8.4. Пескодувно-прессовый и пескодувно-импульсный методы

При изготовлении формы пескодувным методом ее плотность недостаточна, поэтому всегда применяют допрессовку. Ко­нечное распределение плотности определяется тремя параметра­ми: давлением дутья (давлением воздуха, подаваемого в песко­дувный резервуар), давлением допрессовки и размерами мо­дели. По данным Б. В. Еркина, при верхней допрессовке форм резко увеличивается плотность надмодельного стол­ба смеси; плотность в верхней части этой зоны не зависит от вы­соты модели или давления дутья, а определяется только давле­нием допрессовки. При уменьшении высоты модели плотность в нижней части надмодельного столба уменьшается. Плотность смеси в околомодельных зонах изменяется от 2000 кг/м³ в верх­ней части формы до 1780 кг/м³ у модельной плиты (т. е. в 1,12 раза). Чем выше модель, тем ниже плотность около модель­ной плиты и тем меньше изменяется исходная картина распре­деления плотности. Ход прессования тем больше, чем ниже мо­дель, выше давление подпрессовки и ниже давление дутья, т. е. чем ниже исходная плотность.

При нижней допрессовке исходная картина рас­пределения плотности изменяется резче, чем при верхней. Наи­более уплотненный слой формы располагается теперь в нижней части надмодельной зоны. Сильнее уплотняются нижние части формы, особенно прилегающие к стенкам опоки. Неравномер­ность уплотнения при нижней допрессовке уменьшается, однако наименьшую плотность и при этом методе имеют участки фор­мы, прилегающие к вертикальной стенке модели.

Качество формы зависит от расположения вдувных отверстий относительно модели. При наиболее бла­гоприятном расположении вдув­ных отверстий – по обе стороны от модели после надува плотность смеси в зоне над моделью ниже, чем в верхней части зоны около модели. На производстве при смене модельных плит обычно не ме­няют надувную плиту, и вдувное отверстие может оказаться над моделью. В этом случае после первого этапа процесса столб над моделью будет уплотнен сильнее, чем столб вокруг модели, что, в свою очередь, приведет к тому, что после допрессовки смеси над моделью будут переуплотнена, а вокруг модели – недоуплотнена в значи­тельно большей степени.

Исходная неравномерность формы при надуве смеси параллельно модельной плите больше, чем при надуве перпендикулярно модель­ной плите. После допрессовки такой формы неравномерность еще более увеличивается. Исходная неравно­мерность приближается к оптимальной при пескодувно-импульсном процессе, поэтому в форме, уплотненной пескодувно-импульсно-прессовым методом, плот­ность смеси по сечениям распределена равномерно.

9. Сравнение методов уплотнения

Как было показано выше, уплотнение прессованием пригодно только для получения форм по относительно низким моделям. Более универсальны комбинированные методы уплотнения, в ко­торых прессование завершает процесс изготовления формы. При давлении прессования 0,71 МПа получается плотная, практи­чески не деформирующаяся при заливке металла форма, что обеспечивает получение точных отливок с хорошим качеством поверхности.

Долгие годы в качестве предварительного метода уплотне­ния использовали встряхивание. Однако встряхивающие ма­шины малопроизводительны, и, что особенно важно, работают с большим шумом и вибрацией. Именно поэтому на новых авто­матических литейных линиях встряхивание уступает место но­вым методам уплотнения. В новых конструкторских разработках встряхивание применяют в основном для изготовления крупных форм.

В последнее время широко используют прессово-ударный метод уплотнения и встряхивание с последующим прессово-ударным уплотнением. Эти методы применяют на многих автоматических линиях. Методы позволяют увеличить производительность формовочных машин и автома­тов; формы получаются более плотными. Однако работа прессово-ударного механизма также сопровождается шумом, вибра­цией, динамическими нагрузками, хотя они и меньше, чем у встряхивающих машин. При использовании обоих методов тре­буется жесткая и прочная оснастка, так как износ моделей уве­личивается, форма всегда переуплотнена над моделью; степень переуплотнения зависит от высоты модели. Равномерное уплот­нение получают только при высокой средней плотности формы. Методы непригодны для получения крупных форм.

Гравитационно-прессовый метод хотя и позволяет произво­дить предварительное уплотнение без дополнительных затрат энергии (смесь в любом случае должна быть поднята на высоту 57 м для заполнения бункеров), однако не обеспечивает получе­ния высокой плотности форм с высокими моделями.

Скоростному прессованию также свойствен высокий уровень шума, возникающий при ударе плиты о смесь. Однако выравни­вание плотности по горизонтальному сечению формы затруднено, поэтому при уплотнении формы по высоким моделям необхо­димо использовать профильные ударные плиты, что ограничи­вает область применения метода в массовом производстве.

