Групповой метод литья в песчано-глинистые формы

Категория:
Групповая технология получения заготовок


Групповой метод литья в песчано-глинистые формы

В настоящее время изготовление отливок производится многими способами, но в условиях единичного, мелкосерийного и даже серийного производства подавляющее количество (до 85%) их получают методом заливки в разовые формы из песчано-глинистых смесей.

Быстрое и качественное получение отливок с применением машинных способов формовки, конвейерной заливки, механизированной выбивки и очистки литья можно осуществить наиболее экономично и в кратчайшие сроки путем внедрения группового метода, широкого использования стандартной оснастки, механизации и автоматизации производственного процесса.

Экономическая эффективность организации таких механизированных литейных цехов мелкосерийного и серийного производств достаточно полно подтверждается практикой.

Подготовительная работа по организации группового производства отливок должна вестись в следующей последовательности: разработка классификатора отливок и разработка групповых и типовых технологических процессов; выбор, проектирование и изготовление необходимой оснастки; выбор оборудования; решение задач по механизации и автоматизации; организация и планирование группового производства.

Общая методика классификации отливок. Выбор системы классификации отливок должен проводиться с учетом главных признаков, влияющих не только на качество изготовления отливок, но и на их себестоимость. Необходимо учитывать возможности применения унифицированной и стандартной оснастки, машинных методов формовки, выбивки, очистки.

Одновременно с классификацией следует проводить работу по унификации элементов и размеров деталей, материалов, технологической оснастки.

Основными признаками, учитываемыми при определении группы деталей, являются конструктивно-технологические особенности отливок (габаритные размеры, масса, материал и т. п.), а также данные о технологической оснастке и оборудовании.

На рис. 1 показана одна из схем построения классификатора, в соответствии с которой вся номенклатура отливок разбивается на классы, подклассы и типы.

Рис. 1. Классификатор деталей

Основным признаком, по которому отливки относятся к определенному классу, являются технические характеристики имеющихся моделей формовочных машин, которые определяют возможность машинной формовки отливок в пределах тех или иных габаритных размеров. По этим признакам отливки, габаритные размеры которых приводятся в миллиметрах, подразделяются на следующие классы:
До 300
300—500
500-700
700-900
900-1100
1100—1300
1300-1500
1500—2000
2000—2500
2500-3000

На основе такой классификации определяется типаж оборудования, необходимого для разных групп. Отливки размером более 2000 мм целесообразно изготовлять путем жакетной формовки.

Подкласс составляют отливки, имеющие общие технологические особенности. Например, отливки, для которых формы изготовляют на формовочных машинах, рекомендуется подразделять на следующие подклассы.

Подкласс 1 (шифр 0101) — отливки, формуемые по безразъемным моделям, расположенным в нижней опоке. Это преимущественно бестержневые отливки или отливки, имеющие простой центровой стержень без верхнего знака.

Подкласс 2 (шифр 0102) — отливки, формуемые по безразъемным моделям, с висячим болваном.

Подкласс 3 (шифр 0103) — отливки, формуемые по моделям с разъемом, без стержней или -с простым центровым стержнем.

Подкласс 4 (шифр 0104) — отливки, формуемые по моделям с разъемом, с внутренними полостями, для образования которых требуется один или несколько стержней.

Подкласс 5 (шифр 0105) — отливки, формуемые по моделям с разъемом, со стержнями для образования внутренних полостей детали и для получения элементов наружной поверхности.

Подклассы отливок делятся на типы. Под типом понимается совокупность отливок, близких по конструктивному подобию: например, тела вращения и части тел вращения, отливки трубчатые, коробчатые, рычажные, призматические и т. д.

Имея подобного рода классификаторы, можно приступить к группированию деталей, что является основной целью классификации. Комплектование групп деталей будет производиться, как правило, из деталей, относящихся к одному подклассу.

Учет деталей, входящих в определенные класс, под. класс и тип, ведется по специальной классификационной ведомости.

