Встряхивание с верхней подпрессовкой многоплунжерной головкой
Технология получения песчано-глинистых форм встряхиванием – процесс очень распространённый в литейных цехах. Многие десятилетия и в Советском Союзе и сейчас в России именно встряхивающие машины применяются на заводах там, где используется метод литья в песчано-глинистые формы. И сейчас часто заказчики просят поставить оборудование именно для этой технологии. Поэтому мы остановимся в этой статье на методе встряхивания, расскажем о его достоинствах и недостатках и остановимся на том, как конструктив машины может нивелировать некоторые особенности метода.
Суть метода
Уплотнение смеси происходит за счёт энергии удара.
В нижнюю полость цилиндра в основании машины подаётся сжатый воздух. Поршень, на котором установлен встряхивающий стол со всей оснасткой и опокой с неуплотнённой смесью, поднимается. Затем впускное отверстие в цилиндре перекрывается, а выпускное – открывается. Происходит резкий сброс воздуха, давление под поршнем падает, и он под действием силы тяжести резко движется вниз. Останавливает падение (в классическом варианте) торец цилиндра – основание машины, о который и происходит удар. После этого цикл повторяется.
Рис. 1. Процесс уплотнения смеси на прессовой формовочной машине с верхним прессованием: а — насыпка смеси в опоку, б — уплотнение смеси, в — возврат стола в исходное положение; 1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — стол, 4 — модельная плита, 5 — опока, 6 — наполнительная рамка, 7 — прессовая колодка, 8 — неподвижная траверса
Если представить, что происходит со смесью и формой в процессе встряхивания, то это можно назвать процессом непрерывного разрушения и восстановления. В момент удара разрушение предыдущей формы и создание новой, которая разрушится в следующий момент удара встряхивающего стола. Так происходит до определённого предела, которые теоретически может определяться пределом, когда форма уже перестаёт уплотняться. Но практически регулируется необходимой плотностью формы, уровень которой определяется практикой.
Встряхивающий стол может колебаться с частотой 120 … 220 ударов в минуту. Для уплотнения одной формы достаточно 30 … 50 ударов. Подъём стола осуществляется на высоту от 25 до 80 см. Плотность полученной формы будет зависеть от:
- частоты ударов
- высоты опоки
- свойств формовочной смеси
Современные встряхивающие машины оснащаются механизмами для амортизации удара. Это необходимо для снижения шума в цеху и меньшей нагрузки на основание оборудования и фундаменты зданий.
Поглощение энергии удара может осуществляться за счёт пружин на торце цилиндра, которые смягчают удар. Или подачей сжатого воздуха в пространство между поршнем и основанием машины. Но при этом эффективность процесса встряхивания несколько снижается.
Достоинства и недостатки метода уплотнения
Процесс уплотнения встряхиванием имеет ряд преимуществ. И первое, кстати, определяющее его широкое распространение – это нетребовательность к прочностным свойствам смеси.
Судите сами!
Для получения формы встряхиванием достаточно, чтобы показатель прочности смеси при сжатии во влажном состоянии составлял 0,6 … 0,8 кг/см2. Такой прочности достаточно для получения отливок на механизированных участках, на конвейерах. Да и коалинитовая глина, которая часто используется как связующее в песчано-глинистых смесях (ПГС) не может обеспечить большую прочность.
С появлением в литейном производстве высокопрочных и низковлажных смесей, сделанных на основе качественной, отличающейся по структуре и свойствам, монтмориллонитовой глине –бентоните, стали меняться не только требования к смеси, но и оборудование, и технологии.
Появились автоматические формовочные линии (АФЛ), на которых стало невозможно работать на низких прочностях (форма при кантовке не выдерживала нагрузок), стали использовать более прочные смеси – с прочностью при сжатии во влажном состоянии от 0,9 % и выше и при такой прочности «пробить» смесь встряхиванием уже не представлялось возможным. Стали развиваться другие методы уплотнения – сочетание импульса сжатого воздуха и последующее прессование.
Однако на многих наших заводах остались низкопрочные смеси на каолинитовой глине или низкосортном бентоните, поэтому уплотнение встряхиванием и пользуется у литейщиков достаточной популярностью.
Итак, первое и главное достоинство встряхивания – это нетребовательность к прочностным свойствам формовочной смеси.
Второе – это надёжность способа и отработанная годами технология.
Третье – универсальность метода. Он может быть использован для широкой номенклатуры отливок – разного веса, сложности, как в мелко-, так и крупносерийном производстве. Этим способом обеспечивается хорошее уплотнение смеси по ладу, в том числе в глубоких карманах.
Недостатки в методе уплотнения форм встряхиванием тоже присутствуют:
- высокие энергозатраты – необходимо поднимать на высоту, обрушивать и резко тормозить многотонные конструкции с опоками и смесью
- большая нагрузка на фундаменты машин и зданий цехов
- низкая производительность
- сложность в контроле за плотностью набивки форм
- трудность встраивания метода в автоматический процесс
- тяжёлые условия труда рабочих – сильный шум и запылённость
- уплотнение по контрладу формы не всегда достаточно, поэтому требуется подпрессовка
Особенности уплотнения встряхиванием
Главная сложность в методе уплотнения форм встряхиванием состоит в том, что при этом способе уплотнения очень хорошо уплотняются нижние слои формы – лад. А контрлад, просто в силу физики процесса, остаётся недоуплотнённым.
Этой проблеме с самого начала нашли быстрое решение – доуплотнение контрлада формы ручными трамбовками. На некоторых заводах делают так и до сих пор, но со временем появился более автоматический способ борьбы с этим недостатком – встряхивание с верхней подпрессовкой. Когда опоку, уплотнённую встряхиванием, допрессовывают плитой по контрладу. Но здесь сразу обнаруживается существенный недостаток. Прессование контрлада происходит неравномерно. Так как высота от него до поверхности моделей разная, а прессовая плита давит с одинаковым усилием, получается, что в местах небольшой высоты столба смеси происходит переуплотнение смеси, а на участках большой высоты – недоуплотнение. Бороться с этим помогает применение многоплунжерной головки вместо жесткой прессовой колодки.
Принцип использования многоплунжерной головки
Многоплунжерная головка – это большое число прессующих башмаков, собранных в единый механизм. Возможно применение до 100 башмаков. Их движение осуществляется за счёт гидравлического привода, и каждый башмак прессует находящийся под ним участок смеси.
Рис. 2. Схема прессования многоплунжерной головкой:
1 — модельная плита, 2 — опока, 3 — наполнительная рамка, 4 — прессующая головка, 5 — поршни, 6 — прессующие башмаки
Такое прессование может быть активным или пассивным.
В активной плунжерной головке масло под давлением находится в общем для всех цилиндров пространстве и оказывает давление на контр-лад формы.
В случае пассивного устройства многоплунжерной головки общее рабочее пространство цилиндров заполнено маслом без давления, но с постоянным объёмом. Блок многоплунжерной головки двигается вместе с формовочной плитой или установлен на штоке верхнего прессующего цилиндра, и башмаки, упираясь в смесь, сдавливают её в меру различной податливости, производя доуплотнение.
