ПЛК
Линия литья по газифицируемым моделям производительностью 3000 т для заказчика из Хубэя в основном выпускает корпусные отливки из высокопрочного чугуна, такие как корпус главного редуктора заднего моста, корпус главного редуктора среднего моста и корпус моста. Благодаря совместным усилиям обеих сторон был определён полный технологический процесс литья по газифицируемым моделям в чёрной, белой и жёлтой зонах, после чего была обеспечена нормальная работа производственной линии. Эта производственная линия является первой полностью автоматической линией нашей компании с раздельной заливкой, что снижает инвестиции в оборудование и повышает эффективность производства. Вся линия использует автоматическое управление на базе ПЛК с высокой степенью автоматизации.
Применение технологии литья по газифицируемым моделям позволяет исключить такие операции, как изготовление песчаного стержня, разъём модели и установка опоки, уменьшить припуск на механическую обработку отливок, снизить массу заготовок и уменьшить шероховатость поверхности. Основной продукцией на объекте являются отливки из высокопрочного чугуна, и теперь мы в основном представляем процесс литья по газифицируемым моделям корпуса главного редуктора заднего моста.
Анализ конструкции отливки
Корпус главного редуктора заднего моста является важным компонентом автомобиля, к которому предъявляются высокие требования по точности сборки и механической обработки; он имеет большое количество обрабатываемых поверхностей, а максимальный припуск на обработку составляет 1–2 мм. Масса отливки составляет приблизительно 20 кг на штуку, габаритные размеры — 400 * 380 * 160 мм. Толщина стенок отливки неравномерна, в наиболее тонком месте она составляет всего 6 мм. Конструкция внутренней полости сложная, а маслоподводящее отверстие небольшое. Необходимо уделять внимание предотвращению образования металлического пригара. Одновременно толщина четырёх угловых опор подшипников в отливке относительно велика; это горячий узел, склонный к усадочным раковинам и рыхлотам. Трёхмерная схема отливки показана на рисунке 1.
Рисунок 1
Технологический процесс
Белая зона
Предварительное вспенивание
Используется периодическая полуавтоматическая установка предварительного расширения паром. В качестве вспениваемого сырья применяется сополимерный материал. После предварительного расширения плотность гранул составляет 22–23 г/л. После предварительного расширения материал перед использованием необходимо сушить и выдерживать не менее 5 часов.
Формование
0.4~0.6МПа
Используется одношнековая полуавтоматическая формовочная машина, работающая стабильно. Внешние условия задаются следующим образом: давление пара — 0.4–0.6 MPa, давление воды — 0.3–0.4 MPa, давление воздуха — 0.6–0.8 MPa, загрузка материала выполняется вручную. Необходимо правильно отрегулировать и установить рабочие параметры, уделяя внимание предотвращению деформации пенополистироловой модели. Изготовленная пенополистироловая модель показана на рисунке 2.
Рисунок 2
Пенополистироловая модель
Поместить годную пенополистироловую модель в сушильную камеру для сушки. В сушильной камере используется автоматическое управление температурой и влажностью; основным методом является сушка паром, а электрический нагрев используется как вспомогательный. Температура сушильной камеры устанавливается на уровне 45°C, влажность — ниже 16. Пенополистироловую модель следует сушить в сушильной камере в течение 2–3 дней. Она может перейти к процессу окраски только после того, как по результатам взвешивания будет установлено, что масса пенополистироловой модели остаётся неизменной.
(4) Склеивание и сборка
Зачистить заусенцы и облой на внешней поверхности модели. Использовать малярную ленту, двустороннюю ленту и ремонтную пасту для устранения таких дефектов, как раковины и повреждения. Равномерно нанести холодный клей и соединить между собой все сегменты пенополистироловой модели. Крупные зазоры в местах склеивания плотно заделать двусторонней лентой.
Установка литниковой системы
Расчёт выполняется по формуле гидравлического расчёта.
Чтобы обеспечить непрерывное течение расплавленного металла и определённую скорость заполнения модели, выбираются закрытая литниковая система и нижняя заливка. Соотношение площадей сечений элементов литниковой системы выбирается следующим образом: ∑F_inner: ∑F_cross: ∑F_straight = 1:1.2:1.4.