При многономенклатурном производстве рекомендуется применять систему кодирования элементов и особенностей каждой отливки. В этих случаях классификация деталей на группы производится с помощью ЭВМ по заданным признакам, характеризующим особенности каждой группы отливок.

Для получения отливки необходимо комплексное решение ряда технологических вопросов, связанных не только с процессом литья, но и с рядом вспомогательных операций, таких как приготовление формовочной и стержневой смеси, изготовление форм и стержней. Существенное значение имеет и технология плавки металла и т. п.

В производстве отливок в песчаные формы должны широко применяться типовые и групповые технологические процессы, при разработке которых необходимо использовать имеющиеся рекомендации и производственный опыт передовых литейных цехов.

Во время проведения работы по классификации отливок необходимо проводить отработку конструкции на технологичность. Высокий уровень технологичности повышает качество и облегчает разработку групповых и типовых технологических процессов. В связи с этим конструирование деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства должно- учитывать требования групповой технологии. Одним из главных вопросов является определение положения детали при заливке. В подавляющем большинстве случаев оно совпадает с положением при формовке.

Определяя положение детали при заливке, необходимо обеспечить:
1) направленное затвердевание, позволяющее получить более плотную отливку, чем при равномерном затвердевании;
2) простоту формовки, выражающейся в применении чистой модели, наименьшего количества стержней, размещении всей отливки в нижней полуформе;
3) расположение поверхностей, требующих механической обработки внизу или в вертикальном положении.

Зачастую при разработке технологии невозможно выполнить все эти условия. Поэтому необходимо при конструировании или при отработке детали на технологичность выделить наиболее важные требования и положить их в основу определения положения детали при заливке.

Возможность выполнения этих требований обеспечивается типизацией конструкции и унификацией технологии. При проектировании новых отливок целесообразно максимально использовать типовые элементы конструкций, а если возможно, то стремиться к максимальному сходству их с деталями, входящими в группы. При решении общей задачи повышения производительности и качества отливки требуется разработка ряда типо-решений, связанных с выбором опочной оснастки, стержневых ящиков, литниковых систем, моделей прибылей, арматуры для стержней. Большое значение имеет унификация марок материала, составов формовочных и стержневых смесей.

Литниковая система является весьма важным элементом, и ее выбор особенно эффективно сказывается на повышении качества литья, сокращении расхода металла, упрощении разработки технологии. Расчет ее достаточно сложен и обычно проводится для отливок деталей большими партиями. При групповой технологии целесообразно сделать расчет литниковой системы для определенной группы деталей, приняв ее как типовую для остальных.

Одним из важных источников повышения выхода годного литья служит снижение расхода металла на прибыли. Благодаря унификации в каждом случае можно использовать прибыли рациональной формы и оптимальных размеров, а также применить специальные технологические методы (обогрев прибылей, теплоизоляцию).

Выбор смеси для форм и стержней имеет большое значение при проектировании групповых и типовых технологических процессов. Характер смеси и связанные с ним особенности технологии изготовления формы оказывают влияние на чистоту поверхности отливок, отсутствие в них песочных раковин и трещин, точность размеров. Особого внимания требует выбор смеси для стержней как наиболее ответственных частей формы. Все эти моменты должны учитываться как при разработке конструкции деталей, так и технологического процесса.

Выбор, проектирование и изготовление литейной оснастки. Одним из основных вопросов, определяющих возможность и уровень механизации литейного производства в условиях изготовления деталей мелкими сериями, является рациональный выбор и использование технологической оснастки.

Создание вполне определенных групп отливок на основе их конструктивно-технологической общности является основой разработки и применения стандартизованной модельно-опочной оснастки, главным образом ее неформообразующих частей (опок, модельных плит, корпусов, стержневых ящиков, сушильных плит и т. д.), что в условиях мелкосерийного производства приобретает особое значение.

Использование такой оснастки приводит к тому, что при освоении нового изделия необходимо изготовить только ее формообразующие части. Это в значительной степени сокращает сроки подготовки производства, удешевляет себестоимость литых деталей и обеспечивает возможность применения машинных методов формовки.

