Общие положения

Одной из важнейших технологических операций при производстве вакуумной формы является вибрационное уплотнение песка, после того как он загружается в опоку, расположенную на модельной плите. В результате процесса вибрации достигается высокая степень уплотнения песка, а форма приобретает существенно более высокую твердость.

Уплотнение встряхиванием известно в литейном производстве уже на протяжении многих поколений. Встряхивающие формовочные машины работают с низкой частотой и высокой амплитудой, кроме того, специалисты научились использовать длительную выдержку при столкновении стола с поршнем встряхивающей машины, чтобы уплотнять песок.

В вакуумном формовочном процессе существует необходимость в приспособлении процесса вибрации к применяемому песку, сыпучему и абсолютно не содержащему влаги. Здесь необходима высокая частота и маленькая амплитуда в системе свободной вибрации.

Для осуществления вибрационных движений материалу должно сообщаться определенное ускорение. Если сила ускорения соответствует весу уплотняемого материала, тогда ускорение соответствует гравитации «G». Этот случай отражен на рис. 11.1 и показывает взаимозависимость между частотой и амплитудой. Амплитуда уменьшается по квадрату числа оборотов при увеличивающейся частоте, в то время как центробежная сила остается без изменений.

Для уплотнения формовочной смеси вибраторы должны вырабатывать центробежную силу «е», которая под влиянием изменений дисбаланса должна соответствовать интервалу 0,8 и 1.2 G.

Для формовочных станций, на которых песок загружается шнековым транспортером или желобом, вполне достаточно центробежной силы, соответствующей 0,8 G. Если же вибрация происходит во время загрузки песка под бункером при поднятом вибрационном столе, необходима центробежная сила, соответствующая 1,1 до 1,2 G.

Для установления необходимой силы вибрации нужно определить веса всех вибрирующих частей установки:

е = 0,8 … 1,2 (W1 + W2 + W3)

е — колебательная сила (центробежная сила внешних вибраторов)

W1 = вес вибрационного стола и вибраторов

W2 = вес держателя модели и самой модели

W3  вес опоки и песка

Так как общий вес вибрирующей массы может меняться с применением различной модельной оснастки, инерционные диски вибрационных моторов должны быть легко регулируемы с внешней стороны.

Конструкция вибрационного стола

Исполнение вибрационного стола основывается на некотором опыте работы, так как при этом должны быть учтены различные критерии, что обеспечит безупречное функционирование оборудования.

Вибрационный стол во время вибрации должен быть установлен на подпружиненную основу. Наиболее подходящим вариантом, в отличие от обычных рессор, здесь является пневматическое упругое сильфонное основание, которое перед началом вибрации наполняется сжатым воздухом и таким образом приподнимает стол. Упругость регулируется посредством изменения давления воздуха. Стол поднимается, а вместе с ним и держатели модели, и установленная на них опока снимается с рольганга для моделей, и верхняя поверхность опоки подводится вплотную к бункеру с формовочной смесью. Бункер, в свою очередь, имеет на нижней стороне эластичную планку, по размеру соответствующую периметру опоки. Такая конструкция обеспечивает пылеизоляцию в процессе загрузки песка и одновременной вибрации.

 Держатель модели снабжен втулками, а вибрационный стол центрирующими штифтами соответствующего расположения. Это предотвращает смещение во время вибрации.

Противовесы вибрационных моторов должны легко регулироваться. Слишком интенсивная вибрация проявляется в просыпях песка между нижним краем опоки и моделью.

Время вибрации зависит от желаемой степени уплотненности смеси, центробежной силы вибрационного мотора и весовой нагрузки помещаемой на стол оснастки. Обычно необходимое время составляет менее 60 секунд, чтобы достичь хорошей уплотненности. Установлено, что в первые 30 секунд вибрации происходит интенсивное уплотнение, после чего его степень повышается незначительно.

В производстве рекомендуется в каждом конкретном случае опытным путем установить оптимальную степень уплотненности, необходимую для производственных целей лицензиата. Чтобы провести такой опыт, сначала устанавливается центробежная сила, а именно, на ту отметку, при которой груз, находящийся на вибрационном столе, начинает «подпрыгивать».

На данной отметке следует остановиться, если вибрация будет происходить одновременно с загрузкой песка под бункером с формовочной смесью.

Противовес следует понизить на одну отметку, если вибрация будет осуществляться после загрузки смеси.

В ходе дальнейшей работы нет необходимости регулировать вибраторы до тех пор, пока нагрузка не будет существенно изменена.

