Влияние оборудования на технологический процесс литья по газифицируемым моделям

Взаимосвязь между технологией литья по газифицируемым моделям и оборудованием

Оборудование для литья по газифицируемым моделям появилось после развития технологии литья по газифицируемым моделям до определённого этапа, и его задача заключается в обеспечении бесперебойного выполнения этой технологии.

Оборудование для литья по газифицируемым моделям предназначено для обеспечения бесперебойного развития технологии литья по газифицируемым моделям. Только предприятия, глубоко понимающие технологию литья по газифицируемым моделям, могут производить оборудование, действительно подходящее для этой технологии. Это оборудование обеспечивает бесперебойное выполнение различных этапов технологии литья по газифицируемым моделям и тем самым повышает эффективность производства.

Рисунок 1-1 Производственная линия оборудования для литья по газифицируемым моделям

В данной работе технология литья по газифицируемым моделям разделена на три модуля: качество пенополистироловой модели, литейный процесс и обработка песка; изложение ведётся главным образом по этим трём направлениям.

Качество пенополистироловой модели

Требования к процессу предварительного вспенивания и технологическая схема

Требования к процессу машины предварительного вспенивания

EPS、STMMA

Предварительное формование как первый этап метода литья по газифицируемым моделям является началом всего технологического процесса литья по газифицируемым моделям и непосредственно влияет на качество и эффективность всего процесса. В настоящее время широко используемое сырьё для производства методом литья по газифицируемым моделям включает: EPS, STMMA. Требования к процессу:

（1）Высокая производственная эффективность;

（2）Контролируемая плотность гранул;

（3）Однородный материал, без разделения материала;

（4）После предварительного вспенивания размер гранул должен соответствовать требованиям применения.

Процесс машины предварительного вспенивания

Технологическая схема машины предварительного вспенивания следующая: выбор исходных гранул → контроль плотности гранул после предварительного вспенивания → предварительное вспенивание гранул → выдержка гранул.

Качество пенополистироловой модели

Требования к процессу изготовления пенополистироловой модели и технологическая схема формовочной машины

После того как исходные гранулы прошли машину предварительного вспенивания (первичное вспенивание), перед изготовлением окончательной пенополистироловой модели они должны пройти вторичное вспенивание в формовочной машине. Для соответствия требованиям процесса пенополистироловая модель должна иметь следующие характеристики:

（1）Гладкая и ровная поверхность (без разрушения и недостаточного формования);

（2）Рациональные и точные габаритные размеры;

（3）Соответствующая прочность для используемого процесса.

Процесс формовочной машины:

Процесс формовочной машины: зажим → предварительный нагрев → загрузка → нагрев неподвижной полуформы → нагрев подвижной полуформы → горячее прессование → водяное охлаждение → вакуумное охлаждение → распалубка. Функция формовочной машины заключается в изготовлении качественной пенополистироловой модели. Качество формования непосредственно влияет на качество модели, затем на качество отливки и связано с успехом или неудачей всего процесса литья по газифицируемым моделям.

Рисунок 2-2 Дефектные и качественные изделия

ПЛК

Формовочная машина оснащена программируемым контроллером ПЛК, а параметры процесса могут вводиться в контроллер ПЛК через сенсорный экран, что позволяет изготавливать различные изделия в различных формах.

Таблица 2-1 Параметры гидравлической формовочной машины

Рисунок 2-3 Гидравлическая формовочная машина

Требования к качеству сушки модели

На этапе окраски и сушки модели необходимо с помощью смесителя лакокрасочных материалов смешать специальную краску для литья по газифицируемым моделям с водой до соответствующей вязкости, чтобы наносить её на модель окунанием, кистью, поливом или распылением; после окраски модель перемещают в сушильную камеру с циркулирующим горячим воздухом температурой 45 ~ 55 ℃ для сушки.

Требования к процессу комплекса сушильного оборудования

Сушильное оборудование удаляет влагу, содержащуюся в пенополистироловой модели, придаёт модели определённую прочность и обеспечивает соответствие требованиям засыпки опоки и заливки. Это не только повышает производительность, но и снижает количество дефектов, вызванных влагой. Основными источниками воды являются:（1）Вода, используемая при предварительном формовании;（2）Содержание воды в водном покрытии;（3）Возврат влаги при несвоевременной заливке после сушки. Исходя из этого, можно определить характеристики процесса, которыми должен обладать комплекс сушильного оборудования, как показано в таблице 2-2.

Таблица 2-2 Характеристики процесса комплекса сушильного оборудования

Базовая конфигурация сушильной камеры и технические требования к сушке

В полном цехе литья по газифицируемым моделям имеется несколько типов сушильных камер, однако их конфигурация схожа; разные категории сушильных камер имеют различные технические требования к сушке и могут обеспечивать сушку различных моделей; модели не следует размещать вперемешку, чтобы не вызвать неполную сушку или повреждение моделей.