При проведении работ по стандартизации необходимо стремиться к созданию минимального, но достаточного количества различных типоразмеров оснастки, обеспечивающих возможность формовки различных деталей и стержней к ним.

Стандартизованная литейная оснастка нашла широкое применение на многих заводах и подробно описана многими авторами.

Рассмотрим возможности использования стандартной оснастки при применении группового метода в условиях мелкосерийного производства.

Экономическая эффективность машинной формовки в условиях мелкосерийного производства определяется правильным использованием различных унифицированных конструкций переналаживаемых модельных плит, применение которых дает возможность перевести на машинную формовку не только отливки, изготовляемые мелкими сериями, но и отливки единичного производства.

В настоящее время в литейных цехах применяются различные виды модельных плит, обеспечивающие установку и закрепление различных групп деталей: координатная модельная плита; координатная плита с клетью и прижимными планками; универсальная рамка с быстросменной модельной плитой; универсальная модельная плита с крестообразными гнездами; универсальный координатный стол; универсальная подмодельная плита с гнездами для быстросменных вкладышей.

Конструкция модельных плит должна обеспечивать:
1) быструю и точную установку и смену моделей на плитах;
2) быструю и простую смену плит на машинах.

Одной из наиболее оправдавших себя конструкций плит, обеспечивающих выполнение поставленных условий, является координатная плита.

Габаритные размеры модельных плит определяются в зависимости от размеров опок и при машинной формовке соответствуют типу формовочной машины.

Основной особенностью координатных модельных плит является наличие системы отверстий, просверленных по точной координатной сетке. Шаг сетки устанавливается в зависимости от размеров плиты. Большой шаг применять не рекомендуется, гак как он затрудняет установку на плите различных элементов литниковой системы. Размерной базой координатной сетки являются осевые линии, проходящие через отверстия установочных штырей. Высокая точность расположения отверстий по шагу, обеспечивающая совпадение координат отверстий одной плиты с соответствующими отверстиями другой, достигается посредством сверления по кондуктору или на координатно-расточном станке. Конструкция такой плиты показана на рис. 2.

Одновременно с координатными плитами рекомендуется изготовлять из листовой стали шаблон плиты, по которому производится разметка отверстий в моделях.

Для наиболее рационального использования координатных модельных плит необходимо прежде всего разработать монтажную схему расположения групп деталей по групповому классификатору) и выбрать рациональную литниковую систему, обеспечивающую получение качественных отливок.

Рис. 3. Шаблон

Рис. 4. Схемы монтажа моделей на координатных плитах:
1 — модели; 2 — питатели

Рис. 5. Кондуктор для сверления отверстий

Порядок подготовки модельной оснастки состоит в следующем. Как обычно, изготовляются разъемные деревянные модели и модели литниковой системы. Согласно монтажной схеме, одна из половинок моделей детали и литниковой системы устанавливается на разметочный шаблон плиты и закрепляется на нем струбцинами. Через отверстия в шаблоне на обратной стороне закрепленной модели производится разметка под сверление гнезд для деревянных шипов и зажимных штырей. После этого модели снимаются и просверливаются по кондуктору. Просверленные половинки моделей спариваются со вторыми половинками, и в последних просверливаются отверстия через отверстия первых половинок моделей. После сверления отверстий в каждую из половинок модели вставляют деревянные калиброванные шипы, изготовленные из твердых пород дерева. При помощи этих шипов модели устанавливаются на координатные плиты и закрепляются на них одним шурупо.

Рис. 6. Крепление модели на координатной плите

Для моделей, закрепляемых на координатных плитах, вместо деревянных шипов применяются калиброванные стальные штыри, которые крепятся при помощи специальной планки, врезанной в модель заподлицо с плоскостью разъема. Крепление моделей в данном случае обеспечивается специальным устройством клети.

