Технология конструкционных материалов

12.6. Изготовление стержней

Существует большое многообразие методов изготовления стержней: с помощью ручной набивки стержневых ящиков, на встряхиваю­ щих, пескодувных и пескострельных машинах, с помощью пескоме­ тов и на установках, использующих жидкоподвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). В массовом производстве отливок средних размеров наиболее часто используют пескодувный и пескострельный способы, а стержни для крупных отливок мелкосерийного про­ изводства изготавливают с помощью пескометов, ручной набивкой ящиков и на установках, использующих ЖСС. Вручную изготавли­ вают и мелкие, ажурные стержни, так как машинное изготовление не всегда обеспечивает требуемую плотность и ее равномерность в различных зонах стержня.

Рис. 12.13. Изготовление стержней вручную:

а — набивка половинок стержневого ящика; б — сборка ящика; в — удале­ ние половины ящика; г — укладка сушильной плиты; д — удаление второй половины ящика

На рис. 12.13 приведена схема изготовления цельного стержня в ящике, состоящем из двух половин. В половину 1 стержневого ящика, смазанного керосином, засыпают стержневую смесь 3 и ук­ ладывают арматуру 2 или сварной металлический каркас, если стер­ жень имеет сложную конфигурацию. Каркас не должен препятство­ вать вентиляции стержня и усадке отливки, поэтому в зависимости от размеров стержней устанавливается минимальное удаление кар­ каса от их поверхности. После уплотнения смеси металлической ли-

нейкой удаляют ее избыток и производят сборку. Душником 4 нака­ лывают канал, облегчающий выход газов из стержня в его знаковую часть при заливке формы. Затем удаляют верхнюю половину ящика

ивместо нее укладывают сушильную плиту 5, повторяющую форму поверхности половины стержня. Всю систему поворачивают на 180°

иудаляют вторую половину ящика, после чего он направляется на следующий цикл процесса изготовления стержня, а сырой стержень вместе с плитой — в сушило.

Вряде случаев считается целесообразным изготовлять отдельно две половины стержня, и после сушки на плоских сушильных плитах их склеивают и шпаклюют по плоскости разъема.

Вцехах крупносерийного и массового производства доминируют

пескодувный и пескострельный способы. Пескодувныемашины могут иметь различное конструктивное оформление, но наиболее часто встречаются такие, устройство которых приведено на рис. 12.14. Ма­ шина имеет пескодувную головку 1со щелевыми отверстиями в дон­ ной плите. С помощью пневматического цилиндра 7 головка может перемещаться вправо по рольгангу 8. Вместе с ней перемещается ши­ бер 6, препятствующий выпадению смеси 3 из бункера 4. Когда го­ ловка расположена под бункером, включают вибратор 5 и стержневая смесь перетекает в головку. Стержневой ящик 9с отверстиями в верх­ ней половине, совпадающими с отверстиями пескодувной плиты, ус­ танавливают на рабочем столе с воздушной подушкой 10.

Заполненную смесью головку перемещают в левое положение и в воздушную подушку под столом подают сжатый воздух, устраняя за­ зоры междуящиком и плитой, а также головкой и крышкой головки 2. Открывая клапан в крышке головки, обеспечивают подачу сжатого воздуха в головку. Воздух давит на смесь, фильтруется через нее и вме­ сте с песком устремляется в стержневой ящик. Воздух выходит через венты, занимающие до 50 % поверхности ящика. После прекращения подачи воздуха в подушку и головку стержневой ящик снимают со сто­ ла, разбирают, стержень перекладывают на плиту и повторяют рабочий цикл. Очень часто ящики делают обогреваемыми газом или электриче­ ством, совмещая процессы изготовления и сушки или отвердевания.

Пескострелъная машина (рис. 12.14, в) по принципу работы напо­ минает пескодувную, но обеспечивает более высокую подвижность стержневой смеси при заполнении ею полости ящика, вследствие чего в ящик практически не поступает воздух и отпадает необходи­ мость в установке большого количества вент.

Смесь из бункера 11 через шибер 12 попадает в рабочий резерву­ ар 13, из которого под действием сжатого воздуха заполняет стержне­ вой ящик 15, установленный на рабочем столе 16. Надувная плита 14 имеет не только отверстие, соединяющее полости резервуара и ящи­ ка, но и отверстие, через которое воздух из ящика выходит в атмосфе­ ру. Сжатый воздухиз резервуара 17через отверстие большого размера, закрываемое быстродействующим клапаном 18, поступает в рабочий резервуар с двойными стенками. Отверстия во внутренней стенке служат рассекателем воздуха. Под давлением воздуха смесь отделяет­ ся от стенок и легко перемещается в ящик.

12.7. Сушка стержней и форм

Сушка стержней и форм повышает прочность смеси, уменьшает ее газотворность и повышает газопроницаемость, но ее применение удлиняет технологический процесс, требуетдополнительного оборудования, про­ изводственных площадей, трудозатрат и энергии. В связи с этим она в основном применяется для стержней, работающих в более тяжелых условиях, чем формы. Формы не подвергают сушке, только для очень ответственных отливок осуществляют поверхностную подсушку рабо­ чей полости формы переносными многопостовыми газовыми горелка­ ми или пропускают формы через проходные конвейерные сушила.

