2858.Оборудование литейных цехов учебное пособие

дающей непрерывно или периодически эмульсию в контейнер. Рециркуляция обеспечивает охлаждение и промывку абразивного состава при непрерывном удалении образующейся мелкой абразивной пыли, частиц окалины и других продуктов обработки. Благодаря этому ускоряется процесс очистки и увеличивается стойкость абразива, доходящая, по данным фирмы «РотоФиниш», до 48 ч.

Применяемые растворы выполняют следующие функции: механическое удаление мелких фракций наполнителя; восстановление режущих свойств абразивного наполнителя за счет обезжиривания его щелочным раствором; удаление с поверхности обрабатываемых деталей окисных пленок и солей, особенно в местах, труднодоступных для обработки (щели, пазы, отверстия и т.п.).

Для очистки отливок количество раствора в контейнере следует поддерживать в пределах 1/17–1/20 его объема (при этом имеется в виду, что уровень массы деталей и наполнителя составляет не менее 4/5 высоты контейнера). Для отделочных операций уровень раствора должен составлять от 1/2 до 2/3 высоты контейнера [36].

При виброгидроабразивном методе очистки применяются три группы растворов: кислотные, нейтральные и щелочные. Кислотные растворы используются для очистки деталей, связанных с удалением окисных пленок. Нейтральные растворы используют как промежуточные при переходе от одной стадии процесса к другой. Щелочные растворы применяют в основном для очистных операций (удаление пригара, заусенцев, облоя, скругление острых кромок и т.д.) и отделочных операций. Наибольший эффект получается при применении щелочного раствора, имеющего рН около 8–10 [50].

Для предотвращения коррозии отливок в растворы добавляют различные пассивирующие добавки (кальцинированная сода и т.д.), подбираемые отдельно для каждого материала.

401

Для очистки отливок из чугуна наиболее эффективно использовать 2–5%-ные водные растворы щелочи (КОН или NaOH). Производительность процесса при этом по сравнению с сухим методом повышается примерно в 1,5 раза.

23.2. Конструкции вибрационных установок

Создание машин для виброполирования и виброочистки деталей началось в Советском Союзе с 1959 г. С тех пор различными предприятиями и организациями разработан и внедрен ряд различных конструкций таких машин.

Рис. 23.3. Схема вибрационной установки типа ВУ-125

На рис. 23.3 представлена схема вибрационной установки типа ВУ-125. Установка состоит из платформы 1, на которую устанавливаются съемные контейнеры 2, поджимаемые к платформе клиновыми зажимами 9. Платформа расположена на раме 11 на четырех витых пружинах 16. Привод установки осуществляется от электродвигателя 7 через клиноременную передачу 8 с комплектом сменных шкивов и вал подшипниковой стойки 10 на соединительную муфту 6, связанную с соединительной муфтой 15 гибким валом 14, проходящим через полый вал 12, с закрепленными на нем дебалансными грузами 13.

Такая конструкция привода обеспечивает спокойную работу и не передает вибрации на электродвигатель. Изменение ве-

402

личины амплитуды осуществляется без съема основного дебаланса. Это дает возможность более точной регулировки амплитуды. Для продувки контейнера во время работы, с целью удаления абразивной пыли, контейнер снабжен тремя штуцерами 3, с одним общим подводом сжатого воздуха, а в крышке 5 находится отводная труба 4, соединенная с системой вентиляции. Все установки имеют съемные контейнеры. Установки конструкции НИИТмаша в настоящее время внедряются на ряде ленинградских предприятий.

Рис. 23.4. Вибрационная установка конструкции «Укроргстанкинпром»

Харьковским институтом «Укроргстанкинпром» разработана вибрационная установка для очистки деталей от заусенцев и окалины.

Вибрационная установка (рис. 23.4) состоит из следующих основных узлов: вибратора 1 с плитой и электродвигателем, контейнера 2, вибрационного конвейера 3, агрегата для отсоса пыли 4 и пульта управления с электроаппаратурой 5. Вибратор представляет собой сварной корпус с валом, на котором закреплены шесть эксцентричных грузов. Вибратор вместе с электродвигателем крепится к плите, которая устанавливается на резиновых амортизаторах.

На рис. 23.5 показана принципиальная схема виброгидроабразивной установки с экраном-вставкой. В этой установке

403

в качестве упругих элементов применена комбинация спиральных пружин и С-образных рессор, которая позволяет изменять траекторию колебаний контейнера от вытянутого эллипса, с отношением полуосей Ay/Ax = 3,5 до окружности. Кроме того, для создания оптимальной траектории перемещения содержимого контейнера в установке применен экранвставка 12, расположенный в верхней части контейнера. Применение экрана-вставки значительно увеличивает съем металла при виброобработке; при этом мощность, потребляемая установкой, увеличивается в 1,5 раза.