На некоторых заводах применяются координатные плиты со встроенным пневмоприводом для закрепления моделей. Такой способ подготовки и монтажа моделей позволяет быстро и легко сменить на плите модели по окончании изготовления необходимого количества форм.

Элементы крепления плиты к формовочной машине определяются в зависимости от типа стола применяемых машин.

Одной из рациональных конструкций плит, используемых в условиях мелкосерийного производства, является клишевая плита, дающая возможность одновременно формовать различные детали. Конструкция плиты состоит из коробчатого основания и вкладных плиток с закрепленными на них моделями. При такой конструкции модельной плиты можно не только производить формовку различных деталей одновременно, но и в случае необходимости сравнительно быстро заменять одну модель другой.

Рис. 7. Координатная плита со специальным устройством клети:
1 — координатная плита; 2 — клеть; 3 — зажимная планка; 4 — винт; 5 — гайка

На рис. 10 показана подмодельная плита, отлитая из алюминиевого сплава, на рабочей поверхности которой выфрезеро-ваны три посадочных гнезда в виде креста. В зависимости от массы и габаритных размеров отливок количество гнезд на плите может быть различным.

В гнезда плиты вставляются алюминиевые кресты с закрепленными на них моделями. Кресты фиксируют модели на плите. От перемещения в вертикальной плоскости при набивке и вытяжке модели крест удерживается с одной стороны питателем, с другой — зажимом в виде тонкой стальной пластины, свободно вращающейся вокруг оси, зафиксированной па плите. Крепление моделей к кресту осуществляется винтами или шурупами,

Рис. 8. Чертеж координатной плиты со специальным устройством

Рис. 9. Односторонняя сборная клишевая плита:
1 — основание; 2, 3 — типоразмеры вкладных плиток; 4 — прижимной винт; 5 — штыри

Рис. 10. Быстросменная подмодельная плита для верхних полуформ с тремя гнездами:
1 — зажим; 2 —верхняя половина модели; 3 — пи-тающе-распределительная бобышка; 4 — шлакоуловитель; 5 — шпилька под стояк

Для питания металлом на плите монтируется дроссельная литниковая система, благодаря применению которой уменьшается брак от газовых раковин и шлаковых включений. Наиболее эффективно данная система используется при заливке деталей развесом от 1 до 25 кг. Расчет литниковой системы ведется по средней массе отливок, монтируемых на данной паре плит.

Модели могут устанавливаться и сменяться на плите независимо одна от другой. При необходимости на кресте можно закрепить несколько моделей, питая их одну через другую, что допустимо только при отливке малоответственных деталей.

Для того чтобы исключить ошибки при монтаже моделей на плитах, предназначенных для формовки верха или низа, рекомендуется около соответствующих гнезд выбивать номера, а на крестах, к которым прикреплены нижние половинки моделей,— букву Н.

Рис. 11. Крепление модели к кресту:
1 — алюминиевый крест; 2 — деревянная модель; 3 — шуруп; 4 — винт; 5 — замазка

Рис. 12. Дроссельная литниковая система:
1 — отливка; 2 — питающая бобышка с питателем; 3 — шлакоуловитель; 4 — дроссель; д — шпилька под стояк: 6 — стояк

При групповом методе производства для изготовления стержней различных типоразмеров на ряде заводов применяются переналаживаемые стержневые ящики, которые состоят из постоянного для данного типа машины стандартного металлического корпуса и сменных вкладышей. В зависимости от размера партии вставки могут быть металлическими или деревянными, они изготовляются из стандартных заготовок.

Размеры переналаживаемых стержневых ящиков в зависимости от типа формовочной машины приняты от 300 X 200 X 150 До 200 X 1200X500 мм. Применение переналаживаемых стержневых ящиков позволило изготовлять до 90 % номенклатуры стержней машинным способом. Трудоемкость изготовления стержней по цеху снижена на 50%, а качество стержней и от. ливок резко повышено.

Групповым методом должны быть охвачены не только мелкие и средние детали, но и крупные отливки, так как для них также характерны элементы конструктивной общности.

