Импульсное уплотнение формовочной смеси. История и реальность

Литейные формы, получаемые из смеси песка и глины, необходимо уплотнять, чтобы придать им необходимую прочность. Это нужно для того, чтобы получить качественный отпечаток модели и обеспечить достаточную прочность при манипуляциях с формой, заливкой расплавленного металла и кристаллизации отливки.

Уплотнять форму можно разными способами. Сегодня мы расскажем вам о методе импульсного уплотнения.

Давление, возникающее при подаче воздуха, ударно воздействует на формовочную смесь, которая ускоряется и резко тормозит, ударяясь о модельную плиту. Достаточно одного рассчитанного «выстрела», чтобы форма приобрела необходимую плотность и прочность.

Уплотнение взрывом

Начинался метод с газоимпульсного уплотнения. В 60-х годах прошлого века решили использовать энергию взрывной волны, которая образовывалась при сгорании в замкнутом пространстве воздушно-газовой смеси.

На принципе газоимпульсной формовки долгое время выпускала формовочные машины фирма Георг Фишер. Она поставила оборудование в десятки стран мира.

Газоимпульсная формовочная машина представляла собой колпак, к которому поджималась опока с моделью и смесью. С помощью свечи высокого напряжения горючая смесь природного газа и воздуха поджигалась и мгновенно вспыхивала. Давление при взрыве составляло 0,4 … 0,87 МПа, объём камеры, где происходило сгорание – был равен 3 – 4 объёма опок.

Однако способ этот далеко не безопасен и наносит вред окружающей среде – продукты горения, которые образуются в большом количестве, выделяются в атмосферу.

В этом же направлении велась разработка оборудования и в СССР. Над газоимпульсной формовкой трудились специалисты научных институтов: ВНИИЛитМаш в Москве, БелНИИЛит (НИИЛитАвтопром) в Минске, НИИПТМаш в Краматорске, ВПТЛитПром в Липецке, НПП «Технолог» в Ташкенте.

Однако время шло, повышались требования к безопасности и экологичности производства. Поэтому к концу 20 века интерес к газоимпульсной формовке угас, а исследования учёных в этой области так и остались на уровне опытных образцов.

Зато постепенно получил развитие метод импульсного уплотнения сжатым воздухом.

Уплотнение воздухом

Ещё в 60-х годах прошлого века в НИИПТМаш в Краматорске развивал метод уплотнения смеси с помощью сжатого воздуха высокого давления от 10 МПа. Для его правильной работы необходимо было использовать эффективно работающие импульсные головки с клапанами различного исполнения.

Сжатый воздух собирается в специальной ёмкости – ресивере, оттуда поступает в полость импульсной головки, открывается быстродействующий клапан и сжатый воздух резко выбрасывается в пространство над смесью. Проходит через неё, увлекая за собой формовочную смесь.

Далее воздух уходит через венты в модельной плите, а разогнанная воздухом до большой скорости смесь резко останавливается, образуя плотную форму.

Конечно, такой способ уплотнения был более безопасным и экологичным во всех отношениях. Поэтому он получил широкой распространение. На заводы нашей страны поставлялось оборудование для уплотнения опок от 700 х 800 мм до 3000 х 2000 мм.

Однако импульсное уплотнение с высоким давлением всё равно не получило широкого распространения из-за сложности работы именно с воздухом такого уровня давления. Для его реализации необходимо специальное оборудование – компрессоры, ресиверы и клапаны, которые могли бы работать с такими показателями давления, а это удорожает процесс.

В конце 70-х мир импульсного уплотнения перевернула немецкая фирма BMD. Они стали использовать воздух сетевого давления.

Дальше машины импульсного уплотнения стали планомерно развиваться и совершенствоваться. Первоначальную резиновую мембрану, которая выполняла роль импульсного клапана, заменили клапаном с механическим приводом. Сейчас используют тарельчатые, пластинчатые, перфорированные, шиберные, мембранные, поршневые клапаны. А по типу привода машины могут быть гидравлические или пневматические.

Жёсткий и мягкий импульс

К 80-м годам прошлого столетия производители импульсных формовочных машин разделились на два «лагеря». Одни разрабатывали технологию «жёсткого» импульса, вторые – «мягкого».

Характеризуются эти два процесса скоростью нарастания давления воздуха над массой смеси. В случае «жёсткого» импульса давление растёт мгновенно и уходит на это от 0,002 до 0,012 с. При такой огромной скорости воздействия, воздух не успевает профильтроваться через зёрна смеси, а как бы сдвигает сразу весь ком, который упирается в модельную оснастку, а расстояние между зёрнами смеси сокращается и смесь уплотняется.

Этот способ реализован в оборудовании, выпускаемом фирмами Kunkel-Wagner и другими.

В случае «мягкого» импульса скорость нарастания давления над смесью составляет 0,15 – 0,35 с. Такой процесс ещё называют фильтрацией. Воздух увлекает за собой частички песка и выходит через венты в модельной плите. Этот способ уплотнения способствует доуплотнению смеси в узких «карманах» модельной оснастки.

Такой способ импульсного уплотнения применяется в оборудовании фирмы HEINRICH WAGNER SINTO и называется Сейатсу-процесс.

Один большой недостаток импульсного уплотнения

Да, к сожалению, у этого чудесного способа уплотнения есть недостаток – при любом варианте уплотнения импульса сжатого воздуха верхний слой формы всегда остаётся рыхлым. Эту проблему преодолевают либо доуплотняя смесь, либо срезая излишек.

Один из способов, предложила и реализовала фирма HEINRICH WAGNER SINTO, он называется Сейатсу-процесс. Он представляет собой комбинированный метод уплотнения – воздушный импульс с последующим прессованием.

Такой вариант реализации импульсного уплотнения формовочной смеси обладает рядом преимуществ:

•  высокая плотность формы по всему объёму
• универсальность в использовании песчано-глинистых смесей с прочностью до 2 кг/см2
• повышенная газопроницаемость формы, чем при просто прессовании, при сохранении одинаковой плотности
• экономия энергии в несколько раз по сравнению с прессовым методом уплотнения 
• возможность получения отливок более высокого  класса точности, чем при встряхивании с подпрессовкой

Специалисты компании СЛТ проконсультируют вас по процессам формообразования, порекомендуют технологию и помогут с подбором оборудования, в том числе и в новых сложившихся реалиях.