1. Обзор оборудования для изготовления стержней

В массовом и серийном производстве осуществляется меха­низация и автоматизация процессов изготовления стержней. По сравнению с ручными способами машинное изготовление стерж­ней обеспечивает ряд преимуществ: снижение трудоёмкости, уве­личение производительности труда, получение более точных стержней и, следовательно, отливок.

В современном производстве для изготовления разовых песчано-глинистых и песчано-смоляных стержней применяют раз­личные конструкции машин, которые механизируют в основном процессы уплотнения смеси в ящике. На отдельных машинах ме­ханизирована кантовка ящика и извлечение стержня. Классифи­кация стержневых машин строится по тем же признакам, что и классификация формовочных машин. Применяют в основном пневматические и электромеханические машины, которые по ме­тоду уплотнения смеси в ящике подразделяют на встряхивающие с перекидным столом, пескодувные и пескострельные, пескомёты и мундштучные.

На встряхивающих машинах изготавливают средние и реже крупные стержни в неразъёмных ящиках в условиях мел­косерийного, серийного и крупносерийного производства. При этом применяют как металлические, так деревянные и пластмас­совые стержневые ящики. Наибольшее распространение получи­ли встряхивающие стержневые машины с перекидным, реже с поворотным столом.

Встряхивающие машины с перекидным столом (рисунок 1) состоят из встряхи­вающего механизма 1 с пли­той 2, на которой лежит пе­рекидной стол 3. После уплотнения стержня в ящи­ке перекидной стол повора­чивается на 180° рычагами 4 и тягами 5, приводимыми в движение гидравлическим приводом с горизонтальным цилиндром 7, и устанавли­вается на приемный роль­ганг 6. Подъем и опускание приемного рольганга 6 осу­ществляется также гидрав­лическим приводом, имею­щим вертикальный цилиндр 8. Стержневой ящик жестко крепится к перекидному столу болтами.

Рисунок 1 – Встряхивающая машина с перекидным столом

Строго вертикальная ус­тановка ящика в момент извлечения из него стержня на прием­ный рольганг достигается двумя нивелировочными брусьями 9, имеющими собственный пневматический привод. Крепление су­шильных плит к стержневому ящику перед его поворотом осуще­ствляют вручную различными приспособлениями или механизировано специальными пневматическими устройствами.

В настоящее время на встряхивающих машинах применяет­ся быстросменная оснастка, состоящая из прочной алюминиевой или деревянной обоймы, в которую устанавливают 1–4 ящика для изготовления стержней различных размеров. Время на замену стержневых ящиков не превышает 300–360 с.

Процесс изготовления стержней на встряхивающих маши­нах осуществляется в следующей последовательности. Стержне­вой ящик или быстросменную оснастку закрепляют на столе ма­шины, засыпают небольшой слой смеси и слегка уплотняют его пневматической трамбовкой, с особой тщательностью — под вы­ступающими частями и в боковых углублениях ящика. На слой смеси устанавливают каркас, через его окна засыпают мелкую гарь, смоченную жидкой глиной, и слегка утрамбовывают её. Ящик с избытком заполняют стержневой смесью, которая уплот­няется при встряхивании стола машины. Верхний слой смеси до­полнительно уплотняют пневматической трамбовкой, и срезают излишек.

На ящик укладывают сушильную плиту, закрепляемую с помощью приспособления, и стол машины с ящиком и плитой перекантовывают на 180°, после чего ящик поступает на приём­ный стол. После освобождения плиты от крепления включается протяжное устройство приёмного стола, при этом стержень со вкладышами остаётся на сушильной плите, а ящик возвращается в исходное положение. Затем со стержня удаляют вкладыши, от­делывают, окрашивают его и направляют на сушку.

Пескодувное уплотнение литейных форм и стержней основано на воздействии на смесь силы песчано-воздушной струи в период заполнения опоки или стержневого ящика и фильтрации воздушно­го потока через смесь от вдувных отверстий к вентам технологиче­ской оснастки, продолжающегося после её заполнения смесью.

