Формовочные машины

Формовочные машиныФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ, машины, применяемые в литейном производстве для изготовления разовых форм. Формовочные машины в зависимости от рода применяемой энергии можно подразделить на: 1) ручные, 2) гидравлические, 3) пневматические и 4) электрические машины; по технологическому принципу на: 1) прессовые машины, 2) встряхивающие машины, 3) центробежные и специальные машины; по способу освобождения опоки на: 1) формовочные машины с неподвижной подмодельной плитой, 2) формовочные машины с поворотной или перекидной плитой. В Германии предложена следующая классификация формовочных машин: а) машины для ручной набивки форм, в которых весь механизм машины состоит из приспособления для подъема опок и опускания модели, б) ручные прессовые, в) механические прессовые, г) встряхивающие, д) набивочные (штампующие), е) протяжные, ж) центробежные формовочные машины. Наибольшее распространение имеют пневматические формовочные машины вследствие их наибольшей производительности и гибкости. Гидравлические прессовые машины, обладающие целым рядом преимуществ, в значительной мере вытеснены за последнее время пневматическими машинами.

Вопрос о выборе способа уплотнения формовочной земли (прессованием или встряхиванием) определяется характером и габаритом формуемых деталей. Уплотнение земли при помощи прессовки производится следующим образом: наполненная формовочной землей опока с моделью неподвижна, а прессующая колодка нажимом уплотняет землю (фиг. 1а), в этом случае уплотнение земли будет максимальным в верхней части опоки и наиболее слабым вокруг модели, в то время как наибольшая плотность формы необходима как раз в тех слоях формы, которые будут непосредственно воспринимать давление расплавленного металла, т. е. в частях, непосредственно примыкающих к модели.

Способы уплотнения формовочной земли

Эта разность в уплотнении будет тем больше, чем больше будет высота модели, а, следовательно, и опоки. Гораздо лучше с производственной точки зрения уплотнение формовочной земли м. б. достигнуто, когда опока, наполненная формовочной землей, прижимается к прессующей доске или же последняя вдавливается в опоку, производя т. о. уплотнение земли (фиг. 1б). В этом случае распределение уплотнения будет более отвечать требованиям технологического процесса. Во всяком случае, уплотнение формовочной земли прессованием применимо и оправдывается полностью лишь при невысоких опоках и при сравнительно несложных по конструкции деталях. Преимущество прессовых машин - исключительно высокая производительность их.

Опока

Уплотнение встряхиванием производится сл. образом: опока (фиг. 2),наполненная формовочной землей, ставится на подмодельную плиту, соединенную со столом, который посредством сжатого воздуха может подниматься на определенную высоту, достигнув которой, вследствие прекращения подачи сжатого воздуха, падает, затем следует новый подъем и новое падение и т.д. Под действием толчков земля в опоке уплотняется; схема уплотнения показана на фиг. 3, на которой по оси абсцисс отложены уплотнения формовочной земли.

Схема уплотнения формовочных материалов

Распределение уплотнения в данном случае наиболее отвечает требованиям производства, т. к. максимальная плотность, а, следовательно, и прочность, будет внизу у модели, т. е. в месте непосредственного соприкосновения расплавленного металла с формой, а к верху опоки плотность постепенно будет уменьшаться. Однако в верхней части опоки, особенно при высоких опоках, степень уплотнения часто бывает настолько незначительна, что требуется дополнительное уплотнение, которое производится или вручную, или пневматической трамбовкой, или же дополнительным прессованием. Поэтому в смысле производительности встряхивающие машины уступают прессовым, но они являются незаменимыми для формовки больших высоких опок, для которых уплотнение земли прессованием совершенно не подходит. При уплотнении формовочной земли пескометами можно варьировать степень уплотнения в довольно широких пределах путем изменения числа оборотов ковша и скорости прохождения последнего над опокой; обслуживание этих машин производится более квалифицированными рабочими по сравнению с обслуживанием прессовых и встряхивающих машин.