Таблица 2-3 Классификация сушильных камер

Таблица 2-4 Технические требования к сушке

Рисунок 2-4 Сушильная камера для пенополистироловой модели и модели после первичного покрытия

Заливка

Заливка — это процесс заливки соответствующего расплава чугуна в литейную модель и охлаждения с формированием отливки; процесс включает: плавку, засыпку опоки, вибрацию, создание отрицательного давления и заливку. Каждый этап требует строгого контроля.

Плавка

Мы говорим, что качество пенополистироловой модели является душой всего процесса, поэтому плавка является душой процесса заливки. Задача плавки заключается в расплавлении и рафинировании чугуна, стального лома, возвратных отходов и некоторых вспомогательных материалов до определённой температуры и получения качественного жидкого чугуна заданного химического состава. Точки контроля плавки приведены в таблице 3-1.

Таблица 3-1 Точки контроля плавки

Засыпка опоки

Технические требования к опоке

Конструкция опоки, используемой при литье по газифицируемым моделям, непосредственно определяет формирование и распределение поля отрицательного давления в опоке, однако существует много ошибочных представлений о том, что достаточно откачивать воздух из опоки, неважно каким способом и в каком количестве, лишь бы опока не разрушалась. Поэтому сейчас существуют различные опоки, которые, казалось бы, позволяют отливать отливки, но дают совершенно разные результаты. Опока, соответствующая требованиям процесса, должна иметь следующие характеристики:

(1) Рациональные форма и конструктивные размеры (согласно требованиям к отливке и процессу);

(2) Достаточная прочность сварных соединений;

(3) Равномерно расположенные и рационально распределённые газовые камеры.

Требования к распределению газовых камер в опоке

С точки зрения технологии литья по газифицируемым моделям идеальным состоянием является стабильное и равномерное поле отрицательного давления, формируемое в опоке, а его формирование зависит от распределения воздушных камер в опоке. Чем более равномерно и рационально распределены газовые камеры, тем стабильнее формируемое в опоке поле отрицательного давления, что значительно снижает вероятность разрушения опоки и улучшает поверхностное и внутреннее качество изготовленных отливок. Однако практика доказала, что при воздействии поля отрицательного давления усилие в каждой точке одной и той же модели неодинаково. В опоке с отводом воздуха только через четыре стенки отрицательное давление обычно постепенно ослабевает от краёв опоки к центру; чем больше размер опоки, тем заметнее эта тенденция. Разложение и газификация пенополистироловой модели образуют большое количество газа, вызывая резкое локальное повышение давления в полости отливки. Если эти газы не будут своевременно удалены, вероятно возникновение обратного выброса при заливке или даже вспучивание опоки, что может привести к тяжёлым травмам и браку изделий. Опока с рациональным и равномерным распределением воздушных камер может успешно выполнять заливку даже при небольшом поле отрицательного давления. Это не приводит к браку и одновременно экономит энергию, позволяя решить две задачи одним способом. См. рисунок 3-1.

Рисунок 3-1 Опока

Влияние вибрации на процесс литья по газифицируемым моделям

1500r/min

В процессе изготовления литейной формы в опоке при литье по газифицируемым моделям для отливок простой конструкции основное воздействие вибрации заключается в том, чтобы за заданное время не повредить покрытие на поверхности модели и обеспечить точность её размеров. Все части опоки быстро заполняются без деформации модели, песок равномерно распределяется вокруг модели и достигает требуемой плотности, благодаря чему при откачке отрицательного давления песчинки не смещаются значительно. Для некоторых отливок сложной конструкции, имеющих много глухих отверстий или глухих углов, недостаточная засыпка этих участков песком с образованием зазоров может привести к разрушению покрытия при воздействии высокотемпературного расплава чугуна и высокого отрицательного давления во время заливки. Это приводит к всасыванию жидкого чугуна из полости, образованию на поверхности отливки чугунных выступов, также называемых металлическим пригаром, а в тяжёлых случаях может вызвать локальное разрушение опоки и привести к ненужным потерям. Ещё одна функция вибростола заключается в преодолении этих мёртвых зон и заполнении участков, в которые трудно засыпать песок. Выход годных изделий, точность размеров, качество поверхности и внутреннее качество отливок напрямую зависят от работы вибростола. В настоящее время при проектировании вибростолов часто неясны амплитуда, частота вибрации, вынуждающая сила и способ конфигурации двигателя, а также отсутствует базовая расчётная основа. Справочные данные: амплитуда около 0.5mm, частота не менее 1500r/min; это позволяет получить хороший вибрационный эффект. С развитием литья по газифицируемым моделям исходная одномерная вибрация уже не удовлетворяет производственным требованиям, поэтому необходимо применять более надёжную трёхмерную вибрацию или даже более совершенную вибрацию. Выбор и применение вибрационной платформы очень важны в процессе литья по газифицируемым моделям, однако многие предприятия недостаточно осознают эту проблему; в результате несоответствующего вибрационного эффекта возникает большое количество пригара или брака.

