Оборудование литейного производства для литья в песчаные формы

1. Основные технологические циклы в литейном производстве

Производство отливок — сложный многостадийный процесс с многократным перемещением большого количества различных материалов, смесей, стержней, форм, модельно-опочной оснастки, отливок, отходов и др.

Можно выделить несколько главных потоков, обеспечивающих реализацию следующих технологических циклов (рис. 1):

• подготовка формовочных материалов и приготовление смесей;
• изготовление форм и стержней;
• подготовка шихтовых материалов, получение жидкого металла и заливка его в формы;
• выбивание, очистка и окончательная обработка отливок. Сумма последовательных технологических циклов определяет производственный цикл изготовления отливок.

2. Подготовка формовочных материалов и приготовление смесей

Формовочные и стержневые смеси составляются в большинстве случаев из свежих песчано-глинистых формовочных материалов, регенерата, оборотной смеси и различных добавок. Процесс приготовления смесей включает:

• разгрузку, складирование и подготовку свежих песчано-глинистых материалов и добавок;
• подготовку оборотной формовочной смеси;
• регенерацию отработанных смесей;
• приготовление смесей.

Рис. 1. Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах

Свежие пески и необходимые добавки подготавливаются на складах формовочных материалов, где производятся сушка, охлаждение и просеивание кварцевых песков; резка, сушка и измельчение глины; размалывание каменного угля; измельчение и просеивание высокоогнеупорных материалов (магнезита, циркона и др.); приготовление жидких связующих материалов, глиняных суспензий и др.

Подготовка оборотной смеси заключается в просеивании, магнитной сепарации, охлаждении и гомогенизации, т.е. придании ей однородности по содержанию влаги и температуре.

Регенерация отработанных смесей — это восстановление зернового состава смеси и активация поверхности зерен песка.

Приготовление смесей включает дозирование исходных материалов, их смешивание, выдержку смеси и ее разрыхление. Оборудование, применяемое для этого, можно разделить на следующие группы:

а) оборудование для складирования и подготовки формовочных материалов;

б) оборудование для подготовки оборотных смесей;

в) смесеприготовительное оборудование;

г) транспортное оборудование.

Установка для сушки песка в потоке горячего воздуха изображена на рис. 2. Сырой песок из расходного бункера 10 при помощи дискового 9 и ленточного 8 питателей подается в сушильную трубу 1, температура в которой достигает 500 °C. Разрежением, создаваемым вентилятором 4, сырой песок увлекается вверх со скоростью 15… 17 м/с и, проходя по трубе, в горячем газе быстро высыхает. Установка снабжена батарейным циклоном-осадителем 2 и скруббером 3 для сбора пыли. Из циклона-осадителя высушенный песок поступает в бункер 6, из которого подается на вибрационное сито 5, где просеивается и частично охлаждается. В качестве источника тепла рекомендуется использовать газ, подводимый к горелкам 7.

Влага с поверхности зерен удаляется тем быстрее, чем выше температура и скорость воздуха, омывающего частицы материала.

Рис. 2. Установка для сушки песка в потоке воздуха: 1 — сушильная труба; 2 — батарейный циклон-осадитель; 3 — скруббер для сбора пыли; 4 — вентилятор; 5 — вибрационное сито; 6 — бункер; 7 — горелка; 8 — ленточный питатель; 9 — дисковый питатель; 10 — расходный бункер Рис. 2. Установка для сушки песка в потоке воздуха

Этот метод позволяет реализовать многие преимущества пневматического транспорта: возможность совмещения по времени сушки и транспортирования, а также одновременного обеспыливания песка, компактность установки и др.

3. Дробильно-размольное оборудование для подготовки формовочных материалов

В зависимости от степени измельчения материала дробильно-размольные машины разделяют на дробилки и мельницы. По конструкции и принципу действия различают дробилки (щековые, валковые, молотковые) и мельницы (шаровые, молотковые, вибрационные и др.).

Механическое дробление может осуществляться:

• раздавливанием;
• изломом, при котором материал разрушается в результате изгиба;
• истиранием кусков материала какой-либо скользящей поверхностью;
• раскалыванием;
• ударом.

Валковые дробилки применяются в литейных цехах для мелкого и среднего дробления карьерной глины, сухих бракованных стержней, отработанных смесей и др. В них материал измельчается между вращающимися навстречу друг другу валками. На рис. 3 показана валковая дробилка, у которой один из валков 3 может перемещаться относительно рамы 1, сжимая пружину 2. Степень измельчения в валковых дробилках регулируется изменением зазора d между двумя валками с помощью сменных прокладок 6, которые имеют разную толщину.

