Современные технологии изготовления отливок с использованием холоднотвердеющих смесей

В последние годы в зарубежной практике и частично в России наряду с традиционной технологией поточного изготовления отливок в песчаные формы для серийного производства, получили распространение современные технологические процессы, не требующие сложного и громоздкого оборудования, дорогостоящей оснастки и дефицитных материалов.

Эти технологии изготовления отливок с использованием холоднотвердеющих смесей (далее ХТС) получили название «NO BAKE» (нет сушки). При этом основным связующем в этих технологиях являются смолы в меньшей степени жидкое стекло. Поэтому в данном учебном пособии подробно рассмотрены технологии ХТС с использованием смол.

В технологиях «NO BAKE» - процесс формовки с применением использования фурановой смолы занимает лидирующее место. При этом растет тенденция использования фенольных смол. Во многом это связано с ростом цен на фурановую смолу, что и привлекло литейные производства к разработке технологий с использованием фенольных смол.

По данным литейного производства Германии доля отливок изготавливаемых в ХТС с использованием смол постоянно растет. При этом процессы с использованием фурановых смол составляет 81,5% , с использованием фенольных смол -16% и с использование резола со сложными эфирами- 2% [4].

Основными критериями внедрения того или иного технологического процесса производства форм и стержней являются экологическая безопасность, технологичность, экономичность.

Основная технологическая особенность ХТС для технологий «NO BAKE» является период живучести. В этот период должны быть выполнены первые технологические операции- засыпка смеси в опоку или стержневой ящики ее уплотнение. Этот период для смесей разного типа регулируется в интервале от 3-5 до 40-50 мин , путем изменения содержания катализатора.

Простым и перспективным направлением технологии изготовления литейных форм в мелкосерийном производстве является безопочная формовка из ХТС.

Основными преимуществами процессов «NO BAKE» являются:

- снижение себестоимости благодаря использованию менее квалифицированной рабочей силы;

- нет необходимости в сушке литейных форм;

- отсутствие опок;

- короткое время, затрачиваемое на изготовление литейных форм
даже для крупных отливок, т.к. нет необходимости в трамбовке
формовочной смеси, а требуется только вибронабивка;

- требуется меньше формовочной смеси, т.к. возможно сделать
опоку по профилю модели и уменьшить промежутки. Большие
промежутки могут быть заполнены кусками, оставшимися от
разрушения старых литейных форм;

- смеситель может быть более простым и непрерывным;

- система транспортировки и приготовления формовочной смеси и система удаления частиц тонких фракций могут быть более простыми и более компактными т.к. система не требует воды ;

- чистка оборудования становится проще, т.к. ней нет
глубоких каналов, подъёмников, длинных конвейерных лент,
экстракторов и т.д.;

- меньшее число подвижных частей, следовательно, уменьшение возможности незапланированных остановок;

- в производственном цикле задействовано меньшее количество формовочной смеси;

- меньшее количество и объём добавок, и работа с ними создаёт меньше проблем;

- меньше расход энергии;

- меньшие затруднения представляет инвестирование и может быть
спланировано т.к. оборудование может собираться поэтапно.

Технология литья ХТС с использованием безопочных литейных форм без ограничения размеров опоки обеспечивает возможность создания очень гибких установок. Эти установки могут работать с моделями, различными по размеру и количеству. Повышается производительность , улучшается соотношение литников/прибылей к отливкам и сокращаются ограничения в устройстве систем заливки и подачи.

Однако, наиболее привлекательной характерной

особенностью системы формовки с применением ХТС является более высокое качество продукции, обуславливаемое повышенной жёсткостью литейных форм и отсутствием воды.

Вытекающие из этого преимущества могут быть сформулированы следующим образом:

-В результате отсутствия воды повышается жёсткость литейной формы, снижается подутие, что характерно для сырых песчано-глинистых смесей, обладающих повышенной деформацией при взаимодействии с жидким металлом (образование зоны конденсации), существенно снижаются допуски размеров отливок, уменьшается объемная усадка и, как следствие, экономия на прибылях отливок ;

- отсутствие воды исключает типичные дефекты сырой формы,

например, ужимины, плены засоры, газовые раковины и т.д.

Это позволяет уменьшить припуск на механическую обработку отливки. В совокупности с меньшими допусками размеров это приводит к снижению затрат на механическую обработку;

- отсутствие парка опок, которые нуждаются в постоянном техническом обслуживании. В технологии ХТС эта проблема решается техническим обслуживанием формовочной рамы;

- качество литейной формы меньше зависит от уровня
мастерства литейщика.