После этого можно перейти к определению точного времени вибрации. Вибрацию производят ровно столько времени, пока уплотнение не перестает происходить, это время запоминают как оптимальное. В электрическом шкафу находится реле времени для контроля. Кроме того, эта один раз определенная временная величина не требует дальнейшей регулировки, пока не поменяется сорт песка или весовая нагрузка.

Конструкция вибрационного стола должна быть жесткой на изгиб, но при необходимости в плите стола могут быть проделаны выемки.

Если возникнут проблемы с шумовой нагрузкой, то под ребра держателя модели можно подложить резиновую полоску толщиной ок. 6мм.

Такие резиновые полоски выполняют на автоматических установках еще одну функцию. Если держатель модели не закреплен на вибрационном столе механически, то при помощи отверстия в поверхности стола пространство между вибрационным столом и держателем модели подключается к вакууму и таким образом эти две плиты оказываются плотно связанными между собой. Наличие резиновой полоски выполняет в этом случае функцию уплотнения.

Воздействие смеси на процесс вибрации

После того как песок использовался достаточно долгое время — ок. 18 месяцев он уже содержит остатки пленки, и его удельный вес сокращается. Это изменение в весе может повлечь за собой необходимые изменения силы вибрации. Если это случилось, то возможно восстановить удельный вес песка, если добавить к нему некоторое количество новой смеси.

Эффект, производимый виброускорением на уплотнительную способность Как изображено на рис. 11.2, степень уплотнения повышается, если повышается ускорение вибрации.

Дополнительное замечание

На некоторых производствах, работающих по V-процессу, модель, держатель модели и опока крепятся на вибрационный стол. В этом случае эффект незначительной вибрации, которая сообщается одной деталью другой, не возникает, а сила вибрации, которая сообщается песку, сокращается. В этом случае параметр вибрации 0,8 G может быть увеличен до 1,2 или даже до 1,5 I так, чтобы эффективное воздействие на песчаную смесь составляла мин. 1 G.

Также важен собственно выбор вибраторов и способ их размещения. Для получения наилучшего эффекта располагайте их как можно плотнее друг к другу, нам необходимо, чтобы песок двигался как по горизонтали, так и по вертикали так, чтобы песок плотно облегал все контуры модели. Это и есть отличие от встряхивающей машины, где весь процесс уплотнения происходит только при движении песка по вертикали, а недостаток горизонтальных движений песка, тем временем, приводит к дальнейшему возникновению литейных дефектов. Если вибрация проведена тщательно, то дефекты, связанные с недостаточным уплотнением смеси, по V-процессу не возникают.

Если используются 2 вибратора, то их работа должна быть синхронизирована, настроены вес и электрика, и они должны вращаться в противоположных направлениях.

 Если используются 4 или большее количество вибраторов, лучше соединить два из них общей силовой передачей, а вторые два другой силовой передачей. А потом соединить их электрикой.

Если используются опоки различной высоты, например, иногда 12- дюймовые, иногда 24-дюймовые, последнее увеличивает нагрузку вдвое, что делает вибрацию неэффективной. Единственный способ компенсировать это — это использовать 4 вибратора, два из которых должны быть несколько больше, чем остальные два. А потом Вы можете использовать селекторный переключатель, чтобы работали только два одинаковых или все четыре. Это довольно легкий путь получить втрое более эффективную вибрацию без какой-либо трудоемкой регулировки.

Последнее замечание из Японии

Несмотря на то, что рекомендуется использовать частоту от 1500 до 3000 об/мин, многие специалисты в Японии используют частоту 1850 об/мин. Несмотря на то, что рекомендуется 3000 об/мин с амплитудой 0,020”, чтобы достичь максимальной объемной плотности. Одно предприятие использует 10,000 об/мин с превосходным результатом, но те же самые результаты можно получить, используя безупречно настроенное оборудование, работающее с частотой 3000 об/мин.

Вибраторы должны быть снабжены настраиваемыми противовесами, но в некоторых случаях достаточно настройки реостатом.

 Если два вибратора не синхронизированы, это может привести к перемещению веса. Для более массивных опок необходимо установить три, четыре или даже шесть вибраторов для достижения наилучших результатов.

Время вибрации может быть сокращено, если вибрацию начинать, уже когда опока на 1/3 заполнена песком и продолжать до окончания загрузки.

Необходимая твердость формы может быть достигнута и лишь одним подключением к вакууму, но это повышает риск возникновения дефектов отливок и отрицательно сказывается на размерной точности литья