Рис. 13. Валковая дробилка: 1 — рама; 2 — пружина; 3 — валок; 4 — бункер; 5 — измельчаемый материал; 6 — сменные прокладки

Формовочная или стержневая смесь приготавливается в результате нескольких операций: перемешивания компонентов смеси, увлажнения и разрыхления в смесеприготовительных комплексах (рис. 4).

Перемешивание осуществляется в смесителях. Это могут быть бегуны с вертикальными или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозаторов. Готовую смесь выдерживают в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц, после чего разрыхляют и подают на формовку.

Рис. 4. Смесеприготовительный комплекс: 1 — смеситель; 2 — весовой бункер-дозатор сухих компонентов на 70 кг; 3 — вихревой смеситель; 4 — рама; 5 — шнековый питатель; 6 — весовой бункер- дозатор жидких компонентов на 55 кг; 7 — весовой бункер-дозатор на 1200 кг; 8 — шнековый питатель; 9 — автоматизированное рабочее место лаборанта; 10 — пневмо- и электрооборудование 

4. Оборудование машинной формовки

В практике литейного производства применяют три основных способа машинной формовки: в парных опоках, в стопках и безопочный.

Первым способом форму изготавливают из двух половин — полуформ. Каждую полуформу (верхнюю и нижнюю) подготавливают в своей опоке, чаще всего на отдельной машине (автомате). После установки стержней полуформы соединяют попарно (устанавливают верхнюю на нижнюю) и перед заливкой скрепляют между собой.

При стопочной формовке часто в одной опоке совмещают верхнюю и нижнюю полуформы. Устанавливая опоки одну на другую в стопку, получают блок форм, которые заливают через один общий литниковый стояк. Изготавливают стопку форм на одной машине-автомате.

При безопочной формовке опок не требуется. Изготовливают- ся безопочные формы чаще всего на одной машине-автомате.

5. Изготовление форм и стержней. Условия и методы уплотнения формовочной смеси

Целью уплотнения формовочной смеси является достижение такой ее плотности и прочности, при которой литейная форма не изменяет свои размеры под влиянием статического, динамического и химико-термического воздействия заливаемого в нее металла и обеспечивает получение точной отливки с гладкой поверхностью.

Существует много методов уплотнения смеси в опоках:

• ручная набивка опок при помощи трамбовок;
• встряхивание с последующим уплотнением верхних слоев формы;
• встряхивание с одновременным прессованием (рис. 5);
• прессование;
• прессование с одновременной вибрацией;
• надув;
• надув с последующим прессованием;
• пескометная набивка.

Существует также ряд специальных методов уплотнения форм.

В соответствии с методами уплотнения формовочные машины можно разделить на следующие группы:

• встряхивающие;
• встряхивающе-прессовые;
• прессовые;
• вибропрессовые;
• пескодувно-прессовые;
• пескодувные (пескострельные);
• пескометы;
• импульсные.

Рис. 5. Вибропрессовая формовочная машина модели 226: 1 — штифтоподъемный механизм; 2 — прессовый поршень; 3 — плунжер вибратора; 4 — стол; 5 — станина-колонка; 6 — прессовая траверса; 7 — коленный клапан

По методу извлечения модели из формы различают машины со штифтовым подъемом, с протяжной рамкой, с поворотом полу- формы на 180°.

По конструктивной компоновке и методу агрегатирования формовочные машины разделяются на однопозиционные, двухпозиционные челночные, многопозиционные проходного типа, многопозиционные карусельного типа; по степени автоматизации — на неавтоматические и полуавтоматические; по виду привода — на пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромагнитные и механические.

Вибропрессовая машина с поршневым прессующим механизмом модели 226. Большинство прессовых формовочных машин, работающих с низким удельным давлением прессования 0,2…0,4 МПа, используются в мелкосерийном производстве. Они снабжаются вибраторами и представляют литой прессовый цилиндр (см. рис. 5), в котором перемещается прессовый поршень 2, несущий на себе стол 4 машины.

Прессовый механизм крепится к станине-колонке 5, на которой установлена прессовая траверса 6. Штифтоподъемный механизм 7 выполнен в блоке с прессовым цилиндром. Пуск воздуха в прессовый цилиндр во многих машинах производится автоматически при установке траверсы и подготовленного комплекта (модель, опока, смесь) в рабочее положение. С этой целью некоторые машины снабжаются автоматическим клапаном давления, который выключает машину по достижении заданного давления прессования.

В вибропрессовых машинах цилиндр вибратора обычно составляет одно целое с прессовым поршнем и размещается в средней его части. В цилиндр запрессована чугунная втулка, которая служит направляющей для плунжера вибратора 3 и обеспечивает воздухораспределение в ходе его работы.

6. Способы выбивки форм и конструктивные схемы выбивных устройств

Выбивка залитых форм — наиболее тяжелый и трудоемкий процесс в литейном производстве.