Рис. 23.5. Принципиальная схема виброгидроабразивной установки Луганского тепловозостроительного завода с экраном-вставкой: 1 – сварная рама; 2 – деревянная платформа; 3 – резиновые амортизаторы; 4 – промежуточный вал; 5 – клиноременная передача; 6 –электродвигатель; 7 – гибкая муфта; 8 – дебалансные диски; 9 – вал; 10 – резервуар; 11 – С-образные рессоры; 12 – экран-вставка; 13 – люк; 14 – напорный рукав; 15 – электропомпа; 16 – отстойник;

17 – вертикальные перегородки; 18 – цилиндрические пружины

Вибрационная обработка может быть широко внедрена в производство при полной механизации основных и вспомогательных операций. Одной из трудоемких операций при вибрационной обработке является отделение отливок от наполнителя. В большинстве случаев эта операция осуществляется на вибра-

404

ционных ситах. Вибрационные сита конструкции НИИТмаша имеют инерционный вибратор, смонтированный на корпусе. Сито наклонено к горизонтальной плоскости под углом 10–15°. Под действием вибрации наполнитель и отливки перемещаются от верхнего сита к нижнему. Наполнитель проваливается через сетку на поддон, а отливки остаются на сетке. Но может быть наоборот: детали проваливаются, а наполнитель движется по сетке. Этот вариант встречается в практике редко.

Отделение отливок от наполнителя может осуществляться также простейшим магнитным сепаратором. Транспортирование деталей и наполнителя осуществляется обычными конвейерами: ленточными, ковшовыми, скребковыми и т.д.

При вибрационной очистке отливок образуется большое количество отходов (пригар, формовочная смесь, окалина, абразивная пыль и т.д.). Эти отходы занимают значительный объем и образуют амортизирующий слой между наполнителем и отливками, что ухудшает режущие свойства наполнителя и снижает производительность процесса. Поэтому отходы обработки должны систематически удаляться из контейнера.

Существуют три способа удаления отходов: сухой (воздушный), мокрый (гидравлический) и естественный, осуществляющийся в течение всего процесса очистки. При сухом способе содержимое контейнера вибрационной установки периодически продувается сжатым воздухом под давлением 1–2 ат, а пыль уносится в вентиляционную систему. Схема вибрационной установки, поясняющая сущность этого способа, приведена на рис. 23.6.

При отсутствии продувки наиболее мелкие фракции наполнителя концентрируются и совершают турбулентное движение в одной части контейнера (рис. 23.6, а). С помощью продувки удается распределить мелкие фракции по всему объему наполнителя, как это показано на рис. 23.6, б. Это значительно улучшает условия обработки.

405

При мокром способе обработки промывка контейнера осуществляется в процессе работы специальным раствором.

Рис. 23.6. Схема вибрационной установки: а – без регенерации наполнителя; б – с регенерацией наполнителя

Схемы вибрационных установок с механизацией загрузки, выгрузки и разделения отливок от наполнителя представлены на рис. 23.7, а, б, в. Автоматизированные установки периодического действия предназначены для обработки деталей партиями. Для обработки непрерывно движущегося потока деталей более приемлемыми являются вибрационные установки непрерывного действия полностью автоматизированные.

Вибрационный способ очистки является весьма экономичным по сравнению с обработкой в галтовочном барабане.

По данным фирмы «Вальтер Троваль» внедрение двух вибрационных установок типа ТА1-150 позволило повысить производительность труда на операции удаления облоя с деталей, отлитых под давлением, в 15–18 раз и высвободить 15–18 рабочих. Обработка турбинных лопаток вибрационным методом осуществляется в 21 раз быстрее, чем в галтовочных барабанах при значительном улучшении поверхности лопаток.

406

Применение вибрационной обработки повышает производительность труда: по сравнению с удалением заусенцев вручную – в 6–8 раз, а в галтовочных барабанах – в 4–6 раз.

Рис. 23.7. Механизированныевибрационные установкипериодического действия: а – с механизацией разделения отливок и наполнителя;

б– с механизацией возврата наполнителя в контейнер;

в– комплексно-механизированная

Внедрение вибрационной очистки наряду с повышением качества очистки отливок улучшает санитарно-гигиенические условия труда и устраняет профессиональные заболевания работающих.

Вопросы для повторения

1.Сущность вибрационной очистки отливок.

2.Преимущества и недостатки вибрационной очистки от-

ливок.

