб – масса болвана; а – ускорение полуформы при ее подъеме), которая также способствует отрыву болвана.

8

Рис. 1.1. Схема протяжки моделей: а – с применением штифтов без поворота полуформы; б – протяжка модели поворотом на 180° (ладом вверх)

При втором способе извлечения модели (см. рис. 1.1, б) сила тяжести частично компенсирует действие сил внешнего трения, разрежения воздуха и силы инерции, которая в этом случае также способствует отрыву болвана.

По данным работы [13], напряжения, возникающие в болване высотой 0,15–0,2 м с площадью основания 0,08–0,12 м2, при протяжке модели достигают 0,025–0,055 МПа (в основном, за счет сил трения и разрежения). При протяжке одной и той же по сложности модели с первого способа на второй (модель переворачивается) напряжения в выступе уменьшаются всего на 5–7 %. Главным фактором при протяжке, влияющим на подрыв, является не высота болвана, а отношение его высоты Нб к диа-

метру Dб [13] или к площади отрыва Fб .

Чтобы исключить отрицательное влияние сил инерции при протяжке, модель следует перемещать при неподвижной полуформе независимо от способа. С целью снижения отрицательного влияния силы разрежения при протяжке устанавливают венты в модельной плите под выступом. С целью снижения сил трения части модели, формирующей болван, смазывают или облицовывают антифрикционным материалом.

9

Механизм извлечения моделей с помощью штифтов наиболее простой и применяют его при менее сложных по конфигурации моделях. Поэтому на многих формовочных автоматических линиях используется штифтовой метод протяжки моделей. Это намного упрощает конструкцию автомата и повышает его надежность. Вместе с тем, чтобы не отрывались болваны, потребовалось увеличить прочность смеси (σсж = 0,2–0,25 МПа), что примерно в 4–5 раз превышает сырую прочность обычныхсмесей.

Машины со штифтовым подъемом (рис. 1.2). После уплот-

нения смеси опока снимается с модельной плиты при помощи четырех штифтов, расположенных по ее углам. Модельная же плита с моделью остается настоле машины, на котором онаукреплена.

Кромки формы вокруг модели, обозначенные на рис. 1.2 через х, при съеме опоки находятся на весу и при высоких стенках модели могут обваливаться под действием как собственного веса смеси, так и сил сцепления смеси с моделью. Поэтому штифтовой подъем применяется только для формовки простых по конфигурации и низких, хорошо вынимающихся из формы моделей.

аб

Рис. 1.2. Схема штифтового подъема: а и б – последовательные положения; 1 – опока; 2 – модельная плита; 3 – подъемные штифты; 4 – модель; 5 – стол машины

Машины с протяжкой модели (рис. 1.3). При съеме опоки болваны смеси х между высокими и близко расположенными ребрами модели под действием веса и сцепления с моделью легко могут обвалиться. Во избежание этого ребра модели выполняют про-

10