Импульсный процесс наиболее универсален. Время уплотне­ния не превышает 0,1 с. При этом методе хорошо уплотняются узкие промежутки, как между моделями, так и между моделями и стенками опоки. Процесс пригоден для изготовления мелких и крупных форм, как по металлическим, так и по деревянным моделям. Импульсный процесс выгодно отличается от других процессов уплотнения тем, что он осуществляется с помощью предельно простого механизма уплотнения, имеющего минимальное число движущихся частей (клапан или вентиля­тор). При работе импульсных машин отсутствуют удары и ви­брация, а уровень шума существенно ниже, чем при работе дру­гих машин.

Для изготовления мелких и средних форм (раз­мером до 1500x1000 мм) целесообразно использовать импульсно-прессовый метод уплотнения при малом давлении воздуха в ресивере (0,7 МПа). При подпрессовке не только уплотняется контрлад формы, но стабилизируется плот­ность смеси во всем объеме формы, повышается плотность над верхними уг­лами модели, уплотненная смесь сильнее сцепляется с опокой, что имеет существенное значение для форм, изготовляемых на автоматических линиях. Уровень шума зависит от системы от­вода воздуха из формы. Обычно верхний предел уровня шума не превышает 85 дБ, однако при хорошей системе отвода воз­духа он ниже. Импульсное уплотнение с последующей срезкой рыхлого слоя следует применять для опок с размером более 1500x1000 мм, так как создание прессовых механизмов для та­ких опок затруднено.

Специальные исследования показали, что одинаковые ре­зультаты могут быть получены как при применении пневмоимпульсных установок высокого давления, так и при использова­нии установок низкого (сетевого) давления, но оснащенных бы­стродействующими клапанами. Установки второго типа более перспективны, так как при их эксплуатации не нужно дооснащать цех специальными компрессорами и создавать дополнитель­ную воздушную сеть.

Пескодувно-прессовый метод уплотнения широко применяют на современных автоматических линиях изготовления безопочных форм. Процесс транспортирования смеси потоком сжатого воздуха связан с большим расходом воздуха и по экономично­сти не идет в сравнение с процессом заполнения опоки (ка­меры) смесью под действием силы тяжести. Поэтому пескодув­ный (пескострельный) процесс целесообразно использовать лишь в случаях, когда обычная засыпка смеси не дает нужного эф­фекта, например, когда требуется заполнить объемы, не лежа­щие под впускным окном (отверстием). Это, прежде всего, отно­сится к формам, в которых модельные плиты при подаче смеси расположены вертикально, и к стержневым ящикам. При изго­товлении формы пескодувным способом время заполнения опоки смесью ненамного меньше времени засыпки опоки из располо­женного сверху дозатора (соответственно 0,1 и 0,3 с). Пескодув­ный метод заполнения опок целесообразно использовать и в тех случаях, когда расположение питающего устройства сбоку от опоки позволит упростить конструкцию машины.

Формовка пескометом, имеющим ковши обычной ширины, дает возможность получать качественные формы с достаточно высокой плотностью смеси. Однако качество формы во многом зависит от квалификации оператора. Такой пескомет не может обеспечить высокую производительность. Так, пескометом, вы­дающим 25 м³ смеси (по уплотненному объему) в час, при не­прерывной работе можно уплотнить 100 полуформ размером 1000x800x300 мм и 10 полуформ размером 3000x1500x500 мм. Поэтому пескометы целесообразно использовать в тех цехах, в формовочных отделениях которых невозможно ор­ганизовать стабильные технологические потоки, т. е. там, где нельзя использовать опоки постоянного размера, или в цехах крупного литья при формовке в почве или для изготовления особо крупных опочных форм. Однако в последнем случае все чаще используют отверждаемые формы из ХТС, которые уплот­няются на вибростолах.

Ширококовшовые пескометы имеют высокую производитель­ность (до 150 м³/ч). Их можно применять на автоматических линиях для изготовления форм постоянного размера. К недо­статкам таких пескометов следует отнести повышенный износ модели, разброс твердости, износ ковшей и сменных дуг.

Анализируя методы формообразования, в основном оцени­вают качество формы, степень универсальности процесса и ус­ловия работы на машине. Однако при разработке автоматиче­ских линий последний фактор не играет существенной роли. Не оказывает влияния на выбор процесса и степень универсально­сти в том случае, если линия предназначена для получения од­ного – двух видов отливок в массовом производстве. Главный фактор при разработке таких линий – возможность создания автомата с минимальным числом механизмов, в том числе уп­лотняющих. Разумеется, выбирать следует методы, обеспечи­вающие хорошее качество формы.

В заключение приведем данные об удельном расходе сво­бодного воздуха (на 1 м³ объема полуформы) для формовочных автоматов (машин) различных типов, м³/м³: 7,7 для прессового (p_пр = 1 МПа); 14,822,2 для прессово-рычажного; 3,56,18 для встряхивающего; 8,6 для прессово-ударного; 15,435,4 для пескострельно-прессового; 1016 для пневмоимпульсного с дав­лением в ресивере 810 МПа; 1214 для пневмоимпульсного с давлением в ресивере 0,7 МПа. Расчет произведен по паспорт­ным данным автоматов (машин), изготовляющих формы разме­ром от 900x700 до 1000x800 мм. У пескострельно-прессовых автоматов не учтен расход воздуха на подпрессовку.