Вертикально-стопочная формовка (ВСФ)

Литье в вертикально-стопочные формы позволяет обеспечить исключительную рациональность конструкции формы, в которой отливки располагаются на одном стояке в несколько этажей. Благодаря этому экономятся трудовые, материальные, энергетические и денежные ресурсы. По сравнению с литьем в парные формы достигается значительное увеличение производительности труда, поскольку для получения одинакового количества отливок требуется в 1,7-1,9 раз меньшее количество форм, соответственно сокращается расход формовочной смеси, возрастает выход годного вследствие компактности литниковой системы, экономится металл и снижаются топливно-энергетических затраты на его выплавку, сокращаются объемы капиталовложений на организацию производства из-за меньшей потребности в производственных площадях.

БЕЛНИИЛИТ'ом, создателем специального высокоэффективного оборудования для вертикально-стопочной формовки, исследованы и практически решены все проблемы процесса получения вертикально-стопочных форм. Создана оригинальная система автоматического управления главным звеном формообразования - дозированием формовочной смеси.

Некоторые особенности процесса формовки стопочных форм заключаются в следующем. Стопочная формовка имеет два технологических варианта формовки - с односторонним (I) и двусторонним (II) отпечатком моделей. На рис. 1 приведены вертикально-стопочные формы обоих вариантов.

Существенное различие между ними в том, что опоки для форм в I варианте (рис. 1,а) не имеют спаривающих элементов “штырь-втулка” ввиду допустимости некоторого смещения форм (1...2 мм) относительно оси стояка, что отражается лишь на прямолинейности стояка и не влияет на конфигурацию самих отливок.

В формах I варианта отливают заготовки поршневых колец, седел клапанов, соединительные части отопительных радиаторов и котлов, крышки, фланцы, конфорки бытовых электроплит и другие подобные изделия сравнительно простой конфигурации. Несравнимо белее широкий ассортимент отливок, в том числе получаемых с применением ciep-жней, охватываются формовкой II варианта (рис. 1,6). Это детали водозапорной арматуры, фитинги, мелющие шары, тормозные колодки, большая номенклатура корпусных деталей (корпуса тормозных цилиндров автомобилей, корпуса клапанов, штуцеры и т.п.).

Одна из трудноразрешимых проблем двусторонней ВСФ - несовместимость отпечатков смежных форм при сборке стопки, что вызывает разностенность и другие виды перекоса в отливках. Величина смещения отпечатков относительно друг друга зависит от трех факторов: точности монтажа моделей на плитах, зеркальности установки модельных плит низа и верха на машине, точности спаривающих элементов опок. При разработке оснастки эти факторы учитывают повышенными квалитетами ее точности, соблюдение которых контролируется специальными монтажными шаблонами в комплекте оснастки. В результате удается свести перекосы в отливках до 0,4 мм на сторону.

Уплотнение сырых песчаных форм осуществляется двусторонним воздействием на смесь, т.е. нижним и верхним прессованием. Этот метод наилучшим образом учитывает специфику литья в вертикально-стопочные формы (небольшие размеры опок, высокая точность дозирования смеси, повышенный металлонапор струи металла, воздействующий на нижние этажи формы и др.).

Схема образования двустороннего отпечатка модели выглядит следующим образом. Наполнительная рамка находится под опокой. После установки опоки и засыпки смеси прессовый стол прижимает опоку со смесью к верхней модельной плите, и начинается процесс уплотнения смеси посредством продвижения нижней модельной плиты вверх к неподвижной верхней. При этом смесь вытесняется из пространства наполнительной рамки пока нижняя модельная плита не приблизится к ладу опоки. Давление прессования существенно влияет на твердость формы лишь до определенного значения (рис.2,а). Оптимальным принято 0,7...0,8 МПа.

На рис.2, б приведены кривые распределения плотности смеси в форме толщиной 100 мм. При двустороннем прессовании (кривая 3) достигается практически одинаковая плотность с обеих сторон, т.е. создаются наиболее благоприятные условия для равномерного уплотнения смеси и получения четкого отпечатка моделей. Установлено, что при оптимальном режиме прессования твердость формы достигает максимальных значений, если насыпная плотность смеси находится в пределах р = 0,9...1,1 г/см³ (рис.2,в). Такими значениями р обладают смеси состава, %:

92 - отработанной смеси;

5 - кварцевого песка 2К₁О₂016;

3 - бентонитовой суспензии γ =1,075...1,985 г/см³.

