2.8. Оборудование для литья в оболочковые формы

При оболочковом литье формовочная смесь состоит из кварцевого песка и термореактивной смолы. При насыпке смеси на нагретую металлическую модельную плиту смола плавится в слое смеси, примыкающем к плите, связывая песчинки в полутвердую оболочку (скорлупку) с толщиной стенки 6–15 мм. Для окончательного твердения оболочки плиту с оболочкой помещают в печь, после извлечения из которой оболочковую полуформу снимают с плиты, склеивают со второй полуформой, заформовывают в ящики с дробью или песком и заливают сплавом.

У стандартной модельной плиты (рис. 2.16, а) металлические модели крепятся к плите 5. Прижимная плита 4 объединяет элементы конструкции в целое. Плита выталкивателей 3 объединяет в единое целое выталкиватели 1 и 11, которые крепятся гайками 2 и 16, возвратные пружины 8, платики 7 для ввинчивания болтов-упоров плиты выталкивателей. Планки торцевые 12 и боковые 9 ограничивают полуформу по периметру и предотвращают отслаивание не отвердевшей оболочки при подъеме с бункера; они крепятся винтами 13. Модели фиксаторов — центрирующих выступов 10 и углублений 14 запрессованы в плиту 5. В плиту встраиваются трубки охлаждения 15 и термопара 6.

Машина для изготовления оболочковых полуформ гравитационным способом (рис. 2.16, б) в серийном и массовом производстве точных отливок из черных и цветных сплавов работает следующим образом. Толкатели нагретой металлической модельной плиты, закрепленной на модельной раме 1, опускаются вниз, рама вращается электроприводом и накрывает бункер 2 со смесью кварцевого песка и термореактивной смолы. Далее они поворачиваются вместе. При повороте рамы на 360° открываются жалюзи бункера и смесь падает на горизонтальную плиту. Одновременно включаются вибратор для уплотнения смеси на плите и реле времени. Смола смеси плавится и склеивает зерна песка в слое, толщина которого зависит от времени выдержки, отсчитываемого реле времени. После необходимой выдержки бункер и модельная рама возвращаются в исходное (рис. 2.16, б) положение, у печи 3 зажигаются газовые горелки и она опускается на модельную плиту для окончательного отверждения оболочковой полуформы, после чего горелки печи гаснут и она возвращается в верхнее положение. Толкатели поднимаются вверх и снимают с плиты оболочковую полуформу, убираемую вручную. Размеры рабочей части плиты 800630 мм, производительность — не менее 25 полуформ в час.

Известна машина для склеивания оболочковых полуформ, выполняющая нанесение дозатором клеящего порошка на плоскость разъема горячей полуформы. Затем полуформа возвращается на позицию загрузки, где устанавливают стержни, и первая полуформа накрывается второй, после чего форма поступает под пресс, где полуформы сжимаются подпружиненными штырями, приводимыми в действие пневмоцилиндром.

Рис.  2.16. Оборудование для оболочкового литья

Для мелкосерийного производства применяется робототехнический комплекс (РТК), включающий манипуляторы для съема и транспортировки полуформ, сборки форм и передачи их на конвейер и промышленные роботы для установки форм на стеллажи. РТК освобождает людей от ручной работы в зоне высоких температур с загазованной атмосферой, сокращает численность работающих в 1,5 раза повышает производительность и решает экологические вопросы.

Основу линии для изготовления оболочковых форм из сухих термореактивных смесей в серийном и массовом производстве составляют четырехпозиционная карусельная машина для изготовления полуформ и машина для склеивания полуформ. Первая на всех позициях имеет газовые печи; на позиции формования печь подъемная. Оболочки формуются гравитационным способом при помощи поворотного бункера с затвором. Съемник полуформ кантует их и укладывает на приемный стол тележки машины для склеивания, где на разъем "низа" дозатором наносится клей, полуформы соединяются сборщиком-кантователем и сжимаются подпружиненными штырями на четырехпозиционном карусельном агрегате прессования. Стержни устанавливаются на специальной позиции. Готовые формы выталкиваются на приемник и удаляются вручную.