Для сушки стержней применяют камерные печи периодического действия, но в условиях массового производства более удобны верти­ кальные (двух- и четырехходовые) и горизонтальные конвейерные су­ шила. В процессе сушки стержни медленно нагреваютдо 100 °С, после чего температуру повышают до уровня, определяемого типом крепите­ ля, и снижают до 50...70 °С. Медленный нагрев и охлаждение необхо­ димы во избежание растрескивания стержней. Для органических свя­ зующих нагрев ведутдо 180...240 °С, песчано-смоляных — до 200...280, песчано-глинистых — до 300...350 °С. Чем больше масса стержня и сложнее его конфигурация, тем медленнее ведут нагрев и больше вре­ мени выдерживают стержень при максимальной температуре.

При использовании химически твердеющих смесей сушка стерж­ ней не требуется, так же как и при их производстве по горячим ящи­ кам. Следует отметить, что отвердевание смеси в стержневых ящиках (холодное или горячее) способствует резкому повышению размерной точности отливок и считается перспективным процессом, особенно для цехов крупносерийного производства.

12.8. Сборка изаливка форм

Сборку формы начинают с установки нижней полуформы на ровную площадку литейного плаца (мелкосерийное производство крупных отливок) или тележку заливочного конвейера (крупносерийное про­ изводство). Затем из полости полуформы сжатым воздухом выдувают сор и пыль и устанавливают в нее стержни. Если знаковые части стержней не обеспечивают устойчивости стержня в форме, его уста­ навливают на металлические жеребейки. Правильность установки и постоянство зазора между стержнем и формой контролируют шабло­ нами и щупами, которые входят в состав модельного комплекта. Если это необходимо по технологическому процессу, одновременно со стержнем устанавливают внутренние холодильники и фильтрующую сетку. После этого нижнюю полуформу накрывают верхней, исполь­ зуя стационарные или съемные штыри, обеспечивающие точность совмещения полуформ.

Для предотвращения подъема верхней полуформы под действием давления металла при заливке ее скрепляютс нижней с помощью скоб или болтовых соединений. В массовом производстве вместо скоб для мелкихи среднихформ применяют автоматическую нагрузкугрузами.

Схема организации работ по изготовлению полуформ, сборке, заливке и выбивке форм на конвейере для крупносерийного произ­ водства приведена на рис. 12.15. Пустые опоки подают тележками 2 литейного конвейера 1 и сталкивают на ленточный транспортер 3, откуда их с помощью пневматических подъемников и монорельсов 4 снимают и устанавливают на формовочные машины верха 5 и низа 6. Нижняя полуформа устанавливается на промежуточный сборочный конвейер 7, в нее укладывают стержни, которые заблаговременно за­ пасены на стеллаже 8, и закрывают полуформой верха, которую пода­ ют по монорельсу 4. Собранную форму сталкивают на одну из теле­ жек 2 конвейера, подающего формы на заливочную площадку 9. В тор­ цевой части конвейера расположен стенд с раздаточным ковшом 11, из которого металл заливают в разливочные ковши, подаваемые по монорельсу 10 на заливочную площадку. Залитые из разливочного ковша формы проходят через тоннель, облегчающий улавливание и удаление выделяющихся из формы газов, и поступают на выбивную решетку 12, где из них удаляют отливки и формовочную смесь, после чего опоки поступают на следующий цикл изготовления и заливки форм.

Чайниковый ковш оборудован перегородкой или керамической трубкой 7, задерживающей шлак при наклоне ковша в процессе за­ ливки. Из стопорного ковша металл вытекает через отверстие в дни­ ще, которое закрывается стопором 2. Подъем и опускание стопора (штанги с керамическими бусами) осуществляется с помощью систе­ мы рычагов 3.

Заливочно-дозирующие устройства одновременно выполняют функ­ ции заливки и дозирования порции заливаемого расплава. По прин­ ципу действия их подразделяют на электромеханические, пневмати­ ческие, электромагнитные и комбинированные.

12.9. Выбивка форм и стержней из отливок

После затвердевания отливку выдерживают в форме до установлен­ ной для каждого вида сплава температуры, после чего форму выби­ вают. Обычно стремятся к ранней выбивке, чтобы сократить техно­ логический цикл, но при этом возникает опасность образования трещин, связанных с низкой прочностью металла при высоких тем­ пературах или с ускоренным охлаждением отливок на воздухе после выбивки. Обычно стальные отливки охлаждаются до 500...700 °С, чугунные — до 400...500, бронзовые — до 300...500 и алюминиевые — до 200...300 °С.