Несмотря на то что крупные отливки преимущественно изготовляются мелкими партиями, а иногда и единичны, все же и в этом случае удается применять стандартную оснастку. Это позволяет отказаться от изготовления моделей, ям, постелей путем замены их жакетами со стандартизованными поперечными сечениями трапецеидального профиля. Формы в данном случае

образуются путем сборки стержней. Длина форм может меняться в достаточно широких пределах благодаря применению в жакетах переставных торцовых стенок.

Жакеты могут выполняться металлическими или из температуростойких сортов бетона, не подверженных значительному термическому расширению.

Выбор оборудования. Механизация формовки не только резко увеличивает производительность труда, но и способствует повышению качества отливок, обеспечивая их изготовление с более точными размерами, чем при ручной формовке.

Классификация отливок, применение стандартной оснастки обусловили возможность машинной формовки отливок в условиях не только крупносерийного, но и мелкосерийного и даже единичного производства.

В зависимости от конструктивно-технологических особенностей и габаритных размеров отливок применяются различные типы формовочных машин. Встряхивающие машины имеют существенные недостатки — низкую производительность, громоздкость конструкций, интенсивный износ деталей, а также сильный шум при работе. На ряде заводов нашел применение метод прессования форм под высоким удельным давлением на пневморы-чажных и гидравлических прессах. Проведенные исследования показали, что для получения приемлемой плотности форм необходимо удельное давление в диапазоне 1,2—2,0 МПа.

Применение установок и автоматических линий для изготовления литейных форм прессованием под высоким давлением позволяет получать формы для отливок самых различных деталей, обеспечивает условия для механизации и автоматизации готовления литейных форм и резко улучшает условия труда. В качестве примера рассмотрим прессовую установку, созданную на ПО «Кировскии завод».

Рис. 13. Стандартный переналаживаемый стержневой ящик

Прессовая установка П-457 предназначена для готовления литейных песчаных форм методом прессования в опоках размером 1200X600X300 мм для отливок единичного И мелкосерийного производства.

Установка состоит из пресса, двух подвижных столов, двух пневматических цилиндров для перемещения столов, двух бункеров, двух съемников опок, двух пневматических подъемников, рольганга пустых опок, рольганга готовых форм и тележки для передачи готовых форм с рольганга готовых форм на рольганги-накопители форм.

Прессовая установка работает следующим образом. Пустые опоки с рольганга пустых опок захватываются пневматическим подъемником и устанавливаются на столы, на одном из которых смонтированы модельные агрегаты верха, а на другом — низа. После этого подвижный стол совместно с опокой и модельным агрегатом низа подается пневматическим цилиндром под бункер, где происходит наполнение опоки формовочной смесью до уровня наполнительной рамки. Затем пневматический цилиндр подает стол с опокой под пресс. Усилие прессования контролируется манометром. После окончания прессования опока подается на позицию протяжки, где штифтовой пневматический съемник производит протяжку формы. Готовая форма снимается электрическим тельфером (не показан на рисунке), кантуется и устанавливается на рольнанг готовых форм. В то время, когда произведится протяжка формы опоки низа, опока верха подается под бункер, заполняется смесью, перемещается под пресс, и далее осуществляется тот же технологический цикл, который прошла и опока низа. Поочередно изготовленные на прессовой установке формы низа и верха собираются на рольганге готовых форм и передаются на заливку. Управление дистанционное с двух пультов. Производительность установки для опоки с максимальными размерами — 40 полуформ в час. Установку обслуживают два человека. Занимаемая площадь 9X6 м (без насосной станции). Высота установки над уровнем пола 4,5 м.

На этом же заводе создана и прессовая установка ПФ-200, предназначенная для изготовления крупногабаритных литейных форм методом прессования в опоке с габаритными размерами 2100X1500X750 мм для единичного и мелкосерийного производства чугунного литья.