G=50kg, μ=0.35, Hp=600mm
Теперь рассчитаем площадь поперечного сечения каждого элемента литниковой системы теоретическим методом. Конкретные размеры и форма элементов литниковой системы выбираются по аналогии с обычным литьём в песчаные формы. В соответствии с формой отливки проектируются два питателя. Согласно формуле гидравлического расчёта: G = 50kg, μ = 0.35, Hp = 600mm. С учётом результатов расчёта и практического опыта размер поперечного сечения питателя составляет 8×40mm, шлакоуловителя — 40×20mm, литникового стояка — 40×40mm.
При моделировании методом литья по газифицируемым моделям проектирование положения заливки должно по возможности соответствовать следующим принципам :
a. По возможности выполнять заливку вертикально или наклонно. Следует избегать расположения большой плоскости вверх, чтобы обеспечить определённую скорость подъёма металла.
b. Положение заливки должно обеспечивать одинаковую скорость пиролиза металла и модели, предотвращая слишком низкую скорость заливки или прерывание потока, которые могут вызвать такие дефекты, как разрушение модели и турбулентность.
c. Положение модели в опоке должно способствовать заполнению сухим песком; следует по возможности избегать горизонтальных плоскостей и глухих отверстий, обращённых горизонтально вниз.
d. Важные обрабатываемые поверхности должны располагаться снизу или сбоку, а верхняя поверхность предпочтительно должна быть необрабатываемой.
e. Положение заливки также должно способствовать размещению многоярусных отливок и обеспечивать удобство опирания и перемещения при нанесении покрытия, заполнении сухим песком и уплотнении, чтобы отдельные части модели можно было усилить для предотвращения деформации.
На основании изложенного общий чертёж литниковой системы отливки показан на рисунке 3.
Рисунок 3
Жёлтая зона
40min
Перемешать покрытие в соответствии с заданной пропорцией. Применяется способ нанесения покрытия погружением, поэтому его следует перемешивать в течение 40 минут; покрытие готово, когда число Боме достигает примерно 1.6.
Нанести покрытие на собранную пенополистироловую модель три раза, чтобы обеспечить полное высыхание каждого слоя. Температура сушильной камеры устанавливается на уровне 50°C, влажность — ниже 16. Каждый из первых двух слоёв необходимо сушить в сушильной камере в течение одного дня. После сушки третьего слоя в течение одного дня следует подправить участки с открытым пенополистиролом и нанести более толстое покрытие на заливочную чашу и водоподводящий канал. После трёх нанесений толщина покрытия на пенополистироловой модели достигает 1.5 мм, а толщина в области заливочной чаши и водоподводящего канала — 2–3 мм.
1min
После нанесения покрытия погружением пенополистироловую модель необходимо оставить на 1 минуту до выравнивания покрытия на поверхности, затем отрегулировать положение и поместить модель в сушильную камеру для сушки, чтобы предотвратить скопление покрытия на пенополистироловой модели. Пенополистироловая модель, помещённая в сушильную камеру, показана на рисунке 4.
Рисунок 4
Чёрная зона
Плавка металла
Требование к материалу отливки — высокопрочный чугун 450-10, диапазон контроля химического состава для марок национального стандарта приведён в таблице ниже.
| компонент | ||||||
| содержание |
Контроль плавки изготовителем: (печь 2.5T, 1T расплава чугуна выпускается для сфероидизации за полчаса)
C3.6~3.7，Si2.6~2.7
Основным сырьём являются железные опилки, с добавлением небольшого количества стальных прутков и возвратных материалов. Перед выпуском из печи добавляется 7.5kg ферросилиция. Состав расплава чугуна перед выпуском из печи измеряется анализатором углерода и кремния в расплаве чугуна. Химический состав углерода и кремния контролируется следующим образом: C3.6~3.7，Si2.6~2.7。
3min
Температура сфероидизации вне печи составляет 1540–1560 ℃. Слишком высокая температура повлияет на эффект сфероидизации расплава чугуна. Для сфероидизации используется метод подачи проволоки; на 1T расплава чугуна применяется 42m сфероидизирующей проволоки, время сфероидизации составляет около 3 минут. После завершения сфероидизации для проверки эффекта сфероидизации используется «метод триангуляции».