Основным узлом любой установки для выбивки форм является выбивное устройство, в котором разрушается набивка опок и происходит освобождение отливки от формовочной смеси. Наиболее распространенными способами выбивки являются инерционный и вибрационный, а также способ выпрессовки кома смеси с отливкой.

Суть инерционного способа заключается в том, что ком разрушается и выпадает из опоки в результате действия сил инерции, возникающих при ударе формы о решетку или выбивную раму.

Вибрационный способ разрушения форм заключается в сообщении вибраций стенкам опоки или ее крестовинам, от которых колебания передаются набивке. Для разрушения набивки вибрационным способом требуется в 8—9 раз больше энергии, чем при инерционном способе.

Выбивные барабаны применяются в устройствах для разрушения безопочных форм. Цилиндр 4 барабана (рис. 6) состоит из каркаса, обтянутого сеткой или покрытого металлическим листом с отверстиями.

Рис. 6. Барабан для разрушения безопочных форм: 1 — механизм для установки угла наклона барабана; 2 — электродвигатель; 3 — приемный бункер; 4 — цилиндр; 5 — стальная полоса 

Размер ячеек сетки или отверстий в листе зависит от величины отливок. К внутренней поверхности цилиндра приваривается по винтовой линии стальная полоса 5 высотой 80… 100 мм, служащая для направления форм и отливок в барабане во время выбивки. Цилиндр вращается на четырех катках, из которых одна пара приводится во вращение от вала, соединенного через редуктор с электродвигателем 2.

Для вентилирования установки вокруг цилиндра устраивается кожух, из которого через патрубок отсасывается воздух. Загружается барабан через приемный бункер 3, встроенный в кожух. Угол наклона барабана к горизонту может меняться, для этого в установке предусмотрен специальный механизм 1.

Просыпавшаяся через сетку или отверстия в цилиндре отработанная смесь попадает в бункер, расположенный под барабаном, а затем на ленту транспортера. Отливки же, передвинувшись по винтовой линии в конец барабана, сбрасываются по наклонному лотку на пластинчатый транспортер, доставляющий их в обрубное отделение.

Устройства для выбивки стержней из отливок. Выбивка и удаление стержней из внутренних полостей отливок требуют гораздо больших усилий, чем выбивка форм, так как стержни более прочные. Особенно трудно выбиваются стержни с металлическими каркасами. Для разрушения и выбивки стержней применяются вибрационные, гидравлические, пескогидравлические и электро- гидравлические машины и установки.

Вибрационные машины и установки — наиболее распространенный вид оборудования для выбивки стержней из отливок в условиях крупносерийного производства. В автоматической установке для выбивки стержней из отливки блока цилиндров двигателя (рис. 7) используется пневматическая вибрационная машина, состоящая из рамы, на которой установлены передняя и задняя бабки. На задней бабке расположен пружинный упор 3, а на передней — пневмозажим 8 с передвижным вибратором поршневого типа 7, заканчивающийся упором 6.

Отливки 4 подаются к вибромашине непрерывно движущимся подвесным конвейером. В момент совпадения центральной части отливки с осью зажима каретка 5 подвесного конвейера нажимает рычаг путевого переключателя, срабатывает воздухораспределительная аппаратура, управляющая цилиндром зажима 8, и отливка зажимается между упорами 3 и 6. Затем включается вибратор 7 и начинается выбивка стержня. Стержень разрушается в результате многократных сотрясений. Во время выбивки каретка конвейера опускается по радиальному участку, что позволяет ей перемещаться при зажатой отливке. Прекращается выбивка в момент подхода каретки конвейера к путевому переключателю. При этом раскрепляются упоры 3 и 6, отливка по рольгангу скатывается вниз и опять зависает на подвеске конвейера, доставляющего ее в очистное отделение цеха.

Выбитая стержневая смесь проваливается через решетку 2 в бункер 1. Для вентиляции участка выбивки предусмотрен мощный вентилятор. Производительность таких установок по объему стержневой массы составляет до 1 м³/ч.

При выбивке стержней на вибромашине такого типа может быть использован пульсирующий подвесной конвейер. В этом случае при проходе отливки между упорами путевой выключатель останавливает конвейер — происходит зажим и выбивка стержня.

Рис. 7. Вибрационная установка для выбивки стержней из отливок: 1 — бункер для приема отработанной стержневой смеси; 2 — решетка; 3 — пружинный упор; 4 — отливка; 5 — каретка конвейера; 6 — упор; 7 — передвижной вибратор поршневого типа; 8 — пневмозажим 

Продолжительность остановки конвейера, а значит, и продолжительность выбивки регламентируются реле времени.

В литейных цехах с массовым характером производства выбивка стержней из отливок осуществляется также на вибромашинах, установленных на карусельные столы