Любое изменение характеристик формовочной смеси можно реализовывать сразу же, что напрямую способствует повышению качества отливок, поскольку в рабочем цикле используется меньше формовочной смеси.

2.1. Описание процесса изготовления литейной формы по «NO BAKE» процессам.

Фирма ИМФ предлагает две технологии изготовления форм и стержней по «NO BAKE» процессу [4].

Первая является простой и перспективной технологией изготовления небольших форм в мелкосерийном производстве с засыпкой формовочной смеси в опоку с моделями и уплотнение вибрацией.

Вторая технология «Fast-Loop», включающая коплекс оборудования, позволяющая поточно-механизировано изготавливать литейные формы с использованием вибрации или под давлением с помощью пескострельной машины.

Формовочное оборудование для безопочное формовки, предлагается фирмой ИМФ для форм с размерами от 800х800х100/100 до 1800х3400х680/680мм с производительностью от 8 до 50 форм в час.

На рис.2.1 представлен комплекс оборудования «Fast-Loop», с уплотнением форм из ХТС вибрацией. Используется деревянная оснастка, для особых случаев из алюминиевого сплава.

Последовательность технологических операция по изготовлению отливок сводится к следующему:

Заполнение формы производится с помощью шнековых смесителей специальной конструкции. Они снабжены одним или двумя рукавами, которые приводятся в движение с помощью серводвигателей. Их производительность составляет от 6 до 60 тонн.

Уплотнение заполненной формовочной смеси в опоке производится с помощью вибрационного стола, располагающего под роликовым транспортером Удаление излишков смеси происходит автоматически с помощью специального устройства.

Рис. 2.1. Схема линейного участка с использованием оборудования «Fast Loop», где 1-склад моделей; 2-наполнение жакета модели ХТС; 3-очистка излишков ХТС4- выдержка для отверждения ХТС; 5-удаление модели;6-окраска формы; 7- подсушка окрашенных форм;8простановка стержней; 9-сборка полуформ;10-участок заливки форм; 11-выбивка форм;12-удаление выбитых отливок; 13-шиты электроуправления.

Отверждение смесипроисходит в зоне, нескольких участков роликового транспортера. приводящих в действие по отдельности (индивидуальный привод) и варьируется в зависимости от производительности и применяемых процессов. Благодаря наличию ускорителей и замедлителей, установленных на каждом участке роликового транспортера, транспортировка происходит мягко и без тряски.

Удаление модели из оснасткиосуществляетсяпутем поворота готовой формы с опокой на 180 с помощью кантователя и с использованием вибрации отвердевшая литейная полуформа опускается на ленту транспортера. Эта операция осуществляется в автоматическом режиме. Форма по транспортеру направляется на участок окрашивания антипригарной краской. Модельный комплект возвращается на участок заполнения или в зону смены модели.

Окрашивание полуформосуществляется путем применения манипуляторов, которые позволяют повернуть ее в заданное положение, удобное для процесса окраски пульвелизатором.

Подсушка окрашенных полуформосуществляют, как правило, в туннеле с теплым воздухом. При необходимости возможна установка сушильного устройства для предварительного подогрева перед окраской, что обеспечивает ускоренное затвердевание формы.

Установка стержнейв форму осуществляется вручную, при этом обеспечивается открытый доступ к литейной форме.

Сборка формосуществляется вручную либо при помощи полуавтоматических устройств. В первом случае речь идет о манипуляторах, закрепленных на сервисном кране, а во втором используются неподвижные манипуляционные станции, управляемые оператором.

Если время цикла небольшое, то формы, с уже установленными в них стержнями, закрываются с помощью автоматизированных устройств. Центрирование полуформ происходит по песчаным центрирующим стержням, которые вставляются в полуформу низа.

Заливка формосуществляется в зоне заливке, куда они перемещаются специальными транспортными устройствами.

Выбивка отливок после охлаждения происходит на вибрационной решетке. Отработанная смесь направляется на регенерацию. Регенерированный кварцевый песок используется повторно.

В настоящее время можно отметить следующие компании, зарекомендовавшие себя на рынке услуг по внедрению технологий и технологического оборудования под ключ:

- компания IMF (Ingenering Machinery Foundry, Италия)

-компания GEMCO Голандия

-компания « FTL» (Foundry fnd Technical Liaison Limited, Великобретания)

Подробнее остановимся на технологии изготовления отливок с использованием ХТС по «NO BAKE» процессу.