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.

Рис.1. Вертикально-стопочные формы с односторонним (а) и двусторонним (6) отпечатками: 1 - поддон, 2 - опока, 3 - заливочная чаша, 4 - груз

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 более широкий ассортимент отливок, в том числе получаемых с применением стер­жней, охватываются формовкой II варианта (рис. 1, б). 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 ρ = 0,9... 1,1 г/см³ (рис.2,в). Такими значениями ρ обладают смеси состава, %:

92 - отработанной смеси;

5 - кварцевого песка 2К₁О₂016;

3 - бентонитовой суспензии у =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 термо-металлодинамические 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.

Рис. 2,а - влияние давления прессования на твердость формы; б - зависимость плотности формы от способа уплотнения 1-3 - верхнее, ниж­нее, двусторонней прессование, соответственно: в - влияние насыпной плотности формовочной смеси на твердость формы; г - зависимость твердости формы от высоты опоки

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 конеч-

 

 

ным 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 опок в свету........................................ 500x400x100 мм

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

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

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

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

Масса………………………………………………….. 23 т

Рис.3. Схема комплексной автоматической линии ВСФ мод.7257: 1 - формовоч­ная машина, 2 - манипулятор форм, 3 - стопка форм, 4 - ветвь формовки и заливки, 5 - ветвь пустых стопок, 6 - грузоукладчик, 7 - толкатель грузов, 8 - толкатель пустых стопок, 9 - установка выбивки форм, 10 - манипулятор стопок, 11 - трасса грузов, механизмы очистки: 12 - грузов, 13 - поддонов, 14 - заливочная тележка, 15 - пульт, 16 – гидростаниия