V-процесс

Теория и практика литья по V-процессу

История

Вакуумно-плёночный формовочный процесс был изобретён и заявлке к патентованию в 1971 году господами

Йошммаса Кубо и Натшш Кунии,

специалистами предприятия по литью легких могил пои «Кабушнки Кайша Акита», Нагано, Япония.

Для распространения вакуумно-пленочного формшючпого процесса, который был папин «V-процессом», в литой ной промышленности, было основано Объединение по реализации патентной технологии, в копирую вошли следующие фирмы:

Кабушики Кайша Акита, Нагано, Япония,

СИНТОКОДЖИО Лтд,, Ногойя. Япония,

Митсубиси Хави Индастриз Лтд., Токио, Япония.

Это Объединение проводило проектные и исследовательские программы, которые, в конечном итоге, сделали возможным использование V-процесса для производства.

Уже в 1972 году V-процесе был выбран в качестве испытанной и используемой технологии формовки целым рядом предприятий литейной промышленности.

С этой целью фирма Сннтокоджио Лтд. взяла на себя задачу производства и продажи но всему миру литейных машин и линий по V-ироцеесу. Для осуществления ной задачп в рамках Западной Европы, не считая Великобританию и Ирландию, была основана фирма

Вагнер-Синто Гисераймашинен ГмбХ Банхофштр., 101 B-5928 Лаасфе.

Для работы на территории Великобритании и Ирландии лицензию на изготовление оборудования получила фирма Тильгман Вилабратор Лимитед. Для работы на территории Соединенных Штатов и некоторых государств Латинской Америки была создана фирма Герман-Синто, V-процесе Ко,,

Вопросами выдачи лицензий для использовании V-процесса по всему миру занимается фирма Сиитокоджио Лтд., которая со своей стороны передала право распространения лицензий на своей территории фирме Герман-Синто.

Исключение составляет Западная Европа. Здесь право выдачи лицензий является прерогативой фирмы Митсубиси Хави Индастриз Лтд,, которая в свою очередь выбрала своим представителем для представления своих интересов, в первую очередь, на территории ФРГ, фирму Вагнер-Синто


Общие положения

Наш сайт предоставляет полную информацию о технической стороне V-процесса, поделенную на главы, в которых рассмотрены отдельные его аспекты. Однако, хотелось бы начать с общих пояснений и описания.

Эта технология предусматривает изготовление форм из сухого песка без влаги и связующих, который покрывается пластиковой пленкой и уплотняется пониженным давлением, или вакуумом. После заливки и кристаллизации жидкого металла давление в форме нормализуется, и отливки могут быть легко изъяты из формы.

Отливки, произведенные по V-процсссу, имеют гладкую поверхность и точные размеры. Эта технология позволяет свести вероятность возникновения литейных дефектов к минимуму.

Так как пленка плотно прижата к поверхности песчаной формы вакуумом, она не сгорает, когда соприкасается с жидким металлом. Она испаряется, проникая таким образом в форму, и образует стабилизирующий слой.

Проведенные многочисленные опыты с самыми различными видами пленок позволили сделать вывод, что благодаря своей адгезионной способности, эластичности и пластической деформации, элилеи-винил-ацетат, мультиполимерная пленка, является самой подходящей, поэтому главным образом ее использовали и используют по сегодняшний день.

Для V-процесса рекомендуется обычный мелкозернистый кварцевый песок.

Чтобы повысить прочность формы на сжатие, необходимо достигнуть высокой уплотненности формы. К решающим критериям в V-процессе поэтому относятся: тщательный выбор и умелое применение вибрационной установки, а также правильное использование вибраторов.

Кварцевый песок с круглыми или скругленными зернами - самый подходящий песок для этой технологии. Однако можно также использовать песок с остроугольными краями, что поможет добиться большей прочности на сжатие, по снизит уплотненность формы.

Форма должна подключаться к вакууму не более 450 мм рт.ст. Твердость формы повышается пропорционально отсасываемому объему воздуха.

В V-процессе совершенно необходимо уделить особое внимание литниковой системе, так как необходимо предотвратить сгорание пленки до того момента, как жидкий металл попадет в форму. Такой же степени внимания достойны прибыли и выпоры, так как именно они будут служить каналами выхода газов на первой стадии заливки, а потом через них в форму будет затягиваться воздух, чтобы поддерживать атмосферное давление в полости формы и предотвратить ее обрушение.

Техника заливки по V-процессу основывается на испытаниях, опыте и научных исследованиях многих успешно работающих с вакуумными формовочными линиями предприятий.


Суть технологии ВПФ

V-процесс представляет собой новую технологию производства литья. Этот формовочный процесс, разработанный в Японии, работает без воды и с сыпучим, не содержащим связующих песком. Внутренние поверхности, а также верхняя и нижняя поверхности опоки покрываются пленкой, и формовочная смесь уплотняется вакуумом. Специалисты литейных предприятий в прошлые годы использовали многие методы изготовления песчаных форм, но все эти технологии имели одну общую типичную проблему - проблему откачки воздуха из формы. В V-процессе воздух удаляется при помощи вакуумной системы.

, Теория и практика литья

Общие положения

После того, как мы дали общее объяснение, как изготавливается форма но V- процессу, в этой главе мы рассмотрим наиболее важные положения, которые необходимо учитывать при иэготовлении вакуум-формы.

Для того, чтобы получить всеобъемлющие знания о проблематике V- процесса, невозможно обойтись без внимательного прочтения этой главы. I [е менее важен также практический опыт.

Ниже в этой главе приведены основные шаги, которые необходимо предпринять; кроме того, освещаются некоторые общие правила рабоэы по V-процессу. В конце главы приведен список контрольных вопросов.

Модели

1. Модель должна быть хорошо закреплена на модельной плите, а модельная плита, в свою очередь, на держателях модельной плиты, которые представляют собой вакуумную камеру.

2. Установка модельной плиты должна быть максимально точной, так чтобы она не прогибалась. Уже давление в 0,5 кг/см3 может прогнуть лист фанеры толщиной в 12 мм, если таковая недостаточно плотно и точно уложена.

3. Если Вы используете деревянные модели, обратите, пожалуйста, внимание на нанесение слоя защитной краски. Некоторые лаки при нагревании образуют ядовитые газы. Другие становятся клейкими, и пленка при сня тии приклеивается к модели.

4. Если Вы применяете металлические модели, следите, пожалуйста, за тем, чтобы они в холодное время года хранились в помещении при комнатной температуре.

5. Убедитесь, что вытяжной вентиляционный трубопровод чист и не

засорен.

6. Обратите внимание на то, что поверхность модели должна быть свободна от остатков песка.

7. Тонкий сухой разделительный слой (формовочная или алюминиевая пудра) предотвращает прилипание пленки к модели. Такое средство может быть нанесено прямо на пленку, если ее прилипание к модели будет создавать проблемы.

Вибрационный стол

1. При монтаже моделей обращайте внимание на то, чтобы нагрузка на вибрационный стол была равномерно распределена.

2. Необходимо подать воздух в сильфонные цилиндры, прежде чем будет включена вибрационная установка.

Пленка

1. Убедитесь в том, что пленка выбрана верно. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ПВХ!!! Поливинилхлориды при нагревании выделяют хлористые газы.

2. Проверьте плотность пленки. Подходит ли она к моделям?

3. Обратите внимание на то, что поверхность пленки должна быть свободно от складок (изломов) и воздушных пузырьков. Иначе она прорвется в этих местах при нагревании.

Клейкая лента

Во время процесса формовки Вы обязательно столкнетесь с необходимостью в клейкой ленте. Вы можете использовать стандартную клейкую ленту, но расходуйте ее экономно, так как остаточные продукты сгорания могут привести к возникновению литейных дефектов


Подогрев пленки

1. Поместите пленку нужного размера в зажимы или посередине вакуумного захватывающего устройства на натяжную раму для пленки так, чтобы пленка не провисала.

2. Обратите внимание на то, чтобы подогрев работал безупречно, чтобы пленка нагревалась по всей поверхности.

3. На первой стадии подогрева пленка слегка стягивается. Это связано с ее химическим составом. Материал стремится принять свою первоначальную форму.

4. На следующей стадии пленка становится волнообразной.

5. На последней стадии деформации поверхность пленки становится зеркальной. Подогрев должен быть включен до того момента, пока нижняя сторона пленки не примет такой же вид. Как долго Вы должны будете нагревать пленку, Вы скоро установите опытным путем.

6. Если пленка перегревается, в ней образуются дыры, пленка начинает прилипать к модели.

7. Во время подогрева пленки необходимо избегать сквозняков в помещении.

Использование вакуума

1. Процесс наложения пленки на модель должен быть непрерывным, в то время как модель будет находиться под вакуумом.

2. Раму с пленкой необходимо плотно прижать к модели, чтобы предотвратить попадание воздуха между пленкой и моделью.

3. Давление вакуума в этот момент не является решающим фактором. Оно может составлять от 200 до 400 мм рт.ст.

4. Важным является объем воздуха. Пленка должна принять контуры модели до того как она остынет. Однако слишком быстро накладывать ее нельзя. Время наложения пленки должно составлять примерно 5 секунд.


Если пленка не может сама по себе облечь конторы глубоких карманов сложной конфигурации. можно применить деревянный бросок или брусок из пластика в качестве вспомогательного инструмента. Иногда помогаетоснащение внутренних поверхностей дополнительными вентиляционными отверстнями.

Пленка. наложенная на модель, должна обрести пластичною деформируемость Чтобы это проверить, наложите пленку на модель и отключите вакуум. Если пленка на модели не утеряла свою пластичность, она оудет плотно её облегать. Если нагрева было не достаточно, отдельные участки пленки будут от модели отставать. Это самый простой визуальный способ проверки.

Если пленка не достаточно плотно обтягивает какое-либо возвышение на модели по кругу , а образует как будто бы небольшой "мостик'', все равно переходите к следующему этапу , так как это не окажет решающего влияния на качество отливки.

Снимите с рамы зажимы.

Пре изготовлении верхней полуформы часто происходит гак. что литниковая воронка и соединительный канал или прибыль обтягиваются пленкой не одновременно с моделью, а отдельно от нее. В этом случае они должны по отдельности быть обернуты пленкой и закреплены клейкой лентой после наложения пленки на модель. Если литниковая воронка в высоту не превышает 250 мм. не должно возникнуть никаких трудностей.

.Некоторые другие тонкости мы рассмотрели в другой главе, но. пожалуйста, помните, что все поверхности, включая все отверстия, которые соприкасаются с внешней средой, должны быть покрыты однородным слоем пластиковой пленки.


Формовочная краска

1, Если Вы используете краску, она должна наноситься на пленку до момента установки опоки па модель.

2, Все детали этгого процесса описываются в другой главе.

3, Убедитесь в том, что краска высохла, прежде чем Вы продолжите работу.

Загрузка песка

Процесс загрузки формовочной смеси не должен отражаться на гранулометрическом составе смеси.

Формовка нижней нолуформы

1. Пустая опока ставится на модель.

2. Следите за тем, чтобы расстояние между моделью и грубой фильтра составляло самое малое 50 мм.

3. Наполните опоку песком. Опока должна быть слегка переполненной, так как песок полностью уплотнится в процессе вибрации и уменьшится в объеме.

4. После этого следует вибрация, чтобы форма достигла максимальной степени уплотненности.

5. Лишний песок удаляется, так чтобы обратная поверхность нижней полуформ была относительно гладкой.

6. На обратную поверхность нижней нолуформы повторно накладываете пленка. Для этого в целях экономии используется более тонкая пленка (0,03 - 0,04 мм).

7. Опока подключается к вакууму.

8. Прежде чем форма будет снята с модели, необходимо отключить от модели вакуум. Если что возможно, рекомендуется подать сжатый воздух под низким давлением в держатели модели. Если что невозможно, начинайте снимать форму только тогда, когда давление воздуха в держателях модели снова поднялось до нормы. Если во время отделения формы на обе стороны пленки будет влиять низкое давление» на поверхности отливки будут возникать неровности. В самом неблагоприятном случае пленка останется на модели н выбивка формы будет происходить через модель.

9. После снятия нижней полуформы она переворачивается и. при необходимости» в ней у станавлнваются стержни.

Формовка верхней полуформы

1. Весь процесс формовки верхней полуформы происходит идентично с формовкой нижней» включая очистку от песка на обратной стороне формы»

2. Песок с конуса литниковой чаши и соединительного каната или прибыли должен быть удален.

3. Поверхность верхней полуформы покрывается вторым слоем пленки. Здесь также может быть использована более тонкая пленка,

4. Если литниковая чаша и соединительный канат или прибыли формуются не одновременно с моделью, покровная пленка должна быть разрезана в тех местах, отку да вынимаются обернутые в пленку литниковая чаша, прибыль или соединительный канат. Места швов герметизируются клейкой лентой.

5. Используйте как можно меньше клейкой ленты, так чтобы предотвратить активное выделение газов при ее сгорании.

6. К опоке подключается вакуум.

7. См. п.8 — формовка нижней полуформы.

8. Поднимите форму от модели.

9. Удалите формы литниковой чаши, соединительных каналов или прибылей.

10 .Если литниковые чаши, соединительные каналы или прибыли проходили формочку одновременно с моделью, сварите обе пленки, подворачивая контурную пленку с краев модели паяльником.

11 .Излишки пленки на отверстиях необходимо удалить.

Контроль формы

1. После отделения формы от модели проверьте пленку на целостность и, если имеют место повреждения, заклейте их клейкой летной. Отверстия в плёнке могут привести к деформациям во время процесса заливки, а отсюда - к дефектам на поверхности отливки.

2. Убедитесь, что заливочные воронки, прибыли и т.д. не имеют повреждений.

3. Проверьте, имеются ли на ровных поверхностях складки или неровности. Их можно сравнять при помощи твердого, цилиндрического предмета, например фрагмента трубы, керамического кафеля или накатного стержня.

Простановка стержней

1. Используйте обычные стержни, покрытые хорошей краской.

2. Устанавливайте стержни осторожно, чтобы предотвратить разрыв пленки.

3. Рекомендуется проделать в пленке в районе стержня маленькие дырочки, чтобы дать выход газу, который выделяет стержень в процессе заливки. Тот же эффект возможно достигнуть, если оборудовать вентиляцию для стержневых знаков с выходом в атмосферу.

4. Стержни - по необходимости - могут быть закреплены в верхней полуопоке.

Заливка

Во время заливки давление вакуума должно составлять около 400 мм рт.ст., самое большое 460 мм.

Не пытайтесь, заливать форму под более низким давлением, например, 300 мм рт.ст. Возможен обвал формы после заливки.

Если возникают сомнения, важно помнить, что более высокое давление вакуума лучше, чем более низкое. Однако и при слишком высоком давлении может случиться, что металл будет затянут в песок, что приведет к образованию неровной поверхности или к пенетрации. Следите за тем, чтобы при заливке не пролить жидкий металл на пленку. Конечно, брызг и небольшого количества пролитого металла не избежать, но если его слишком много, это может привести к деформации формы.

Рекомендуется ставить форму на ровный пол или на подкладную панель.

Рекомендуется насаживать съемную литниковую чашу, чтобы предотвратить возможность пролития жидкого металла.

Между литниковой чашей и покровной пленкой необходимо положить уплотнительный шнур.

Уклон формы во время заливки возможен, если это необходимо. Проверьте, достаточно ли безопасно проходит вакуумный трубопровод, чтобы предотвратить его повреждение жидким металлом при заливке.

После заливки

1. Сразу после заливки остатки пролитого металла должны быть удалены, чтобы не повредить трубы фильтра.

2. Поверхность формы можно покрыть холодным песком или куском новой пластиковой пленки, чтобы понизить мощность насоса.

3. Параметры давления вакуума рекомендуется фиксировать до и после заливки для установления причин возможных дефектов.

4. Нет необходимости поддерживать вакуум в форме на протяжении всего времени охлаждения.

5. При производстве большинства отливок весом до 1 т. вакуум для опок низа и верха возможно отключать примерно через 5-15 мин. Особые указания к этому пункту можно найти в другой главе.

6. Отливка может охлаждаться в песке столько, сколько это необходимо. Этот процесс длится, как правило, дольше, чем в обычных технологиях формовки.

7. Чтобы транспортировать форму к станции выбивки (мы не можем употреблять здесь термин "выталкиватель", потому что выталкивания как такового не существует), ее снова ставят под вакуум и транспортируют при помощи крана.

8. Сразу, когда вакуум отключают от нижней полуопоки, отливка остается висеть вместе с верхней полуопокой; но здесь возможны и исключения. Песок удаляется из нижней полуопоки.

9. Когда от верхней полуопоки отключают вакуум, из нее выпадает песок и отливка.

10. При изъятии отливки, пожалуйста, обратите внимание на то, чтобы еще горячая отливка не повредила вытяжные трубы или окна вытяжной вентиляции.


Наложение пленки

1. Хорошо ли закреплена пленка на раме-держателе?

2. Равномерно ли прогрета пленка?

3. Достаточно ли прогрета пленка, чтобы достичь необходимой пластичности?

4. Не появились ли на пленке прорывы и дыры из-за чрезмерного нагревания?

5. Равномерно ли плотно прилегает пленка к модели? Если нет, то существует необходимость в дополнительных отверстиях вытяжной вентиляции или в более тщательном нагреве.

6. Проделаны ли в пленке отверстия для вытяжной вентиляции на модели?

Формы

1 Имеет ли песок температуру ниже 50°С? Особенно на поверхности формы.

2. Свободна ли поверхность формы от инородных веществ?

3. Было ли достаточно вибрации для полного уплотнения песка?

4. Возможно Ли установить факт утечки воздуха?

5. Затягивался ли песок в фильтр при включенном вакууме?

6. Достаточно ли твердая форма? Необходима твердость мин. 90, чем же жестче, тем лучше.

Заливка

1. Достаточно ли высоко давление вакуума?

2. Не попали ли случайно вместе с жидким металлом в полость формы инородные тела?

3. Поддерживалась ли наполненность литниковой воронки на протяжении всего времени заливки?

Выбивка

1. Полностью ли удалена пленка из песчаной смеси?

2. Не повредила ли горячая отливка вакуумный трубопровод или

вакуумные окна?

Общие положения

В обустройстве литниковой системы и прибылей в V-процессе наблюдаются некоторые различия по сравнению с процессом песчано-глинистой формовки. Чтобы наглядно объяснить суть V-процесса, мы предлагаем Вам сыграть с нами в одну игру. В этом случае мы имеем виду такие игры воображения, в какие часто играют маленькие дети; это должно нам помочь и существенно облегчить нашу дальнейшую работу.

Представьте себе огромную форму, которая производится в V-процессе - форму, которая достигает таких размеров, что Вы можете свободно в ней передвигаться. Или, если хватает воображения, представьте себя настолько маленькими, что Вы в состоянии находиться в форме в ее натуральную величину. Мы знаем, что это звучит несколько нелепо, но давайте попытаемся.

Когда Вы начнете передвигаться внутрь литниковой чаши. Вы увидите вокруг ни что иное как ровную, гладкую пластиковую пленку. Нигде никакого песка, только под пленкой. Это и есть одна из основных особенностей V-процесса; внутренняя поверхность формы полностью закрыта пленкой. Если Вы, передвигаясь по форме, увидите в ней дырку, заклейте ее, пожалуйста, клейкой лентой, чтобы не нарушить вакуум.

А теперь, пожалуйста, поищите себе при помощи Вашего воображения безопасное место, потому что теперь мы начинаем заливать в форму жидкий металл. Не бойтесь сгореть. Если Ваше воображение было до этого момента настолько богатым, то и теперь Вы, наверняка, в состоянии представить себе, что Вы не восприимчивы к расплавленному’ железу.

Как Вы увидели, жар расплавленного металла не разрушает пластиковую пленку. Тем не менее пленка частично испаряется от соприкосновения с жидким металлом. При этом форма теряет способность удерживать вакуум. Другими словами, давление в форме приравнивается атмосферном) давлению вне полости формы, сила тяжести начинает превалировать и форма разрушается или размывается.