Физико-механические свойства смеси должны соответствовать значениям: σ_сж = 0,09...0,12 МПа; формуемость >70%; уплотняемость >40%; газопроницаемость >100 ед.; осыпаемость <1%; влажность 3,0...4,0%. Смеси с такими свойствами можно получить в смесеприготовительных системах большинства цехов без их коренной реконструкции, что способствует освоению технологии литья при вертикально-стопочной формовке.

Исследование влияния геометрических параметров на процесс формирования вертикально-стопочной формы показало, что при оптимальном давлении прессования твердость формы мало изменяется в диапазоне высоты опок h =70... 120 мм (рис.2, г). Оптимальной высотой была принята - 100 мм. Допустимо увеличение h до 150 мм. В свету опоки могут иметь 500x400 мм. Для поршневых колец, по данным мировой практики, h =30...35 мм, а размеры опоки в свету приняты 395x345 мм.

При определении рациональной высоты самой стопочной формы Н, которая ограничивается способностью формы выдерживать термометаллодинамические нагрузки при заливке, оказалось, что независимо от h оптимальная Н = 700...750 мм, с учетом этого установлены эмпирические зависимости расчета элементов литниковой системы: стояк диаметром 25...28 мм, суммарное сечение питателей отливок одного этажа должно быть< 0,5 поперечного сечения стояка.

Наиболее ответственны операции засыпки и дозирования смеси в условиях неизбежных колебаний ее физико-механических свойств. На качество форм решающее влияние оказывает равномерность распределения по площади модельной плиты и точность дозирования смеси для получения строго регламентируемой толщины форм. При неравномерной засыпке и недостаточной дозе смеси форма недоуплотняется и возрастает вероятность пролива металла в ее разъемы. В случае же передозировки (если система не отрегулирована) резко увеличивается брак форм по подрывам кромок отпечатков моделей из-за чрезмерной толщины формы, а также возрастают непроизводительные потери смеси в отвал, которые могут достигать 50% оптимальной дозы. При высокой влажности смеси (4%) требуемая доза будет максимальной, и ее можно принять в качестве гарантированной для смеси меньшей влажности. Далее задача состоит в том, чтобы способ формирования дозы обеспечивал оперативное прекращение подачи смеси в дозатор по достижении объема гарантированной дозы.

Система дозирования смеси построена на базе шнекового способа. Ее преимущество - в минимальной инерционности и высокой равномерности потока смеси. Система позволяет мгновенно прекратить подачу смеси в дозатор после поступления сигнала о достижении заданного объема смеси.

Окончательная – отработка оптимальной дозы смеси осуществляется самой формовочной машиной с учетом конкретной конфигурации модельной плиты. При этом конечным критерием оптимальной дозы смеси служит толщина предыдущей формы, которая по норме должна превышать высоту опоки на 1...3 мм.

Новизна технических решений подтверждена 10 изобретениями, защищена патентом СССР и двумя патентами Республики Беларусь. Предприятиям Беларуси, стран ближнего и дальнего зарубежья поставлено 72 ед. оборудования. Полностью оснащены предприятия-производители поршневых колец в России- Мичуринский завод поршневых колец, КамАЗа, ГАЗа, ЗИЛа, ВАЗа. Специальное оборудование для вертикально-стопочной формовки получило широкое распространение и международное признание. БЕЛНИИЛИТом организовано серийное изготовление и сервисное обслуживание оборудования.

На Полоцком заводе сельхозоборудования применяется первая АФЛ мод. 7257 для производства широкой номенклатуры отливок в вертикально-стопочных формах (рис.3). Ее техническая характеристика:

Размер опокв свету....................................... 500x400x100 мм

Цикловая производительность............................. 140 форм/ч

Давление прессования.............................................. 0,8 МПа.

Установленная мощность,.......................................... 38 кВт

Габариты...................................................... 2300x5790x3200 мм

Масса............:............................................................. 23 т

Дата добавления: 2015-12-07