Выбор того или иного способа съема опок с формовочных машин обусловливается исключительно размерами и весом формуемой детали; так, например, если для небольшой опоки с плоской моделью наиболее подходящим способом будет подъем опоки при помощи штифтов, то при высокой модели с тонкими ребрами единственным способом, обусловливающим получение годной отливки, будет применение только протяжной модельной плиты (например, при формовке ребристых труб). Для формовки нижней опоки целесообразней применять формовочные машины с поворотной плитой; для формовки верхних опок применяют машины с подъемом опок или с протяжной плитой. Из гидравлических прессовых машин наибольшего внимания заслуживают формовочные машины системы Зингера (Подольский механический завод) как по своей производительности (до 550—600 опок при 3 рабочих в смену), так и по надежности в работе.

Формовочная машина системы Tabor

Пневматические формовочные машины фирмы Landsberg являются оформлением гидравлической машин системы Зингера. Одним из удачных типов пневматической прессовой машины можно считать формовочную машину системы Tabor (фиг. 4). Характеристика этих машин приведена в табл. 1.

Характеристика формовочных машин системы Tabor

Оригинальной прессовой формовочной машиной является выпущенная в Англии электромагнитная машина (фиг. 5). Стол 1 с модельной плитой движется вверх при пропускании тока через соленоид 2, который состоит из одной или более секций, в зависимости от высоты подъема. Электромагнитный ток намагничивает стационарный 3 и подвижный 4 сердечники. Подвижный сердечник, притягиваясь к стационарному, осуществляет подъем стола 1.

Оригинальной прессовой формовочной машиной является выпущенная в Англии электромагнитная машина

Скорость подъема стола регулируется масляным буфером 5, а высота подъема определяется расстоянием между стационарным и подвижным сердечниками; это расстояние может изменяться посредством поворачивания маховичка 6. При своем подъеме стол поднимает вытяжную раму, прикрепленную к столу тягами 7. Рама наставляется двумя большими штангами 8, которые автоматически захватываются собачками, удерживая раму в верхнем положении. Опока поддерживается штифтами 9. После прессовки стол 1 модельной плиты опускается под действием собственного веса, вынимая т. о. модель из опоки. Расход электроэнергии в час при производительности 30 опок не превышает 1,5 kW (при стоимости 1 kW=4 коп.).

Наибольшим распространением в литейном производстве пользуются встряхивающие формовочные машины с дополнительным прессованием, из которых наиболее совершенными с конструктивной стороны следует признать формовочные машины системы Nichols и Osborn. Формовочные машины системы Никольса представляют собой по преимуществу комбинированные встряхивающие машины с дополнительным прессованием. Характерным отличием формовочных машин системы Никольса является солидная станина, состоящая из цилиндра и направляющих для съемного приспособления. Все управление работой формовочной машиной осуществляется посредством одного лишь распределительного клапана: прессовый цилиндр производит лишь одно движение - вверх. Схема работы формовочной машины системы Никольса показана на фиг. 6.