Однако как только металл соприкасается с пленкой, происходит нечто очень интересное: пленка выпаривается, проникает в песок и образует вместе с песком спеченную оболочку вокруг металла. Отличие от Кронинг-процесеа (литья в оболочковые формы) состоит в том, что отверждаемые смолы в Кронинг-процессе смешиваются с песком, в то время как в V-процессе используется пленка из не отвердевающего искусственного материала.

В этом состоит секрет V-процесса. Когда пленка испаряется, вакуум нарушается, если металл сразу же не принял на себя герметизирующую функцию пленки. После этого металл застывает, а вакуумная камера остается неповрежденной.

Если Вы все еще находитесь в воображаемой форме, мы хотели бы показать Вам другое явление.

Виды глауконитового песка или химической формовочной смеси имеют естественную газопроницаемость. В каждой форме находится воздух, и, как только заливочная воронка наполняется, воздух должен быть удален из формы, чтобы освободить место жидкому металлу. Именно так и происходит, воздух выходит через песок в атмосферу. Но заключенная в пластик форма газонепроницаема. Куда же, в таком случае, деваться воздуху? В качестве решения предлагается покрытое пластиком воздуховытяжное отверстие в самой верхней точке модели. Оно является совершенно неотъемлемой частью вакуумной формы. Японцы называют это выпускное отверстие "соединительным каналом", так как оно соединяет полость формы с внешней средой.

Соединительный канал выполняет интересную и необходимую функцию. Как только металл заполняет заливочную воронку, заключенный в форме воздух с газами сгорания резко выталкивается через соединительный канал. Этот процесс продолжается всего несколько секунд, однако, он необходим. Без него металл вобрал бы эти газы, что привело бы к дефекту отливки.

Через несколько секунд соединительный канал начинает выполнять свою вторую функцию. Пленка на поверхности формы при соприкосновении с жидким металлом постепенно плавится, и вакуум, к которому подсоединена форма, вытягивает воздух из полости формы через песок в вакуумный насос. Теперь функция соединительного канала состоит в том, чтобы пропустить воздух в полость формы. Если бы не было соединительного канала, баланс воздуха, вытесненного вакуумом, не был бы достигнут.

Давление в незаполненной части полости формы уравновесилось бы с давлением вакуума в форме, и форма просто бы разрушилась.

Теперь, после того как Вы представили себе этот процесс, мы вернемся к заливке, снабдив Вас некоторой полезной информацией.

Литниковые чаши

Литниковые чаши могут использоваться со всеми наиболее широко применяемым формам. Рис. 3.1. показывает как раз некоторые примеры. Если литниковая чаша помещена поверх верхней полуформы, она должна быть также покрыта пленкой. Рисунок А показывает неудачную форму литниковой чаши, так как в этих случаях литниковая чаша размывается или усекается.


Вариант, изображенный на рисунке В, прсдпоччичелен, пока литниковая чаша наполняется в процессе литья. Когда она пуста, после того как металл опланил пленку, она рачрушастея. На рисунках C,D E, и F изображены все стандартные конфигурации, которые возможны в производстве. У вариантов C, D имеются дополнительное преимуществ, так как они легче сохранятся а наполненном виде.

Если поверх личинковой воронки будет находиться стержневой яшик или яшик с формовочной смесыо, отверстие должно быть не больше чем диаметр воронки, так как иначе, ее края могут быть размыты или усечены.

И любом случае важно, чтобы личинковая чаша оставалась наполненной до завершения процесса заливки


, Теория и практика литья

Заливочные воронки

Рисунок 3.2. показывает три способа размещения съемной литниковой чаши на форме.

Заливка металла в форму в V-процессе должна происходить быстрее, чем в процессе песчано-глинистой формовки. Рис.3.3 показывает в сравнении время заливки форм из серого чугуна с различной толщиной стенок. Конечно, время заливки зависит и от радиуса литниковой воронки.


, Теория и практика литья


Другие важные детали, касающиеся процесса заливки, рассматриваются в отдельной главе.

Время заливки чугуна с шаровидным графитом применительно к V-процессу рассчитывается при помощи следующей формулы:

t = S/W

Т — время заливки в сек.

S — коэффициент, рассчитываемый в зависимости от толщины и веса (1,1 — 1,45)

W — вес отливки

Для V-процесса рекомендуется более быстрый и спокойный процесс заливки, так как благодаря этому опасность повреждения пластиковой пленки сводится к минимуму. Если процесс заливки происходит медленно, форма может разрушиться, а давление в полости формы — упасть. Рис. 3.4 иллюстрирует рекомендуемую скорость заливки для серого чугуна, рис.3.5 - для стали.


, Теория и практика литья


, Теория и практика литья


Прямую, не конической формы, воронку довольно сложно пЬлностью заполнить жидким металлом, как это показано на рисунке 3.6. Жидкий металл, который течет вниз по воронке все быстрее за счет ускорения, образует конусообразный поток. Пленка в воронке во время заливки испаряется. Если литниковую воронку не заполнять полностью, площадь освободившегося песка может увеличиться так, что это может привести к выравниванию давления и привести к размыванию или к обрушению формы. Рис.3.6.


Типы заливочных отверстий

Поэтому возникает необходимость в конусообразной литниковой воронке. Для этого конусообразную деревянную модель оборачивают пленкой и уплотняют сверху и снизу клейкой пленкой, как показано на рис.3.7

, Теория и практика литья

Для для обустройства литниковых воронок или прибылей и форме можно воспользоваться небольшим приспособлением, Пленки нагревается над формой И опускается на нее, как и при обычной под того икс модели в V-процееее, ( см, рис, 3.8

Имеется также дна других шил воронок, которые возможно использовить,Часто используются керамические или графитовые трубки, как в сталелитейном производстве, в Японии применяются даже стальные трубы, которые не требуют дополнительной герметизации, гак как они, по причине свойств метала, не пропускают ваакуум, графитовые трубки должны быть обтянуты пленкой н заклеены с верхней и нижней стороны. На модельной плите должна быть предусмотрена цапфа, которая облегчает ее наклеивание на боконую сторону модели, как это показано на рис, 3,9

Альтернативой может служить модель воронки из стиропора, которая, как зто показано на рис.3.10, оставляется в форме. Однако а середине должно быть просверлено (или сформовано) отверстие диаметрам 10 мм. В отсутствие отверстия ноток металла остановится. Поверхность всех литниковых воронок за исключением стальной грубы - должна быть обтянут» или покрыта пленкой. Конечно, существуют керамические ли тиковые воронки, не пропускающие вакуум. Их не обязательно покрывать пленкой.

, Теория и практика литья

Чтобы предотвратить турбулентность, возникающую в полости формы, рекомендуется выполнять переход от литника к шпателю в виде галтели. рис. 3.11

С гем чтобы воронка в процессе заливки всегда была бы наполнена, воспользуйтесь, пожалуйста, формулой, представленной на рисунке 3,12


Системы питателей и литниковые системы

Несмотря на то, что возможно использовать различные виды литниковых воронок, питателей и литников, лучше было бы оговорить прием, который позволил бы держать литниковую систему заполненной в процессе млнвки. Посредством этого предотвращается возможность разрушения пластиковой пленки и поломки формы. Для питателей не имеет значения, уже ли они, чем литниковая воронка, однако это не относится к литникам. Рассмотрим пропорции "воронка - питатель - литник":

10 : 12 : 8
10: 9:8
10: 12 : 10
10: 7: 5
10:6:6
и т.д.

В случае если отливка имеет большую ровную поверхность, используют следующие пропорции:

10 : 12 : 15
10 : 18 : 15
10:18: 13
10:18: 12
10 : 15 : 15
и т.д.

Однако каждому литейщику известно, что сама по себе ли тиковая сне гема не является единственной предпосылкой для качественных отливок.

На каждом литейном заводе, на котором вводится V-процесе, процесс обучения и модернизации неотвратим. В начале необходимо попыгагься воспользоваться уже имеющийся литниковой системой. В случае возникновения трудностей воспользуйтесь для изготовления новых моделей следующими ориентировочными значениями:

Серый чугун: 1 : 1 - 2 : 0,8 — 1,2

Сталь: 1 : 1,2-2 : 1,2 - 2

Бронза: 1 : 2 — 3 : 2 - 5

Алюминий: 1 : 2 - 3 : 1,8 — 3,5

Задача литниковой системы состоит в том, что она должна обеспечивать:

а) быструю, но не интенсивную

б) равномерную и

в) без попадания посторонних веществ заливку металла в форму.


ТЕКСТ СТР 31

, Теория и практика литья


Этот пример показывает, что лучше избегать сужения каналов литниковой системы

ЕСЛИ ОТЛИВКА ИМЕЕТ БОЛЬШУЮ, РОВНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ МОЖЕТ ОКАЗАТЬСЯ НЕОБХОДИМЫМ, УСТАНОВИТЬ ФОРМУ ПОД УГЛОМ 20% ЧТОБЫ
МЕТАЛЛ
мог свободно прибывать В ФОРМЕ.

Причина этом очевидна. Неровно лёгший в середине формы расплавленный металл будет способствовать сгоранию пленки, но металл не сможет герметизировать форму, потому что она еще не достаточно наполнена. Если форма имеет уклон, металл заливается сначала в самую нижнюю точку формы, постепенно прибывает, оплавляет пленку и сразу же заменяет ее собой, благодаря чему вакуум не нарушается.

, Теория и практика литья

Если ли шик на СТОЛЬКО узок, что подаваемый металл попадает на боковую стенку полости формы, он должен быть расширен, чтобы снизить интенсивность потока металла, В этом случае поверхность литника должна увеличиться но сравнению с выпускным отверстием. Пожалуйста, при построении литниковой системы следите за тем, чтобы поток металла был ровным и равномерным. Особое внимание уделите входным отверстиям с множеством литников, так как форма в месте примыкания литников может быть повреждена. В таком случае необходимо на вею ширину формы установить щелевой литник. см. рис. 3.16 Места стыков на литнике и питателе должны быть скруглены, чтобы предотвратить размывай но песка потоком металла. Для этого обратите пниманис на рис.3.17.

, Теория и практика литья

Некоторые примеры литниковых систем приведены на рис.3.18 и 3.19.

Керамические литниковые системы

У-процесс разрешает использование керамических литниковых систем. Все соединения должны быть обернуты целлофановым глютеном в 2-3 слоя, чтобы предотвратить затягивание песка в форму.

Если возможно вставить керамические трубы в специально изготовленные углубления, возможно отказаться от наклеивания.

Если керамическая литниковая система монтируется на модель перед покрытием ее пленкой и формуется вместе с ней, может случиться, что пленка на особо критических участках натягивается, не приклеиваясь к поверхности. Обычно, это не оказывает негативного влияния на форму.

, Теория и практика литья

Конструкция литиковой системы

Если уже имеющаяся у Вас в наличие литниковая система не удовлетворительно работает по Y-процессу, для расчета новей системы Вам поможет следующая формула.

Воспользуйтесь рис З.З для определения времени заливки, и тогда можно приступать к расчетам для всей литниковой системы следующим образом:


, Теория и практика литья


W — вес заливаемого металла Кг

С = коэффициент текучести* 0,4-0,7 (см.рис.3.20)

Р — удельный вес металла 0,007 кг/см

Т = время заливки в секундах g = гравитация 980 см/сек2

Н = верхний предел заливки металла до литника (см.рис.3.21)


Полученное значение А совпадает с сечением литника при верхней заливке и сечением литниковой воронки при нижней заливке.

, Теория и практика литья

Заливка Коэффициент текучести
верхняя заливка 0,6 - -0,7
горизонтальная заливка 05 - -0,6
нижняя заливка 0,4 - -0,5


, Теория и практика литья


К конструкции литниковой системы для чугуна с шаровидным графитом приступают после установления точного времени заливки. См. доп. рис. 3.3.

Сечение питателя рассчитывается по следующей формуле:

, Теория и практика литья

W = вес заливаемого металла кг

Р = удельный вес металла 0,007 кг/см3

С = коэффициент текучести*

Т = время заливки в секундах g = гравитация (см.рис.3.3.)

Н = верхний предел заливки металла до литника 980 см/сек2 см


Полученное значение А совпадает с сечением литника при верхней заливке.

* = см. расчет значения С

Значение С рассчитывается^нри помощи следующей формулы: С = Ct - (а + b + у)

С — коэффициент текучести для всех литниковых систем

Ct - коэффициент текучести, если литник подводится снизу (см.рис.3.22.)

а - сопротивление при проходе металла через питатель

b - сопротивление при проходе металла через литник (см.рис.3.23)

у - сопротивление при проходе металла через отвод керамической трубы в

нижней оконечности воронки (см.рис.3.23)


, Теория и практика литья

Если площадь литника определена, размеры литниковой воронки, лнгникового канала н лнтннка могут быть определены при помощи данных ниже пропорций:

Например:

Если соотношение равно 10 : I2 : 8

(заливочное отверстие — канал - литник соответственно).

а площадь литниковой воронки = А,

поперечное сечение питателя F/L = А/10 х 12,

площадь литника будет равна F/L = А/10 х 8

Если соотношение равно 10 : 12 : 8

а заборная поверхность — А,

то площадь литниковой воронки равна F/е = А/8 х 10,

а поперечное сечение питателя F/l = А/8 х 12


Соединительный канал

Соединительный канал уже упоминался ранее, но так как признание важности его функции имеет большое значение, рассмотрим её еще раз во всех подробностях.

В обычном процессе песчано-глинистой формовки воздух, находящийся внутри формы, выходит на поверхность либо благодаря газопроницаемости песка, либо через специальные воздуховытяжные отверстия или открытую прибыль.

Так как в V- процессе форма обтягивается газонепроницаемой пластиковой пленкой, она не пропускает воздух, по крайней мере, до того момента, пока в форму не заливается металл. Таким образом, первая задача соединительного канала состоит в том, что он пропускает через себя, подобно воздуховытяжному отверстию, смесь газа и воздуха.

Если не дать выхода газу и воздуху через соединительный канал, возникает брак отливки по причине наличия газа в металле или это приведет к обрушению формы.

До начала заливки канал соединяет полость формы с внешней средой; он ведет себя нейтрально, воздух не выталкивается, но и не всасывается. В начале заливки воздух резко выталкивается из формы. Этот процесс длится менее одной секунды. После этого воздух затягивается в полость формы через соединительный канал, чтобы компенсировать понижение давления в форме, которое возникает благодаря подключенному вакууму. Позднее, после того как полость формы и соединительный канал наполнены металлом, движение воздуха внутри соединительного канала прекращается, за исключением возможности всасывания небольшого количества воздуха в конце процесса заливки.

На примере покрашенной формы наблюдается другая реакция. Соединительный канал ведет себя также нейтрально до начала заливки, однако он выталкивает намного большее количество воздушно-газовой смеси за более длительное время, чем в первом случае, где этот процесс длится ок. 1 сек. После этого наблюдается непрерывное всасывание небольшого количества воздуха до тех пор, пока канал сам не будет заполнен металлом. После того как еще раз выталкивается оставшийся воздух и газ, движение воздуха по каналу прекращается.

Различие между окрашенной и неокрашенной формами легко объяснимо. Вследствие термических реакций металла с краской образуется большое количество газов. Они абсолютно безопасны, и покраска формы в любом случае предпочтительна.

К фазе резкого выталкивания воздуха в начале заливки непосредственно примыкает к этапу всасывания воздуха. Пленка над поверхностью прибывающего металла сгорает. Вследствие этого воздух из полости формы может быть выведен только при помощи вакуумной системы. В течение этой фазы соединительный канал засасывает воздух в форму. Если соединительное отверстие в форме не предусмотрено, внешний воздух не может компенсировать выкаченный вакуумной системой воздух и поддерживать баланс давления в полости формы. Давление в пустой полости формы и внутри песчаной формы уравновешивается и форма разрушается.

Если все же соединительный канал имеется, воздух, заключенный в форме, может выйти с началом заливки, с другой стороны, воздух также беспрепятственно может попасть в полость формы, что необходимо для компенсации выкаченных вакуумной системой газов.

Правильно размещённый соединительный канал предотвращает падение давления н полости формы. Благодаря этому в полости формы сохраняется атмосферное давление, а а форме - пониженное давление. Вследствие этого контуры формы сохраняются.

Если соединительный канал удачно расположен, он может принять на себя функцию прибыли или питателя, но необходимо соблюдать осторожность. Маленький соединительный канал, проделанный для отливки с массивными стенками, может привести к возникновению усадочных раковин, после того как металл отливки на участке, находящемся напротив соединительного канала, остынет.

Если соединительный канал во время выталкивания воздуха из формы издает свистящий звук, ото значит, что он слишком узкий.

Скорость выталкивания воздуха не должна превышать 30 м/сек. Сечение соединительного канала может быть уменьшено, если применяется формовочная краска, тоже самое при применении сплавов с низкой температурой заливки, например цветных металлов.

Расположение соединительного канала

Если расплавленный металл достигает соединительного капала перед гем как будет заполнена полость формы, соединительный канал не сможет выполнять свою задачу. Полому его необходимо располагать по возможности в самой высокой точке формы. Эго та точка, которую расплавленный металл достигает в самом конце заливки. Ист необходимости подводить дополнительные каналы к небольшим возвышениям в форме, как по показано на рис.3.27, так как они уже заполняются металлом перед гем, как давление в форме и в ее полости сбалансировано, и поэтому что не может привести к разрушению формы.

Размерные ограничения для этих возвышений зависят от того, применялась ли формовочная краска или нет п насколько быстро происходит заливка формы.

Когда возможно отказаться от соединительного канала?

Соединител ьный канал необходим для производства большей части отливок. Тем не менее, есть исключения, где можно отказаться от соединительного канала:

1. При производстве отливок маленького размера в одной форме, покрытой жаропрочной формовочной краской;

2. Если стержень занимает большую часть полости формы и при этом сам связан с внешней средой. В этом случае воздух выходит из середины формы через стержень и вентиляцию стержня. При изменении давления воздух будет удаляться через стержень или стержневые вентиляционные каналы. См. рис.3.28.

Примечание: Соединительные каналы, наполненные металлом, застывают и удаляются с отливки при чистке. Поэтом) необходимо расположить их как можно удачнее.

Рис.3.29 демонстрирует расположение соединительных каналов с дополнительной вентиляцией, при которой не требуется дополнительная очистка.

, Теория и практика литья


, Теория и практика литья


Принцип действия соединительного канала во время заливки Были проведены сравнительные испытания, чтобы исследовать функции соединительного канала в условиях изменения давления в полости формы и в форме во время заливки. Условия проведения этого эксперимента показаны на рисунке 3.30.


Исследуемые агрегаты______________

Размер опоки - 700 х 450 х 125/125мм

Вакуумный фильтр - (вакуумная трубка) стальная труба 0 25, обернутая проволочной сеткой

Размер модели - 200 х 400 х 60 мм

Пленка -EVA 50 мкм

Литниковая воронка - d 20 мм

Литник - 190 х 6

Метод заливки - с уклоном (9°)

Температура заливки -1.340 - 1360°С чугун

Давление вакуума - - 400 мм рт.ст.

Соединительное отверстие - отсутствует, d3-d5-d10-d20

Песок - кварцевый песок, AFS 103


Пять диаграмм на рис.3.31 (давление иакуума I зависимости от времени заливки) показывают, как остановить падение давления а полосги формы, если увеличить площадь соединительного канала. С'оелтмггелi.m.iii канал должен иметь больший диаметр, чем заливочное отверстие, чтобы предотвратить чрезмерное падение даалеппм а полости формы. Криаая изменения давления внутри формы является результатом намерении, которые проводились только водной точке. Когда заливается расплавленный металл в форму, прилегающая к нему пленка сгорает, и воздух может быть выкачан из полости формы. Как результат - давление в форме понижается.

После этого форма вновь герметизируется за счет металла.

