Оборудование литейных цехов
СОДЕРЖАНИЕ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
Формовочные машины механизируют как процесс уплотнения форм, так и процесс извлечения модели из формы. Они могут приводиться в действие от различных энергоносителей, иметь различие в конструктивном исполнении и разную степень автоматизации. В соответствии с этим их можно классифицировать по следующим признакам:
- по методу уплотнения формовочной смеси: прессовые, встряхивающие, пескодувные, пескометные, импульсные, комбинированные;
- по способ извлечения модели из формы: вытяжные и поворотно-вытяжные;
- по роду привода: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические, электромагнитные и комбинированные;
- по конструктивной компоновке: одно-, двух- и многопозиционные;
- по способу перемещения опок: проходные, челночные и карусельные;
- по степени автоматизации: неавтоматические, полуавтоматические, автоматические.
Классификация по методу уплотнения является более общей, поэтому ее берем за основу дальнейшего рассмотрения формовочных машин.
Процесс уплотнения формы зависит от способа силового воздействия на смесь. Исследования показывают, что на поведение смеси при уплотнении существенно влияет скорость изменения сжимающих напряжений, поэтому следует различать статические и динамические методы уплотнения.
К статическим методам относятся все способы прессования литейных форм. Для этих методов характерно относительно медленное увеличение сжимающей нагрузки (скорость перемещения прессовой колодки относительно опоки не превышает 0,1 м/с); сам процесс уплотнения длится несколько секунд. Методы уплотнения, при которых время приложения нагрузки не превышает 0,1-0,2 с, а сжимающие напряжения в смеси быстро растут и также быстро уменьшаются, являются динамическими. Для этих методов характерна высокая скорость деформации смеси. Существенную роль, а в некоторых случаях решающую, играют инерционные силы.
1.1 Прессовые формовочные машины
Среди формовочного оборудования широко распространены прессовые формовочные машины.
Прессовая формовочная литейная машина - это машина, уплотняющая формовочную смесь прессованием. Машины в зависимости от направления движения смеси относительно опоки подразделяют на машины с верхним и нижним прессованием. По конструкции прессующего элемента различают машины с жесткой прессовой плитой, с профильной плитой, с гибкой диафрагмой, с многоплунжерной головкой. По величине давления прессования (МПа) прессовые формовочные машины можно разделить на машины с низким (до 0,3), средним (0,3-0,7), повышенным (0,7-2), высоким (2-5), очень высоким (свыше 5) давлением. По конструктивному исполнению существуют поршневые, диафрагменные, рычажные, катковые, мундштучные прессовые машины. По роду привода - пневматические, гидравлические, электромагнитные и комбинированные. Если в целях интенсификации процесса уплотнения прессованием применяют вибраторы, то такие машины называют вибропрессовыми. При прессовании требуется замыкание усилия прессования, поэтому прессовые, а также прессово-встряхивающие машины по конструктивному оформлению бывают трех видов: одно-, двух- и четырехколонными.
Способ уплотнения форм прессованием экономичен. Прессующий механизм прост конструктивно и надежен в эксплуатации. Прессовые формовочные машины легко поддаются автоматизации. Кроме этого, прессование легко комбинируется со многими другими способами формовки.
1.2 Встряхивающие формовочные машины
При уплотнении формовочной смеси встряхиванием стол машины вместе с опокой поднимается на высоту 30-100 мм и, падая с этой высоты, ударяется о преграду. Уплотнение формовочной смеси в опоке происходит в момент удара стола о станину машины под действием сил инерции смеси.
Главной особенностью силовых процессов при ударе является кратковременность действия сжимающих напряжений, возникающих в смеси в течение малого промежутка времени.
Основным узлом встряхивающей формовочной машины является встряхивающий механизм. Как любой механизм, он должен соответствовать определенным техническим требованиям.
Встряхивающий механизм поднимает модельную плиту и опоку со смесью на некоторую высоту, поэтому содержит привод. При ударе стола о фланец машины на фундамент может передаваться значительный импульс, поэтому следует принимать меры по его снижению. Процесс должен быть экономичным. Механизм должен допускать регулировку основных технологических параметров. Все эти вопросы решены в разных конструкциях машин в различной степени, поэтому встряхивающие механизмы классифицируют по следующим признакам: по роду привода; по степени амортизации удара; по характеру рабочего процесса; по типу воздухораспределения.
Классификация по роду привода
По роду привода различают пневматические и электромеханические встряхивающие механизмы. Благодаря простоте управления, надежности и безопасности в эксплуатации наибольшее распространение получили пневматические встряхивающие механизмы, поэтому далее будем рассматривать только машины с пневматическим приводом.
