Статьи

Поддержание необходимой глубины разряжения на всех стадиях технологического процесса вакуумно-пленочной формовки (формование, транспортировка, заливка, выдержка, выбивка форм), позволяет организовать безперебойную работу оборудования ВПФ, максимально снизить вероятность получения целого ряда дефектов литья, таких как; сдвиг выступающих частей, пригар, пористость, включения, засоры, ужимины и т.д.
Что же следует знать для правильного выбора необходимых режимов вакуумирования при ВПФ? Каков принцип расчета вакуумной системы и что используется для этого?

Высокое разряжение, обеспечивающее большую прочность формы, приводит к необходимости применения высокопроизводительных насосов, кроме того, появляется вероятность образования пригара. В вакуумно-пленочной формовке наиболее оптимальным вариантом является использо-вание двух отдельных систем вакуумных трубопроводов, либо одного, оборудованного клапана-ми высокого и низкого вакуума.

Высокое разряжение (450 мм.рт.ст.) используется при:

• протяжке модели и переворачивании формы;
• заливке расплавленного метала;
• транспортировке форм после заливки;
• выбивке форм.
• Низкое разряжение (200-250 мм.рт.ст.) обычно применяется для:
• облицовки моделей;
• транспортировки форм до заливки;
• сохранения форм при охлаждении (при повышенных требованиях к размерной точности отливок, может применяться высокое разряжение).

Самый точный способ определения объема откачиваемого воздуха на любой из выполняемых операций, заключается в фактическом его измерении при проведении испытаний. Однако необходимо представлять себе методику расчета объемов откачиваемого воздуха на каждой из операций технологического процесса и в целом, по вакуумной системе (рис 1).

1. Расчет объема откачиваемого воздуха до заливки:

Q1 = (L1+L2) х 2(j+g)s (м³/мин форма), где:

— L1 и L2 – внутренний размер опоки (м);

— j – коэффициент объема воздуха до заливки;

— g – коэффициент объема воздуха для стержней;

— s – коэффициент объема воздуха для песка (рис 2).

2. Расчет объема откачиваемого воздуха в процессе заливки:

Q2 = (L1+L2) х 2(j+g)s + (L1+L2) х 2b s (м³/мин форма), где:

— (L1+L2) х 2bs — объем воздуха, откачиваемый из формы при заливке;

— b – коэффициент объема воздуха в полости формы в процессе заливки.

3. Расчет объема откачиваемого воздуха после заливки:

Q3 = (L1+L2) х 2(j+g)s + (L1+L2) х 2ys + (L1+L2) х vs (м³/мин форма), где:

— (L1+L2) х 2ys — объем воздуха, откачиваемый из формы после заливки;

— (L1+L2) х vs — объем воздуха натекающий через поврежденную пленку в форму после заливки;

— v – коэффициент объема воздуха для верхней пленки после заливки.

4. Объем откачиваемого воздуха при выбивке форм:

Q4=2-3 (м³/мин форма) (величина откачиваемого воздуха при поднятой форме и удаленной пленке в нижней опоке.

5. Расчет объема откачиваемого воздуха при облицовке модели:

Q5 = 2(L1+L2) (м³/мин).

6. Расчет общего объема откачиваемого воздуха в целом по вакуумной системе:

Q = k(n1 х Q1 + n2 х Q2 + n3 х Q3 + n4 х Q4 + n5 х Q5) (м³/мин), где:

-k – коэффициент запаса, учитывающий возможные отклонения от расчетных условий (k =1.25)

-n1…n5 – количество одновременно работающих потребителей при максимальной нагрузке.

Коэффициенты	С покрытием		Без покрытия
	серый чугун	сталь	серый чугун	сталь	алюминий
j	0,14	0,14	0,14		0,14
g	0-0,14	0-0,14	0-0,14		0-0,14
b	0,25	0,25	0,6		0,07
v	0,3	0,35	0,3	0,35	0,2
У	0,05	0,25	0,35		0,025

Цифры в таблице получены экспериментально.

Коэффициент «j» не зависит от конструкции отливки, покрытия и заливаемого металла – он равен коэффициенту утечки воздуха из пространства между пленкой и опокой.

Коэффициент «g» используется тогда, когда создаются вентиляционные отверстия в облицовочной пленке в местах расположения стержневых знаков.

Коэффициент «b» зависит от конструкции отливки, наличия покрытия и температуры заливаемого металла.

Значения коэффициента «y» увеличивается при отсутствии покрытия и высокой температуре заливаемого металла.

Коэффициент «v» зависит от конструкции отливки, прибыли и свойств жидкого металла. Величина данного коэффициента для стальных отливок, имеющих большое количество прибылей и высокую температуру заливаемого металла, может многократно отличаться от значений указанных в таблице.

При расчете отсасывающей системы для вакуумно-пленочной формовки необходимо учитывать последовательность одновременно выполняемых операций. Не следует выполнять заливку одновременно с выбивкой и облицовкой, но выбивку и облицовку можно.

Использование необходимых проходных сечений подводящих трубопроводов вакуумной системы, а также установка вакуумных насосов требуемой производительности, позволяет получить гарантированный объем откачки воздуха для поддержания расчетного разряжения на каждой из операций технологического процесса. При расчете вакуумной системы необходимо дополнительно учитывать

• протяженность вакуумных трубопроводов;
• количество и форму изгибов (колен) труб;
• расположение и объем вакуумных ресиверов;
• суммарное проходное сечение фильтров, вент и их расположение на модельно-опочной оснастке;

А также всевозможные потери, появляющиеся из-за:

• не герметичности стыковых соединений вакуумных трубопроводов;
• износа запорно-регулирующей арматуры;
• засоров фильтров и вент в процессе эксплуатации оснастки;
• засора формовочного песка в процессе его многократного использования;
• несовершенства конструкций клапанов и под соединительных патрубков;
• износа рабочих лопастей вакуумных насосов;
• не герметичности технологического оборудования и используемой оснастки.

Что можно посоветовать для более эффективной работы вакуумной системы:

Периодически проверять вакуумную систему и оборудование на герметичность.

Заменить остроугольные колена вакуумных трубопроводов на овальные

Максимально приблизить вакуумные ресивера к потребителям вакуума.

Использовать максимально возможные площади отсасывающих фильтров для опочной оснастки.

Увеличить проходное сечение вакуумных клапанов (10-20%) по сравнению с проходным сечением подводящих трубопроводов.

Увеличить расчетное проходное сечение подводящих вакуумных трубопроводов (10-30%) в случае их большой протяженности.

Периодически осуществлять сравнительный контроль уровня разряжения в форме и в подводящем трубопроводе.

Опубликовано: ИТБ «Литьё Украины», №03 (151) 2013 г