Высшая точка на кривой показывает момент, когда уровень заливаемого металла перекрывает точку замера. Так как крепость формы зависит от разницы давления внутри формы и в полости формы, рекомендуется соединительный канал большего диаметра, чем литниковая воронка.

Аналогичному испытанию была подвергнута небольшая отливка (20 мм), чтобы сравнить изменения давления в полости формы п в форме, когда время заливки очень короткое.

Если соединительный канал не предусмотрен, падение давления в полости формы при проведении выше описанного эксперимента, аналогично случаю, если отливка имеет более толстые стенки. Разница давления в форме и в ее полости очень мала, что приводит к размягчению формы. Уже при наличии соединительного канала диаметром 5 мм разница давлений увеличивается по сравнению с вышерассмотренным экспериментом на более массивной отливке, так как давление в полости формы понижается, а давление на внутренней поверхности формы не может повыситься, причиной чему служит маленькое время заливки. Поэтому можно проделать в стабильной, устойчивой форме маленький соединительный канал, когда время заливки значительно укорачивается. В этой связи см. рис.3.32.

Рисунки 3.31 и 3.32 по дополнительному запросу.

Размер и форма соеденительного канала

Окончательные размеры соединительного канала устанавливаются относительно размером и формы производимой отливки. В общем и целом, однако, следует соблюдать следующие правила:

1. Соеденительный канал никогда не должен быть меньше литниковой воронки. Единственное исключение составляют вышеуказанные случаи

2. При производстве относительно маленьких отливок диаметр соединительного канала должен быть в два раза больше диаметра литниковой воронки.

3. Если отливка средних или больших размеров, диаметр должен быть в три раза больше диаметра литниковой воронки.

Примечание: Прибыль, особенно когда она открытая, может брать на себя функцию соединительного канала.

Если соединительный канал слишком мал, сила выталкивания воздуха через него настолько большая, что это может привести к повреждению формы. Необходимо постоянно следить, чтобы в конце процесса заливки происходил толчкообразный выход воздуха из соединительного канала. Подобное явление наблюдается в основном при производстве больших, ровных отливок. Этот удар возможно смягчить путем увеличения соединительного канала. Абсолютно устраняется это явление путем применения пропускающего песок полого стержня, как это показано на рис.3.33. Такой конструкцией достигается значительное увеличение площади вакуумирования. Площадь соприкосновения с металлом, однако, уменьшается.

, Теория и практика литья

Обычно соединительный канал имеет округлую форму, однако она не всегда возможна.

При производстве отливки, аналогичной изображенной на рисунке 3.34, возможен исключительно прямоугольный соединительный канал. В этом примере имеет место соотношение 2:1, т.е. площадь соединительного канала в два раза больше площади литниковой воронки

Прибыль

В производстве по V- процессу возможно использование верхней, закрытой и боковой прибыли при соблюдении определённых условий

когда применяется закрытая прибыль, необходимо наличие соединительного канала, как показано на рис. 3.35

, Теория и практика литья


Прибыль может также выполнять функцию соединительного канала, если она удачно расположена. Удачный пример этого изображен на рис.3.35.

Простой способ вентилирования закрытой прибыли путем применения стержня Вильямса показан на рис.3.36.

На рис.3.37 изображена литейная форма, в которой необходимым условием для производства отливки заданной формы является наличие соединительного канала и прибыли. Если бы не было возвышения в правой части отливки или оно было бы незначительным, тогда возможно было бы отказаться от соединительного канала.

, Теория и практика литья



Размер прибыли

В V - пороцессе, по сравнению с процессом песчано-глинистой формовки, дает незначительную усадку металла. тому есть две причины:

I. Форма, производимая для V-процесса, имеет большую прочность и плотность, Поэтому возможность вспучивания формы значительно сокращается. Согласно этому, прибыль должна обеспечивать точность размера отливки, а не увеличение её размеров за счёт изменения положения внутренних стенок формы.

Форма а V-процессе долго остаётся нагретой, так как песок не содержит никаких охлаждающих элементов (например, воды),

Эксперименты покачали, что в V-процессе используется на 60 % меньше металла для подпитки отливки, чем в процессе песчано - глиняной формовки. Этот фактор также необходимо учитывать при расчете экономичности процесса,

Избыточное количество прибылей намного более затратно, чем кажется Появляется необходимость большем количестве металла, что снижает производительность, а также повышаются расходы на очистку. Производитель должен обратить особое внимание на количество и размер прибылей, и прежде всего при производстве новых моделей.


Две отдельные формы в одной опоке

Если Вы уже определились с размером опоки, возможно, что Вы захотите производить отливки, которые будут слишком малы хтя выбранной Вами опоки, а соединение нескольких различных полостей форм с одной литниковой воронкой окажется невозможным. Для этого Вам необходимо оснастить опоку двумя отдельными системами: с отдельной литниковой воронкой, литниковой системой хтя производства каждой отливки. При соблюдении некоторых основополагающих условий такая конструкция является возможной.

Между этими двумя системами должна находиться промежуточная полость с минимальным размером в 100 мм. При производстве отливок с толстыми стенками это расстояние должно быть увеличено. Причиной тому является интенсивный теплообмен. Жар при изготовлении одной отливки может повлиять на полость второй формы, перед заполнением её металлом, и оказать влияние на пленку.

По этой причине предпочтителен короткий промежуток между заливкой металла в одну, а потом в другую форму.

После того, как отлита первая отливка, литниковую воронку покрывают слоем песка, а сверху — пленкой. Это помогает сохранить вакуум. Необходимо помнить, что возможность утечки после заливки возрастает, но вакуум необходимо удерживать, чтобы сохранить контуры еще не заполненной формы.

Эту технику легче всего применять к металлам, которые имеют низкую температуру заливки - как, например, алюминий. При работе с металлами, требуюущими высокой температуры заливки, многое необходимо изучать на практическом опыте.

Вентилирование стержней

В V-процессе существует непреложное правило: стержни не должны подвергаться вентиляции. Это, возможно неожиданное, утверждение легко объясняется.

Рассмотрим обыкновенный круглый стержень, который хранится в стержневом знаке. В обычной практике литья воздуховыводящий канал проходил бы через полость стержня к стержневому знаку и оттуда - через верхнюю опоку во внешнюю среду.

Вентиляция аналогичного стержня происходит в V-процессе совершенно иначе. По углам предварительно формованного стержневого знака обгарает пленка, до тех пор пока он не соприкоснется с металлом. При этом образуется тонкая, не покрытая пленкой полоска песка, которая примыкает прямо к стержню. Через эту щель вакуумом вытягиваются стержневые газы (см.рис.3.39).

В случае возникновения проблем с вентиляцией стержней можно использовать нормальные, вертикальные вентиляционные каналы. Формовка таких отверстий подобна таковой литниковой воронки, т.е. обтянутый пленкой круглый деревянный каркас насаживается на стержневой знак и герметизируется на стыках с контурной и покровной пленкой клейкой лентой.

По возможности следует отказаться от вентиляции стержня, которая напрямую ведет через форму во внешнюю среду. Такое расположение не только стоит денег и времени, но через нее и стержень в полость формы может проникнуть дополнительный воздух, что может негативно повлиять на сохранение баланса давления.

Собственно говоря, и здесь, как н в любом правиле, есть свои исключения. Это как раз тот случай, когда при производстве отливки из стали применяется большой стержень, который способствует возникновению большого количества газов сгорания. В этом случае лучше использовать вентиляционный канал в области разъема опок.


, Теория и практика литья

В некоторых случаях необходимо расположить стержневой знак в углу опоки. Если расстояние окажется слишком большим, а стержневой знак очень длинным, при формовке можно предусмотреть маленький вентиляционный канал.

На многих сталелитейных предприятиях используются стержни Вильямса или Firecracker-стержни. Против использования этих стержней мы ничего сказать не можем, однако необходимо предусмотреть вентиляционное отверстие, подведенное к верхней поверхности верхней полуопоки, чтобы воздух мог свободно выходить.

Не следует также забывать, что под вакуумом находятся также эти стержни, т.е. даже на поверхности стержня возникает отрицательное давление, которое будет способствовать затягиванию металла в стержень. Поэтому стержень, не обработанный жаропрочной краской, будет проявлять тенденцию к пропусканию металла. Обтягивание пленкой модели, в которую вставлен стержень, показано на рис.3.40.


Paзмещение стержней и жеребеек

Примеры того, как может производиться размещение стержней и верхней полуопоке для V-процесса, изображены на рис.3.41.


Жеребейки устанавливаются самым обычным обратом. Однако время от времени может так случаться, что вакуум в форме будет ослабевай., из-за чего жеребейки будут вдавливаться в стенку формы, что может привести к разной интенсивности формовки. Предложения но предотвращению мою явления приведены ниже рис.3.42.


, Теория и практика литья


Использование кристаллизаторов и холодильников

Применение кристаллизаторов распространено в V-процессе. Их размещение аналогично таковому для песчано-глинистой формовки. Кристаллизаторы могут быть помещены либо под, либо поверх пленки. Примеры этого показаны на рис.3.43.

Если используется холодильник, который не примыкает к пленке непосредственно, то он должен быть помещен в слегка уплотненный, незакрепленный песок. (См.рис.3.44.)

, Теория и практика литья


Исследование I

Способ действия косвенного вентиляционного канала для закрытой прибыли,

Эффект подпитки из стали производимых по V-процессу - посредством закрытой прибыли был тщательно исследован в сравнении с обычными методами.

Эффект подпитки и уровень усадки были проверены посредством Рентген- облучепия.

1, Протекание эксперимента

1.1. Форма для тестируемых отливок

Размеры отливок показаны па рисунках 3,45 и 3,46, "Отсутствие вентиляции" подразумевает в этом случае: косвенная вентиляция в V- процессе и отсутствие таковой в СО2-процессе,

1.2. Материал:

В каждую из форм была залита нелегированная сталь (V-процесс и СО2-процесс).

1.3. Условия заливки:

Условия заливки показаны па рис.48. Размеры стержня Вильямса показаны па рис.3,47.

1.4. Исследование peнген-лучами:

Каждая скрытая прибыль была обследована при помощи рентгена, чтобы можно было бы установить наличие эффекта подпитки и уровень усадки,

1.5. Скорость остывания;

Скорость остывания в обоих процессах (V-процссе и СО2. процесс) измерялась при помощи внутреннего пирометра. На рис.3.49 обозначены точки измерения, на рис.3.50 условия литья экспериментальных отливок, но которым измерялась скорость остывания.

Рис.3.51 показывает скорость остывания для скрытой прибыли и обоих процессах.

2. Результат:

Уровень заполнения скрытой прибыли для безупречной заливки формы (с возможной усадкой) приведены в виде таблицы на рис.3.52. Рис.3.53 показывает результаты рентген-облучения.

3. Вывод:

Применение скрытой прибыли с косвенной вентиляцией в V-процессе эффективнее, чем применение скрытой прибыли с обычной вентиляцией, п почти такое же по эффективности, как в СО2-процессе.

, Теория и практика литья

, Теория и практика литья

Общие положения

Один опытный специалист-литейщик однажды сказал, что он может решить, все литейные проблемы, если заливаемый им в форму металл будет горячее и чище, а заливка происходит быстрее. Конечно, что преувеличение, но некая истинность в этом высказывании есть, так как оно частично находит свое подтверждение в технологии V-процесса.

Вряд ли найдется такой человек, который усомниться в правильности высказывания о том, что литье чистого металла, все равно каким методом, повышает вероятность получения хорошей чистой отливки. Конечно, что относится также и к V-процессу.

Должно соблюдаться условие быстрой заливки. Если заливка производится медленно, пленка испаряется частями и не заменяется при это на жидкий металл. Это может привести к деформации формы, начиная от размывания, заканчивая разрушением формы, так как разницу показателей давления в форме и в ее полости не возможно будет поддерживать.

Высокая температура заливки обычно выгодна при литье чугуна, так как что помогает предотвратить образование пузырей па краях отливки, которые возникают из-за газов, которые затягиваются в металл до того, как он начинает затвердевать. Необходимо также помнить, что время охлаждения поверхности вакуумной формы дольше, чем в песчано-глинистой формовке.

Давление в форме

Чтобы понять, что происходи! в вакуумной форме во время заливки в нее металла, мы попытаемся воспроизвести, как ведут себя вакуум и объем всасываемого воздуха.

Рис. 4.1 показывает изменение объема всасываемого во время заливки воздуха. Он показывает необходимый объем для одной формы без и с покраской. По расчетам в мм2 Вы можете увидеть, что меньше чем за 4 секунды необходимый малый объем в 1 Hм3 перед началом заливки, который позволяет форме сохранять стабильность контуров, вырастает до 6 Hм3 , а потом опять медленно сокращается.

Окрашенной форме необходимо только 3/4 этого объема. Перед заливкой форма относительно стабильна, и низкий вакуум необходим для того, чтобы компенсировать возможную утечку воздуха. Если бы форма была абсолютно газонепроницаема, не было бы потребности в определенном объеме воздуха, чтобы поддержать её стабильность.


Потом горячий металл заполняет форму, пленка выгорает, что требует большего расхода воздуха, чтобы сохранить баланс давлений, необходимый для поддержания стабильности контуров формы.

Так как металл, заполняя форму, заменяет собой пленку, полость формы сразу же снова герметизируется и объем всасывания сокращается.

Рис.4.1 Изменение объема всасываемого воздуха во время заливки


Рис.4.2 Всасывание и выброс газовой смеси через соединительный канал в процессе залнвкн

Рисунок 4.2 показывает еще раз поведение воздушного потока в соединительном канале. Перед заливкой давление в канале нейтрально, т.е. не происходит ни всасывания, ни выброса воздуха. В момент начала залнвкн происходит резкий выброс воздуха через соединительный канал, продолжающийся долю секу нды при давлении 210 мм рт.ст. — если форма неокрашена - о при давлении 260 мм рт.ст. — если она окрашена.

Потом давление сразу же возвращается к исходному, в соединительный канал засасывается воздух. И опять же, это имеет логическое обоснование: Когда металл заливается в полость формы, он вытесняет отту да имеющийся возду х, а также расплавляет остатки пленки.

Когда процесс завершен, соединительный канал возвращается на короткое время к нейтральному давлению, чтобы потом затянуть воздух в форму.


Из за испарения пленки в форме происходит утечка воздуха, и форма пытается через все возможные отверстия восстановить баланс давления. Соединительный канал при этом — самый простой путь.

При этом очевидно, что герметичность окрашенной формы существенно лучше, чем неокрашенной.

ЧЕМ ТОЛЩЕ СЛОЙ КРАСКИ, ТЕМ ГЕРМЕТИЧНЕЕ ПОВЕРХНОСТЬ ФОРМЫ!!!

Примерно через 7 секунд, когда форма заполнена, из полости окрашенной формы выталкивается воздух и газ.

Во время процесса заливки необходимо давление вакуума в 400-450 мм рт.ст..

Разница давлений в форме после заливки

В Японии был проведен эксперимент, во время которого в различных точках формы были установлены датчики давления, как показано на рисунке 4.3. В форму был залит жидкий металл и зафиксировано давление в верхней полуформе. Согласно сделанным записям, давление в точке А, которая находится ближе всего к литниковой воронке, резко повышается и разница давлений между формой и ее полостью сокращается до минимума. Когда в точке А достигнуто максимальное давление, показатели давления в точке С - рядом с соединительным каналом - увеличиваются не намного, а давление в точке В начинает падать. И все таки, разница давлений все еще достаточная, чтобы поддерживать стабильность формы. Когда металл достигает точки В - в самом центре формы -, давление подскакивает, в то время как сохраняется достаточная разница давлений между точкой С и полостью формы. К этому времени давление в точке А падает, так как пленка заменяется металлом. В процессе дальнейшей заливки давление в точке С не задолго до окончания заливки падает.

Давление в точках А и В возвращается к своей обычной отметке. Из текста ясно, что давление в форме с металлом возрастает по причине того, что пленка продолжает выгорать по всей площади соприкосновения с жидким металлом.

Изменение давления в нижней полуформе показано на рис. 4.5. Оно на много меньше, чем в верхней, так как тепловое излучение в верхней полуформе интенсивнее чем в нижней.

Рисунок 4.6 показывает взаимозависимость давления и удаленности от полости формы.


Рнс.4.3. Размещение датчиков давлении

Рис.4.4. Давление в верхней полуформе в зависимости от времени заливки

Рис.4.5. Давление в нижней полуформе в зависимости от времени заливки

Повеление давление во время заливки в различных точках измерения


Рис.4.6. Давление в верхней и нижней полуформах, измеренное в нескольких точках полости формы

Скорость заливки

Для начала рекомендуется производить заливку с обычной скоростью или немного быстрее.

Приблизительные показатели можно посмотреть на рисунке 4.7.

Пример: Отливка весом в 100 кг. может быть отлита со скоростью 7-10 кг/сек.

Скорость заливки, кг/сек.

Рис.4.7. Вес заливаемого металла в зависимости от скорости заливки (чугун)


Рис. 4.8 показывает примерные показатели заливки стали Отливка весом в 100 кг. может быть отлита со скоростью 5-15 кг/сек.

Рис.4.8 Вес вливаемого металла и скорость заливки при литье стали

Рисунок 4,9 иллюстрирует рекомендании при изменении скорости заливки отливки в зависимости от толщины стенок. Отливка весом в 100 кг. с толщиной стенок от 10 мм. может быть отлита за 17 секунд; при толщине стенок от 20 мм, необходимо 19 секунд. Это время все же короче, чем в процессе песчано-глинистой формовки.

Если Вы сомневаетесь, то можно оставить обычное время заливки, но желательно попробовать сократить его на 20-30%.

Рис.4.9. Вес жидкого металла и время заливки

На рисунках 4.10 и 4.11 показаны некоторые возможные варианты скорости заливки для чугуна и стали. Очень важно, чтобы литниковая воронка всегда была наполнена, а заливка проходила непрерывно. В обычной практике литья пауза при заливке приводит только к образованию конденсата. В V-процессе конденсат также является одним из последствий при прерывании заливки, но это может привести к еще более серьезным дефектам.

Почему при заливке отдается предпочтение высоким температурам, мы уже объясняли. По температура заливки на каждом предприятии разная. Что на одном предприятии называют высокой температурой, на другом та же температура может считаться низкой. | качестве рекомендации мы приводим следующие минимальные показатели температурных режимов:

Сталь: 1540-1580 °С

Чугун: 1350- 1400 °С

Перед Заливкой

Вакуум перед заливкой должен стабилизироваться до менее чем 300 мм рт.ст,, чтобы предотвратить деформацию и поломку формы. Давление вакуума менее 300 мм рт.ст. необходимо соблюдать только в процессе заливки.

В процессе заливки

Трудно, если не невозможно, пролить жидкий металл на поверхность верхней полуформы во время заливки. Если количество пролитого металла небольшое, причин для беспокойства нет. Вакуум устранит небольшую утечку воздуха. Однако необходимо следить, чтобы не были затронуты большие по площади участки пленки, так как это может привести к дефекту формы. Если повреждена обширная площадь пленки, ее необходимо присыпать песком или накрыть другим куском пленки. Таким образом, форма сразу же снова герметизируется. В экстренных случаях, таких как, например, резкое падение давления или обрушение формы во время заливки, необходимо сразу перекрыть вакуумные клапана.

Методы заливки:

Горизонтальная:

Хотя большинство форм закрываются в горизонтально, в V-процессе применимы и другие положения формы.

С уклоном:

Если отливка имеет большое поперечное сечение плоскости, особенно в верхней полуформе, возможно, что пленка будет разрушаться под воздействием высокой температуры металла, из-за чего давление будет меняться. Существует опасность попадания воздуха внутрь жидкого металла, что приведет к образованию газовых раковин в отливке. Поэтому иногда необходимо производить заливку в наклонном положении. Если необходимо, можно установить форму под углом 15°. Все-таки нужно обращать внимание на то, чтобы заливочная воронка была расположена в самой нижней точке формы, чтобы металл мог свободно прибывать в форме.