Рисунок 3-2 Трёхмерный вибростол с пневмоподушкой

Влияние системы отрицательного давления на процесс литья по газифицируемым моделям

Литьё по газифицируемым моделям также называется вакуумно-плотным литьём в сухую песчаную форму с отрицательным давлением; этап создания отрицательного давления играет важную роль во всём литейном процессе. Как известно, при заливке при литье по газифицируемым моделям в полости образуется большое количество газа, что может вызвать множество опасных дефектов отливки. Система давления не только создаёт перед заливкой относительно вакуумированную полость модели, чтобы расплав чугуна мог плавно и быстро заполнить всю полость при заливке, но, что ещё важнее, быстро и непрерывно удаляет из опоки газ, образующийся при заливке, стабилизирует поле отрицательного давления в литейной форме, уменьшает обратный выброс и газовые дефекты отливки. Система отрицательного давления не только повышает плотность песка и откачивает большое количество газа, образующегося при заливке, но и создаёт для заливки высокотемпературную бескислородную среду, что способствует контролю формирования отливки и дефектов.

Система отрицательного давления с помощью водокольцевого вакуумного насоса всасывает нерастворимые и некоррозионные газы, создаёт вакуум и давление в закрытой ёмкости, обеспечивает отрицательное давление, необходимое в процессе заливки, и формирует стабильное поле отрицательного давления в опоке.

Рисунок 3-3 Система отрицательного давления

Таблица 3-2 Конфигурация системы отрицательного давления

3-3 FY-35A

Таблица 3-3 Технические характеристики FY-35A

Обработка песка

Требования к процессу обработки песка

Система обработки песка, как следует из названия, представляет собой комплексную систему обработки песка для литья по газифицируемым моделям; обычно используется керамический формовочный песок или кварцевый песок фракции 40~60 mesh. Как известно, после замещения пенополистироловой модели высокотемпературным жидким чугуном формовочный песок вокруг модели неизбежно нагревается высокотемпературной моделью, и его температура становится очень высокой. Чем ближе формовочный песок к модели, тем выше его температура, поэтому производственный персонал не может с ним работать. Кроме того, производственная линия ежедневно получает новые производственные задания, поэтому для обеспечения производства необходимо иметь определённый запас песка. После очистки отливки после заливки в формовочный песок попадает большое количество примесей, таких как отслоившиеся частицы покрытия, фрагменты литниковой чаши, выплеснувшийся горячий металл и т. д.; эти примеси необходимо удалить. Поэтому квалифицированная система обработки песка должна соответствовать следующим требованиям:

(1) Иметь определённую ёмкость хранения песка и обеспечивать ежедневные производственные задания;

(2) Охлаждать высокотемпературный формовочный песок для обеспечения его повторного использования;

(3) Отделять песок от различных примесей и получать чистый песок;

(4) Удалять пыль из формовочного песка и улучшать экологические условия в цехе.

4-1 Система обработки песка

Конфигурация системы обработки песка

Полный комплект системы обработки песка должен включать кантователь опок, сортировочный конвейер, цепной элеватор, горизонтальный охладитель, ленточный элеватор, ленточный конвейер, регулятор температуры песка, газотранспортную систему, бункер хранения песка и систему пылеудаления.

Система обработки песка необходима для полной производственной линии литья по газифицируемым моделям. Каждое оборудование имеет свои уникальные характеристики и отвечает требованиям технологии литья по газифицируемым моделям. В таблице 4-1 перечислены функции стандартного оборудования для обработки песка.

Система обработки песка незаменима для цеха литья по газифицируемым моделям: она не только позволяет повторно использовать керамический формовочный песок, но и улучшает экологические условия в цехе. В 21-м веке требования к экологическим условиям становятся всё выше. Создание экологичного цеха, соответствующего требованиям, является нашей общей целью.

Таблица 4-1 Требования к характеристикам оборудования для обработки песка

Таким образом, влияние оборудования для литья по газифицируемым моделям на технологию литья по газифицируемым моделям является комплексным: оно играет важную роль в обеспечении выполнения технологии, влияет на качество отливок, оптимизирует технологический процесс и способствует развитию технологии. Поэтому при выборе и использовании оборудования для литья по газифицируемым моделям необходимо всесторонне учитывать его характеристики и качество, чтобы обеспечить бесперебойное выполнение технологии литья по газифицируемым моделям и стабильное повышение качества отливок.

В будущем отрасль литья по газифицируемым моделям будет развиваться по направлениям технологических инноваций и оптимизации процессов, расширения рынка и роста спроса, а также стандартизации и нормализации отрасли. Эти тенденции будут способствовать непрерывному развитию отрасли литья по газифицируемым моделям и придадут новый импульс качественному развитию обрабатывающей промышленности.