В пневматическом механизме в работу уплотнения смеси преобразуется энергия сжатого воздуха. Встряхивающий механизм состоит из пневматического двигателя, передаточного механизма и исполнительного устройства.
Рис. 1. Схема пневматического встряхивающего механизма
В простейшем случае пневматический двигатель встряхивающего механизма (рис. 1, а) состоит из поршневой пары б и 7, воздухоподводящего 8 и выхлопного 9 трубопроводов. Цилиндр пневматического двигателя выполняется либо в виде гильзы, запрессованной в станину, либо сама станина служит одновременно и цилиндром. Поршень выполняется обычно в виде пустотелого цилиндра и чаще всего крепится к столу винтами.
Передаточный механизм состоит из станины 6, стола 5, упругой прокладки 10 и служит для передачи энергии удара рабочему органу машины -модельно-опочной оснастке 2, 3,4 и формовочной смеси 1.
При открытии впускного крана воздух из магистрали по трубопроводу 8 попадает в поршневое пространство, поднимая поршень 7 со столом 5 на некоторую высоту (рис. 1, б). Когда поршень пройдет выхлопное отверстие 9, давление в цилиндре резко упадет. Пройдя еще некоторый путь по инерции, поршень остановится и начнет падать, произойдет удар через упругие прокладки 10 о станину 6.
Классификация по характеру рабочего процесса
По характеру рабочего процесса встряхивающие механизмы бывают: без отсечки и расширения воздуха, с отсечкой без расширения воздуха, с отсечкой и расширением воздуха.
Если в механизме периодически открываются и закрываются выхлопные отверстия, а сжатый воздух подается непрерывно (рис. 1), такие механизмы называются встряхивающими без отсечки и расширения воздуха. Они просты и надежны в эксплуатации, но не экономично используют сжатый воздух.
Если при подъеме поршня в какой-то момент впускное отверстие закрывается, то это механизм с отсечкой сжатого воздуха. При этом возможно два состояния выхлопных отверстий. Если одновременно с закрытием впускных отверстий (отсечка подачи воздуха) откроются выпускные отверстия, то такой механизм будет называться с отсечкой без расширения сжатого воздуха. Если после закрытия впускных отверстий выпускные откроются после прохождения поршнем некоторого пути, то такой механизм будет называться с отсечкой и расширением сжатого воздуха, а этот участок пути — ходом расширения.
Рис. 2. Встряхивающий механизм
с отсечкой и
расширением сжатого воздуха.
Схема механизма с отсечкой и расширением сжатого воздуха приведена на рис. 2. От рассмотренного выше механизма без отсечки и расширения (рис. 1) он отличается организацией подвода сжатого воздуха. Впускное отверстие 4 расположено выше и при нижнем положении поршня сообщается с поршневой полостью цилиндра 3 через отверстие 2 в стенке поршня 1. При включении машины, сжатый воздух через отверстия 4 и 2 поступает в цилиндр 3 и начинает поднимать 1 (рис. 2, а). В момент, когда нижняя кромка отверстия 2 совпадет с верхней кромкой отверстия 4, подача сжатого воздуха в цилиндр прекратится (рис. 2, б). Поскольку выхлопное отверстие 5 еще закрыто, воздух в цилиндре будет расширяться, и толкать поршень вверх. Когда нижняя кромка поршня 1 совпадет с нижней кромкой выхлопного отверстия 5, воздух из цилиндра начнет выходить в атмосферу, и давление будет падать. При этом поршень может подняться еще на некоторую высоту по инерции. После остановки поршня начнется его падение, завершающееся ударом стола о прокладку. При перемещении поршня из верхнего положения в нижнее произойдет сначала закрытие выхлопного отверстия, затем открытие впускного, поэтому после удара снова начнется подъем поршня. Так будет продолжаться до тех пор, пока не отключат подачу сжатого воздуха.
Механизмы с отсечкой и расширением сжатого воздуха наиболее полно используют энергию сжатого воздуха.
Механизм с отсечкой без расширения воздуха устроен также, только выхлопное отверстие 5 расположено ниже и начинает открываться в момент полного закрытия впускного отверстия 4.
По экономичности такие механизмы занимают промежуточное положение между механизмами без отсечки и с отсечкой и расширением.