Вертикальная:

Большое количество отливок успешно производятся в V-процессе методом вертикальной заливки; особенно, когда металл попадает в форму таким образом, чтобы он прибывал в форме снизу вверх. Воздух сможет свободно выходить, а площадь поверхности испарившейся пленки оставаться незначительной.

С большим успехом в V-процессе применяется также заливка сверху, когда форма ставится вертикально. Решающим преимуществом такого метода литья является стабильность формы.

Литниковые системы для заливки сверху

Это очень эффективный метод заполнения полости формы металлом таким образом, чтобы сохранить все преимущества литья с пребыванием металла в форме как при вертикальной заливке. Но при этом может пострадать производительность. Поэтому прибегайте к этому способу только по необходимости.

Литник

См. Главу III "Литниковые системы"

Заливка через прибыль

В принципе, это возможно, только соединительный канал должен быть в два раза больше, чем литник.

На некоторых литейных предприятиях применяется методика "горизонтальная форма - вертикальная заливка". При этом литниковые воронки, прибыль и питатель формуются вместе с моделью, после чего форму для заливки располагают вертикально. Благодаря этому отпадает необходимость в последующей обработке на участке формовки. Этот метод, однако, требует тщательного предварительного изучения, а именно, прежде рекомендуется рассмотреть возможность вертикальной заливки формы

Общие положения

Такие привычные понятия как "вытряхивание" или "выталкивание" не применяются для обозначения процесса изъятия готовых отливок из формы в V-процессе. Как только отключают подачу вакуума, отливка вместе с песком свободно выпадают из опоки. Поэтому никаких дополнительных энергозатрат на встряхивание (вибрацию) и выталкивание не требуется. Однако необходимо наличие некоторых условий.

Охлаждение

Так как в V-процессе используется рассыпчатый, сухой песок, при помощи вакуума обретающий твердость и контуры литейной формы, то понятно, что свойства вакуумных форм при охлаждении другие по сравнению с обычными формами, изготовленными с применением связующих и воды.

Время охлаждения чугуна с шаровидным графитом в V-процессе в сравнении со временем охлаждения в песчано-цементной форме приведено в таблице испытаний, показанной на рисунке 5.1.

Средняя скорость охлаждения и время до полного затвердевания отливки приведены на рисунке 5.2.

Скорость охлаждения цветных металлов проявляет похожую тенденцию.

Рисунок 5.3 показывает скорость охлаждения в V-процессе в сравнении с песчано-глинистой формовкой и песчаными формами С02. Измерения проводились на пробной отливке диаметром 100 мм и 100 мм высотой.

Время охлаждения отливок в V-процессе по сравнению с обычными технологиями формовки больше. Это связано с более высокой теплоизоляцией сухого песка. Если в обычной практике формовки используют воду, которая поддерживает высокий теплообмен с окружающей средой путем отвода жидкости через испарения.

По окончании процесса заливки жидкого металла вакуум в форме должен поддерживаться на протяжении периода застывания. Однако, важно, чтобы отливка остывала в песке (прокаливание в форме). Это возможно при отключенном вакууме, при условии, что форма предварительно установлена на специальном основании.

Форма становится плотной, как только вакуум будет опять подключен, и транспортируется к месту выбивки. Некоторые специалисты выключают вакуум для верхней полуформы уже после окончания заливки


Если форма без вакуума остывает очень медленно, есть вероятность, что жар отливки может разрушить покровную пленку. В таком случае даже во много раз более интенсивный вакуум не сможет сохранить форму. Тогда необходимо наложить на поврежденные участки куски пленки

Если необходимо поддерживать вакуум длительное время после заливки, необходимо предотвратить, на сколько это возможно, интенсивную утечку воздуха в области прибыли и литников. Это легко осуществимо, если действовать так, как показано на рисунке 5.4. Присыпьте поверхность формы чистым, сухим песком и наложите на песок второй слой пластика.

Формовочный процесс Среднее время остывания Время затвердевания
V-процесс (кварц.песок) 2,56 °С/мин 22,5 мин
минV-процесс (циркон) 4,28 °С/мин 15,0 мин
Песчано-цементные формы 5,87°С/мин 13,5 мин

Рис.5.2. Средняя скорость охлаждения и застывания металла в V- процессе и в песчано-цементных формах при температуре от 1192 °С до 700 °С.

При изготовлении отливок из стали вакуум можно отключать раньше, так как поверхность остывает быстрее, чем при литье чугуна.

Примерное время, в течение которого необходимо выдерживать вакуум в форме после заливки стали, можно рассчитать следующим образом:

для верхней опоки: 1 мин/25 мм поперечного сечения

для нижней опоки: 1,5 мин/25 мм поперечного сечения

Для серого чугуна это составляет: 15 мин/25 мм поперечного сечения


Были проведены следующие испытания, чтобы установить время до отключения вакуума и общее время охлаждения до выбивки:

, Теория и практика литья

Выбивка формы

Если верхняя и нижняя опоки находятся под вакуумом, форма на какое-то время сохраняет стабильность внутренних контуров, после того как была удалена нижняя покровная пленка. Процесс выбивки становится, таким образом, очень простым. Необходимо подвести форму к выбивной кабине и удалить нижнюю пленку.

После этого отключают вакуум для нижней опоки. Песок выпадает из нижней опоки, отливка с песком, как правило, остаются в верхней опоке.

Только когда вакуум от верхней полуформы отключается, отливка падает вниз вместе с песком.

При выбивке необходимо следить за тем, чтобы отливка не повредила всасывающий трубопровод с вакуумным окном.

Количество спекшегося песка на отливке зависит от времени охлаждения. Чем короче время охлаждения, тем больше песка останется на отливке. В течение дальнейшего остывания значительная часть этого песка сама отстанет от отливки. Но неблагоприятным моментом является то, что из оборота изымается слишком много песка.

Выбивная установка

Для выбивки используют установку с решеткой. Решетка должна иметь квадратные отверстия и подходить для того, чтобы выдерживать на себе вес комплектной, отлитой формы. Отверстия могут быть относительно маленькими, так как формовочная смесь в V-процессе не образует комков, и сухой, сыпучий песок свободно проходит через решетку. 11о решетка также должна задерживать остаточные частицы пленки и стержневого знака.

Пылеудаление в месте выбивки является абсолютной необходимостью. Падающий горячий сухой сыпучий песок дает столько пыли, что процесс выбивки должен происходить в закрытой кабине, которая подключается к мощной установке пылеудаления.

Отверстия в выбивной решетке не должны превышать размеров 50 мм х 50 мм, чтобы остатки пленки и стержневого знака не смогли свободно через них пройти. Если в наличие имеются решетки с большими отверстиями, их можно дополнительно накрыть более мелкой решеткой. Для этого могут подойти обычные решетки, которые хорошо держат тяжелый вес.

Так как песок имеет высокую температуру, он сначала попадает в контейнер- сборник, из которого он отводится по конвейеру, с помощью шнекового транспортера по качающемуся желобу или пневмотранспортом.

После этого с решетки с размером ячеек ок. 1,5 мм удаляются все посторонние содержавшиеся в песке компоненты.

При производстве стальных и чугунных отливок необходимо предусмотреть магнитный сепаратор, который удалит из песка возможные остатки брызг металла.

Важно, чтобы песок был просеян перед попаданием в охладительную установку, так как чужеродные частицы могут быстро забить охладитель.

Внимание!!!

Установка «грохот» для песка должна подвергаться регулярной очистке, так как прохождение песка через решетку может быть нарушено наличием чужеродных элементов на поверхности решетки. Чистка производится обычно вручную в рамках работ по техническому обслуживанию оборудования.

Общие положения

На тему песка для литейного производства уже было опубликовано много книг и статей. Нижеследующая глава представляет собой новый взгляд на тему "формовочная смесь в V-процессе". Прежде чем читать дальше, давайте рассмотрим исходные позиции. Важность формовочной смеси для V- процесса очевидна. Формовочная смесь не содержит ничего, кроме песка: ни влаги, ни краски, никаких углеродосодержащих материалов, никаких химикатов, никаких иных "магических" добавок - только песок!

Система контроля песчаной смеси включает в себя только две позиции: систематический анализ гранулометрического состава смеси и регулярный контроль температуры песка, которая перед заполнением формы не должна быть выше 50°С.

Исследования

Возможно, кому-то дискуссии о формовочной смеси покажутся неуместными, но, пожалуйста, помните о том, что V-процесс некогда был новым изобретением. Когда эта технология только разрабатывалась, никто не знал, какой песок подойдет лучше всего. Фирма Sintokogio потратила очень много времени на исследования наиболее подходящих типов песка, а разработку требований к качеству песка проводили на основе практических исследований.

Было известно, что высокая насыпная масса песка необходима по двум причинам: для достижения максимальной прочности формы на срез и для получения улучшенной поверхности отливки. Поэтому был сразу проведен ряд испытаний на плотность. В установку была помещена пробная порция песка и в течение 10 секунд подвергалась вибрации с амплитудой 450 микрон и частотой 3000 Герц. Насыпная масса однородной по размеру зерен смеси приведена на рис. 6.1. Он показывает, что просто просеянный песок может достигнуть максимальной плотности 1,5 г/см3, аналогично песку, который был просеян через сито с размером ячеек 70 меш.

|

Уплотненность песка фракций 48 и 100 была в большинстве случаев сходна с уплотненностью песка фракции 70. Однако чем мельче песок, тем меньше и его насыпная масса. Самую низкую насыпную массу имела пыль


Если песок фракции 70 смешать в пропорции 1:1с другим, отдельно просеянным песком, можно получить параметры, которые показаны на рис. 6.2, из чего можно заключить, что самую высокую плотность в 1,168 г/см3 имеет смесь из 50% песка 70 меш и 50% пыли. Теоретически это и есть самая оптимальная смесь для V-процесса. Но поскольку необходимо наличие еще некоторых предпосылок, это утверждение не вполне исчерпывающе. Более подробные объяснения приведены в другом разделе книги.


, Теория и практика литья


Проведены также исследования песчаных смесей из песков сходных фракций. Рнс.6.3 показывает комбинацию песков фракции 150 и 200 в различных вариациях. Как можно увидеть, влияние на изменение плотности не очень невелико.


, Теория и практика литья

Также были исследованы смеси из песков различных фракций. Рис. 6.4 показывает результат исследования смеси из песка фракции 70 и пыли. Обратите внимание, что смесь 70% песка (70) и 30% пыли дает самую высокую плотность 1,8 г/см3.


Конечно, эти тесты были проведены с самыми различными комбинациями песка, однако результаты этих исследований должны еще должны быть приведены в соответствие с будущими экспериментами.

Для проверки прочности и жесткости был использован составной тестовый бункер, который показан на рис. 6.5. Отсек для тестируемого материала имел высоту 50 мм и диаметр 50 мм, материал был со всех сторон покрыт пленкой и протестирован в машине Amsler


Рис. 6.5. Тестирование прочности на сжатие

На рис. 6.6 изображен типичный график — нагрузка по отношению к толщине слоя протестированного материала. Самый высокий весовой показатель был зарегистрирован как показатель прочности на сжатие. Образцы во время эксперимента деформировались, принимали цилиндрическую форму, но не распадались.

, Теория и практика литья

Что происходит с прочностью на сжатие и твердостью формы, если изменяются параметры вакуума? Этот случай показан на рис. 6.7. Показатель прочности варьируется вокруг отметки 92 с давлением лишь 200 мм рт.ст, но прочность формы возрастает линейно вместе с вакуумом. При половине атмосферы (380 мм рт.ст.) прочность формы составляет 3 кг/см2, что говорит о достижении наилучших параметров твердости формы.


Упомянем еще раз, что при давлении примерно в пол-атмосферы прочность формы составляет ок. 3 кг/см2 (в зависимости от гранулометрического состава песка. Это напрямую сопоставимо с прочностью на сжатие песчано-глинистой формы, которая приблизительно равна 1,3 - 1,4 кг/см2 при испытании тремя ударами копром, и которая в твердой форме оказывается чуть ли не вдвое выше.

Тем не менее, насыпная масса влияет на прочность на сжатие и твердость формы, как показано на рис. 6.8. Твердость формы колеблется вокруг отметки 1,55 г/см2, но прочность на сжатие возрастает с увеличением насыпной массы формовочного материала. Дальнейшие исследования показали, что вид песка также влияет на эти результаты, так как остроугольные пески даже при низкой плотности более устойчивы к воздействию изгибающей нагрузки.


Влияние использования различных фракций песков на качество поверхности отливок было исследовано на примере отливке ступенчатой формы с поступенчато увеличивающейся толщиной: 3, 6, 12 и 24 мм.

Серый чугун, содержащий 3,2 - 3,35% С, 1,65 - 1,8% Si, 0,6 - 0,7% Мп, 0,06% Р и 0,08% S, заливался при температуре 1360 °С. Структура поверхности была сканирована компаратором поверхности JIS. Таблица на рисунке 6.9 показывает, что более высокая насыпная объемная масса способствует более гладкой поверхности, в то время как рис. 6.10 показывает, что более интенсивный вакуум дает более грубые поверхности. Влияние типа песка и фракционного состава смеси на поверхность отливки таково, что более мелкий песок гарантирует более гладкую поверхность.

Толщина стенки, мм 3 6 12 24
Плотность, г/см3
1,45 25S 25 S 25S 25S
1,54 18S 25S 25S 25S
1,57 18S 25S 25S 25S
1,60 18S 18S 18S 25S

Рис. 6.9. Поверхность отливки и насыпная масса смеси

Толщина стенки, мм

Вакуум

3 6 12 24
-250 18S 18S 18S 18S
-400 18S 18S 18S 25S
-600 18S 25S 25S 25S

Рис. 6.10. Поверхность отливки и давление вакуума

Этот факт известен специалистам-литейщикам уже много лет, но мелкий песок также означает и более обширную поверхность зерна, таким образом, повышаются расходы на обмазку глиной или химическими материалами. Эта проблема не возникает в случае с сухим, не содержащим связующих песком в V-процессе.

Необходимо еще раз подчеркнуть то, что вероятность пенетрации в области массивных контуров отливок напрямую зависит от фракционного состава смеси. Применение формовочной краски и изменение давления вакуума всегда оказывают влияние на форму

Названные выше данные говорят о том, что самые лучшие результаты были достигнуты со смесью, имевшей более высокую насыпную массу, которая в свою очередь состоит из песков различных фракций.

Это теоретически правильно и рекомендуется. Тем не менее, в ежедневной практике используется песок, который имеет обычный гранулометрический состав. И с этим песком также производятся отливки отличного качества.

Японцы провели тест на пенетрацию с толщиной материала от 3 до 24 мм. При использовании песка фракции 100 и выше не было выявлено никакой пенетрации. При использовании песков более крупных фракций пенетрация на более массивных участках отливки появлялась.

Кроме того, результаты в таблице доказывает, что мелкозернистый песок важен для получения качественных поверхностей. Это утверждение, конечно, было верно всегда, однако литейщики не могли применять мелкозернистый песок из-за возникающих проблем с газопроницаемостью формы и увеличивающимся количеством добавок к песку. Обе эти проблемы в V- процессе никогда не существовали. Низкая газопроницаемость устраняется при помощи вакуума, и никаких добавок не используется.

Прочность и твердость формы должны быть достаточными при вакууме в 300 мм рт.ст., так как полученные по прочности и твердости данные сходны с данными для технологии прессования под высоким давлением и даже превышают их, т.е. лучше, чем в традиционной песчано-глинистой формовке.

Из-за того, что в песчаной смеси отсутствуют какие-либо добавки, уменьшается количество газообразующих веществ. Это вместе с постоянно воздействующим на форму отрицательным давлением делает возможным использование песка с низкой газопроводимостью.

Кварцевые пески проявляют тенденцию к увеличению в объеме под воздействием высоких температур. Отсутствие связующих в формовочной смеси влияет на отдельные зерна таким образом, что они могут перемещаться относительно друг друга без возникновения опасности измельчения по причине разрушения.

Все это говорит за применение песка с зернами округлой формы или с закругленными краями, которые легко засыпаются и имеют высокую насыпную массу, большую, чем у песков с остроугольными зернами. В результате предотвращается вероятность возникновения литейных дефектов, таких как «крысиных хвостов» и бугорчатой поверхности на отливке


Примечание: Круглые зерна имеют больше свободного места между

собой. Поэтому лучше применять песок с зернами, имеющими закругленные края. Остроугольные зерна хуже уплотняются в процессе вибрации.

Вышеописанные пески имеют следующий химический состав:

Si02 А1203 F92O3 MgO СаО
1. Кремний 97,8 1,22 0,38 0,09 0,10
2. Оливин 40 8 48 0,8
3. Кремний 98,68 0,6 0,13 0,12 0,06

Если разделить поверхности отливок по качеству на грубые, средние или гладкие, то возможно применение песков следующего гранулометрического состава:

Серый чугун, чугун с шаровидным графитом, алюминий и медные сплавы:

Ячейка сита (меш) Грубая Средняя Гладкая
40 1,5 - -
50 4,2 - -
70 17,4 2,4 0,8
100 21,0 13,0 6,2
140 25,2 26,8 17,4
200 20,8 26,8 26,2
270 8,8 19,2 35,8
Пыль 1,2 11,8 13,6
Фракция (AFS)* 101 148 167

AFS - по американскому стандарту фракционный состав песка определяется с учетом специфической поверхности песчаного зерна - для расчетов этого показателя введены коррекционные коэффициенты. По немецкому стандарту, а также по русскому, коррекция гравиметрических результатов ситового анализа не проводится - специфическая площадь поверхности зерна не берется во внимание - поэтому и результаты анализов расходятся. Цель анализа во всех случаях - установить средний диаметр зерна конкретной порции песка.

140 43,2
200 44,5
270 1,2
Пыль 0,3
Фракция (AFS) 116

Для литья стали используются более грубые пески:

Ячейка сита (меш) Грубая Средняя Гладкая Циркон
30 0,3 - 0,2 -
40 3,1 - 0,8 -
50 21,5 0,4 2,8 од
70 50,1 24,0 3,4 2,0
100 21,8 40,0 4,0 26,1
140 2,5 21,8 33,4 57,7
200 0,5 12,2 35,2 13,4
270 од 1,2 15,8 0,5
Песок од 0,2 4,4 0,2
Фракция (AFS) 53,6 82 133 97

Известно, что для литья стали необходим песок с содержанием Si02 в 94%. Для V-процесса достаточно и 84%. И, тем не менее, процентное содержание Si02 постепенно снижается. Во время производственного процесса на одном металлургическом предприятии был проведен следующий ряд замеров:

Частота использования

200 раз 400 раз 800 раз

SiO, 92,3% 90,5% 88,4%

Результат показывает, что объем добавленного нового песка зависит от частоты использования старого.

Краска на смоляной основе имеет тенденцию к прилипанию на песок. Обычно она сжигается такими металлами как железо или сталь, которые имеют высокую температуру заливки. Однако это не относится к металлам с низкой температурой плавления, таким как алюминий или бронза; поэтому в этом случае необходимо будет добавлять новый песок. Чтобы показать, как ведет себя гранулометрический состав смеси в литейном производстве, на котором не осуществлялся подвод нового песка, был проведен следующий тест:

Время использования

Размер зерна Через полмесяца % Через месяц % Через два месяца %
1,410 0,02 0,03 0,01
1,000 0,10 0,10 0,10
0,710 1,25 1,87 1,30
0,500 8,20 13,46 8,07
0,355 23,10 20,30 19,30
0,250 41,25 32,21 43,10
0,180 20,40 21,40 18,25
0,125 3,50 5,57 4,65
0,090 1,35 2,89 2,15
0,063 0,35 1,20 0,95
0,020 0,37 1,31 1,96

Как видно, большого разброса процентных показателей, которые привели бы к серьезным проблемам, по четырем основным фракционным составам не наблюдается. В этом тесте песок использовался в течение 2 месяцев около 800 раз.

