Проверенное временем. Секреты создания форм для литья в песчано-глинистые формы

Состав ПГС довольно традиционен, обычно она состоит из песка, связующего – глины или бентонита (сильно набухающей глины), воды и добавок, которые могут делать смесь более пластичной, прочной, придавать ей антипригарные свойства или ещё какие-то дополнительные качества.

В зависимости от способа уплотнения свойства формовочной смеси регулируют. Выбирают же способ уплотнения в зависимости от номенклатуры, конфигурации, точности и серийности отливок. В данной статье мы рассмотрим современные способы уплотнения ПГС – опочную и безопочную формовку. Устаревшие способы уплотнения - ручная и пневматическая трамбовка, а также пескомётный способ разбирать не будем, ввиду того что используются они всё реже и реже.

В начале способ уплотнения формовочной смеси можно разделить на опочное и безопочное уплотнение. Выбор способа зависит от конфигурации и серийности отливки, которую нужно получить.

Опочная формовка

Опока – это, как правило, ящик, внутри которого и происходит уплотнение смеси. Смесь заполняет эту опоку и считается, что в этот момент происходит предварительное уплотнение смеси. Чем больше высота засыпки смеси в опоку, тем больше предварительное уплотнение, тем лучше уплотняются узкие места между моделью и стенкой опоки или узкие «карманы» в самой модели.

Далее смесь уплотняется окончательно. Для этого используют различные способы уплотнения и, соответственно, различное оборудование.

3 основных способа уплотнения ПГС в опоке

1. Встряхивание – стол с опокой и подмодельной плитой с засыпанной смесью поднимается и резко опускается останавливаясь.

2. Прессование – усилие на смесь развивается с помощью пресса, и оно может быть:
- верхним, когда прессовый элемент движется в сторону модельного комплекта сверху
- нижним, когда в формовочную смесь внедряется модель (сверху или снизу, не важно)

3. Импульсное уплотнение сжатым воздухом – когда через формовочную смесь пропускается поток воздуха, за счёт чего происходит уплотнение формы.

Для этого на верхней части машины находится быстродействующий клапан, соединённый с ресивером, в котором находится сжатый воздух. При открывании клапана воздух устремляется в форму, проходит через ПГС и выходит со стороны модельной плиты. Для того чтобы воздух проходил на модельной плите и модели, особенно в узких местах, делаются специальные отверстия, венты. Движущийся воздух увлекает за собой формовочную смесь, которая, затормаживая у поверхности модельной оснастки, уплотняется, а воздух при этом уходит через венты.

Различают жёсткий и мягкий импульс в зависимости от скорости нарастания давления над смесью – от атмосферного до максимального.

Жёсткий импульс – скорость нарастания давления над смесью до максимального значения 0,03 секунды.

Мягкий импульс, так называемый «сейатцу-процесс», когда скорость нарастания давления меньше – от 0,4 до 1 секунды. Это можно назвать «просто продувкой» смеси.

Основная задача воздушного потока «вогнать» смесь в узкие места и уплотнить.

Особенности основных способов опочной формовки

1. Встряхивание

Когда модельная оснастка с опокой поднимается, опускается и резко тормозится, уплотнение смеси происходит, начиная с нижних слоёв формы – у модельной плиты. По мере увеличения расстояния от поверхности оснастки плотность формы уменьшается. При этом при каждом виброударе образуется новая форма, а предыдущая разрушается. Чтобы этот процесс происходил, то есть для обеспечения возможности уплотнить форму встряхиванием, необходимо обратить внимание на прочность смеси. Она должна быть невысокой – до 1 кг/см2. Если взять высокопрочную смесь, такого эффекта не получится – разрушения и перестраивания формы при ударе не будет.

2. Прессование

Вне зависимости от способа прессования – верхнего или нижнего – максимальная плотность смеси возникает у поверхности прессующего элемента.

В случае верхнего прессования максимальная плотность возникает около прессующей головки. При нижнем – на лобовых поверхностях модельной оснастки. Соответственно, в первом случае поверхностные слои формы уплотнены лучше, чем нижние, а во втором, наоборот – внизу у модельной оснастки, особенно в самых высоких точках, уплотнение выше, чем сверху. Текучесть смеси в данном случае играет большую роль. Если этот показатель на достаточно высоком уровне, он может нивелировать этот недостаток, но, как правило, избежать различий в плотности формы, регулируя только свойства смеси, невозможно.