Классификация по степени амортизации удара
При работе механизма энергия удара частично переходит в работу уплотнения смеси, а значительная ее часть может передаваться на фундамент машины. Возникающие при этом колебания грунта оказывают вредное влияние на рабочих и здание. При использовании больших машин возможны значительные повреждения несущих конструкций здания цеха, поэтому при проектировании встряхивающих механизмов принимают меры по снижению воздействия ударов на фундамент машин. При этом существует три возможности передачи удара: полностью; частично; не передается на фундамент. Соответственно различают следующие виды встряхивающих механизмов: без амортизации удара; с частичной амортизацией (со смягчением удара); с полной амортизацией.
Встряхивающие машины, у которых удар непосредственно передается на фундамент, называются машинами без амортизации ударов. В таком механизме удар, воспринимаемый прокладкой через гильзу цилиндра встряхивания, передается на фундамент, на котором установлена машина (см. рис. 1).
6 5 3 2 1 7 4
а) б) в)
Рис. 3. Встряхивающий механизм со смягчением удара
Рис. 4. Устройство упругого фундамента
Пример механизма со смягчением удара приведен на рис. 3.
Механизм состоит из цилиндра 3 с подъемным поршнем 2, объединенным с встряхивающим цилиндром, в котором установлен встряхивающий поршень 1. При включении машины, сжатый воздух через впускное отверстие 4 поступает в поршневую полость подъемного цилиндра 3 и поршень 2 поднимается в верхнее положение (рис. 3, б). Поршневая полость встряхивающего цилиндра через обводной канал 6 в стенке подъемного цилиндра 3 и канал 5 в подъемном поршне 2 соединяется с поршневой полостью цилиндра 3.
С этого момента начинается процесс уплотнения смеси встряхиванием (рис. 3, в), аналогично рис. 1.
Энергия удара стола о прокладку передается на фундамент через объем сжатого воздуха в подъемном цилиндре. Часть энергии расходуется на деформацию воздуха и рассеивается в виде тепла, поэтому воздействие ударов на фундамент ослабляется.
Сравнение рис. 3 и рис. 1 показывает, что механизм со смягчением ударов с помощью сжатого воздуха сложнее конструктивно и при одинаковой грузоподъемности больше по размерам. По этой причине машины большой грузоподъемности изготавливают так, как показано на рис. 1, но устанавливают их на фундамент 1 с упругим слоем 2 (рис. 4). В качестве упругого слоя используют деревянные брусья или пробку. Под гайки 5 фундаментных болтов 3 устанавливают пружины 4.
Большое распространение получили машины с полной амортизацией ударов (рис. 1.34). Под «амортизацией» пневматического двигателя понимают такую его конструкцию, при которой одна или обе соударяющиеся массы снабжены упругими элементами, например, пружинами сжатия, пневматическими баллонами. В результате сжатия упругих элементов в период впуска воздуха энергия накапливается, а в период выхлопа преобразуется в работу удара. Это позволяет за относительно короткое время подать в цилиндр больше энергии и совершить большую полезную работу, т. е. повысить мощность встряхивающего механизма.
6 1 4 3 2 5
а)
Рис. 5. Встряхивающий механизм с полной амортизацией удара
Встряхивающий механизм на рис. 5 отличается от рассмотренных выше механизмов схемой подвода сжатого воздуха 2 и наличием массивного цилиндра-амортизатора 3. Цилиндр-амортизатор является одновременно встряхивающим. Он помещен в направляющий цилиндр 5 и опирается на пружину 4.
При подаче сжатого воздуха через каналы 2 в столе машины (рис. 5, а) начинается движение поршня 1 со столом вверх, а цилиндра-амортизатора 3 -вниз. При этом происходит сжатие пружины 4. После того как откроется выхлопное отверстие 6, давление сжатого воздуха в поршневой полости упадет, но оба элемента будут двигаться некоторое время по инерции (рис. 5, б). После остановки поршень 1 начнет падать под действием силы тяжести, а цилиндр-амортизатор 3 подниматься под действием пружины 4. В момент их встречи произойдет удар и уплотнение смеси, причем энергия удара на фундамент почти не передается.
Классификация по типу воздухораспределения
По типу воздухораспределения пневматические двигатели встряхивающих механизмов бывают: с поршневым, клапанным и золотниковым распределением сжатого воздуха.
На рис. 6 представлена схема встряхивающего механизма с отсечкой сжатого воздуха простым односедельным клапаном.