В Японии некоторые из литейных производств, работающие по V-npoueccy, пришли к тому, что они полностью заменяют песок после 18 месяцев использования. Если опыт показывает, что поддержание рабочего состояния смеси определенного гранулометрического состава требует регулярного добавления определенного количества нового песка, то его следует добавлять не сразу и в больших количествах, а последовательно партиями.

Конечно, необходимо обратить внимание на фактор экономичности. Если в обороте находятся, к примеру, 50 т песка, который может быть весь заменен за определенную цену, то это при определенных обстоятельствах может оказаться наиболее экономичным решением.

Новый песок, который впервые вводится в систему, белого цвета, как и все обычные кварцевые пески. Однако песок, который прилипает к металлу, будет иметь коричневый цвет из-за пленки, которая плавится в процессе заливки. Поэтому весь песок в системе постепенно превращается из белого в желтый, бежевый, красновато-коричневый или светло-коричневый. Тем не менее, это нормально и на это не стоит обращать особого внимания, пока не изменились свойства жаростойкости и гранулометрические характеристики песка. Эти изменения сразу будут заметны на качестве поверхности отливок.

Есть всего три качества песка, которые должны подвергаться постоянном}, контролю:

1. гранулометрический состав, который может изменяться,

2. песок может спечься.

3. песок может покрыться слоем смолы.

Гранулометрический состав может изменяться за счет использования большого количества с тержней из более крупного песка, или за счет того, что стержни не применяются вообще. И, гем не менее, при производстве нормальных отливок гранулометрический состав смеси долгое время не меняется, так как более крупные зерна поступают из стержневого песка, а мелкие удаляются как пыль. Наличие большого количества тяжелых стержней может обуславливать необходимость периодической сепарации формовочной смеси на пески более крупной и более мелкой фракции.

Если стержни производятся из мелкого песка, то, возможно, что именно из- за стержней придется перейти на более грубый песок, что будет весьма выгодно.

Таким образом, при определенных условиях возможно предотвратить наличие в формовочной смеси слишком большого количества пыли.

Типовые характеристики песка

В V-процессе с успехом используются самые различные пески, поэтому ото практически невозможно, да и нет необходимости в том, чтобы особо рекомендовать какой-либо из видов. Следующие семь сортов песка с успехом используются в настоящее время для производства отливок из серого чугуна и чугуна с шаровидным графитом

Материалы Размер зерна.

    0,250 0,180 0,125 0,090 0,063 0,020
1. Кварцевый песок 0,8 6,2 17,4 26,2 35,8 13,4*
2. Цирконовый песок 0,3 1,2 35,2 54,3 2,6 5,8
3. Оливиновый песок 0,3 14,5 55,3 25,5 3,3 Т
4. Кварцевый песок - 0,2 1,4 10,6 38,6 38,1*
5. Кварцевый песок 55,5 33,5 1,8 0,28 0,06 0,2
6. Кварцевый песок 50,1 21,8 2,5 0,46 0,14 0,7
7. Кварцевый песок 36,7 13,6 9,0 4,1 1,0 0,14


Очевидно, что эти пески очень разные

Виды песка, отмеченные звездочкой, применяются также при литье алюминия.

Примечание: Если используются тяжелые смеси, например, цирконовый

песок, необходимо учитывать влияние, оказываемое его более тяжелым весом. Of» может очень негативно отразиться на вибрации и/или на подъеме опоки.

Рекомендации относительно песка

В предыдущих разделах мы рассмотрели результаты некоторых испытаний и привели различные сорта песка, которые рекомендуются к использованию. I Jo прежде чем дать какие-либо конкретные рекомендации, мы хотели бы подчеркнуть следующий момент.

В V-лроцессе производятся отливки намного лучшего качества, чем ранее, причем производство стало экономичней. Хотя в цену некоторых песков уже включена цена перевозки, мы не можем давать каких-либо рекомендаций по пескам, которые следует использовать. Лицензиат должен сам выбрать песок, который наиболее подходит ему по цене.

Внимание: Для более крупных фракций необходим более интенсивный вакуум, нежели для мелких. Могут возникнуть проблемы, если Вы используете настолько грубый песок, что Вам потребуется вакуум, превышающий мощность вакуумного насоса. С более мелким песком таких проблем обычно не бывает.

Избегайте расслоения смеси. Причиной этому иногда бывает большая скорость ленточного транспортера или слишком большая мощность всасывания установки пылеудаления.

Спецификации песка для У-процесса

Общее:

1. Зерна должны быть либо круглыми, либо с закругленными углами. Остроугольные зерна тоже могут быть использованы, что, однако, не рекомендуется.

2. Фракция (AFS) песка для среднего стального литья (с толщиной стенки до 50 мм) должна быть 100.

3. Фракция (AFS) песка для тяжелого стального литья должна быть 63.

4. Для отливок из шаровидного графита и цветных металлов рекомендуется фракция выше 100. Для цветных металлов обычно

Применяются более мелкие пески. Здесь могут быть рекомендованы фракции 160-170

5. Если необходим особо мелкий песок, например, с дисперсностью 195, или если предусмотрено использование пыли, то лучше использовать мелкий песок, так как пыль может вызвать проблемы в работе линии
6. Процентное содержание Si02 по возможности должно быть как можно выше, однако не превышать 90%,

7. Существует общее правило, если не используется формовочная краска, следует выбирать песок «фракций выше 100, Если применяется хорошая краска, можно выбирать между фракциями меньше 100.

8 И общем, фракция песка должна быть обратно пропорциональна температуре заливки, т.е. чем выше температура заливки, тем более крупным может быть зерно, или: грубый песок для стального лнтьч, мелкий для железа, самый мелкий для цветных металлов.

Типичные гранулометрические составы

Размер держа Железо, чугун с шаровидным графитом, бропда, алюминий, сплавы меди Стальное литье
0,710 0 0
0,500 0-2 2-20
0,555 0-4 2-20
0,250 7-5 3-50
0,180 5-20 4-40
0,125 15-25 2-35
0,000 20-25 2-35
0,063 I -20 1-15
0,020 1-12 1-4
Фракция (AFS) 100-160 00- 150

В случае сомнений всегда лучше решать в долму более мелкой фракции.

Общие замечания о песке

1. Мы не рекомендуем применять слишком крупное зерно, так как такая смесь требует большой мощности вакуума.

2. Грубые пески могут быть причиной неровностей на поверхности отливки и/или пенетрации.

3. Выбор смеси для стального литья - это фракции AFS 80 и более, AFS 100 и более — для других металлов. Здесь действует правило: чем больше число (чем мельче песок), тем лучше.

4. Если оптимальный фракционный состав смеси уже разработан, он должен быть сохранен наиболее рентабельным способом.

5. Доля пыли и содержание мелкозернистого песка будут возрастать, так как песчаные зерна подвержены разрушению под воздействием температур.

6. Очень крупнозернистая стержневая смесь может повлиять на долевое соотношение фракций в формовочной смеси, если она добавляется в течение долгого времени и в больших количествах.

7. Все виды формовочных смесей имеют тенденцию к измельчению из-за дробления зерна. В прошлом это было причиной многих проблем. В V- процессе подобных проблем не существует.

8. Низкая газопроницаемость вакуумной формы компенсируется двумя путями:

а) вся форма ставится под вакуум;

б) песок не содержит никаких газообразующих примесей.

9. Как и прежде существует взаимосвязь между фракцией формовочной смеси и качеством поверхности отливки. Более мелкий песок дает более гладкую поверхность.

10. При литье стали объем воздуха, выкачиваемого из формы во время заливки, больше, чем при заливке железа и других металлов, так как пластиковая пленка быстрее плавится под воздействием более высокой температуры. Поэтому необходимо применять более крупный песок, который предотвратит резкое падение давления в полости формы.

Пылеудаление

Процесс пылеудаления уже был упомянут в другой главе этой книги. Пылеудаление является важной составляющей V-процесса. Сухой, не содержащий связующих, мелкий и горячий кварцевый песок подвержен пылеобразованию, особенно на передаточных участках, и эта пыль должна удаляться.

В отличие от традиционных технологий формовки, пыль, удаляемая из смеси в V-процессе может быть возвращена обратно в формовочную смесь для сохранения ее гранулометрического состава

Мелкозернистый песок выполняет в V-процессе новую функцию. Он помогает предотвратить пенетрацию металла, т.е. если выявлен факт пенетрации, рекомендуется проверить смесь на содержание пыли. Содержание мелкого песка и пыли не должно, однако, превышать 3 — 7%, чтобы сохранить способность формы к уплотнению и предотвратить проблему запыления.

Анализ смеси

Обычно требуется проводить одно и то же исследование песка, для чего необходима одна испытательная установка, состоящая из проверочных сит и оборудования для ситового анализа.

Размер ячеек сита должен быть выбран на основе промышленного стандарта DIN 4188 (стандартный ряд ISO).


Размер ячейки Меш

0,500 35

0,355 45

0,250 60

0,180 80

0,125 120

0,090 170

0,063 230

0,020 (пыль)

По меньшей мере, один раз в месяц необходимо проводить анализ гранулометрического состава смеси и записывать результаты. Но еженедельные тесты были бы, конечно, предпочтительнее. Ваш поставщик песка или изготовитель испытательной установки должен поставить Вам все необходимые для этого сита.

В 1976 году литейные предприятия, работающие по технологии вакуумно-пленочной формовки, признали, что гранулометрический состав смеси не изменяется быстро, если пылеудаление и добавление нового песка происходят в определенной взаимозависимости. Тщательно проведя анализ всех расходов, некоторые из предприятий установили, что намного дешевле использовать песок в течение 18 месяцев, а потом полностью обновлять его.

Необходимо произвести расчетный анализ, из которого можно будет заключить, является ли более выгодным поддерживать качество песчаной смеси через добавление свежего песка или время от времени полностью менять находящийся в производстве песок.

Разрешение проблем

Если проблема заключается в том, что отливка имеет шероховатую поверхность, это возможно устранить, понизив интенсивность вакуума или применяя более мелкозернистый песок.

Получение шероховатых поверхностей на отливках можно также предотвратить, если использовать формовочную краску. Краска наносится прямо на пластиковую пленку, в то время как она уже плотно лежит на модели. Необходимо, однако, учитывать, что очень сложно нанести толстый слой краски на гладкую поверхность пленки, поэтому краска не является панацеей для достижения гладкой поверхности отливки.

Хромитные пески включают так много примесей, что это может повлечь за собой литейные дефекты. При изготовлении отливок из стали или железа необходимо установить в смесеприготовительной установке магнитный сепаратор. Намагниченные частицы, которые проходят через сито, могут быть причиной шероховатой поверхности отливки. Но очень сложно, если не невозможно, уловить намагниченные частицы такого маленького размера.

Если температура песка во время процесса производства поднимается и приближается к температуре плавления пленки, могут возникнуть две проблемы:

1. Пленка может прилипнуть к модели.

Эту проблему можно устранить, если применять подходящую антипригарную пудру. В этом случае подойдет алюминиевая пудра, которая хорошо себя зарекомендовала.

2. Пленка теряет способность сохранять точный контур формы. Единственно правильное в этом случае решение проблемы - снизить температуру формовочной смеси до менее чем 50°С.

Из-за отсутствия влаги в формовочной смеси и из-за того, что крупинки песка плотно прижаты друг к другу вакуумом, формовочная смесь сильно нагревается. Поэтому совершенно необходимо проводить песок через специальную охладительную установку, которая обеспечит песку температуру менее 50°С при загрузке его в форму. Эта установка описывается также в другой главе этой книги.

При литье металлов, имеющих низкую температуру заливки, например, алюминия, в формовочной смеси могут содержаться остатки смолы, что на долгое время делает невозможным сохранять стабильную плотность песчаной формы. Это явление не наблюдается в формах при литье стали или серого чугуна. Железо и сталь, которые заливаются при очень высоких температурах, оставляют только очень малое количество частиц смолы в формовочной смеси; результат быстрого испарения пленки. И, напротив, песок, который применяется при литье алюминия, покрывается со временем слоем смолы, так как пленка не расплавляется до конца.

Результатом спектрального анализа, проведенного под инфракрасным излучением, являются два решения;

а) Нагрев песка до температуры выше 500 °С.

б) Добавление нового песка через определенные промежутки времени или замена всей смеси после истечения соответствующего времени эксплуатации.

Некоторые литейщики могли бы засомневаться в том, что это является правильным, использовать песок с такой малой газопроводимостью; поэтому мы хотели бы еще раз напомнить, что все газообразующие вещества были удалены из песка. Благодаря литниковой системе давление в форме падает, и форма находится под вакуумом на протяжении заливки.

В принципе, можно сказать, что может быть использован любой жаростойкий материал, но все же особо рекомендуется кварцевый песок из- за его относительно низкой стоимости. Кроме того, могут быть использованы цирконовый, оливиновый и т.д. пески, тем более что они не содержат вредных пылевых примесей, которые могут попасть в легкие человека.

Естественным желанием является добавить в песок немного воды, чтобы реду цировать пылеобразование.

Но даже совсем ничтожное количество (1/2%) влаги негативно влияет на заполнение формы смесью и снижает плотность формы. Рнс.6.11 показывает соотношение между у плотнительной способностью песка в форме и углом естественного откоса песка, если в него добавить до 12% влаги.

Даже 0,4% уже значительно понижают уплотнительную способность песка

Специальные пески

Хотя большая часть этой главы посвящена кварцевому песку, в V-процессе используются также и другие виды песка.

Специально для отливок из марганцовистой стали применяется оливиновый песок. Он достигает примерно половины расширения кремневого песка. Хромитный песок имеет ок. 1/3 расширения кремневого песка и является очень жаропрочным продуктом, благодаря высокой температуре плавления.

Цирконовый песок достигает ок. 1/5 расширения и также очень жаропрочен.

Хромит и циркон могут применяться в чистом виде в качестве формовочного материала или, также как и в песчано-глинистой формовке, когда небольшое количество песка помещается на пластиковую пленку до того, как накрыть модель, чтобы потом наполнить остальную форму кварцевым песком.

В зависимости от объема используемого песка, размер зерна должен примерно отвечать рекомендациям.

При переходе с кварцевого песка на один из других видов песка, упомянутых выше, нужно убедиться, что более тяжелый вес не станет проблемой при производстве формы. Далее мы приводим приблизительные сравнительные данные по весу:


1500 кг/м3Кварцевый песок

1800 кг/м3 Оливиновый песок

2100 кг/м3 Хромитный песок

2800 кг/м3 Цирконовый песок

В обычной практике не принято применять оливиновыи, хромитныи и цирконовый песок.

Примечание: При использовании оливинового песка необходим

усиленный контроль за смесью, так как потери при его накаливании намного более значительные, чем в случае с кварцевым песком. Они могут составить до 15%.

Потери песка

Одним из важнейших преимуществ V-процесса являются малые потери песка. Пыль, которая была удалена через систему пылеудаления, используется в производственном цикле и в дальнейшем. Более крупные зерна, которые постоянно раздробляются из-за трения, заменяются зернами из стержневой смеси. В отдельных случаях, особенно при производстве массивных отливок, может оказаться необходимым отделять песок от горячей отливки вручную, чтобы сохранить его для производственного цикла. Необходимо постоянно помнить о том, что песок в V-процессе также оказывает большое влияние на экономичность производства, и поэтому желательно свести потери песка к минимуму.


Общие положения

Наша компания  окажет помощь каждой компании, которая намеревается внедрить V-процесс на своем предприятии. Мы дадим Вам рекомендации относительно толщины соответствующей пленки и предоставим Вам на пробу отрезки пленки, подходящие для Вашего производства.

Каждому производителю, работающий по V-процессу, необходим определенный набор знаний относительно параметров пленки.

Пластиковая пленка является побочным продуктом нефтехимии. Чаще всего используется полимерная полиэтиленовая пленка. Данная пленка обладает стандартными качественными характеристиками, имеет высокую плотность и высокую температуру плавления. Данные характеристики позволяют применять этот тип пленки в V-процессе. Способность данной пленки к глубокой вытяжке, однако, не является достаточной для формирования сложных контуров модели, поэтому была найдена добавка, благодаря которой пленка приобрела это необходимое качество.

Научные исследования показали, что благодаря добавлению этил-винилацетата (EVA), вида полимера, пленка приобретает желаемые качества. Используемая пленка является сополимером, т.е. смесью двух полимеров. В данном случае оптимальным является соотношение полиэтилен 82% и EVA 18%.

V-процесс ограничивает задачу пленки ее способностью вытягиваться и облегать углубления, поэтому в настоящее время вполне объяснимо стремление улучшить ее качество. За последнее время разработаны пленки с улучшенными свойствами глубокой протяжки. Параллельно ведется разработка такого типа пленки, который позволит ускорить процесс изготовления формы. Так, уже изготовлена черная пленка, абсорбирующая все тепловые лучи, что означает существенное снижение времени, затрачиваемого на ее разогрев.

ВНИМАНИЕ!

Одной из очень широко распространенных стандартных пленок является пленка PVC (поли-винил-хлорид). Эта пленка ни при каких обстоятельствах не может использоваться по V-процессу. При ее сгорании выделяется крайне ядовитый хлористый газ.

Толщина используемой пленки может колебаться от 0,040 и 0,125мм и зависит от высоты модели. Модель сложной формы требует использования более толстой пленки; для более простой, плоской модели часто достаточно пленка толщиной 0,050 мм.

Важным фактором является равномерная толщина используемой пленки. Допустимое отклонение составляет +- 10%, т.е. максимальная толщина 0,70- миллимитровой пленки может составлять 0,077 мм, а минимальная - 0,063.

Для покровной пленки толщина 0,40 — 0,50 является достаточной. К покровной пленке не предъявляется высоких требований относительно способности к глубокой протяжке, поэтому процент EVA может быть ниже, что снижает стоимость пленки.

Следует отметить стремление производителей при внедрении V-процесса на своих предприятиях подготовить пленки различной толщины, чтобы иметь возможность использования оптимальной пленки для каждой модели.

Опыт показывает, что для обычного производство достаточно одного, максимум двух видов пленки. Более толстая пленка при сгорании выделяет больше газов, чем тонкая. Дефекты отливок, проявляющиеся в форме газовых раковин, в большинстве случаев могут быть нейтрализованы путем использования более тонкой пленки.

При выборе пленки следует также учитывать фактор экономичности, хотя доля затрат на пленку весьма мала.

Хранение пленки 

Пленку следует хранить в упаковке, в которой она была доставлена. При возможности следует хранить пленку при нормальной комнатной температуре. Температура ни в коем случае не должна подниматься выше 40- 50°С. Если помещения с нормальной комнатной температурой не имеется, предпочтительнее хранить пленку в помещении с более низкой температурой.

Пластиковая пленка ни в коем случае не должна подвергаться воздействию прямых солнечных лучей. Ультрафиолетовое излучение разрушает полиэтилен.

Оптимальный способ хранения пленки: продеть в рулон штангу и подвесить пленку. Вторым способом, несколько уступающим первому, является следующий: поставить рулоны прямо. Третий способ: сложить рулоны в штабеля, между рулонами положить гофрированный картон или другой разделительный материал.

Рулоны пленки никогда не следует класть друг на друга. Но и в случае использования мягких разделительных материалов, следует следить за тем, чтобы нагрузка на нижние рулоны не была слишком велика.

В зависимости от условий хранения, пластиковая пленка имеет разный срок хранения. Безусловно, пленку можно хранить в течение 9 месяцев. Затем она начинает стареть и может потерять свою эластичность. Приэмаком старения является легкая желтизна.

При заказе небольшой партии у производителя может возникнуть проблема контроля качества. По этой причине партия пленки должна быть по возможности крупной, в соответствии с планируемыми объемами производства.

Устранение остатков пленки

Со временем накапливается большое количество отходов, так как при заливке испаряется лишь часть пленки. Отходы пленки можно устранить двумя способами. Отходы можно отвести в отвал вместе с прочими либо сжечь. Даже большое количество пленки сгорает практически без остатка. Тем не менее, на сжигание пленки требуется разрешение местной администрации, так как при сжигании пленки вырабатывается определенное количество окиси углерода - углекислого газа. Компания hws может предоставить Вам результаты испытаний относительно выделения газов при сгорании пленки.

Ядовитые характеристики смол, входящих в состав пленки

1. Карбамидная смола

Попадающий в организм формальдегид воздействует на печень и почки.

2. Винилхлоридная смола

Искусственные смолы и стабилизаторы обладают вредным воздействием.

3. Эпоксидная смола

Отвердители, амины, полиамиды и ацидангидриты негативно воздействуют на кожу.

Пластмасса при сгорании выделяет ядовитые газы.

Пластмасса при сгорании выделяет ядовитые газы.

Меламиновая смола Карбамидная смола Синильная кислота
Винилхлоридная смола

Винилэден

Хлорид

Хлорный газ

 Полиэтилен

Полиэстер

Мономер стирола
Полиэтилен Парафин
Метакриловая смола Мономер метилводорода

4. Органическая материя

При сгорании винилхлоридной смолы вырабатывается хлорный газ, разъедающий даже металл.

.Хотя мягкие винилхлоридные смолы характеризуются превосходной термической пластичностью и легки в обработке, они вырабатывают газы  опасные для здоровья человека, которые могут попасть на участки  машин, не имеющие защитного покрытия,

История исследовательских работ

Целью одного из первых исследований было выявление оптимальных видов пленки для работы по V-процессу, Обратите внимание на приведённую ниже информацию. Рекомендуем Вам не использовать материалы, зарекомендовавшие себя как непригодные, Пленка является термопластичным продуктом, сравнимым с отверждаемыми искусственными смолами, используемыми в литейном производстве в качестве связующего. Некоторые типы пленки, предстапляющие особый интерес, перечислены в данной таблице;

 Тип пленки Плотность г/см3 Точка плавления  
Полиэтилен низкая плотность 0,920 88-90  
Полиэтилен высокая плотность 0,960 94-97  
Нейлон 1,13 215-220  
Полипропилен 0,90-0,91 160-170  
Ионоомер 0,93-0,94 72-75  
EVA (A) 0,940 58 Винилацетатовые 17%
EVA (A)     Винилацетатовые 14%
EVA (C)     Винилацетатовые14%
Поливинилхлорид (PVC) 1,45 56-90  
Поливиниловый спирт (PVC)      

1) Возможно возникновение дыр в пленке до достижения нужной температуры. Возможные причины данного явления:

a) Чужеродные тела в пленке вызывают концентрацию тепла

b) Неравномерное растяжение

c) Неверная температура

d) Неверная скорость охлаждения

e) Неверная скорость при разматывании рулона

f) Неравномерное смешение компонентов

g) Неверный состав либо неверное соотношение составляющих

2) Усадка пленки при нагревании по причине неверного отношения растяжения либо внутренней напряженности.

3) По причине неправильного хранения или неаккуратного обращения в пленке возникают тонкие участки.

Замечание: если использование пленки сопряжено с какими-либо

проблемами, рекомендуем Вам связаться с поставщиком.

Пленка EVA

1. Пленка EVA является сополимеризационной смолой на этиленовой основе (более 80%) плюс винилацетат (менее 20%).

2. EVA обладает термопластичными характеристиками; для деформации необходимо нагревательное устройство.

3. Смола для производства качественных пленок изготовляется на различных предприятиях химической промышленности. Речь идет о сополимере из этилена и винилацетата с содержанием винилацетата 16.5- 18,5%.

, Теория и практика литья

Pиc.7.17 Толщина н характеристики деформации пленки EYA

Условия испытания:

Ящик : (размер: 200мм )

Глубина 260-360мм Расстояние нагрева 150мм Пленка EVA 50, 75 и 100 мкм Винил-ацетат-этилен: 19%

4. При нагревании пленки можно наблюдать деформацию в 3 этапа. Лучшим состоянием считается вторая стадия деформации.

1 стадия: образование волн на пленке

2 стадия: волны исчезают, поверхность пленки напоминает зеркало.

Пленку следует наложить на модель в течение 10 сек.

3 стадия: при продолжении нагревания пленки возникают дыры,

пленка становится непригодной.

5. После принятия пленкой определенной формы она больше не может быть эластичной.

6. При выборе пленки определенной толщины следует руководствоваться формой контуров модели. На рис. 7.17 изображено соотношение между толщиной пленки и формообразованием. Чем толще пленка, тем выше ее деформируемость. Более толстая пленка вырабатывает большее количество газа при заливке и больше остатков сгорания.

7. Основные газы, выделяемые пленкой EVA:

Н2, Н20, С02, СНЗСООН, углеводород.

Для точности облегания контуров при наложении на модель чрезвычайно важными являются эластичные и пластические характеристики, которые в свою очередь зависят от химического состава пленки, температуры, толщины, напряжения при растяжении, скорости нагрузки, направления нагрузки, концентрации напряжения и т.д.

Данные качества были исследованы в ходе стандартных испытаний на растяжение, а также в ходе приближенного к практике производства тестирования.

Характер растяжения пленки исследовался на опытном образце длиной 40мм, шириной 10 мм и обычной плотности. Пленка подвергалась постоянному воздействию нагрузки 5, 9 и 30 кгсм2, и при определенной температуре производился замер растяжения в течение определенного времени.

Характеристики растяжения различных видов пленки представлены на рис. 7.2 и 7.3. Очевидно, что способность пленки к продольному растягиванию намного ниже, чем к поперечному.

Рис. 7.2 Эластичность при температуре 95°С

Рис.7.3 Эластичность при температуре 95°С

Эффект растяжения лучше всего демонстрирует иономер и хуже всего пленки PVC. Эластичность увеличивается по мере увеличения нагрузки и времени ее воздействия. Неравномерность кривых растяжения является результатом мономерных структурных изменений под воздействием нагрузки и температурных условий. При повышении температуры растяжение увеличивается, однако при нагревании также достигается точка, в которой происходит расплавление пленки.

Рис. 7.8 Растяжение пленки EVA при температу ре воздуха 115е


Рис.7.9 Растяжение пленки РСЛ при температу ре воздуха 115"

Процентное удлинение и пространственные отношения растяжения представлены в табл. 7.10 и 7.11. Данные показатели изменяются в зависимости от толщины пленки, т.е. повышаются при увеличении толщины пленки при неизменной нагрузке, хотя и имеются существенные рахшчил в зависимости от состава пленки. Пленники PVA, EVA и PVC демонстрируют относительно хорошую эластичность и сравнительно низкую стабильность

При низкой нагрузке 5 и 9 кгсм2 пленка PVA не деформируется, однако хорошо растягивается при 30 кгсм2. Данное качество ограничивает применение этого типа пленки при сложных (мелких) контурах модели, однако в то же время снижает опасность разрыва, в особенности на вентиляционных отверстиях модели. Для изготовления песчаных форм предпочтительными являются пленки с высокой способностью к растяжению. Требуемое растяжение устанавливается в зависимости от контуров модели

Рис.7.10 Степень растяжения различных видов пленки

Нагрузка кг/см2

Тип пленки   5,0 9,0 30,0

Иономер

Толщина 0,05мм

Длина

Ширина

53

68

55

130

75

319

EVA (A)

Длина

Ширина

65

160

100

328

300

568(разрыв)

EVA (B)

Длина

Ширина

85

183

173

193

292 (разрыв)

420 (разрыв)

EVA (C)

Длина

Ширина

40

170

63

205

200 (разрыв)

470 (разрыв)

PCV

Длина

Ширина

28

68

47

118

173

328

PVA

Длина

Ширина

0

0

0

0

65

86

--разрыв пленки происходит до истечения  60 сек, предусмотренных на разогрев.

Толщина пленки           0,075мм

Температура воздуха   95С

Время разогрева           60 сек.

Рис.7.11  Степень растяжения пленки TVA различной толщины

Нагрузка кг/см2

Толщина пленки, мм   5,0 9,0 30,0

0,05

(А)

Длина

Ширина

100

200

115

278

238

600

0,075

(А)

Длина

Ширина

65

160

100

328

300

568

0,05

(В)

Длина

Ширина

117

120

112

133

256

310

0,075

(В)

Длина

Ширина

85

183

172

193

292

420

0,05

(С)

Длина

Ширина

40

170

63

205

200

470

0,075

(С)

Длина

Ширина

113

302

123

338

250

358


Очень важным фактором ми.) ню гем плие гимнам деформируемое п. ппенки, а особенности но нремн и после заливки. ')лаетпмпое напряжение, остающееся н пленке, приводит к екруглеипю углом и невозможности передачи сложных контуров. По этой примппе эластичное напряжение пленки должно быть по возможности низким. Параметры пластичной деформируемости и ненки устанавливаются в соответствии с эластичным напряжением, остающемся д пленке.

Замер пластичной деформируемости (ПД) (в процентах) осуществляетеи следующим образом:


Степень растяжения после удаления груза

ПД= --------------------------------------------------------------------------------х 100

Степень растяжения с грузом


Индекс плавления служит для замера текучести жидкого материала и является мерной величиной обрабатываемости высокомолекулярного материала с большой молекулярной массой.

Таким образом, чем выше молекулярная масса, тем ниже вязкость плавления. Чем ниже показатель индекса плавления, тем выше молекулярная масса.

Одна из возможностей замера индекса плавки была выявлена опытным путём в Америке. Далее следует описание результатов испытания:

Цель тестирования:

Установка индекса для веса жидкой пластмассы (в граммах).

Температура 190°С

Усилие  2160г

Отверстие  D 2,1 мм
длина 8,0

Время 10 мин

 Замечание: 190°С- температура, применяемая для пленки EVA.

Качество пленки EVA и индекс плавления соотносятся следующим образом:

Повышение доли винилацетата при неизменном индексе плавления улучшает эластичность, гибкость, прочность и прозрачность пленки. При образном действии пленка становится неподатливой и неэластичной, увеличивается сопротивление изоляции, и снижаются расходы.

Увеличение индекса плавления для установленного количества иинилацезага означает снижение температуры плавления, повышение обрабатываемости  и гладкости поверхности, а также снижение эластичности пленки. Снижение индекса означает увеличение молекулярного веса и, следовательно, увеличение ударной прочности и предела прочности.

Показатель растяжения расплавленной массы (ME) также является индексом растяжения смолы при температуре плавления:

ME/(D/d)2 - 1 х 100%

D диаметр венты (2,095мм)

d диаметр отрезка смолы (мм)

Расплавленная смола подается под напором через форсунку диаметром 2,095мм со скоростью 0,3 гмм. На основании вышеуказанной формулы, ME встречается при любой скорости потока.

Напряжение плавления (МТ) является индексом напряжения смолы в точке плавления (сила тяги в зависимости от скорости тяги)

МТ = f (г) f: сила тяги

При повышения скорости тяги до границы разрыва ME и МТ становятся ME макс, и МТ макс.

Степень набухания (SR) является индексом эластичной энергии в точке плавления.

SR=(dD- 1) х 100

D = диаметр венты (мм)

d = диаметр отрезка смолы (мм)

В дополнение к обычному тесту на растяжение с нагрузкой или без нее пластичность измеряется при использовании модели с квадратным отверстием 200x200мм и изменении глубины от 50 до 200мм. Модель оснащена двойной фундаментной плитой, что позволяет держать модель под вакуумом и протягивать разогретую пленку в полое пространство. После отключения вакуума глубина контакта модель-пленка замеряется (время подогрева 20, 40 и 60 сек.). При этом регистрируется постоянная деформируемость, как показано на рис. 7.12


, Теория и практика литья

При использовании полости глубиной 200 мм и разогреве пленки EVA до 87' становится очевидным, что показатели, изображенные на рис. 7.13, зависят от времени, пониженного давления и прочности пленки. Увеличение пластичности является результатом повышения низкого давления, увеличения времени нагрева и толщины пленки.

Однако другие таблицы показывают, что более толстая пленка растягивается также хорошо или же лучше, чем более тонкая. Дополнительным фактором является тот факт, что более толстая пленка дольше сохраняет тепло, чем тонкая, даже после контакта с холодной моделью, результатом чего является более высокая степень растяжения.

Как ни странно, способность к глубокой вытяжке не зависит от толщины пленки.

Табл. 7.13 Пластичные характеристики и пластичная деформируемость

Толщина пленк, мм Вакуум Время нагрева при 87С, сек

Пластичная

характеристика



Длина

Пластичная характеристика



Ширина

Соотношения

пластичной

деформации


Длина

Соотношения

пластичной деформации


Ширина

0,05 -300

20

40

60

94,3

97,8

119,3

96,3

98,7

127,7

98,2

97,8

95,2

98,0

97,2

94,4

0,075 -100

20

40

60

84,4

78,0

83,7

91,3

82,8

85,6

99,0

99,8

100,0

99,6

99,8

99,6

0,075 -300

20

40

60

116,7

114,0

149,5

124,7

115,7

156,5

98,0

97,2

96,0

97,6

96,0

95,0

0,075 -500

20

40

60

157,8

160,0

177,8

164,2

164,0

179,2

96,8

97,4

98,4

97,6

97,6

98,0

0,10 -300

20

40

60

165,8

183,8

189,0

171,0

186,8

190,0

95,4

96,8

98,4

96,0

97,6

99,0

Еще одной важной характеристикой пленки является ее склонность к образованию складок н мостов. Эта характеристика становится очевидной мри использовании двух испытательных моделей с возвышением 100x100x20 мм или 100x100x40мм, на которое накладывается пленка.

, Теория и практика литья

Результаты данного испытания изображены на рис. 7.14. Табл. 7.15 иллюстрирует, что образование мостов снижается при повышении вакуума и увеличении толщины пленки. Состав пленки, стабильность п температура также имеют большое значение. Мосты оставляют на поверхности отливки небольшие отметки - па местах соприкосновения металла с формой.

Давление вакуума, мм.рт.ст -100 -300 -500
Пленка___________
EVA(A) средняя

низкая

средняя

низкая
ЕУА(А) низкая низкая низкая
EVA(B)

высокая

(разрыв)

высокая

(разрыв)

высокая

(разрыв)

EVA(B) высокая (разры в)

высокая

(разрыв)

высокая

(разрыв)

EVA(C)

высокая

(разрыв)

высокая (разрыв)

высокая

(разрыв)

EVA(C) высокая

средняя

высокая

низкая

Эластичность пленки при заливке является негативным фактором, так как у края поверхности расплава в форме возникает щель (зазор), из-за чего высвобождающийся песок подвергается эрозии. Для качественного испытания используется стальной блок 100x100x20мм. нагреваемый до 1000°С. Данный блок ставится на открытую сторону верхней опоки. Данное испытание демонстрирует, что пленка, обладающая слишком низкой эластичностью, подвержена дополнительной деформации. После сгорания средней части пленки (из-за контакта с раскаленным стальным блоком) окружающая пленка удаляется от стального блока, и возникают открытые зазоры. Если отметить направление размотки пленки, то становится очевидным, что данные зазоры возникают лишь в продольном направлении.

При сравнении характеристик и преимуществ различных видов пленки становится очевидным, что лучшие результаты демонстрирует этилен- вннилацетат толщиной 0.075.

Кроме того, было установлено, что при нагревании инфракрасными лучами черная пленка нагревается значительно быстрей, чем прозрачная.

Функция пленки в V-процессе

Как известно, V-процесс - это способ изготовления песчаных форм без использования связующего. Таким образом пленка является заменой связующего.

Поведение пленки при высоких температурах

При нагревании стального блока до 1000°С и его простановке на пленку, покрывающую уплотненную смесь, находящуюся под нормальным давлением, пленка сразу же сгорает и остается лишь угольный остаток. 11ссок. находящийся под стальным блоком, нс претерпевает особенных и вменении. С другой стороны, если стальной блок ставится на форму, находящейся под давлением 300 мм рт.ет., пленка немедленно испаряется. При этом выделяется лишь небольшое количество белого пара. После удаления горячего стального блока можно увидеть, что на форме лежит сравнительно твердый оболочковый слой.

Данный эксперимент подтвердил, что форма сохраняет свой контур даже при сгорании пленки. По этой причине можно предположить, что го же самое происходит при заливке жидкого металла в форму.

Резюме:

Перед заливкой жидкого металла в форму пленка натягивается при помощи вакуума. После заливки под воздействием высокой температуры жидкого металла пленка испаряется и проникает в формовочный песок. Расплавленная пленка действует как связующее и при охлаждении образует на поверхности формы оболочку, аналогичную возникающей при литье в оболочковые формы. Таким образом, расплавленная пленка совместно с давлением вакуума повышает стабильность полости формы, и форма сохраняет свой контур также после заливки.

Требования к вакуумной пленке

1. Пленка должна полностью покрывать сложные и неровные поверхности формы в соответствии с ее контурами (см.рис.7.16)

, Теория и практика литья


2. Низкая точка плавления;

3. Высока степень продольного растяжения;

4. Консистенция пленки должна обеспечивать низкое выделение газа при заливке жидкого металла;

5. Пленка не должна допускать возникновения дефектов отливки, таких как включения песка либо газовых раковин;

6. Пленка не должна вырабатывать вредных газов;

7. Устранение остатков пленки не должно вызывать трудностей и загрязнения воздуха;

8. Низкая стоимость;

9. Колебания толщины пленки не должны превышать +- 10%.

10. В состав пленки должны входить антифрикционные составляющие;

11. С момента изготовления пленка не должна обладать внутренней напряженностью. Величина напряженности проявляется в степени усадки при нагревании.

Проблемы, связанные с использованием пленки при работе по V-процессу

При изменении температуры заливки не было установлено выделения ядовитых газов.

Изготовление пленки EVA

Исходным материалом для изготовления пленки является гранулят EVA либо полиэтилена. Гранулят нагревается и сжижается в экструдере, затем выжимается через кольцевую форсунку. Таким образом, сначала возникает шланг, который надувается при помощи горячего воздуха, подаваемого из центра форсунки. Так возникает расширение шланга для любого желаемого диаметра в зависимости от необходимой толщины пленки.

При вертикальном способе работы возможно направить шланг вверх, при этом осуществляется охлаждение. Затем полученная пленка подается на рулоны, при этом края плоского шланга обрезаются в соответствии с желаемой шириной пленки. Таким образом, получают 2 полотна пленки, лежащие друг на друге, которые сматываются в два отдельных рулона.

Данный способ в большинстве случаев используется для изготовления пленки. Небольшим недостатком является относительно низкая скорость изготовления качественной пленки - 5-7 ммин (нормальная скорость - 24 ммин). Низкая скорость объясняется необходимостью избежать разницы направления движения.

Данный способ является самым экономичным, хотя равномерность пленки и не является оптимальной.

, Теория и практика литья


Общие положения

В V-процессе отливки могут производиться без литейных дефектов, таких как пенетрация, размывание, налипание песка и проникновение в форму, т.е. с качественной поверхностью и точными размерами. Если Ваша отливка обнаруживает один из перечисленных выше литейных дефектов, на обратную сторону пленки необходимо нанести краску, когда пленка уже лежит на модели.

Грубая поверхность возникает время от времени даже в V-процессе, вызвано это разницей давлений в песчаной смеси и в полости формы. Чтобы предотвратить образование грубой поверхности, нужно применять более мелкий песок, нежели в обычных формовочных процессах. Однако одно это условие не предотвращает образование грубой поверхности полностью, особенно когда речь идет о литье чугуна с шаровидным графитом, поэтому возникает необходимость применения краски.

Краска, нанесенная на пластиковую пленку, стабилизирует верхний слой песка и предотвращает вымывание. Высокая жаропрочность краски предотвращает налипание песка.

Краска имеет более низкую газопроводимость, чем песок и заменяет собой пластиковую пленку, которая сгорает во время заливки, таким образом, она повторяет контуры формы и предотвращает ее поломку. Это было доказано в результате следующего испытания.

Как показано на рис. 8.1, давление в полости формы во время заливки без применения краски негативное, так как пленка при соприкосновении с жидким металлом расплавляется, и воздух может быть свободно откачан из полости формы через свободный от пленки песок. Когда краска нанесена, давление в полости формы в начале процесса заливки сразу же начинает расти.

Это объясняется тем фактом, что нанесенная краска имеет более низкую пропускную способность газа, чем песок, поэтому воздуху, который начинает пребывать в форме из-за высокой температуры, и газам, образующимся при сгорании, трудно выйти из полости через стенку формы.

При сопоставлении обеих позиций можно утверждать, что отрицательное давление в полости формы уменьшится, если нанести краску. Поэтому применение краски очень действенно для получения твердости формы при достаточной разнице в давлении во время заливки. За изменением давления в полости формы и в песке можно проследить, воспользовавшись теми данными, которые приведены на следующей странице для формовки с и без применения краски.

Для эксперимента соблюдались следующие предпосылки: кварцевый песок (№ AFS 103), вакуум 400 мм рт.ст., толщина пленки 50 мм, температура заливки 1.230 - 1.360 °С для чугуна.

Поверхность отливки

Воздействие краски на поверхность отливки отображено на рис. 8.2. Были проведены эксперименты над формами для V-процесса с и без краски.

Температура металла, заливаемого в форму, составляла 1.340-1.360 °С. Химический состав металла был следующим:

3,20-3,35% углерода, 1,65-1,80% кремния, 0,60-0,70% марганца, ок.0,06% фосфора и 0,08% серы.

Замеры производились на поверхности верхней полуформы. Давление вакуума составляло 400 мм рт.ст.. Показатели шероховатости поверхности отливок, произведенных методом песчано-глинистой формовки, были взяты для сравнения.

Как видно при использовании кварцевого песка AFS 85 в V- процессе, неровность поверхности  составила 0,018-0,035 мм при нанесённой краске
Обычно при литье чугуна возможно получение качественной поверхности если применять песок фракции AFS 120

Качество формовочной краски

1. Краска не должна растворять плёнку

  1. Она должна хорошо держаться на плёнке
  2. краска должна наносится на плёнку напылением
  3. После напыления, она должна хорошо просохнуть
  4. Краску необходимо наносить тонким слоем
  5. она не должна трескаться и лопаться
  6. Краска должна иметь высокую жаропрочность
  7. Она должна содержать минимум влаги и не иметь тенденции к реакции с жидким металлом и его оксидами
  8. Краска должна легко удалятся растворителями
  9. Растворители не должны быть ядовиты и тем самым опасны для здоровья

Материалы

В месте соприкосновения металла с песком, возникает баланс давлений ввиду статического давления жидкого металла и поверхностного напряжения под воздействием жидкого металла и материала формы

Проникновение жидкого металла в песок происходит тогда, когда этот баланс нарушается, в статическом давлении жидкого металла повышается, так как низкая температура плавления в сочетании с низкой жаропрочностью формовочного материала являются здесь решающими факторами воздействия

, Теория и практика литья

В форме, находящейся под вакуумом, в дополнение к статическом) давлению жидкого металла действует сила всасывания, которая нагнетается у верхней поверхности полости формы. Эта сила всасывания часто приводит к пенетрации. Чтобы ее предотвратить, необходимо изготавливать формы более высокой плотности из тонкого песка, однако в любом случае рекомендуется использовать краску, которая выдержит температу ру жидкого металла.

Краска, которая легко разрушается под воздействием жидкого металла, или краска, которая вследствие низкой температуры плавления во время процесса заливки проникает в песок, не подходят для использования, так как они поддерживают воздействие силы всасывания и тем самым вызывают пенетрацию.

Как известно, кварцевый песок меняет свою структуру под воздействием высокой температуры: от а-кварца к Р-кварцу. Слой краски имеет тенденцию к разрушению в том случае, если краска спекается или дает усадку. Чтобы предотвратить эти процессы, составные части краски и материала формы должны иметь сходные реакции на воздействие высоких температур.

В процессе формовки в V-процессе расплавленная синтетическая смола из пленки проникает в слой краски и предотвращает, таким образом, повреждение пленки. Может также применяться обычная краска, если она сделана на основе спиртового растворителя пли спирта, чтобы ускорить процесс высыхания и улучшить устойчивость слоя краски на поверхности пленки.

Формовочная краска обычно состоит из следующих четырех основных составных частей:

Жаростойкие наполнители, связующие, основа и фиксирующий элемент

I. Жароупорные наполнители

, Теория и практика литья

Графит по сравнению с кварцевой мукой имеет более высокую жаростойкость и схватываемость, что дает ему преимущество более равномерного распределения и устойчивости. Кварцевая мука имеет более низкую жаростойкость, однако она дешевле и применяется для литья алюминия (TALC).

Цирконовая мука имеет более высокую жаростойкость, но ее удельный вес выше, чем вес других наполнителей, поэтому равномерное ее распределение в структуре краски проблематично.

Фенольная смола затвердевает под воздействием высоких температур. Если при комнатной температуре необходимо придать краске особую эластичность, чтобы предотвратить ее расслаивание, можно добавить в краску винилацетат.

Применение Вид наполнителя Размер зерна смеси, мкм
Чугун Г рафит, кварц, тальк (отдельно или в комбинации) 10 --50
Углеродистая сталь Циркон меньше 10
Марганцовистая сталь Оливин меньше 10
Легкий металл Кварц, тальк 10--50

Рис.8.4. Примеры наполнителей краски

2. Связующие

В качестве связующего часто используют фенольную смолу. Объем меняется вместе со специфическим весом наполнителя, но обычно составляет 5/9 % от веса наполнителя. Винилацетат и этилсиликат применяются реже.

3. Основа

Для V-процесса применяются спиртовые основы. Метиловый спирт — самое эффективное средство. Если в качестве основы применяется изопропиловый спирт, который медленнее сохнет, может понадобиться установка для сушки краски.

Из всех основ для краски вода имеет более высокое поверхностное напряжение, чем спирт, а отсюда - возникают сложности с равномерным нанесением краски на поверхность пленки. Поэтому лучше применять основу для краски, которая имеет низкое поверхностное напряжение и хорошо пропитывает пленку.

В выборе новой краски необходимо проявлять осторожность, так как некоторые из широко распространенных красок разъедают пленку.

Спирт Кетон Ацетат сложного эфира

Метиловый

Изопропиловый

Ацетон

Метил Этил Кетон

Ацетат метила Ацетат этила

Рис.8.5. Основы для краски, которые не разъедают пленку EVA

Основы из гидрокарбона Галогенный углерод
Гексан норм. Хлорид метилена
Толуол Трихлорэтилен
Нефть Трихлорэтан

Рис.8.6. Основы для краски, которые разъедают пленку EVA

Пример приемлемого состава краски для литья стали:

70% цирконовой муки 5% бентонита 4% новолановой смолы 21% изопропилового спирта

Плотность смеси - 70 по шкале Боме

Постоянно производится разработка других красок для V-процесса, так что уже к моменту публикации этой книги могут появиться новые, улучшенные виды формовочных красок.

Различные основы для краски

В производстве обычной краски используются такие основы, как смола, сульфокислота и окись натрия для регулирования вязкости и для расширения возможностей применения.

Для производства красок в V-процессе лучше не использовать эти средства, так как это увеличит время высыхания краски и замедлит производственный процесс.

Примеры:     Краски, которые обычно применяются, перечислены на рисунке 8.7.

Примечание:    В качестве связующего к наполнителю добавляют фенольную смолу (5-9% веса).

 ТИП Пропорция (1) Основа (1) Применение
A Графит, Циркон 3 Метанол 3,3 Чугун
B Кварц 1 Метанол 1

Чугун

Алюминий

C Графит 1 Кварц 2 Метанол 3 Чугун
D Тальк 1 Метанол 1

Чугун

Алюминий

Е Цирком 1 Метанол 0,7

Стсль

Особый чугун

F Оливин 1 Метанол 0,7 Марганцовистая
сталь

Рис.8.7. Список формовочных красок

Рис.8.8. Дисперсность жаростойких наполнителей Применение

Краска может быть нанесена в тот момент, когда пленка уже помещена на модель, как это покачано на следующем рисунке, и она должна достаточно высохнуть.

Краска создает стабилизирующий слой между песком и пластиковой пленкой.

, Теория и практика литья

Рнс.8,9. Применение формовочной краски

 

Общие положения

В литейной промышленности используются модели различного качества.

Деревянные модели поставляются различного качества, отвечающего требованиям Немецкого промышленного стандарта 1511, в соответствии с предполагаемым количеством отливок, при этом деревянная модель класса НЗ может быть применена для производства небольшого количества отливок, так как она изготавливается из мягкой древесины и поэтому подвержена быстрому износу. Существенно лучше, но и существенно дороже, модели из твердой древесины или искусственного материала. При помощи их можно изготовить до 1000 отливок. Ведущее положение, однако, занимают металлические модели, применяемые в основном для выпуска больших партий отливок, так как они имеют высокий порог износа и лучшее качество рабочей поверхности. Металлические модели занимают также ведущее положение по ценовым показателям.

Для V-процесса следует руководствоваться иными правилами при выборе моделей, нежели для песчано-глинистой формовки. Самой лучшей моделью для V-процесса является простая модель из мягкого дерева. Она должна быть достаточно стабильна, чтобы выдерживать атмосферное давление при стягивании пленки. Конечно, рабочая поверхность должна быть в порядке, тем более что все неровности поверхности переносятся с высокой точностью на отливку. Однако безупречно гладкая поверхность не является безусловным требованием, так как соседствующая поверхность, а именно, поверхность обтянутой пленкой формы, является и без того сверхгладкой и скользкой, что облегчает процесс отделения.

Рис.9.1, показывает усилие вытяжки в зависимости от уклона модели и формовочного процесса, при чем необходимо обратить внимание на то, что в V-процессе возможно работать даже с отклонениями в 1°, если для этого созданы все условия.

 

Несмотря на то что некрашеные модели из мягкого дерева могут применяться в V-процессе, остается вероятность их повреждения из-за колебаний температуры и влажности на складе. По этой причине модели должны быть покрашены хорошим, жаропрочным модельным лаком.

В V-процессе не возникает никакого износа моделей, так как при нормальных условиях песок никогда не соприкасается с корпусом модели. Модель дополнительно защищена пластиковой пленкой. Если бы было возможно уберечь модель от любых повреждений во время транспортировки и хранения, она служила бы вечно.

Это важный показатель экономичности V-процесса; модели намного дешевле, а необходимость в техническом обслуживании практически отпадает. Экономичность дает выгоду, которая явно прослеживается, если сравнить V- процесс с процессом формообразования при помощи пескомета, в котором необходим четкий контроль состояния моделей. Деревянная модельная плита не должна быть такой же ровной, как для процесса со встряхиванием и прессованием форм, так как она находиться под воздействием незначительной вибрации.

Также могут применяться модели из пенистого полиэстера, необходимо только следить за тем, чтобы материал имел высокую плотность. Воздуховытяжные отверстия обычно не являются необходимостью благодаря естественной газопроводимости формы. И напротив: такие отверстия необходимы под моделью. Такая технология рекомендуется, если речь идет о штучном производстве, тогда и модели из стиропора могут применяться несколько раз подряд.

Если имеющаяся модель из дерева, металла или пластика имеет острые края, которые могут повредить пленку, это легче и быстрее всего устранить, обклеив острые или грубые углы клейкой лентой.

Держатель модельной плиты

Конфигурация держателей модельных плит или съемных модельных рам варьируется в зависимости от уже имеющихся конструкций, так как они выполняют функцию вакуум-камеры. При натягивании пленки внешним стенкам держателя модельной плиты сообщается давление ок 0,8 кг/см2, это создает необходимость использования крепкой конструкции из стали. Применительно к тестовым установкам возможно использование для этих конструкций дерева.

В дальнейшем важно, чтобы модельная плита, на которую монтируется модель, не скручивалась, в противном случае опорная поверхность модельной плиты может оказаться перекошенной и на отливках возможно образование наплывов. Для надежного крепления модельной плиты существует необходимость ребер жесткости с промежутком ок. 150 мм, как это показано на рисунке 9.2. Размер этого промежутка, конечно, зависит от толщины и мощности модельной плиты.

Для откачки воздуха из опоры модели, необходима система вакуумных шлангов. Шланги должны иметь следующие размеры:

 ТАБЛИЦА

, Теория и практика литья

 

Указанные выше номинальные внутренние диаметры взяты по минимуму. Для упрощения хранения на складе рекомендуется точно установить диаметр шланга для модели и для опок.

Конечно, вакуум-камера должна иметь такую конструкцию, чтобы не пропускать воздух. Откачиваемый воздух должен проходить по шлангам без утечек в соединениях вакуумного трубопровода.

В зависимости от используемого оборудования держатель модели должен состоять из следующих компонентов:

1) транспортировочные цапфы;

2) центровочный штырь для крепления держателя на вибрационном столе;

3) центровочные втулки или направляющие штифты для установки кожуха;

4) центровочные втулки или направляющие штифты для установки модельной плиты;

5) отверстия для откачки воздуха;

6) винты или крепежные скобы для предотвращения смещения модельной плиты в процессе подъема.

7) Целесообразно также устанавливать модельную плиту на 5 мм вглубь модельной рамы, чтобы при наложении друг на друга рабочие поверхности форм плотно примыкали друг к другу. Аналогичный эффект достигается, если наклеить на модельную плиту под края опоки резиновую полоску толщиной 5 мм. При этом необходимо следить, чтобы место под резиновой полоской, было бы меньше, чем площадь краев самой опоки. Таким образом, необходимо соблюдать смещение по периметру примерно на 5 мм вглубь

 

В начале процесса подъема в давление 1 вакуумной камере повышается. Это происходит и результате перекрытия вакуумных шлангов и подами сжатого воздуха через редукционный клапан.

Воздух под давлением расширяет форму и таким образом облегчает процесс отделения, а также поддерживает па начальной стадии подъемное устройство, Кроме того, ото способствует продуванию модельной плиты через отверстия форсунок.

9) Когда расстояние между держателем модельной плиты и модельной плитой становится больше 0,5 мм, существует вероятность попадания пленки в образовавшуюся щель. Как это предотвратить, показано на рис. 9.4.

В этом случае оптимальным выходом является Т-образная накладная планка из резины; в большинстве же случаев достаточно простой наклеенной полоски из стабильного материала.

, Теория и практика литья

 

Модельная плита

Модельные плиты лучше всего изготавливать из клеёной древесины шириной в 20-25 мм. Древесностружечные плиты (ДСП) могут быть также использованы, но клеёная древесина легче сверлится и является более крепким материалом. Вели применяются модели, рассчитанные па высокую производительность, то целесообразно изготавливать целые модельные плиты и менять их вместе с моделями.

Для испытаний или при изготовлении отдельных отливок может быть использована одна модельная плита, такая как на рисунке 9.5. Она состоит из одной опорной плиты, в которой просверлены отверстия на определенном расстоянии друг от друга которые, в свою очередь, покрываются пластиковой перфорированной плитой. Недостаток такой конструкции в том, что ячейки перфорированной плиты легко забиваются или под действием теплового излучения от нагревательного зонда или заплавляются от горячей пленки.

, Теория и практика литья

 

Региц-форсунки

Отлично зарекомендовало себя использование форсунок из искусственных материалов, которые носят имя своего изобретателя. Форсунки имеют в соответствии со своим диаметром определенное число отверстий в 0,5 мм,

 

достаточно узок, чтобы не втягивать пленку. Форсунки производится следующих размеров: 3, б и 10 мм, таким образом, отпадает необходимость в, просверливании узких воздуховытяжных отверстий, так как форсунки сделаны из искусственного материала, они могут быть вмонтированы непосредственно в модель и при последующей доработке подогнаны под контур модели....

, Теория и практика литья

 

Модели

Модели могут быть, изготовлены из любого известного модельного материала, Единственное требование к материалу - чтобы он легко просверливался.

Дерево наиболее часто используемый материал, Оно должно быть без дефектов и хороню высушено. Металлические модели не рекомендуется использовать для V-процесса. Они дороги и их сложно сверлить, Оставаясь холодными, они лишают пленку при тесном с ней контакте её вытяжной способности, когда они нагреваются под воздействием нагревателя пленки, пленка начинает к ним прилипать. Модели из искусственных материалов могут применяться безоговорочно, если они жаропрочные и не обмякают под воздействием температуры, Гипс используется при изготовлении особо сложных деталей, например, для художественного литья, Гипс является пористым материалом и может применяться для изготовлении плоских моделей и без воздуховытяжных отверстий, Если воздуховытяжные отверстия необходимы, нужно при изготовлении требуемой фирмы гипсовой модели продеть через нее проволоку, которая после охлаждения снова удаляется.

Возможно также использование глины. Однако ее применение ограничивается в основном изготовлением литниковых систем при пробной формовке.

Модели из дерева могут использоваться в некрашеном виде только в течение ограниченного количества времени. Если необходима покраска, то нужно наносить жаростойкую краску, после покраски которой поверхность остается ровной. Краска не должна взаимодействовать с пленкой и вызывать химическую реакцию, а так же прилипать к ней.

При переработке уже имеющихся моделей для V-процесса важно заделать все трещины и дыры и зачистить неровные поверхности. Это необходимо по двум причинам.

Первая причина: Контуры подобных дефектов отпечатываются на

поверхности отливок, что, конечно, не является не желательным, так как поверхность отливок становится неровной.

Вторая причина: Проблемы, которые могут возникнуть с пленкой. При отделении формы от модели пленка может быть порвана об острые края или осколочные образования отливки, что неизбежно приведет к производству бракованных изделий. И поскольку модель не подвергается вибрации, давлению или торкретированию, все повреждения могут быть устранены с помощью гипса, жидкого дерева, эпоксидной смолы и аналогичных материалов.

Замечание:

Модель нельзя красить, после того как были проделаны воздуховытяжные отверстия; они могут оказаться заполненными краской.

Существенное преимущество V-процесса в том, что нет необходимости в округлых выемках в местах разъема модели. Это означает снижение затрат на очистку, так как в этих местах не образуются заусенцы. Если уже имеющиеся модели уже имеют такие выемки, то их можно, конечно же, оставить, если реконструкция приведет к большим расходам.

Уклон моделей для V-процесса обычно не требуется, так как поверхность формы обтягивается пластиковой пленкой. При использовании высоких моделей, в которых отделение формы от модели не возможно без придания ей конусности, достаточен уклон в 1 %.

 

Примечание:

Вследствие высокой прочности формы и отсутствия вибрации при разъеме внутренняя полость формы точно соответствует модели. Поэтому модельщик должен конструировать модель точно в соответствии с предписанными размерами.

Размер припуска на обработку отливки должен быть выбран в точности так же, как и в процессе работы с песчано-глинистой смесью. В большинстве случаев, однако, может выясниться, что этап может быть упрощен или вообще опущен, так как отливки получаются точно вымеренными и имеют улучшенное качество поверхности.

При производстве модели должны соблюдаться те же усадочные размеры, как и при работе с сырым песком. Однако не стоит удивляться, если отливки после перехода на V-процесс будут получаться меньшего размера. Такое наблюдение было сделано на литейных предприятиях, которые переориентировали производство на прессование под высоким давлением.

 усадка

отливка

0,5%

чугун с шаровидным графитом

(прокаленный),

ковкий чугун GTS

1,0%

серый чугун

1,2%

чугун с шаровидным графитом (непрокаленный), сплавы алюминия, литейная латунь

1,3%

медные сплавы

1,5%

литейная бронза

1,6%

ковкий чугун GTW

1,9%

медь, литейный алюминий, алюминиевая бронза

2,0%

стальное литье

2,3%

литье аустенитной высокомарганцовистой стали

 Рис.9.7. Объем усадки

 

Г!ели поверхность модели большая по ПЛ0Щ8ДИ и Щ соприкасается при пом с модельной пли гой, необходимо укрепи м, ее ребрами жесткости, h iобы они могли выдержать пи собс давление ок. 0,5 кг/см'*.