2.9. Оборудование для литья по выплавляемым и выжигаемым моделям

При литье по выплавляемым моделям литейную форму получают нанесением огнеупорного покрытия на модель из легкоплавких (например, смеси парафина и стеарина) или растворимых материалов. Модель из формы удаляют выплавлением или растворением, и поэтому форма не нуждается в разъемах. Способ находит широкое применение в массовом и серийном производстве отливок небольшой массы и размеров из цветных и черных сплавов.

При этом способе у отливки отсутствуют заливы по контуру разъемов, т. к. форма не имеет разъемов, и размеры ее более точны, чем при литье в песчаные формы, поскольку здесь исключены основные причины потери точности: расталкивание формы моделью, перекос формы, подъем верхней опоки, раздутие формы и т. д. Отверстия, за исключением очень узких и длинных, получают без применения стержней. Точность размеров отливок находится в пределах 11–14-го квалитетов, а шероховатость поверхностей не более Rz100. Способ длителен, трудоемок и дорог, но оправдывается во многих случаях тем, что отливки почти не нуждаются в механической обработке. Этим способом отливают многочисленные изделия, которые прежде изготавливали сложной механической обработкой, а также различные режущие инструменты из сплавов, не поддающихся обработке резанием. Получаемый описанным способом литой инструмент нуждается лишь в заточке его режущей кромки на абразивном круге.

При изготовлении этим способом турбинных лопаток трудоемкость механической обработки уменьшается на 60–70%, а себестоимость — на 45–60%. Наиболее целесообразно изготавливать рассмотренным способом тонкостенные детали сложной и особо сложной конфигурации, представляющие собой по существу целые узлы.

Рис.  2.17. Немеханизированная пресс-форма

Пресс-формы для изготовления моделей чаще всего выполняют из металла; при умеренных требованиях к точности размеров отливок их можно делать из пластмасс, гипса и др. В серийном производстве применяются немеханизированные пресс-формы (рис. 2.17), сборку, разборку и извлечение моделей из которых выполняют вручную.

Пресс-форма состоит из нижней части 1, во вставках которой 3 выполнена форма для сложной части модели, и верхней части 2. Стержни 4 служат для получения отверстий. Конструктивные элементы, характерные почти для всех пресс-форм: литниковая система 5 и 6, центрирующие штыри 10 (для точного совпадения контура моделей, располагающихся в нижней 1 и верхней 2 частях пресс-формы), откидные болты с гайками-барашками 11 (для скрепления частей пресс-формы перед запрессовкой модельного состава).

Для извлечения моделей из этой пресс-формы необходимо вынуть стержни 4, ослабив гайки 11, откинуть болты, снять верхнюю часть 2, извлечь фиксаторы 8, опустить нижнюю часть 1 до плиты 9. При этом модели останутся на толкателях 7. Пресс-формы для производства моделей на автоматах похожи на применяемые при литье под давлением (см. далее). Их конструкции стандартизированы.

Перечислим основные этапы технологии литья по выплавляемым моделям (рис. 2.18).

Рис.  2.18. Отливка (а), выплавляемая модель (б), блок (в), блок с покрытием (г), литейная форма (д)

1. Приготавливают модельный состав.

2. Модели (рис. 2.18, б) с питателями 1 для отливок (рис. 2.18, а) изготавливают на десятипозиционном карусельном автомате с производительностью 400 запрессовок в час или на однопозиционном автомате с производительностью 63 запрессовки в час. В единичном, мелкосерийном и серийном производстве модели получают в неавтоматизированных прессформах на установке где прессформы заполняют шприц-машиной или ручным шприцем, после чего ставят на десятипозиционный карусельный стол. Для производства выжигаемых пенополистирольных моделей в крупносерийном и массовом производстве применяют автомат, а для изготовления пенополистирольных звеньев и блоков — автоматическую линию.

3. Изготавливают модельные блоки (рис. 2.18, в) припайкой модельных звеньев к общему стояку литниковой системы 2 для увеличения металлоемкости литейной формы.

4. Приготавливают огнеупорное покрытие литейной формы. Для этого применяют установку или агрегат, который непрерывно готовит суспензию из пылевидного кварца, этилсиликата, воды и ацетона. Используется также агрегат для хранения и транспортировки огнеупорного покрытия.

5. Наносят несколько слоев огнеупорного покрытия на модельные блоки в автоматах погружением блоков в емкость с клейким составом, а затем — в псеводокипящий слой песка (через который снизу пропускается сжатый воздух; песчинки разделены воздухом и блоки погружаются в песок без значительного сопротивления) или в автоматах пескосыпами. Сушат каждый слой (которых бывает от двух до семи) два-три часа.