Теоретические разработки и практика показали, что применение группового метода при литье в песчаные формы в условиях мелкосерийного производства позволяет:
1) механизировать приготовление формовочной смеси, транспортировку ее к формовочным машинам, подачу горелой земли к бегунам;
2) перейти от ручной формовки к машинной;
3) внедрить конвейерную щеку, используя для транспортировки опок на заливку 33 выбивку линию приводных рольгангов или более сложные транспортеры;
4) производить заливку в непосредственной близости от плавильных агрегатов, что упрощает транспортировку жидкого металла к формам;
5) сосредоточить выбивку в одном Lecre на выбивной решетке.

Рис. 14. Прессовая установка П-467

Все это обеспечивает организацию механизированных литейных цехов в условиях мелкосерийного производства.

На рис. 15 показана схема участка сборки, заливки и выбивки форм. Сборка форм производится на рольгангах, идущих от формовочных машин, на которых осуществляется формовка различных групп деталей. Собранные формы поступают на площадки конвейера и передвигаются к месту заливки. Залитые формы охлаждаются в охладительном тоннеле и пневматическим подъемником подаются на выбивную решетку. После выбивки пустые опоки тем же подъемником устанавливаются на площадках конвейера и возвращаются к формовочным машинам.

Дальнейшие операции обрубки и очистки литья также механизированы.

Однако внедрение автоматизированных процессов формовки, заливки, выбивки и очистки, изготовления смесей и стержней обусловливает необходимость выполнения ряда сложных задач. Первая из них связана с формовкой. Одним из условий автоматизации формовки является применение опок одного размера на одной автоматической линии, так как при различных размерах приходится вводить сложную переналадку. Поэтому нужно специализировать производство литья по массе и конфигурации. Применение метода групповой формовки позволяет в опоках одного размера формовать детали широкой номенклатуры.

Вторая задача — это автоматизация заливки. Даже в лучших механизированных и автоматизированных литейных цехах заливка чугуна и стали производится вручную. Для того чтобы не останавливать опоки в момент заливки, ковш с металлом и сам заливщик перемещаются со скоростью движения опок, но тем не менее заливка производится вручную. Одним из способов решения этой задачи является применение метода групповой заливки. Опоки должны быть разбиты на несколько групп по массе заливаемого металла, например по 50, 70 и 90 кг. В соответствии с этим в подвижные ковши на весовом дозаторе наливается заданное количество металла. На автоматической линии металл из ковша полностью выливается в опоку.

Если не удается подобрать группу отливок, суммарная масса которых соответствовала бы емкости ковша, то формуется небольшая дополнительная прибыль для избыточного металла. Этот пример иллюстрирует возможности использования группового метода при решении такой сложной технической задачи, как автоматизация заливки.

Рис. 15. Схема механизированного участка сборки, заливки и выбивки форм

Третья задача — автоматизация процесса- остывания форм. Обычно на конвейер для остывания ставятся все опоки, причем шходится подбирать скорость конвейера по наиболее медленно остывающей детали. Например, если такая деталь требует на стывание 2 ч, то весь конвейер двигается с такой скоростью, чтобы каждая’из опок находилась на нем 2 ч. Это увеличивает длину конвейера и площадь, занимаемую им. Положение меняется при использовании группового метода. В одном из цехов все детали разбиты на восемь групп по срокам остывания — от 2 ч до 15 мин. В соответствии с этим установлено восемь конвейеров по одному для каждой группы с разной скоростью перемещения. В зависимости от группы деталей опокам задается адрес конвейера остывания, куда они автоматически транспортируются. Такая система позволяет в несколько раз уменьшить площадь цеха и получать отливки, остывшие примерно до одинаковой температуры.

При групповом методе получения отливок открылись большие возможности и для их очистки. Выполнение этой операции осуществляется различными методами — дробе- и пескоструйными аппаратами, электрогидравлическим методом и методом обкатывания. Все эти установки проектируются и применяются в зависимости от конструкции отливки, ее веса и габаритных размеров, т. е. для определенной группы изделий.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум