Общие положения

Установка для нагрева пленки — это совершенно новое оборудование в области металлургии. В то время как при подготовке моделей, литников и разработке техники заливки и т.д. возможно опираться на опыт из других процессов формовки, пленка и соответствующая нагревательная установка были позаимствованы литейным производством из упаковочной промышленности, и с ними для начала необходимо ознакомиться. Понятно, что прежде чем Вы овладеете этой техникой, вы истратите не один метр пленки.

Пленка может нагреваться при помощи электрического или газово-инфракрасного излучателя. Обе эти системы имеют свои преимущества и недостатки. Выбор в пользу газа или электрики может быть сделан лишь после точного анализа имеющихся производственных мощностей.

Различают два вида электрических инфракрасных излучателей: темный и светлый инфракрасные излучатели.

Темный излучатель — длинноволновой инфракрасный излучатель

Здесь речь идет о керамическом излучателе с влитыми нагревательными спиралями в конструкции элементов (рис. 12.1.), которые посредством магистральных электрических шин подсоединены к нагревательному зонду. Излучатели имеются различной мощности, так что интенсивность излучения может варьироваться. Темные излучатели имеют длинноволновой диапазон от 3 до 5 мкм и на основе этого качества могут считаться идеальными нагревательными установками, так как пленка быстрее всего размягчается тепловым длинноволновым излучением в 4 мкм. Главным недостатком этой установки является ее инертность. После включения должно пройти еще несколько минут до тех пор, пока излучатель достигнет своей полной мощности. Чтобы процесс был непрерывным, эти излучатели должны по долгу находиться во включенном состоянии, поэтому энергозатраты тоже достаточно высоки.

 

Рис.12.1. Темный излучатель — длинноволновой инфракрасный излучатель

 

Светлый излучатель — средневолновой инфракрасный излучатель

В этом случае мы имеем дело с инфракрасным излучателем со сдвоенной трубкой из кварцевого стекла с позолоченной обратной поверхностью, чем достигается идеальное направленное нагревание пленки тепловым потоком.

Светлые излучатели имеют длинноволновой диапазон от 2,3 до 3,4 мкм, вследствие чего часть тепловых лучей проникает через пленку, что опять-таки делает необходимой инсталляцию более высокой мощности накала. Светлые излучатели достигают своей полной мощности быстрее, чем темные излучатели, и тем не менее при непрерывной работе необходимо считаться со временем простоя, когда установка полностью отключается и снова включается при необходимости. Целесообразным может считаться отключение и подключение 50% мощности, а оставшуюся часть оставлять включенной постоянно.

Регулирование температуры, по необходимости, может происходить посредством предварительного включения резисторов.

Рис.12.2. Светлый излучатель — средневолновой инфракрасный излучатель Газовый инфракрасный излучатель

Здесь речь идет о топливных элементах, смесь газа и воздуха проходит через капилляры нижней стороны керамической плиты и сразу поджигается. Подвод воздушного потока происходит посредством вентилятора. Под воздействием объема проникающего воздуха происходит регулирование подачи газа, так что регулировка температурного режима возможна в определенном диапазоне (рис. 12.3.).

Газовые инфракрасные излучатели по сравнению с электронагревательными устройствами довольно дороги при покупке, но дешевле в эксплуатации. В течение 10 секунд они достигают своей полной мощности, включаются только по необходимости, и, таким образом, сокращается расход энергии. К недостаткам этого оборудования можно отнести открытый огонь и связанную с этим взрывоопасность, если на машинную часть наносится краска на спиртовой основе.

Необходимо учесть, что конструкция нагревательного зонда такова, что внешние края пленки нагреваются сильнее, чем ее внутренняя поверхность. На этом участке она проявляет тенденцию сообщать тепло пленочной раме или же модельной плите до окончания процесса глубокой протяжки. При недостаточном нагревании пленка остывает раньше времени, образует складки и отходит от модели. Внутренняя поверхность пленки должна быть равномерно разогрета, чтобы в ней не оставалось охлажденных участков, которые могут препятствовать плотному облеганию пленкой сложных контуров модели.

1. подвод воздуха с диафрагмой

2. подвод газа с форсункой

3. камера-смеситель

4. корпус горелки

5. плита горелки

Рис. 12.3. Газовый инфракрасный излучатель

Расстояние между излучателем и пленкой определяется типом элементов излучения. В это расстояние необходимо поместить и закрепить раму для пленки. Внешние стенки нагревательного зонда должны быть опущены настолько, чтобы до рамы с пленкой оставалось небольшое расстояние. Таким образом, сокращается вероятность охлаждения пленки атмосферным воздухом, а также это будет способствовать эффективности работы излучателя.

Под воздействием интенсивного теплового излучения пленка плавится, если она долго остается под нагревательным зондом или слишком близко расположена к излучателю.

Необходимая температура нагрева пленки до того состояния, в котором она может быть наложена на форму, составляет 90 °С, температура излучателя существенно выше.

Она составляет у

Темного излучателя                                     между 400 и 750 °С

Светлого излучателя                                       около 800 °С,

Г азового инфракрасного излучателя       между 700 и 900 °С.

Из этого видно, что время нагрева пленки должно строго соблюдаться и контролироваться.

Продолжительность времени нагрева определяется из наблюдения за изменениями состояния пленки.

В начале процесса нагрева происходит заметная легкая усадка пленки, потом поверхность пленки становится заметно волнистой, а в последствие образует множество маленьких волн. Потом пленка начинает провисать и ее поверхность становится гладкой. И только по углам и краям заметна небольшая волнистость. В этом состоянии пленка достигает необходимого рабочего состояния. Теперь ее необходимо незамедлительно опускать на модель, чтобы потеря температуры была минимальной.

Пленку можно разрезать по длине обычными ножницами или специальным ножом для резки пленки. В автоматических формовочных линиях имеются специальные установки, которые разделяют пленку при помощи горячей проволоки из хрома, никеля и стали.

Рулоны пленки могут быть разрезаны включенной на небольшую скорость ленточной пилой или при помощи обычной столярной пилы. Только необходимо следить, чтобы режущие инструменты не были теплыми, с тем чтобы пленка не склеивалась в месте разреза.

Рама, на которую крепится пленка для нагрева и при помощи которой ею накрывается модель, должна иметь по периметру примерно те же размеры, что и опока.

При работе вручную применяется деревянная рама или совсем легкая профильная рама, пленка в этом случае крепится скрепками.

ПРИМЕЧАНИЕ (контактный подогрев):

Равномерный и быстрый нагрев пленки достигается с применением недавно разработанной плиты контактного подогрева. На фазе подогрева пленка при помощи вакуума плотно притягивается к алюминиевой, с тефлоновым покрытием плите, которая снабжена регулируемыми электрическими нагревательными элементами и сообщает их тепло непосредственно пленке.

Рис. 12.4. Возможности крепления пленки на раму

Пленка всасывается вакуумом в прорезь, как показано на рисунке 12.4. 2-миллиметровые отверстия на расстоянии 25 мм друг от друга способствуют тому, чтобы пленка во время нагрева и подъема крепко держалась на раме. Если с этим вдруг возникают трудности, в раме проделываются дополнительные отверстия.

Иногда возникают трудности при затягивании пленки в глубокие карманы, на высокие и узкие возвышения на модели и на модель со множеством близко расположенных друг к другу углублений. В этом случае рассматривается вариант наложения пленки при помощи механической оснастки. Пример такой оснастки приведен на рис. 12.5. Для отливок, находящихся в серийном производстве, как на рис. 12.6, рекомендуется устройство из стальной проволоки с тефлоновым покрытием, как показано на рис. 12.7.

Наполненный песком матерчатый или бумажный мешочек кладется на пленку.

Пластиковая пленка прижимается к низу соответствующей формы грузом из дерева или искусственного материала.

Прижимная рама предусмотрена на автоматических линиях. Прижимные планки могут быть приспособлены к форме модели.

Чтобы максимально растянуть пленку, из отверстий в модели выдувается воздух, потом эти же отверстия используются для вытяжной вентиляции.

Рис. 12.5. Прижимное приспособление для пленки при формовке глубоких контуров

 

Рис. 12.6. Форма и размеры модели

 

Рис. 12.7. Прижимное устройство

В Японии были проведены подробные испытания с представленной на рис. 12.8 контрольной установкой, чтобы протестировать эффективность поддержки пленки различной толщины при ее затягивании в углубления на модели. Результаты этих испытаний показаны на рис. 12».

Рис. 12.8. Контрольная установка для глубокой протяжки пленки

 

Если модель имеет карман, который абсолютно не может быть обтянут пленкой, тогда рекомендуется применять альтернативный метод, представленный на рис. 12.10. Для этого необходим дополнительный комплект модельной оснастки.

 

Рис. 12.10. Использование предварительно формованной пластиковой пленки для более глубоких карманов

Крепится ли пленка к раме зажимами или с помощью вакуума, нужно следить за тем, чтобы ее поверхность не морщила. Поэтому перед закреплением пленки необходимо ее немного растянуть.

Требуемое время нагрева зависит от толщины пленки, расстояния от излучателя и температуры излучателя.

Можно исходить из того, что время это будет составлять примерно от 10 до 30 секунд, если пленка подводится под уже включенный подогрев.

 Расстояние между пленкой и нагревательным зондом зависит от вида применяемого излучателя, но он будет составлять в среднем 250 — 300 мм.

Необходимая температура может варьироваться в зависимости от размера опоки, т е. если опока небольшая, необходимо дополнительно инсталлировать более высокую удельную мощность, чем в случае с большой опокой.

В Японии в результате эксперимента были установлены следующие параметры:

В качестве средней отметки для опок любых размеров установлена удельная мощность в

172.000 кКал/час/м2, или 20 кВт/час/м2.

Площадь нагрева должна быть, по меньшей мере, такой же, как и площадь пленки.

Необходимо обратить внимание на то, что устройство нагрева пленки должно устанавливаться в месте, где возможность сквозняка сведена к минимуму. Движение холодного воздуха может вызвать проблемы с нагревом плас тиковой пленки.

Нагрев пленки должен осуществляться либо непосредственно над моделью, либо в непосредственной близи от нее, так чтобы свести потерю температуры к минимуму.

Опока 900 х 900                   810.000 мм2-0,81 м2

Мощность                              23.000 кКал/час

Удельная мощность            28.000 кКал/час/м2

 

Опока 2000 х 2000                   4.000.000 мм2 = 4 м2

Мощность                                  50.000 кКал/час

Удельная мощность                 125.000 кКал/час/м2

ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс протягивания пленки не должен продолжаться дольше 5 секунд. Если количество вытяжных вентиляционных отверстий не достаточно и процесс глубокой вытяжки продолжается из-за этого дольше, чем это предусмотрено, пленка остывает и теряет свою деформационную способность.