Схема работы формовочной машины системы Никольса

Модельная плита укрепляется на столе 1 и опока (не показана на схеме) соединяется или с модельной плитой или с рамой 2, служащей опорой опоки. Поворотом рукоятки вентиля 3 направо начинают процесс встряхивания. При этом сжатый воздух входит внутрь под поршень 4, несущий на себе модельную плиту. Высота подъема поршня, а, следовательно, удара, автоматически регулируется открытием окон 5 нижним краем поршня 4. Как только нижний край поршня 4 откроет окна 5, воздух перетекает в пространство 6 и в атмосферу. Во время встряхивания траверс с прессующей колодкой устанавливается над опокой. По окончании процесса встряхивания рукоятка вентиля поворачивается налево, причем воздух по другому проходу входит в прессующий цилиндр и поднимает оба поршня вместе с модельной плитой, столом 1 и рамой 2 и опокой, прижимая последнюю к прессующей колодке. Поворачивая затем снова рукоятку вентили 3 в среднее положение, открывают выпускное отверстие прессового цилиндра; стол вместе с модельной плитой и несущая опоку рама падают вниз, причем точное направление движения обеспечивается помимо прессового поршня еще и мощными круглыми штангами 7. Во время движения эти штанги задерживаются на известной высоте собачками в, и рама 2 с заформованной опокой также останавливается, в то время как стол с модельной плитой продолжает падать вниз, освобождая т. о. модель из опоки. Для обеспечения точного вертикального движения стола, несущего модель, служат четыре направляющие штанги 9, расположенные во встряхивающем столе. Штанги 7 в нижней своей части, равно как и направляющие 9, погружены в масляную ванну, смягчающую удар и обеспечивающую хорошую смазку. Для того чтобы снять опоку, отводят в сторону траверсу с прессующей колодкой. Для того чтобы возвратить в исходное положение раму 2, движением ножного рычага повертывают собачки, и рама тотчас же садится на место, причем масляные ванны обеспечивают ей плавное падение. Для высоких моделей м. б. укреплена протяжная плита, на которую ставится опока; в этом случае освобождение модели производится по принципу протягивания. Вибратор, укрепленный на столе, обеспечивает спокойный съем опоки. Если машина снабжена особым рольгангом для отвода опок, готовая опока легко и быстро откатывается в сторону на примыкающий к формовочной машине рольганг, с которого она убирается при помощи специальных подъемников. Освобождение модели и откатывание форм не требует ни особых цилиндров, ни особых клапанов (модель вынимается из формы тяжестью прессового поршня).

Не менее удачной является конструкция встряхивающих машин системы Осборна, широко распространенных на наших новейших литейных заводах (ЗИС, ГАЗ, СТЗ, ЧТЗ и др.). Машины Осборна отличаются так же, как и машины системы Никольса, высокой производительностью.

Встряхивающе-прессовая машина с поворотной плитой и с автоматическим снятием опок и для изготовления верхних опок

Существует несколько типов этой системы; на фиг. 7 представлена встряхивающе-прессовая машина с поворотной плитой и с автоматическим снятием опок (для нижней опоки), а на фиг. 8 - встряхивающе-прессовая формовочная машина для изготовления верхних опок (на фиг. 7: 1 - зажимы для прикрепления опоки к поворотной плите, 2 - поворотная плита, 3 - рольганг для отвода опок, 4 - скребок для очистки излишней земли, 5 - распределительный вентиль, контролирующий рабочие операции машины, 6 - воздушное сопло для вдувания земли со стола машины; фиг. 8: 1 - подъемная рама, 2 - постамент рамы). Обе машины тяжелого типа для крупных опок. Производительность каждой из этих машин 550 опок за 9 часов при 3 рабочих.

Машина Осборна № 275-J, действующая сжатым воздухом, представляющая собой один из удачнейших типов для формовки небольших опок

Размер опок 500х750х180 мм. Широко распространены на наших заводах машины Осборна № 275-J, действующие сжатым воздухом, представляющие собой один из удачнейших типов для формовки небольших опок (фиг. 9). Характеристики этого типа машин приведены в табл. 2.

Характеристики машин системы Осборна

Из формовочных машин для крупных тяжелых отливок можно указать на встряхивающую машину американской фирмы Герман. Эти машины строятся для самых больших опок (размерами 4 х 1,8 м); производительность их - 1 опока в 8—12 мин.; дополнительное уплотнение верхней опоки производится пневматическими трамбовками. Помимо американских машин на наших заводах имеются и немецкие машины системы Баденского завода, Гутманна, Гайнгольца и др. Как общее правило немецкие машины более громоздки по своему конструктивному оформлению, менее производительны и более дороги в эксплуатации. В настоящее время развертывается производство формовочных машин на заводе «Красная Пресня».

