Оборудование для литья в кокиль

В нашей стране эксплуатируются  автоматизированные линии для литья  в металлические формы поршней  из алюминиевого сплава, деталей электродвигателей, колес вагонеток, фасонных частей к канализационным трубам и др. НИИСЛом создана и успешно эксплуатируется на Одесском заводе сельскохозяйственных машин им. Октябрьской революции комплексно механизированная и частично автоматизированная карусельная линия модели А-35 для отливки стоек тракторного плуга из высокопрочного чугуна. На этой линии можно также отливать другие детали различной конфигурации массой до 50 кг в формах с вертикальной плоскостью разъема.

Плавка чугуна ведется  в вагранке производительностью 5 т/ч. Жидкий сплав выдается из копильника вагранки в ковш вместимостью 500 кг, который помещается в автоклав для модифицирования. После завершения процесса модифицирования, ковш устанавливается в кассету двухпозиционной заливочной машины с дистанционным управлением и сплав заливается в металлические формы, смонтированные на восьмипозиционной карусельной машине. Полученные отливки извлекаются из форм механизмом и передаются в установку для автоматического удаления литниковой системы. Отливки по пластинчатому транспортеру передаются на приемный стол и манипулятором укладываются на поддоны, на которых они поступают на отжиг в двухрядную термическую печь. При выходе из печи отливки охлаждаются в водяной ванне, а освободившиеся поддоны по монорельсу возвращаются на позицию загрузки печи. После охлаждения отливки поступают в дробеметный барабан непрерывного действия (на рисунке не показан), шлифовальные станки и на контроль.

В рассматриваемой линии  автоматизированы следующие операции: поворот карусельной машины с позиции на позицию; смыкание и раскрытие полуформ; извлечение отливки из форм; отбивка литниковой системы; регулировка теплового режима формы; передвижение поддонов с отливками в печи. Производительность линии составляет 12 000 т/год, а съем с 1 м² площади - 6,94 т/год.

В промышленности санитарно-технического оборудования имеются литейные цехи, в которых единственным видом  формообразования отливок является способ литья в металлические  формы. В этих цехах отливают фасонные части (муфты, отводы, тройники и т. п.) к канализационным

 

трубам. До середины 60-х  годов формообразование этих отливок  осуществлялось в ручных металлических  формах с вертикальной плоскостью разъема. Внутренние полости оформлялись  сырыми стержнями. В 1961 - 1962 гг. Гипросантехпром разработал конструкцию конвейерной линии со смонтированными на платформах конвейера автоматизированными металлическими формами.

Существуют машины у  которых закрытие кокилей возможно в различных позициях с помощью кулачков, замыкающих выключатели закрытия кокиля. Кокили закрываются только после того, как оптический пирометр замерит их температуру. В случае, если температура ниже или выше заданной, автоматически включается оптический или звуковой сигнал.

Кокильная секция снабжена тремя рабочими цилиндрами; цилиндры можно использовать каждый отдельно или комбинированно.

Цилиндры могут работать с кокилями, состоящими из двух, трех и четырех составных частей.

Каждая кокильная секция имеет индивидуальную панель управления с рядом пусковых кнопок, с помощью  которой обеспечивается проверка работы механизмов установки и ручное управление ими.

 

7. Кокильные конвейеры

 

Кокильные конвейеры  можно классифицировать по конструктивным и технологическим признакам:

 

1. по траектории движения - горизонтально или вертикально замкнутые;

2. по характеру движения - непрерывные, периодические;

3. по роду привода движения частей кокиля - с пневматическим, гидравлическим, механическим и копирным приводом;

4. по типу кокиля - с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема, вытряхные кокили;

5. по способу охлаждения кокилей - без охлаждения, с водяным или воздушным охлаждением;

6. по способу установки кокилей и их привода на конвейеры - с тележками; без тележек; с тележками, несущими только кокили или однопозиционные машины; с непрерывно заливаемыми кокилями и со стационарными приводами и т. д.

Каждый из перечисленных  типов конвейеров выбирается в зависимости  от веса, конфигурации отливки, планировки помещения и специфических условий  цеха. Наиболее выгодно применять  конвейеры для технологического процесса, требующего много времени для охлаждения кокилей после заливки металла.

 

 

 

Конструкции кокильных конвейеров приведены ниже:

 

Тележечный конвейер (рис. 9) движется непрерывно. На платформах установлено семнадцать кокильных пневматических машин. Кокильный конвейер обслуживается вагранкой производительностью 4 - 4,5 т/ч. Кокили перед заливкой покрываются краской на основе графита. Извлеченные из кокиля отливки падают по склизу в теплоизоляционный контейнер, расположенный в тоннеле. Емкость и число контейнеров рассчитаны на односменную работу конвейера. Охлаждение кокилей производится водяной завесой. Заливка осуществляется с монорельса подвесными ковшами.

Сжатый воздух подается к машинам от расположенного в  центре распределителя телескопической трубой.

Каждый тип машины рассчитан на определенную группу отливок, получаемых в чугунных кокилях с  вертикальной плоскостью разъема [3, с 382].

 

Рис. 9. Секция кокильного конвейера: 1 - тележка; 2 - корпус; 3 - рычаг с роликом; 4 - крышка кокиля; 5 - кокиль; 6 - склиз.

 

Подача сжатого воздуха  к машинам осуществляется с помощью  распределительного телескопического устройства. Извлеченные из кокилей  отливки попадают по склизу в теплоизолированные контейнеры, расположенные в туннеле. В целях интенсификации режима работы применена система охлаждения кокилей в виде охлаждающего экрана с водяной завесой.

