Процесс импульсного уплотнения

Импульсные машины

Границы применимости процесса

Конструкция пескодувных машин позволяет осу­ществлять традиционные технологические процессы машин­ного изготовления форм с использованием связующих ма­териалов, не требующих последующей тепловой сушки. Можно изготавливать формы из смесей, отверждаемых непосредственно в технологической емкости. Нередко изготавливаются также стержни, которые после извлечения из стержневого ящика упрочняются сушкой в специальных печах.

Под понятием «отвердение» стержня в ящике понимается повышение прочности стержня не в результате усиленного уплот­нения, а вследствие физической или химической обработки. Многие стержневые смеси упрочняются в результате тепловой обработки, обработки углекислым газом или катализаторами, вводимыми либо непосредственно в стержневую смесь во время ее приготовления, либо после уплотнения стержня – в стержневой ящик. К таким технологическим процессам относятся, в частности, процессы изготовления стержней в нагре­ваемой (Hot-box-процесс) и холодной (Cold-box-процесс) ос­настке, отверждением в стержневых ящиках при продувке СО₂ или парами катализатора и др.

Поскольку пескодувные машины позволяют со­вмещать возможность работы по различным технологическим процессам, то понятие «универсальность машины» расширилось. Ранее оно распространялось только на геометрические и размерные параметры оборудования, т. е. на использование опок и стержневых ящиков различных размеров и с разной ориентацией плоскости разъема. В настоящее время понятие «универсальность» включает и технологические возможности оборудования, т. е. способность машины выполнять работы по нескольким различным технологическим процессам.

Пескодувный способ формовки легко дополняется прессованием, поэтому является перспективным при разработке высокопроизводительного формовочного оборудования.

При импульсном процессе опоку с наполнительной рамкой устанавли­вают на модельную плиту. В опоку засыпают смесь и к наполнительной рамке прижимают герметичную камеру. Затем за 0,01¸0,1 секунды повышают давление газа в камере над смесью. Газ с большой скоростью фильтруется через смесь. В смеси возникают сжимающие напряжения, и форма уплотняется.

В настоящее время известны два способа быстрого повыше­ния давления газа над смесью. В 1965–1968 гг. был разработан способ взрывного прессования, при котором в герметичную ка­меру, прижатую к наполнительной рамке, по­дается газ, а иногда его смесь с кислородом. Газовоздушная или газовоздушно-кислородная смесь поджигается электрической искрой. При быстром сгорании газа давление над смесью подни­мается до 2 МПа. В экспериментах использовали сжиженный пропан-бутан, природный метан или ацетилен. По некоторым данным, при применении газовоздуш­ных смесей без кислорода результаты часто получались неста­бильными.

Рис. 32. Схема импульсной формовки

Второй способ – пневмоимпульсное уплотнение – был разра­ботан в 1965–1970 гг. Опока 2 с наполнительной рамкой прижимается к импульсной головке, состоящей из реси­вера (на рис. 32 не показан) и герметичной камеры 3. В ре­сивере импульсной головки находится воздух под давлением 15¸20 МПа (позже авторы метода стали рекомендовать давле­ние 6¸8 МПа). Ресивер отделен от герметичной камеры голов­ки, к которой прижата опока, быстродействующим клапаном 4. При открытии клапана сжатый воздух поступает в пространство над смесью, давление в котором повышается до 1,2¸1,5 МПа. Время роста давления равно 0,012¸0,015 с; процесс уплотнения длится 0,03¸0,035 с. Для равномерного распределения сжатого воздуха над поверхностью формовочной смеси, в нижней части импульсной головки устанавливается плита-рассекатель 2 с отверстиями.

В первых импульсных формовочных машинах, внедренных на производстве, давление над смесью достигало 1,2¸3 МПа. Од­нако работы по уплотнению смеси потоком воздуха начинали с низкого давления. С самого начала предполагали, что этот способ пригоден только для предварительного уплотнения смеси. Способ, разработанный в СССР, не стал в то время известен широкому кругу литейщиков и был незаслуженно забыт в нашей стране.

Известна еще одна модифи­кация импульсного уплотне­ния – нижнее импульсное уплотнение. При этом процессе доза­тор располагают под опокой, к которой сверху прижата повер­нутая моделями вниз модельная плита. В днище дозатора вмон­тирована сетка, на которой лежит доза рыхлой смеси. При бы­стром подъеме давления воздуха под сеткой смесь потоком воз­духа перемещается к модельной плите, прижимается к ней, после чего начинается импульсный процесс уплотнения. При «полете» смесь движется не только в вертикальном, но и в горизонталь­ном направлении, обтекая модель. Контрлад формы после уплот­нения обычно не имеет выступов над моделью.

Расстояние от верхнего уровня смеси в дозаторе до модель­ной плиты близко высоте опоки (этим метод отличается от ствольного надува), поэтому давление воздуха со сто­роны контрлада примерно такое же, как и при обычном им­пульсном процессе с низким давлением газа. Однако макси­мальное значение скорости смеси при нижнем импульсном про­цессе больше, чем при обычном. Больше и инерционные силы, так как смесь разгоняется не только при уплотнении, но и при «полете» к модели. Поэтому рыхлая зона на контрладе практически отсутствует; твердость смеси здесь равна 20¸30 единицам.

Важная особенность нижнего импульсного уплотнения – уп­лотнение полуформы ладом вверх. При таком методе не нужно кантовать нижнюю полуформу перед сборкой, что существенно упрощает конструкцию машины или агрегатов автоматической линии.