3.Виды и материалы наполнителя при виброочистке.

4.Сущность виброгидроабразивной очистки.

5.Преимущества и недостатки виброгидроабразивной очи-

стки.

6.Группы растворов, применяемых при виброгидроабразивной очистке.

7.Конструкции виброустановок.

407

24. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Электрохимические способы очистки металлических изделий от окислов, окалины и других видов загрязнений находят широкое применение в промышленности. При этом используются два основных способа очистки: травление в растворах кислот и травление в расплавах щелочей.

При электрохимическом травлении в растворах кислот

наблюдается одновременное химическое воздействие на металлическую поверхность кислоты и электрического тока. Это приводит к растворению поверхностных слоев металла и удалению окисных пленок, окалины и других загрязнений, находящихся на поверхности. Удаление загрязнений происходит в результате растворения основной массы окиси (или гидроокиси) в кислоте с образованием растворимых солей.

Очистка отливок способами электрохимического травления в растворах кислот широкого распространения в литейных цехах не получила. Это объясняется следующими причинами.

Во-первых, в процессе очистки происходит удаление не только окислов и других загрязнений, но и растворение поверхностного слоя металла. Это вызывает нарушение поверхностной литейной корки, что ведет к снижению эксплуатационной прочности и износостойкости металла отливки. Во-вторых, растворение металла со всей поверхности отливки ведет к изменению размеров последней. В ряде случаев (литье по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и другие виды точного литья) изменение размеров в процессе очистки отливок не допускается. В-третьих, очистка отливок электрохимическим травлением в растворе кислот является сложным многоступенчатым процессом, использование которого ведет к применению большого количества различных видов химических соединений. Применение этого способа в серийном и массовом производстве отливок связано с необходимостью иметь большое количество оборудова-

408

ния (и, соответственно, площадей). Это вызывается сложностью и малой производительностью процесса очистки, цикл которого длится 2–3 ч.

Другим способом электрохимической очистки отливок, принципиально отличным от изложенного, является электрохи-

мическое травление в расплавах щелочей.

Сущность процесса электрохимической очистки поверхности отливок от пригара и окалины заключается в катодном восстановлении окислов железа пригара и окалины в электролите из расплавленного технического каустика при температуре 500°С с наложением постоянного тока низкого напряжения (5– 10 В). В качестве анода обычно служит корпус ванны. Катодом являются сами очищаемые отливки, которые после предварительного нагрева их до 250° С погружаются в проволочной корзине в электролит.

Пригар на стальных и чугунных отливках представляет собой многофазную систему, наружный слой которой состоит из кварца, частично перешедшего в тридимит, а внутренний слой, непосредственно прилегающий к металлу отливки, – из силикатов железа переменного состава. Окалина представляет собой трехфазное соединение из окислов железа и имеет наружный слой в виде фазы αFe2O3, средний слой из Fe3O4 и внутренний, прилегающий к металлу отливки слой из FeO [14].

Рассмотрим схему установки для электрохимической очистки литья (рис. 24.1). В электропечи 6 на дырчатом поддоне 4 помещается металлическая ванна 5 с расплавленными щелочами, в которую погружают отливки 1. При помощи подвески 2 отливки соединены с токоподводящей штангой 3, к которой подключается один полюс источника тока. Второй полюс подключают к корпусу ванны.

При погружении отливок в электролит наружный слой пригара (SiO2) взаимодействует с едким натром по реакции

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + Н2O

409

Далее происходит растворение внутреннего слоя пригара, причем вначале растворяется FeSiO3, а затем прилегающий непосредственно к металлу отливки фаялит Fe2SiO4 по реакциям

FeSiO3 + 4NaOH = Na2SiO3 + Na2FeO2 + 2H2O

Fe2SiO4 + 6NaOH = Na2SiO3 + 2Na2FeO2 + 3H2O

Рис. 24.1. Схема установки для электрохимической очистки отливок

По мере образования в электролите феррата натрия Na2FeO2 происходит его окисление выделяющимся в процессе электролиза на аноде кислородом в феррит натрия Na2Fe2O4:

2Na2FeO2 + O2 + Н2O = Na2Fe2O4 + 2NaOH

Одновременно происходит растворение слоев окалины: Fe2O3 + 2NaOH = Na2Fe2O4 + Н2O

Fe3O4 + 4NaOH = Na2Fe2O4 + Na2FeO2 – 2H2O

FeO + 2NaOH = Na2FeO2 + H2O

Таким образом, в результате растворения пригара и окалины на поверхности отливок образуется рыхлый слой феррита и феррата натрия. Этот слой легко отстает от отливок вследст-

410