Пескометы в отличие от прочих формовочных машин позволяют механизировать работы по формовке не только в условиях массового или серийного производства, но и в условиях индивидуальных формовок. В пескомете операция наполнения и уплотнения опоки совершенно независима от размера и высоты модели (практически от объема опоки в 0,15 м3 и до самых больших величин; высота опоки может доходить до З м).

Пескомет для формовки опок

Формовочный материал, подводимый тем или иным способом к пескомету, падает во встряхивающееся сито 1 (фиг. 10), которое направляет песок в приемную воронку 2. Из этой воронки песок падает на ленточный транспортер 3, с которого формовочный материал попадает в распределительную головку пескомета 4, где он подхватывается вращающимся ковшом 5 и определенными порциями («горстями») бросается с огромной скоростью в опоку, получая то или иное уплотнение. Головка имеет ручку 6, за которую ее водят над опокой; песок падает в форму со скоростью 13 — 19 м/сек. Производительность пескомета около 20 м3 в час. Для получения наиболее удачных отливок необходимо иметь наибольшую степень уплотнения формовочной земли у модели с постепенным уменьшением плотности набивки к наружному краю опоки; при пескомете такое распределение плотности формы достигается легче, чем при всяком другом способе машинной формовки. При массовом производстве и при условии автоматического питания формовочным материалом (непрерывный процесс) применяют стационарный тип пескомета. Для наиболее полного использования такого пескомета нужно не только механизировать подвод формовочного материала, но и уборку заформованных опок и доставку их к месту заливки. При отсутствии специальных приспособлений для транспорта формовочного материала, подачи и уборки опок и т. п. наиболее подходящим типом является переносный пескомет.

Тракторный тип пескомета

На фиг. 11 изображен тракторный тип пескомета со специальным устройством, дающим пескомету возможность передвигаться в литейной или по рельсам или же при помощи специальной рейки и цепей. При движении пескомета вперед особые шнеки, расположенные в нижней части передней рамы пескомета, забирают землю, лежащую между рельсами, по которым движется машина, и сгребают ее от краев к расположенному посредине передней рамы приемнику элеватора, который подает формовочную землю в рабочую головку пескомета. С машиной скреплены и движутся с ней заодно одна или две тележки, на которых монтированы модельные плиты с приспособлениями для подъема опок и т. д. Сравнительно незначительную модификацию тракторного пескомета представляет собою т. н. подвижной пескомет (фиг. 12), отличающийся от тракторного отсутствием шнеков, питающих пескомет формовочным материалом.

Подвижной пескомет

Взамен шнеков описываемый вид пескомета имеет достаточной емкости бункер, монтированный заодно с нижней рамой пескомета. Локомотивный тип пескомета (фиг.13) представляет собою тракторный пескомет с приспособлением для автоматического приготовления земли.

Локомотивный тип пескомета

Подобный пескомет для своего обслуживания требует одного машиниста на установке для приготовления земли и управления моторами машины и одного рабочего для управления распределительной головкой пескомета. Скорость передвижения подвижных типов пескометов доходит до 5 км/ч. Преимущества пескометов перед другими формовочными машинами следующие: 1) независимость от величины модели, 2) значительно большая производительность, 3) возможность достигать любой степени уплотнения в той или иной части формы,4) отсутствие фундаментов в дорогостоящей гидравлической или пневматической сети, 5) возможность использования пескометов в любых условиях литейных цехов и для любых формовочных работ. За последнее время появился ряд новых конструкций пескометов, например, консольный пескомет (фиг. 14).

Консольный пескомет

Из формовочных машин специального назначения следует отметить машину Ардельта для формовки труб. Набивочная машина приводится в движение мотором в 2,5 л.с. и делает 120—160 ударов в минуту. Для набивки опоки 3- или 4-дюймовой трубы длиной 3 м требуется времени около 1 мин., для 10-дюймовой - не более 2 минут.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 25 - 1934 г.