Работает такой механизм следующим образом. В исходном положении (рис. 6, а) стержень клапана 4 упирается в дно цилиндра 5. При этом клапан не касается седла, выполненного в перегородке поршня 3. При включении машины, сжатый воздух через канал 1 в столе и отверстие в перегородке поршня проходит в поршневую полость встряхивающего цилиндра 5. Поршень начинает подниматься, а массивный клапан остается на месте. В некоторый момент седло коснется клапана, и отверстие окажется закрытым (рис. 6, б). Дальнейшее движение поршня будет определяться взаимным расположением нижней кромки поршня 3 и выпускного отверстия 6. Если одновременно с закрытием клапана откроется выхлопное отверстие, то поршень будет двигаться вверх только по инерции. Если в момент закрытия клапана, выхлопное отверстие еще будет закрыто, движение будет происходить сначала за счет расширения сжатого воздуха, а затем по инерции.
Остановившись в верхней точке, поршень начнет падать. Когда нижний торец клапана упрется в дно цилиндра, отверстие откроется. Сжатый воздух начнет поступать в поршневую полость. Механизм готов начать следующий подъем поршня сразу после удара.
Как видно из рисунка 6, в данном механизме отсечка сжатого воздуха осуществляется клапаном, а выхлоп переключается поршнем, то есть имеет место смешанное клапанно-поршневое распределение воздуха. Наличие клапана позволяет регулировать момент отсечки сжатого воздуха, но для этого необходимо частично разобрать механизм. Моменты открытия и закрытия выхлопного отверстия не регулируются.
Свободными от указанных недостатков являются механизмы с двухсе-дельным клапаном и с золотником. В обеих конструкциях управляющее устройство выполнено в виде отдельного узла и расположено вне цилиндра, что позволяет легко выполнить регулировку.
2. СТЕРЖНЕВЫЕ МАШИНЫ
Процесс изготовления стержней мало отличается от изготовления форм, поэтому применяются те же машины. В качестве стержневых используют пескодувные (пескострельные), встряхивающие, вибропрессовые машины и пескометы. Поскольку основная номенклатура стержней имеет массу до 100 кг, шире применяются пескострельные машины как наиболее производительные и автоматизированные.
При производстве некоторых массовых отливок требуется большое количество одинаковых стержней постоянного сечения простой конфигурации (цилиндрические, призматические и т. д.). В этом случае можно использовать мундштучные машины (рис. 7).
Рис. 7. Мундштучная стержневая машина
Мундштучная стержневая машина имеет предельно простую конструкцию. Она состоит из корпуса 5, верхняя часть которого является приемным бункером для смеси, мундштука 3, соединенного с корпусом накидной гайкой 4 и прессующего механизма. Прессующий механизм включает в себя подвижный полый плунжер 6, неподвижный стержень 8 и приводной кривошипно-ползунный механизм 7. Для приема стержня служит приемный стол 1. Для объединения всех элементов машины используются два опорных кронштейна 9 и 10 и основание 11.
При работе машины плунжер 6 запрессовывает стержневую смесь в мундштук 3. Благодаря трению смеси о стенки мундштука и стержень 8 происходит уплотнение смеси и на приемный стол выдавливается готовый стержень 2 некоторой длины. После сушки стержень разрезают на куски необходимой длины. Таким методом получают стержни поперечником от 18 до 100 мм.
3. СПОСОБЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ДРОБЛЕНИЯ
Для приготовления формовочных смесей широко применяют бентонит (сухую молотую глину), маршаллит (молотый кварцевый песок), молотый уголь и другие пылевидные материалы. Эти материалы, как правило, должны поступать в литейный цех в готовом виде, хотя до сих пор еще некоторые цехи приготавливают их сами. Помимо этого требуется измельчать крупные куски отработанной смеси. Поэтому в системе приготовления формовочных материалов в литейных цехах используют различного рода дробилки.
Под дроблением понимают процесс разделения твердых тел на части, сопровождающийся упругими и пластическими деформациями дробимого тела и образованием новых его поверхностей.
Процесс дробления осуществляется следующими способами: раздавливанием (рис. 8, а); раскалыванием (рис. 8, б); изломом (рис. 8, в); истиранием (рис. 8, г) и ударом (рис. 8, д).
а) б) в) г) д)
Рис. 8. Основные методы механического дробления
Для прочных материалов (сухая глина, каменный уголь) наиболее рационально использовать раздавливание и удар, а для влажных и вязких материалов рекомендуется раздавливание в сочетании с истиранием.
В зависимости от степени измельчения материала дробильное оборудование разделяют на дробилки и мельницы. Дробилки измельчают материал до размера кусков d = 15-25 мм. Мельницы измельчают материал до размера зерен d < 0, 1 мм.
В зависимости от характера воздействия на дробимый материал и конструктивных признаков различают следующие типы дробилок: щековые, молотковые, валковые и типы мельниц: шаровые, молотковые, вибрационные и др.