Тенденции развития способов изготовления разовых

Форм из сырых песчано-глинистых смесей

А. Ю. Коротченко (МВТУ им. Баумана) проведен анализ тенденций развития спо­собов изготовления разовых форм из сырых песчано-глинистых смесей, который предос­тавляет специалистам возможность сделать выбор наиболее оптимальных способа уплот­нения форм и формовочного оборудования. Ниже приведены выводы из анализа.

В настоящее время основную долю отливок (по массе) производят литьем в разовые формы из сырых песчано-глинистых смесей. При выборе способа уплотнения необходимо иметь в виду выполнение основной задачи - изготовить форму требуемого качества с ми­нимальными затратами энергии и времена.

Под качеством формы понимается комплекс ее свойств, обеспечивающий заданную массовую и размерную точность и шероховатость поверхности отливки.

Качество формы связано с плотностью смеси. Изготовленная форма будет качест­венной, если достигнуто технологически необходимое распределение плотности смеси по ее объему. Технологически необходимое распределение плотности смеси по объему формы можно получить, обеспечив равномерную плотность смеси в горизонтальных сечениях формы (в узких и широких зазорах между стенками отливок и опоки). По высоте формы плотность смеси должна уменьшаться к контрладу.

Отливки, изготовленные в формах и 5 песчано-глинистых "сырых" смесей, по точно­сти размеров и шероховатости поверхности значительно уступают отливкам, полученным другими способами литья: в сухие формы, кокили, оболочковые формы.

Развитие за рубежом новых техпроцессов изготовления форм привело к тому, что класс точности отливок, получаемых в сырых песчано-глинистых формах, сравнялся с клас­сом точности отливок, получаемых при литье в металлических формах. Ниже приведены (по данным фирмы Г.Фишер) максимальные отклонения по массе и размерам ряда отливок, полученных в формах, уплотненных встряхиванием с прессованием (А) и воздушным им­пульсом (Б).

Приведены абсолютные значения в мм (кг), в скобках — относительные в %.

А Б

Заданный размер картера 247 мм………...……2,3(0,93) 0,33(0,13)

Длина блоков цилиндров 677 мм……………...3,5 (0,52) 0,54 (0,08)

Чистая масса отливки: 79,5 кг………………….4,5(5,6) 1,0 (1,2)

Таким образом, в разовых сырых песчано-глинистых формах можно получать пре­цизионные отливки.

Исследования особенностей поведения смеси при уплотнении позволяют сформули­ровать общие требования к способам изготовления форм, выполнение которых обеспечит получение форм хорошего качества.

Первое требование - это независимость действия внешних нагрузок, приложен­ных к различным областям формы, друг от друга. При прессовании плоской плитой ос­новная часть внешней нагрузки воспринимается смесью в надмодельной области формы. При этом смесь в околомодельной области формы оказывается недоуплотненной. Примене­ние профильной плиты, эластичной диафрагмы и профильной засыпки смеси позволяют распространить действие полной внешней нагрузки на все области формы.

Основной недостаток уплотнения смеси прессованием - низкая плотность смеси в узких зазорах (карманах) между стенками опоки и моделей, а также избыточная плотность смеси на контрладе формы. Отметим, что рассмотренные способы прессования относятся к статическим способам, т.е. скорость приложения внешней нагрузки очень мала и на процесс уплотнения смеси влияния не оказывает.

Второе требование - динамическое приложение внешней нагрузки. При скорост­ном нагружении в смеси резко снижается коэффициент бокового давления и, как следствие, уменьшаются силы внешнего трения смеси о стенки опоки и моделей, появляется возмож­ность получать высокую плотность смеси в узких зазорах между стенками опоки и моделей.

Один из способов, удовлетворяющий этим двум требованиям - уплотнение смеси встряхиванием. При встряхивании смесь уплотняется как в узких, так и в широких карма­нах формы, наибольшая ее плотность достигается на ладе формы и уменьшается к контрладу.

Недостатки: местная рыхлота смеси около верхних углов моделей, десятки ударов встряхивающего стола на одну форму, превышение санитарных норм по шуму.

Третье требование - простота и надежность оборудования, соблюдение санитар­ных норм.

В 70-е гг. за рубежом возникла и сразу заняла лидирующее положение воздушно-импульсная формовка. Благодаря специальной конструкции клапана импульсной головки, однократному его действию в процессе изготовления формы и низкому шуму этот способ вытеснил (за рубежом) применявшееся встряхивание. В последнее время однократный воз­душный импульс используется меньше из-за главного недостатка - местной рыхлоты над верхними углами моделей. Дальнейшие исследования процесса показали, что качество форм можно обеспечить, управляя как величиной, так и очередностью приложения внешней нагрузки на разные области формы.

Четвертое требование - управление действием внешней нагрузки на различные области формы. Впервые это требование было реализовано при изготовлении форм прессо­ванием многоплунжерной головкой. При одновременном воздействии плунжеров

на смесь увеличение давления прессования над плунжерами, прессующими смесь в около модельных областях формы, обеспечивает практически равномерное распределение плотности смеси в форме. Давление прессования должно быть ~ 2...2,5 МПа. Эти рекомендации получены для статического прессования и, хотя качество форм по сравнению с другими способами прес­сования получается выше, разнородность плотности смеси в узких и широких карманах все же сохраняется.

Выполнить первое, второе и четвертое требования удалось при способе изго­товления форм "воздушным импульсом - плюс" (фирма Г.Фишер), вариоимпульс (фирма ВМД). Особенность уплотнения смеси этими способами заключается в том, что сначала воздушный поток направляется в узкие карманы, что позволяет получать высокую плот­ность смеси в этих местах формы, а затем уже внешняя нагрузка прилагается ко всем облас­тям формы.

Всем этим требованиям отвечал и предложенный фирмой ВМД способ DINAPLUSE - смесь динамически уплотняется многоплунжерной головкой, причем под каждый плун­жер подводится свое давление сжатого воздуха и обеспечивается последовательность прес­сования плунжерами, обусловленная конфигурацией моделей.

Однако, современные клапаны импульсных головок довольно сложны, не говоря уже о способе DINAPLUSE. Дальнейшее развитие этого способа уплотнения сдерживается из-за усложнения конструкции формовочных машин.

В исследованиях процесса уплотнения форм сжатым воздухом (ф. "Г. Фишер", В.В. Приходько) установлено, что основным технологическим параметром, который обеспечива­ет различные механизмы уплотнения смеси при уплотнении продувкой и импульсном уп­лотнении, является скорость подъема давления над смесью. Максимальная скорость подъе­ма давления для продувки составляет 1,5 - 4,0 МПа/с.

Двухступенчатое уплотнение смеси (предварительное воздушным потоком и по­следующее прессованием) было успешно применено более чем на 350 формовочных маши­нах и линиях в Европе и сейчас уже является стандартом при изготовлении форм.

В последних конструкциях формовочных машин ф. "Г.Фишер Диса" в дополнение к импульсному клапану применяет специальный клапан для медленного подъема давления над формой. Одновременно фирма стала выпускать модели машин, не имеющих традици­онного импульсного клапана, уплотнение на которых производится продувкой с последую­щим прессованием.

Многие другие разработанные за последние годы методы уплотнения утратили свое значение или же во многом были приближены к уплотнению воздушным потоком с после­дующим прессованием (методу Seiatsu - С'ЕЙАТСУ), авторство на который принадлежит фирме HWS. Фирма HWS продолжает работу над дальнейшим совершенствованием мето­да уплотнения СЕЙАТСУ.