3. Импульс сжатого воздуха

Распределение плотности смеси по форме напоминает то, что получается в результате уплотнения встряхиванием. Формовочная смесь, увлекаемая импульсом сжатого воздуха, движется сверху вниз по высоте опоки и резко тормозится у поверхности модельной оснастки. В результате максимальное уплотнение возникает в районе модельной плиты.

Поэтому для выравнивания плотности по всей высоте опоки применяют комбинированные способы уплотнения: нижнее прессование с верхней подпрессовкой, встряхивание с верхней подпрессовкой, импульс сжатого воздуха с верхней подпрессовкой

Важно так подобрать усилия уплотнения и свойства смеси, чтобы прочности полученной формы хватало на то, чтобы потом совершать с ней манипуляции: протягивать, кантовать и выдерживать заливку.

Безопочная формовка

Это способ получения формы, когда формирование кома, в который в последующем происходит заливка металла, происходит не в отдельном ящике – опоке, а внутри формовочной машины. Различают вертикальную и горизонтальную безопочную формовку по плоскости разъёма.

Вертикальная безопочная формовка

Этот принцип реализуется в формовочных машинах, работающих по принципу «дизаматик». Две модельные плиты располагаются вертикально. На одной монтируется одна часть полумоделей, на противоположной – вторая. И в образовавшееся пространство пескодувным способом задувается формовочная смесь, которая прессуется этими вертикально стоящими плитами. Такой сформированный ком, на одной стороне которого располагается верхняя полуформа, на второй – нижняя, выталкивается из машины. Процесс повторяется и таким образом собирается цепочка из форм.

Способ используется для не сильно металлоёмких и развитых отливок, обычно небольших в крупносерийном производстве. Потому что и сам ком должен быть небольшим, чтобы его плотность была равномерной по всему сечению. А также необходимо, чтобы всё пространство формы достаточно равномерно заполнялось при пескодувной засыпке. Скорость изготовления таких отливок высока – до 300 и более форм в час.

Как правило, в безопочной формовке используются высокопрочные смеси, потому что при заливке они должны выдержать без дополнительного усиления опокой, нагрузку от заливаемого металла.

Горизонтальная безопочная формовка

Эта технология уплотнения смеси пришла к нам сравнительно недавно. Она даёт больше возможностей в плане разнообразия номенклатуры отливок, чем уплотнение по принципу «дизаматик».

Единая модельная плита располагается горизонтально. На верхней её стороне располагается модель верха, на нижней – модель низа. Пескодувным способом заполняется пространство машины формовочной смесью и происходит прессование формы. Далее модели протягиваются, снимаются полуформы, собирается форма и без опоки, за счёт собственной прочности, она готова к заливке.

Особенности формовочной смеси ПГС для разных способов формообразования

Как уже отмечалось выше, разные способы уплотнения ПГС требуют от смеси разных свойств, что обуславливается физическими процессами, происходящими при том или другом способе уплотнения.

Так, при встряхивании и встряхивании с подпрессовкой применяются низкопрочные смеси. При прессовании в различных его комбинациях – среднепрочные. При уплотнении импульсом сжатого воздуха и в безопочной формовке – высокопрочные смеси.

Если говорить, с точки зрения качества получаемого литья, то наиболее высокую точность, воспроизводимость и чистоту поверхности отливок можно получить именно на высокопрочных смесях.

После выбивки ПГС регенерируют и возвращают в оборот. Регенерация ПГС заключается в очистке от металлических включений и остатков стержней, разбивании комьев, охлаждении, а также освежении. Для освежения ПГС в неё добавляют выгоревшие и ушедшие вместе с отливкой компоненты: свежий песок, глину, воду и добавки в необходимых по расчётам количествах.

Себестоимость отливок, получаемых на смесях ПГС, считается наименьшей, хотя изначальный объём капитальных вложений выше, чем в других технологиях.

Специалисты компании СЛТ не просто поставляют оборудование для нужд литейного производства. Они разбираются в особенностях и тонкостях технологии, без отладки которой невозможно получить качественного и конкурентоспособного литья, и отрабатывают все этапы технологического процесса в условиях цеха, небольшого завода или крупного предприятия.