Основные данные установки: масса отливок 3-100 кг; шаг платформы 1600 мм; скорость перемещения от 1,5 до 6 м/мин; усилие смыкания кокилей 50 кН; годовая производительность (при односменной работе) 6000 тонн отливок.

Залитые формы передвигаются  к устройству для автоматического  раскрытия крышки. Ролики рычагов  крышки наезжают на неподвижные копиры. Крышка, соединенная с изогнутыми рычагами, повернувшись на угол, превышающий 90°, под действием собственного веса продолжает поворачиваться до упора в корпус секции. Плавность опускания крышки достигается с помощью контркопиров, по которым по мере передвижения конвейера перемещаются ролики. Раскрытие крышки происходит через 30-40 с после окончания заливки. Отливка выбивается из корпуса кокиля через 5-6 мин (при повороте его на 180°). После выбивки отливки корпус и крышку кокиля, когда они остынут (до 250 - 300 °С), очищают металлической щеткой, обдувают сжатым воздухом и при дальнейшем движении конвейера окрашивают с помощью автоматического пульверизатора. Последующими операциями являются установка песчаных стержней и закрытие крышки.

Кокильные конвейеры  получили широкое распространение  при производстве из серого чугуна отливок фасонных частей для изделий сантехники.

 

 

8. Заключение

 

При кокильном литье  отпадает необходимость в модельно-опочной  оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что не только дает большую  экономию, но и снижает количество пыли и улучшает санитарные условия труда; повышается точность и чистота поверхности отливки; обслуживание кокилей не требует рабочих высокой квалификации; значительно повышается производительность и уменьшаются необходимые производственные площади. Технологический процесс кокильного литья можно легко механизировать. Механизированные кокили имеют устройство, позволяющее закрывать и раскрывать их от пневматического или гидравлического привода. При массовом производстве несколько кокильных машин устанавливают на вращающиеся карусели, поворачивающиеся на необходимый угол через определенное время, за которое производится заливка кокиля.

Кокильное литье применяют  в условиях крупносерийного и  массового производства при изготовлении несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок 3 - 100 мм из чугуна, стали и цветных металлов.

Размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые расталкиванием модели, упругими и остаточными деформациями песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12-15-му квалитетам по СТ СЭВ. При этом точность по 12-му квалитету возможна для размеров, расположенных в одной части формы. Точность размеров, расположенных в двух и более частях формы, а также оформляемых подвижными частями формы, ниже. Коэффициент точности отливок по массе достигает 0,71, что обеспечивает возможность уменьшения припусков на обработку резанием.

Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхности отливки. Шероховатость поверхности отливок определяется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 80-100 мкм, но может быть и меньше. Отливки в кокиль не имеют пригара.

Кокиль практически  газонепроницаем, но и газотворность  его минимальна и определяется в  основном составами огнеупорных  покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в кокильных отливках - явление не редкое. Причины их появления различны, но в любом случае расположение отливки в форме, способ подвода расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке.

Эффективность производства отливок в кокиль, как, впрочем, и  других способов литья, зависит от того, насколько полно и правильно  инженер-литейщик использует преимущества этого процесса, учитывает его  особенности и недостатки в условиях конкретного производства.

 

Ниже приведены преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта:

 

1. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 - 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения, увеличить съем отливок с 1 м² площади цеха.
2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.
3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья работающих операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.
4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля. При литье в кокиль устраняется сложный для автоматизации процесс изготовления литейной формы. Остаются лишь сборочные операции: установка стержней, соединение частей кокиля и их крепление перед заливкой, которые легко автоматизируются. Вместе с тем устраняется ряд возмущающих факторов, влияющих на качество отливок при литье в песчаные формы, таких, как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, что делает процесс литья в кокиль более управляемым. Для получения отливок заданного качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество отливок, повысить эффективность производства, изменить характер труда литейщика-оператора, управляющего работой таких комплексов.

 

Литье в кокили имеет и недостатки:

 

1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления.
2. Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса особенно при литье чугуна и стали, и поэтому повышение стойкости кокиля является одной из важнейших проблем технологии кокильного литья этих сплавов.
3. Сложность получения отливок с внутренними полостями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.
4. Отрицательное влияние высокой интенсивности охлаждения расплава в кокиле по сравнению с песчаной формой. Это ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.
5. Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

 

Вывод:

 

Преимущества и недостатки этого способа определяют рациональную область его использования: экономически целесообразно вследствие высокой стоимости кокилей применять этот способ литья только в серийном или массовом производстве. Серийность при литье чугуна должна составлять более 20 крупных, или более 400 мелких отливок в год, а при литье алюминиевых - не менее 400-700 отливок в год [2, с 256].

Эффективность литья  в кокиль обычно определяют в сравнении  с литьем в песчаные формы. Экономический  эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обрубки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению производительности и улучшению условий труда.

Таким образом, литье  в кокиль с полным основанием следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

 

 

Список использованной литературы

 

1. Гирн, А.В. Технологические процессы в машиностроении: учеб. пособие / А.В. Гирн, С.С. Ивасев, А.Е. Михеев, СибГАУ. – Красноярск, 2005. – 132 с.
2. Ансеров, Ю. М. Машины и оборудование машиностроительных предприятий: учебник для инж.- экон. спец. вузов / Ю.М. Ансеров, В.А. Салтыков, В.Г. Семин. – Л.: Политехника, 1991. – 385 с.
3. Бураков, С.Л. Литье в кокиль / Бураков С.Л., Вейник А.И., Дубинин Н.П. (и др.). - М.: Машиностроение, 1980. - 415 с.