6. Модельный состав выплавляют горячей водой в ванне, а в крупносерийном и массовом производстве — в установке или паром в бойлерклаве. Последний требует выполнения ручных операций, поэтому должен применяться лишь там, где другие способы неприемлемы из-за больших потерь форм или модельного состава. Для изготовления форм в мелкосерийном и серийном производстве подойдет комплекс 64011, а в крупносерийном — линия 64001..

7. Керамические формы формуют в ящики 3 (рис. 2.18, д) с дробью или песком на формовочном столе. Возможна также заливка без заформовывания, при этом для повышения прочности форм количество слоев керамики увеличивается.

8. Керамические формы прокаливают для удаления из них влаги и остатков модельного состава, наличие которых привело бы к браку. Для этой цели применяют электрические или газовые печи. Формовку, прокаливание, заливку блоков и охлаждение отливок в крупносерийном и массовом производстве обеспечивают линии.

9. Формы заливают как обычно.

10. Выбивают отливки из ящиков с дробью на выпускаемой установке.

11. Отделяют керамику от отливок пневматическим вибратором. Применяется также дробеметная очистка.

12. Выщелачивание проводят для растворения остатков огнеупорного покрытия из труднодоступных мест в теплом растворе щелочи в выпускаемой установке.

13. Обрубку, очистку и исправление дефектов производят обычными (см. ранее) методами.

Разработан технологический процесс и комплекс автоматического оборудования для изготовления 1–1,5 тыс. т отливок в год по выжигаемым моделям. Комплекс включает: автоматическую линию (АЛ) изготовления модельных блоков; автомат для изготовления моделей литниковой воронки и колпачка; АЛ для изготовления модельных блоков; механизированную линию приготовления и хранения суспензии; печь для выжигания моделей и прокаливания форм; АЛ обжига, формовки, заливки форм и охлаждения отливок; полуавтоматическую линию отбивки керамики и отделения отливок; агрегат выщелачивания керамики 6А95; печи для термической обработки отливок; прессы-автоматы для обрубки питателей; плавильные печи; установки для отделения керамики. Комплекс обеспечивает автоматизацию основных операций и существенное улучшение условий труда, а по сравнению с литьем по выплавляемым моделям снижает трудоемкость на 30%, себестоимость на 25–30%, производственные площади на 20–30%, длительность цикла на 50%.

2.10. Оборудование для литья под давлением

При литье под давлением литейная форма заполняется сплавом под большим давлением (200–250 МПа), которое создается прессующим поршнем. Все элементы литейной формы (называемой пресс-формой), в том числе стержни, изготавливают из металлов. Высокие давления в пресс-форме стремятся раскрыть ее, поэтому механизм закрытия пресс-форм машины должен обеспечивать надежное удержание пресс-формы в замкнутом состоянии; часто он построен на основе мощных рычажных самотормозящих систем. Вследствие действия больших давлений и усилий все манипуляции с пресс-формой (открытие, закрытие, выталкивание отливки, вставка и вытяжка стержней и др.) выполняются только машиной.

Пресс-формы очень сложны, трудоемки и дороги. Поэтому литье под давлением применяется в основном в массовом и крупносерийном производстве отливок преимущественно из цветных (цинковых, алюминиевых, медных, магниевых) сплавов, которые при заливке имеют температуру гораздо меньшую, чем у черных. Если в некоторых местах отливки требуются, например, повышенная твердость, прочность, износостойкость и т. д. их армируют, вставляя в нужные места стальные, бронзовые и другие вкладыши. Универсальный блок (пресс-форма) для машин с горизонтальной холодной камерой прессования (рис. 2.19, а) устроен так. На неподвижной плите крепления 13 устанавливаются неподвижная обойма 12 с литниковой втулкой 19, закрепляемая болтами 14, и две колонки 15 для центрирования (совпадения) обеих полуформ (обойм). Колонки 15 при смыкании половин пресс-формы входят в направляющие втулки 16, запрессованные в подвижную обойму 11. Подвижная обойма вместе с подкладной плитой 10 и стойкой 9 закрепляется болтами 7 на подвижной плите крепления 8, устанавливаемой на подвижной плите машины; неподвижная обойма устанавливается на неподвижной плите машины. После кристаллизации отливки подвижные плита и обойма перемещаются влево, раскрывая пресс-форму (блок). После этого гидроцилиндр выталкивания машины двигает вправо по колонкам 1 на втулках 2 плиту выталкивателей 6 и скрепленную с ней винтами 3 плиту съема 5, несущую систему выталкивателей 18 и колонок возврата 17. При этом отливка выталкивается из подвижной обоймы. При смыкании пресс-формы колонки возврата, упираясь в плоскость разъема неподвижной обоймы, отводят плиту с толкателями в исходное положение, до упоров 4.

Рис.  2.19. Оборудование для литья под давлением

Стойкость пресс-форм (в тысячах запрессовок) может достигать для цинковых сплавов 300–500, для магниевых 80–100, для алюминиевых 30–50 и для медных 5–20. Наиболее широко применяются машины с холодной горизонтальной камерой прессования, позволяющие получать отливки массой до 50 кг (при литье алюминиевых сплавов), с числом холостых циклов в час от 300 до 21. На станине 1 таких машин (рис. 2.19, б) по направляющим 6 под действием самотормозящей рычажной системы 3, приводимой в действие гидравлическим цилиндром 2, перемещается подвижная плита 5 с гидровыталкивателем 4. На этой плите устанавливается подвижная часть пресс-формы. Неподвижная часть пресс-формы помещается на неподвижную плиту 7 с камерой прессования 8, куда заливается порция сплава, загоняемая в пресс-форму пресс-поршнем цилиндра 9.

Имеются машины с вертикальной холодной камерой прессования, отличающиеся меньшими габаритами, но имеющие более длительный цикл и меньшую производительность. Во многих случаях имеющиеся на заводах вертикальные машины заменяют горизонтальными.

Машины с горячей камерой прессования (рис. 2.19, в) отличаются высокой производительностью. Камера прессования 4 находится в тигле 5 с расплавленным металлом. Части пресс-формы 11 в момент прессования сжаты гидроцилиндром 9 через рычажный механизм запирания 8 между подвижной 10 и неподвижной 12 плитами. При движении прессового поршня 2 вниз под действием гидроцилиндра 1 сплав движется по металлопроводу 6, мундштуку 7 и заполняет пресс-форму. После затвердевания отливки поршень идет вверх, и остатки сплава сливаются в камеру прессования, а сплав из тигля через открывшееся отверстие 3 наполняет камеру. Подвижная плита отводится влево механизмом запирания машины, отливка выталкивается из пресс-формы. Затем пресс-форма обдувается, смазывается, смыкается и цикл повторяется. Машины-автоматы для литья под давлением с горячей камерой прессования предназначены для получения отливок из цветных сплавов (цинковых, оловянных, свинцовых) в серийном и массовом производстве. Машина 713А05М в автоматическом режиме производит обдувку, смазку и запирание пресс-формы, впрыск металла, выдержку времени кристаллизации отливки, раскрытие пресс-формы, выталкивание отливки. Масса заливаемой порции цинкового сплава составляет 1,8 кг. Время холостого цикла — не более 3 с. Эти машины применяют только при литье легкоплавких сплавов (свинцово-сурьмяных, оловянных, цинковых и магниевых, которые малоагрессивны к железу), т. к. высокая температура и агрессивная среда жидких металлов делают стойкость прессующего узла, находящегося в жидком сплаве с более высокой температурой плавления, неприемлемо низкой. Специальные заливочно-дозирующие агрегаты не нужны.

Рис.  2.20. Механический дозатор

К омплексы автоматизированные для литья под давлением включают базовую машину и оборудование с различной степенью механизации разного количества околомашинных операций (от одной-двух до всех): дозатор для заливки сплава пневматический, магнитодинамический, механический (рис. 2.20), иногда вместе с печью; механизм или манипулятор для удаления отливки из машины; устройство для обдувки и смазывания пресс-формы; пресс для обрезки литника и облоя; устройство для контроля параметров технологического процесса; устройство для охлаждения отливок; устройство смазывания камеры прессования; систему термостатирования пресс-формы.

Перечисленное оборудование поставляется и без машины, в комплектах средств околомашинной механизации, выпускаемых для механизации и автоматизации действующих на заводах машин литья под давлением. Поставляются не только полные комплекты, но и отдельные агрегаты из них.