Выбивку форм осуществляют на механических, чаще всего эксцен­ триковых или инерционныхвыбивных, решетках; выдавливанием; круп­ ные формы иногда выбивают в гидравлических камерах (рис. 12.17). Для выбивки форму 1 помещают на решетке 2, установленной на опорных пружинах 4 и оборудованной быстровращающимся валом 3 с неуравновешенной массой (эксцентриком). Вибрация решетки пе­ редается форме, смесь разрушается и через решетку просыпается на транспортер 5, с помощью которого перемещается в систему регене­ рации оборотной смеси. Выбивка форм сопровождается выделением большого количества газов, тепла, пыли и сильным шумовым эффек­ том. Поэтому решетки оборудуются пылегазоулавливащими и звуко­ изоляционными системами. Проблему борьбы с шумом удачно решает выдавливание смеси вместе с отливкой на решетку и далее на транс­ портер с помощью гидравлических цилиндров 6, но этот метод при­ меняется только для опок, не имеющих крестовин.

Рис. 12.17. Выбивка форм и стержней:

а — на выбивных решетках; б — выдавливанием; в — в гидравлических каме­

рах; г - н а вибрационных машинах; 5 — на электрогидравлическойустановке

Комплексное решение многих проблем может быть достигнуто

выбивкой в гидравлических камерах, где струя воды 7 толщиной 5...20 мм под давлением 5... 10 МПа размывает формовочную смесь. Этот метод хорошо вписывается в схему мокрой регенерации оборот­ ной смеси и, кроме того, в нем одновременно сочетаются выбивка форм, удаление стержней из отливок и очистка поверхности от прига­ ра. Для выбивки форм используют герметичные камеры, в которые формы закатывают на тележках 8.

Втехнологических процессах производства отливок в разовых фор­ мах стремятся исключить операцию выбивки стержней, для чего при­ меняют легко выгорающие крепители, а стержни стараются делать полыми и тонкостенными. В этом случае удаление песка из отливки происходит одновременно с ее выбивкой из формы. Если же выбивка стержней необходима, то ее осуществляют на пневматических вибра­ ционных машинах, в гидравлических камерах и электрогидравлических установках.

При выбивке на вибрационной машине отливка 10зажимается меж­ ду пружинным упором стойки 9 и упором вибратора 11, перемещав-

мого по направляющим станины с помощью пневматического ци­ линдра 12. Под действием вибрации стержень разрушается и песок вытекает через технологические отверстия в отливке.

Вэлектрогидравлическойустановке стержень разрушается ударной волной, возникающей при высоковольтном электрическом разряде между двумя электродами или между электродом 13 и отливкой 10, помещенной в камеру с водой 14. Электрод с помощью тележки пе­ ремещается вдоль поверхности, одновременно с выбивкой стержня производя очистку от пригара.

12.10. Обрубка и очистка отливок

Обрубка отливки заключается в отделении от нее литников, выпоров, прибылей и заливов по разъему формы и в местах сопряжения стерж­ невых знаков с формой. Основными факторами, определяющими вы­ бор способа обрубки, является вязкость сплава, из которого изготовле­ на отливка, масса отливки и серийность производства.

Для отличающихся хрупкостьюсерого и белого чугуновудаление лит­ ников не представляет трудности и производится ударом по литнику молотком. Вотдельных случаях могут быть использованы пневматиче­ ские зубила и для массового производства — отламывание на прессах.

Для стальных отливок молоток, зубило и пресс могут применяться, если масса отливок невелика. Для крупных отливок чаще используют ацетиленокислородную резку. В условиях массового производства от­ резку прибылей и, реже, литников могут производить на токарных станках, работающих с поперечной подачей.

Большинство цветных ставов отличается вязкостью, что исключа­ ет применение ударов из-за возможного коробления отливок. В этом случае широко используются ленточные пилы, хотя обрубку можно производить на токарных станках и прессах.

Очистка отливок заключается в удалении пригара и улучшении чистоты поверхности. Принципиальные схемы основных методов очистки и зачистки заливов по знаковым частям и разъему формы показаны на рис. 12.18. Очистку можно производить галтовкой, дробеметной, дробеструйной, вибрационной и электрохимической обработкой, а зачистку — абразивными кругами и электроконтактным методом. Выбор оборудования для очистки в основном зависит от размеров отливок и серийности производства.

Рис. 12.18. Очистка и зачистка отливок:

а — в галтовочных барабанах; б — в дробеметных камерах; в — дробеструй­ ная; г — на виброустановках; д — электрохимическая; е — абразивными кру­ гами; ж — электроконтактная

Очистку галтовкой применяют для средних отливок, для чего в ба­ рабан, футерованный внутри броневыми листами 1, загружают отлив­ ки 2 и звездочки из белого чугуна и с помощью опорно-приводных роликов 3 барабан приводят во вращение. Перекатываясь, отливки трутся друг о друга и о звездочки и очищаются от пригара. Вмассовом производстве применяют барабаны непрерывного действия (проход­ ные), в серийном — периодического действия.

Для очистки средних и крупных отливок из черных сплавов широко применяют дробеметные барабаны и камеры. Вдробеметные барабаны отливки 2 загружают через окно загрузки-выгрузки 7 на пластинча­ тый транспортер 6. При движении транспортера отливки перекатыва­ ются, подставляя различные поверхности под струю стальной или чу­ гунной дроби 5, подаваемой дробеметной головкой 4. Дробь вместе с песком £собирается в воронке днища и после отделения от песка на магнитном сепараторе подается в оборотную систему. Для крупных