При уплотнении смеси пескодувным способом (рисунок 2) сжатый воздух, поступая в пескодувную головку 4, давит на на­ходящуюся в ней формовочную или стержневую смесь, фильтру­ется через её поры и осуществляет своим потоком захват частиц смеси. Вылетая из пескодувной головки через вдувные отверстия 3, частицы смеси заполняют полость опоки или стержневого ящика 2, уплотняясь силой воздушного потока, а также вследст­вие удара о поверхность ящика, модели или ранее остановленных слоёв смеси. Кроме того, в слое смеси возникает разность входного и выходного давлений воздуха тем большая, чем больше высо­та слоя. Эта разность давлений производит дополнительное дина­мическое прессующее действие на слой смеси.

Рисунок 2 – Схема пескодувного уплотнения смеси:

а – с нижней вентиляцией; б – с верхней

Отработанный воз­дух удаляется из полости опоки или стержневого ящика через вентиляционные втулки-венты 1, установленные в модельной или стержневой оснастке либо в надувной плите в случае использова­ния систем с верхней вентиляцией (рисунок 2, б). В таких конст­рукциях пескодувных машин воздушно-песчаная смесь вдувается в опоку или полость стержневого ящика через отверстия 3, а от­работанный воздух удаляется через венты 1, расположенные в надувной плите 7 пескодувной головки 5. Учитывая то, что в пескодувном процессе необходимо использовать смеси, обладаю­щие высокой текучестью, а также для предотвращения предвари­тельного уплотнения и разрыхления смеси, в пескодувных голов­ках можно использовать механическую мешалку 6.

Для достижения высокой эффективности пескодувного про­цесса уплотнения необходимо соблюдать ряд технологических тре­бований. Например, для достижения наибольшей разности давле­ний воздуха в пескодувной головке и ящике рекомендуется объём резервуара выбирать в пределах V_р= (2,5–3,0)Vопоки (V_ящ). Высо­та слоя смеси над вдувной плитой резервуара должна быть не ни­же 150–200 мм. Влажность смесей не должна превышать 2,5–3,5%, т.к. смеси с более высокой влажностью обладают высокой прилипаемостью к стенкам пескодувной головки. При использовании смесей, имеющих сырую прочность до 0,01 МПа, вдувные отверстия должны иметь диаметр 10–12 мм. Для работы на смесях с повышенной сырой проч­ностью (а > 0,05 МПа) требуется уве­личение диаметра вдувных отверстий до 25–30 мм. Отношение суммарного живого сечения вент к суммарному сечению вдувных отверстий должно быть в пределах 0,8–1,0.

Несмотря на достаточно высокую равномерность степени уплотнения смеси по высоте формы или стержне­вого ящика, абсолютная величина прочности в объёме уплотненной сме­си относительно невелика. В связи с этим для получения форм, особенно на автоматических линиях, песко­дувный процесс уплотнения исполь­зуют в сочетании с прессовым, вибро­прессовым или импульсным.

Пескострельное уплотнение форм и стержней является раз­новидностью пескодувного, имеет много общего с этим методом и в то же время обладает рядом су­щественных особенностей. Исте­чение смеси из резервуара в опоку или стержневой ящик 12 (рисунок 3) при пескострельном методе происходит почти мгно­венно, напоминая выстрел. Вре­мя рабочего процесса примерно в 10 раз меньше, чем в пескодув­ном методе, и составляет 0,1–0,2 с. Связано это с наличием суже­ния потока в конической насад­ке 9 на выходе из пескострельной головки 3 и небольшим уплотнением смеси под действи­ем сжатого воздуха с последую­щим выбросом непрерывно обра­зующихся комков в опоку или стержневой ящик 12. Смесь из бункера 5 поступает в пескострельную головку 3 при откры­том шибере 4. Сжатый воздух из ресивера 8 через вдувной быстродействующий клапан 7, горизонтальные 6 и вертикальные 1 про­рези входит во внутреннюю полость гильзы 2, отделяя смесь от неё. При этом шибер 4 должен быть закрыт, предотвращая тем самим выброс смеси вверх, в бункер 5. Как и в пескодувном резер­вуаре с верхней вентиляцией (рисунок 2, б), вдувная плита 10 явля­ется универсальной и, помимо отверстий для надува смеси, имеет вентиляционные отверстия 11 для отвода отработанного воздуха.

Рисунок 3 – Схема пескострельного уплотнения смеси

Таким образом, в конструкции пескострельной головки в отличие от пескодувной предусматривается: высокая гильза с вертикальными и горизонтальными прорезями для прохода воздуха, впускной быстродействующий клапан, встроенный ресивер.

Процесс уплотнения смеси пескострельным способом можно условно разделить на два этапа. В течение первого этапа пескострельный резервуар практически служит питателем, причем пита­ние опоки или стержневого ящика сопровождается некоторым уплотнением смеси. Истечение смеси через насадку 9 начинается через 0,02–0,06 с после открытия клапана 7, когда давление сжатого воздуха над столбом смеси составляет лишь 40–60 кПа. Предварительное заполнение смесью опоки или стержневого ящика заканчивается до достижения максимального давления воздуха. Следовательно, ударное действие сжатого воздуха на столб смеси незначительно. Основным фактором, обеспечиваю­щим требуемое уплотнение смеси, является перепад давлений в пескострельном резервуаре и стержневом ящике или опоке.

На втором этапе происходит окончательное уплотнение за счёт выдавливания дополнительной порции смеси, которая, впрессовываясь из насадка, принимает форму кома, уплотняюще­го как лежащие ниже слои, так и боковые. Объём кома тем больше, чем выше начальное давление сжатого воздуха в ресиве­ре и чем медленнее оно снижается в процессе истечения смеси.

Следует отметить, что пескострельный процесс используется, в основном, для изготовления стержней и имеет ряд преимуществ пе­ред пескодувным: значительно выше степень уплотнения и более равномерное её распределение цо высоте ящика; расход воздуха в 3–5 раз ниже; значительно меньший абразивный износ пескострельной головки и стержневых ящиков, т.к. не происходит образования воздушно-песчаной смеси, пескострельные головки более просты в конструктивном исполнении по сравнению с пескодувными.

Изготовление стержней пескомётом осуществляется так­же, как и пескомётное уплотнение форм. Этот метод целесообразно использовать для получения стержней средних и крупных размеров как в деревянных, так и в металлических ящиках.

При изготовлении стержней на прессовых машинах при­меняют прочные металлические ящики, способные выдержать высокие давления прессования.

Прессование не получило широкого распространения ввиду неравномерности уплотнения смеси по сечению стержня: уплот­нение в верхней части ящика больше, чем в нижней; у верти­кальных стенок ящика плотность смеси меньше, чем в середине его. Прессованием уплотняют стержни небольших размеров по высоте и простой конфигурации. Несложные стержни, изготов­ляемые на прессовых машинах, могут иметь высокую прочность, и их часто устанавливают в форму в сыром виде. Прессовые ма­шины располагают на участке сборки форм и для изготовления стержней используют формовочные смеси.

Процесс изготовления стержней по разъёмному ящику на прессовой машине (рисунок 4) складывается из следующих опера­ций. На траверсе 3 (рисунок 4, а) прессовой машины монтируют верхние половины стержневых ящиков 4; на стол машины 1 ус­танавливают нижние половины ящиков 2 и наполняют их сме­сью; укладывают каркасы 6; на нижнюю половину ящика уста­навливают наполнительную рамку 5 и заполняют её смесью; обжав руками смесь, рамку снимают; стол машины подводят под траверсу и включают прессовый механизм (рисунок 4, б), при этом излишняя смесь выдавливается в желобок; стол возвращается в первоначальное положение (рисунок 4, в), стержень извлекается и направляется на сборку. Для уменьшения прилипаемости сырой смеси к стенкам ящиков их нужно подогревать или покрывать противоадгезионным покрытием.

Рисунок 4 – Изготовление стержней на прессовой машине

В массовом и серийном производстве (например, при изго­товлении литых траков), когда требуются стержни постоянного профиля (цилиндрические, овальные, прямоугольные, много­гранные и др.), применяют прессование стержней на мундштуч­ных машинах (рисунок 5). Смесь 6 ленточным транспортером либо иным доступным способом подается в приёмную ёмкость 1 и шнеком 2, получающим вращение от электродвигателя или от ручного привода, выжимается в сменный мундштук 3, которым осуществляется формообразование стержня. Для образования вентиляционного канала на конце шнека укреплена игла. Стер­жень 5 выдаётся на сушильную плиту 4. По мере заполнения плиты стержень от­резают и направля­ют на сушку. Про­изводительность ма­шины 10–12 м/ч при ручном приводе и до 30–40 м/ч при элек­троприводе.

Рисунок 5 – Схема стержневой мундштучной машины

В современных литейных цехах большое распространение получили стержни, изготавливаемые из песчано-смоляных сме­сей, отверждаемых в оснастке [1].