Производственная линия оснащена автоматической станцией предварительной укладки нижнего слоя песка. К моменту достижения станции засыпки опоки нижний песок уже уложен и уплотнён. При размещении модели необходимо обратить внимание на её положение (как показано на рисунке 5 ниже). Из-за конструкции масляных каналов корпуса главного редуктора при захоронении в этом положении можно вручную проверить наличие оставшихся глухих углов. Если песок заполнен не полностью, после заливки возникнет металлический пригар. Песок следует добавлять 2–3 раза, продолжительность каждой вибрации должна составлять около 40 секунд; послойное уплотнение повышает эффект уплотнения. Литниковый стояк должен выступать на определённое расстояние над поверхностью песка, чтобы предотвратить дефекты, вызванные захватыванием окружающего песка расплавом чугуна при заливке. Одновременно поверхностный слой песка также должен иметь определённую толщину, чтобы предотвратить сгорание пластиковой плёнки во время заливки. Следует обратить внимание на прокалывание шлакоотводящей прибыли для усиления эффекта отвода газов.
Эта производственная линия представляет собой двухпозиционную автоматическую линию с раздельной заливкой. Для выполнения производственных требований изготовителя в одну опоку заливаются 4 кластера, почти 200kg, и 8 опок в час.
Эта производственная линия представляет собой двухпозиционную автоматическую линию с раздельной заливкой. Для выполнения производственных требований изготовителя в одну опоку заливаются 4 кластера, почти 200kg, и 8 опок в час.
Особое внимание следует уделять обработке литникового стояка при формовании опоки с захороненной моделью, поскольку это тесно связано с поддержанием отрицательного давления и предотвращением размыва песка во время заливки. Обычно используются следующие методы:
① Установить керамические кольца на литниковом стояке и керамические литниковые чаши.
② Изготовить заливочную чашу из смолы и соединить её с заливочным отверстием герметизирующей глиной.
③ Вручную вырезать или механически сформировать пенополистироловую заливочную чашу, нанести на чашу слой покрытия толщиной 2-3 mm и обернуть её асбестовой тканью.
④ Обсыпать пенополистироловую заливочную чашу песком на жидком стекле и т. д.
Рисунок 5
Заливка расплава чугуна
Перед заливкой расплава чугуна необходимо тщательно удалить шлак; температура заливки обычно составляет около 1480 ℃. Перед заливкой включить систему создания отрицательного давления и поддерживать отрицательное давление в пределах 0.045-0.05. Поскольку одновременно заливаются 4 опоки и 16 заливочных отверстий, заливочных отверстий много. Если во время одной заливки отрицательное давление слишком низкое, следует обратить внимание на регулировку и контроль отрицательного давления каждой опоки. После заливки расплава чугуна в ковш открыть все дроссельные клапаны в опоках и отрегулировать отрицательное давление до 0.015-0.02, поддерживая давление в течение 15 минут.
При заливке необходимо контролировать скорость заливки, обычно придерживаясь ритма медленно–быстро–медленно. Следует по возможности ускорить заливку и выполнить её в течение 20 секунд без обратного выброса расплава чугуна. Для обеспечения эффекта сфероидизации вместе с расплавом чугуна добавляется 10-20g модификатора для вторичного модифицирования. После завершения выдержки под давлением система управления опокой автоматически работает в течение 1 часа, затем автоматическая кантовальная машина извлекает отливку и направляет её на участок очистки. Как показано на следующем рисунке.
Рисунок 6
Выводы
После проведения нескольких пробных заливок на объекте установлено, что вышеупомянутый технологический процесс в основном соответствует требованиям к получению годных литых изделий и обеспечивает высокий выход годной продукции. Однако в результатах заливки также могут возникать такие литейные дефекты, как газовые поры и неспаи. Основные причины возникновения газовых пор связаны с плотностью пенополистироловой модели, степенью её сушки и поддержанием отрицательного давления. Что касается неспаев, то из-за определённого противоречия между температурой сфероидизации и температурой заливки для их согласования всё ещё необходимы дальнейшие улучшения и, при необходимости, корректировка всего цикла операций заливки.
По сравнению с другими распространёнными способами литья весь технологический процесс литья по газифицируемым моделям состоит из тесно взаимосвязанных этапов. Если на каком-либо этапе допущен даже небольшой недостаток, при изготовлении отливки возникают проблемы. Поэтому реализуемый технологический процесс должен выполняться стабильной и ответственной управленческой командой.