V-процесс ЭКОНОМИТ усилия но очистке отлинок, если модели не имеим округлых ныемок. Предпочтительно, тюбы поверхности полуформ ПЛОТНО прилегали друг к другу. Этого можно достигнут!., дорлботмм иерхнюю опоку и области се сонрикоспонспия с нижней, ря этого на края опоки прикрепляют ретпиоиую полоску толщиной и 5 мм (рис. 9.3, и 9.4.).

Другой метод предотиращепия образования чаусепцеи покачан на рис. 9.8. По внешнему контуру модели устананлииается плоский паз, который выглядит ни форме как приподнятый край, который прижимается при накрытии формы.

 , Теория и практика литья

Другая техника предотвращения образования наплывов и заусенцев представлена на рис.9.9, Верхний рисунок показывает, как избежать образования наплывов на участке отрыва модели от модельной плиты, нижний - как избежать этого в месте нахождения стержневого гнезда между отливкой и стержневым знаком. При этом следует обратить внимание на то, что риска должна быть 0,5 мм в ширину и 1 мм в глубину, иначе может порваться пленка.

Так как все поверхности литниковой и подъёмной системы необходимо покрывать плёнкой рекомендуется насадить на модель съёмную заливочную воронку, воздуховытяжные и соединительные каналы и выпоры и одновременно с моделью покрыть их плёнкой
Если какая-либо из этих деталей не формуется, рекомендуется вернуться к уже известному методу и насадить покрытый плёнкой выпор (воздуховытяжное устройство) штырём на посадочное отверстие модели. Штыри должны постоянно сидеть в съёмных частях, а гнёзда в модели. В противном случае существует опасность того, что плёнка прорвётся штырями.

Если на модельной плите предусмотрено возвышение, как это показано на рис. 9.10, проще всего уплотнить место соединения клейкой лентой

, Теория и практика литья

Если заливочная воронка воздуховытяжной и соединительный каналы и выпор могут быть накрыты плёнкой одновременно с моделью, они должны иметь металическую верхнюю часть с вырезанным пазом, чтобы облегчить разрезание и сварку двух пластиковых плёнок при помощи быстронагреваемого паяльника
См. рис. 9.11

Примечание: В поперечном разрезе паз не должен быть квадратным, может быть треугольным или полукруглым.

 

Удаление воздуха

Основное отличие моделей для V-процесса от моделей для иных технологий заключается в необходимости откачки воздуха. Модель закрепляется на модельной плите, а та, в свою очередь, на держателе модельной плиты. Держатель подключается к вакууму. Чтобы пленка плотно прижалась к модели, необходимо проделать ряд вентиляционных каналов для выхода воздуха, которые проходили бы через модель в держатель модельной плиты. Важен как размер, так и расположение этих отверстий.

Ширина отверстия должна быть, по меньшей мере, 0,5 мм, чтобы воздух не встречал большого сопротивления, но и не должна превышать 1 мм, так как иначе тонкая пленка может засасываться в отверстия, рваться, что приведет к нарушению вакуума.

Рекомендуется в основном применение форсунок из искусственных материалов (региц-форсунок), эксплуатация и монтаж которых потому так прост, что посадочные отверстия могут быть проделаны обычным спиральным буром.

В Японии и Америке модель оснащается преимущественно единичными отверстиями. Этот метод во многих случаях эффективнее, так как воздуховытяжные отверстия проделываются именно в тех местах, где необходимо. Диаметр этих отверстий должен быть от 0,5 до 0,7 мм. Сверло для таких отверстий должно быть относительно коротким, поэтому сверлить следует начинать отверстие с большим диаметром с обратной стороны модели, подводя отверстие практически вплотную к внешней поверхности модели, а потом проделывают тонким сверлом отверстие необходимого диаметра; или просверливают насквозь отверстие большего диаметра, после заделывают его искусственным материалом (жидким деревом), дают затвердеть и просверливают в нем отверстие тонким сверлом.

Для изготовления длинных и тонких отверстий в Японии и Америке прибегают к фортепианным и гитарным струнам из стали, которые вставляют в высокооборотный сверлильный станок и проводят через телескопообразно складывающуюся трубку.

Для работы с большой ровной поверхностью можно воспользоваться также стандартными лату нными вентами для вентиляции стержней. В любом случае, следует использовать только мелкоячеистые рассеивающие венты; венты с щелевыми отверстиями будут засасывать и разрывать пленку.

 

Важно также правильно расположить воздуховытяжные вентиляционные каналы. Модельная плита, в принципе, должна быть оснащена вентами, которые просверливаются с определенной плотностью, в зависимости от размера модельной плиты, диаметра вент и фасона модели. По внешнему контуру модели должны располагаться дополнительные венты. Их количество и размер должны быть установлены опытным путем. Если вместо вент используются единичные отверстия, то они должны быть просверлены вкруг модели и литниковой системы на расстоянии от 20 до 25 мм.

Наибольшее количество отверстий должно располагаться в углублениях и выемках модели, по углам модели принципиально и по меньшей мере — одно.

Предпосылкой эффективности воздуховытяжных отверстий является то, что они должны быть соединены с вакуумной системой и проходить через держатель модели.

Для того чтобы на отливке четко отпечатались буквенные обозначения нанесенные на модель, может оказаться необходимым снабдить вентиляционными воздуховытяжными каналами замкнутые по контурам буквы А, В, D, О, Р и так далее.

Если речь идет о простой выпуклой модели, можно попробовать обойтись вообще без просверливания отверстий в модели. Во многих случаях достаточными являются отверстия вкруг модели в модельной плите.

Удаление воздуха из модели, используемой в V-процессе, схоже с таковым в разъемных стержневых ящиках. Поэтому первоначально рекомендуется просверливать воздуховытяжные отверстия там, где по индивидуальному мнению производителя они будут более всего необходимы. Во время пробного обтягивания модели пленкой можно очень быстро прийти к выводу, в каком месте отверстия сделаны ошибочно и в каком они отсутствуют. Очень скоро можно опытным путем научиться определять необходимые число, размер и порядок расположения отверстий в зависимости от типа модели.

При использовании съемных деталей во всей установке должны быть предусмотрены воздуховытяжные отверстия. Съемные детали должны плотно прилегать, чтобы пленка случайно не попала в возможно возникнувший зазор и не порвалась. Размер зазора поэтому не должен превышать 0,3 мм.

 

Сверление воздуховытяжных каналов — это работа, которая может выполняться рабочими-ассистентами, для этой цели не стоит привлекать высококвалифицированных модельщиков.

Схема расположения вентиляционных воздуховытяжных каналов представлена на рис. 9.13. Рисунки 9.14, 9.15, 9.16 и 9.17 показывают несколько приемов, которые можно иногда применять, чтобы не просверливать дополнительные воздуховытяжные каналы.

, Теория и практика литья

Рис. 9.14 показывает модель, которая установлена на модельную плиту на расстоянии ок. 0,5 мм от нее. Воздух удаляется через образовавшийся зазор и направляется через широкий просверленный канал под модель в вакуумкамеру держателя модели.

 

Рис.9.15 показывает зазор в 0,5 мм вокруг модельной плиты, которая соединена с вакуумкамерой. Таким образом, достигается хороший захват пленки вкруг формы, и вакуум нагнетается под пленкой.

, Теория и практика литья

Рис.9.16 показывает высокую модель с маленькими воздуховытяжными каналами, проделанными через поверхность модели, которые соединены с вакуумной камерой

 

Рис.9.17. Использование проволочной сетки

Рис.9.17 показывает, как быстро пленка затягивается в углубление, благодаря просверленному широкому отверстию, накрытому проволочной сеткой (размеры даны в Главе 10 под заголовком "Материалы фильтров".

Может оказаться необходимым время от времени рассверливать отверстия в модели, если они засоряются микропорошком, возникающим в процессе разделения модели. Лучше собирать порошок в тканевый мешок, чтобы не засорять модель.

Покрытие модели мягкой пластиковой пленкой должно происходить быстро и непрерывно. Иногда сложно затянуть пленку в особо глубокие выемки, просто потому что объем воздушной массы под пленкой очень большой, до того как пленка остынет и утеряет способность к деформации.

Эта проблема может быть во многих случаях устранена посредством более мощного вакуума или посредством просверливания дополнительных воздуховытяжных отверстий. Однако проще сделать так, чтобы натягивание пленки сопровождалось соответствующими вспомогательными инструментами, которые направляли бы пленку, чтобы ей можно было придать необходимую форму. Это позволяет собрать на критических участках необходимое количество пленки, и процесс обтягивания пленкой вогнутых поверхностей таким образом будет ускорен. Вспомогательные инструменты могут быть изготовлены из дерева или стали с тефлоновым покрытием.

 , Теория и практика литья

Низкие температуры

В зимние месяцы соприкосновение холодной модели с теплой пластиковой пленкой может привести к образованию конденсата. Если это происходит, модель необходимо нагреть перед началом работы. Для этого можно использовать отопительно-вентиляционный агрегат или просто разместить модель на какое-то время в теплом помещении.

Использование бесстержневой модели

Многие литейные предприятия, изготавливающие литье на заказ, используют бесстержневые модели. На рисунке 9.19 представлен способ, как использовать такие модели применительно к V-процессу.

Все шесть необходимых этапов разъясняются при помощи приведенных рисунков:

, Теория и практика литья

Общие положения

Успешность любого метода формовки в значительной степени зависит от конфигурации и от качества используемых опок. Это правило распространяется также и на V-процесс.

Опоки для V-процесса имеют целый ряд различий по сравнению с опоками, обычно применяемыми по другим технологиям формовки.

Так как опока не подвергается таким воздействиям, как вибрация, прессование или аэрация, это делает возможным отказаться от привычной прочной и толстостенной конструкции. Это делает опоку легче. Но она должна оставаться достаточно стабильной, с тем чтобы она не была подвержена усадке. Внешнее воздействие, такое как вибрация и прессование под давлением, больше не оказывает влияния на опоку.

Так как влажный и химически скрепленный песок имеют тенденцию прилипать к любой поверхности, до настоящего момента опоки производились с довольно гладкими внутренними стенками. Для V-процесса это не яапяется обязательным условием, так как следов сухого рассыпчатого песка не остается ни на какой поверхности. II, тем не менее, внутренняя поверхность опоки должна быть как можно более ровной, так как сухой песок может оставаться в небольших углублениях или выступах, осыпаться

, Теория и практика литья


, Теория и практика литья


Но у опоки появилась также и другая функция. Она теперь работает как часть вакуумной системы. По этой причине она конструируется с двойными стенками и герметизируется сваркой.

По меньшей мере, в одну из внешних стенок опоки вмонтировано подключение к вакууму, при помощи чего опока подводится к системе вакуумных насосов (рис. 10.1). Эти соединения оснащаются обратным клапаном. Возможны модификации ручного и автоматизированного способа действия. В большинстве случаев соединения с вакуумной системой интегрированы в поворотные цапфы опоки.

При включении вакуума воздух выкачивается через стенку опоки из полости формы, но пока еще не из формовочной смеси. Для того, чтобы этого добиться, опока оснащена вентиляционными окнами на внутренней поверхности стенок (рис. 10.2), либо через всю опоку может быть проведен вакуумный трубопровод (рис. 10.3). Часто применяются оба способа одновременно.

Как только вакуум опоку подключают к вакууму, воздух из песка выкачивается через вентиляционные окна и вакуумный трубопровод.

Оснащение опоки дополняется поворотными цапфами, направляющими штифтами, направляющими втулками и запорными клиньями.

Твердость формы

В обычной технике формовки необходимая твердость формы достигается использованием связующих элементов и связующего материала, такого как бетонит, органическая смола или натриевый силикат. В V-процессе твердость формы достигается за счет силы трения между частицами песка, которые плотно прижимаются друг к другу из-за разницы в давлении между вакуумом и атмосферой.

Следующее уравнение помогает установить возможные достигаемые пределы занимаемой песком площади:

При этом:

D - занимаемая песком площадь, которая должна быть соблюдена г - прочность формы на срез f - специфический вес формы

В приведенном выше уравнении прочность формы на срез поставлена в зависимость от давления вакуума, от фракции песка и от формы зерна смеси. Соотношение вакуума и расположения песка в форме для двух различных типов песка показано на рис. 10.4. Занимаемая песком площадь может быть увеличена за счет поперечной вставки в опоке.

Для создания формы, выдерживающей ударную или динамическую нагрузку, необходимо принять ряд дополнительных мер, чтобы площадь под песок занимала 50% от размеров рассчитанной.

Вакуумные окна и вакуумный трубопровод

Одним из важнейших факторов в V-процессе является правильная конструкция опок, так как только через них происходит отсос воздуха из всего объема песка. Уже на этапе проектирования вакуумной формовочной линии необходимо обсудить модификацию опоки и найти оптимальное решение.

При этом нужно исходить из четырех основных предпосылок:

1. Опоки, имеющие в свету ширину ок. 1000 мм могут применяться в производстве и без вакуумного трубопровода, если боковые стенки достаточно высокие для оборудования в них вентиляционных окон.

2. Для опок, имеющих ширину в свету свыше 1000 мм, в верхней части опоки должны быть предусмотрены вакуумные трубопроводы; опока низа размером в 1600 мм может при этом обойтись и без вакуумного трубопровода, если условия эксплуатации достаточно благоприятные (крупный песок, высокое давление вакуума).

3. Если высота опоки превышает 350 мм, необходимы как вентиляционные окна, так и вакуумные трубы.

4. Расстояние между отливкой и внутренней стенкой опоки при литье алюминия, который имеет низкую температуру заливки, может составлять ок. 50 мм. Чем выше температура заливки, тем большее расстояние необходимо предусмотреть, при литье стали оно должно составлять 100 мм и более.

Примечание: Обустройство опоки зависит от различных факторов

(формовочная смесь, вибрация, температура заливки и т.д.). Отсюда мы заключаем, что названные выше условия имеют лишь ограниченную действенность и могут быть пересмотрены под особые условия производства.

Поперечные вставки (ребра жесткости) в опоке

Функция поперечных вставок в опоках для песчано-глинистой формовки заключается в том, чтобы стабилизировать форму и предотвратить вытягивание опоки. При прессовании под высоким давлением они получают дополнительную функцию. Они частично принимают на себя силу тяжести, которая воздействует на опоку.

В V-процессе поперечные вставки в опоке выполняют также несколько функций.

а) Они способствуют стабилизации объемных по площади форм и предотвращают вытягивание формы.

б) Они часто применяются в качестве опоры для вакуумных труб. Вакуумные трубы, если они имеют длину более 1200 мм, должны посередине опираться на поперечную вставку.

в) Поперечные вставки служат также для защиты вакуумных зруб. Часто происходит так, что отливка не поднимается вместе с верхней опокой, а падает в нижнюю. Различны также и способы выбивки опок, при которых вакуум отключается от всей формы, так что отливка остается в нижней опоке. В обоих случаях поперечные вставки принимают на себя вес горячей отливки, и таким образом не повреждаются хрупкие воздуховытяжные каналы.

На рис. 10.5 изображена опока типичной конструкции, в которой соблюдены все вышеназванные факторы.

Конструкция опоки

Для достижения оптимальной эффективности перфорированные трубы должны быть расположены на равном расстоянии от верхней поверхности модели. Рис. 10.6.демонстрирует оптимальное расположение перфорированных труб, в случае использования одной и той же модели.

, Теория и практика литья

Хотя многие линии, работающие по V-процессу, предназначены для выпуска одного вида отливок, многие литейные производства нуждаются в большей гибкости возможностей формовки.

, Теория и практика литья

Поэтому является целесообразным предусмотреть при проектировании опоки большее количество переходных втулок для подключения к трубам, что обеспечивает возможность перемещения вакуумных труб и адаптации под конкретную отливку. Не используемые ниппели для труб должны быть закрыты заглушками. В опоках вакуумно-пленочной формовки это допустимо, так как выступы на внутренней стенке опоки ни в коей мере не мешают ни процессу формовки, ни процессу выбивки.

Если использовать любую возможность, чтобы улучшить вакуум в форме, можно вместо обычных заглушек для труб использовать перфорированные заглушки.

Другая возможность приблизить вентилируемую поверхность как можно ближе к стенке формы — использование съемного вакуумного трубопровода.

Конструкция вакуумного трубопровода

Крайне важно распределить устройства вакуумной системы в опоке правильно и в соответствии со всеми требованиями к литью. Если система вакуумного трубопровода сконструирована ошибочно, то не хватит даже самых мощных вакуумных насосов, чтобы удалить воздух из формы. В этом случае форма также не достигнет своей максимальной твердости.

При проектировании поверхностей устройств вакуумной системы необходимо исходить из следующих параметров:

S = площадь стенки опоки

А = площадь всасывающей поверхности вакуумных устройств а = общая площадь всех вакуумных отверстий

Площадь всасывающей поверхности вакуумных устройств должна быть по меньшей мере в половину меньше общей площади стенок опоки.

а = А х 1 /6 до А х 1/8

Общая площадь всех вакуумных отверстий должна составлять 1/6 до 1/8 суммарной площади всех вакуумных устройств.

Пример:       Размер опоки 1 ООО х 1 ООО, 250 мм в высоту

Внутренняя стенка опоки                           S = 1.000.000 мм2

Необходимая всасывающая поверхность вакуумных устройств А = S/2 = 500.000 мм2

Общая площадь       вакуумных отверстий а = А х 1/6 jg 1/8 = 84.000 ч- 62.500 мм2

По возможности, 60% отверстий вакуумного трубопровода должны быть направлены к середине опоки, остальные - выведены к внешней поверхности опоки.

К проблемам могут привести как слишком большая, так и слишком маленькая площадь вакуумной системы, однако, в общем и целом, можно сказать, что слишком большая лу'чше, чем слишком маленькая. Конечно, наличие слишком большого количества вакуумных труб затрудняет размещение прибылей, особенно при литье стали. Вакуумные трубы могут быть соединены с обоих концов с вакуум-камерой (стенкой опоки) или подключены к ней только с одного конца. Если концы вакуумных труб закрыты решеткой, они не должны быть подведены вплотную к стенке опоки. Этот конец трубы может также прилегать к вакуумной решетке. Вакуум будет вытягиваться через песок, если конец трубы не плотно прилегает к вакуумному окну.

Расположение вакуумных труб

Расстояние между вакуумными трубами и стенкой формы оценивается по двум критериям, оно должно быть настолько мало, чтобы гарантировать стабильность формы, и на столько велико, чтобы высокие температуры жидкого металла не повредили вакуумный трубопровод. Вообще рекомендуется выб1грать из диапазона 50 и 100 мм, в зависимости от температуры жидкого металла и толщины стенок отливки. При литье алюминия вполне достаточно 50 мм, для отливок из стали с толстыми стенками даже расстояние в 100 мм может оказаться мало.

Вышесказанное иллюстрирует рис. 10.7 и 10.8.

Рис. 10.7 показывает, что пленка под воздействием теплового излучения от жидкого металла выгорает, если вакуумные трубы расположены слишком далеко от поверхности формы и друг от друга. Это может привести к нарушению давления и разрушению формы.

, Теория и практика литья

Если количество вакуумных труб и их размер достаточны, а также если они расположены достаточно близко к поверхности формы, как это показано на рис. 10.8, это никогда не приведет к нарушению давления в полости формы.

При конструкции больших опок, внутренние стенки которых оснащены вакуумными окнами, можно также при необходимости отказаться от установки постоянного трубопровода, если используется съемный вакуумный трубопровод.

Этому имеется следующее объяснение:

Предположим, что используется опока шириной в свету 1600 х 1600 мм без постоянного вакуумного трубопровода, а при более сложной модели необходим более интенсивный вакуум в центре формы. Чтобы этого достичь, нужны трубы без резьбовых соединений, но имеющих по бокам близко друг от друга просверленные отверстия. Такие трубы заворачиваются в фнльтровштьную ткань, включая концы труб. Форма наполняется формовочной смесью до тех пор, пока модель не будет как следует закрыта песком, трубы укладываются на песок, торцевыми частями как можно ближе к вакуумным решеткам. Далее изготовление формы происходит как обычно. Таким образом, вакуум нагнетается и через вакуумную решетку, и при помощи вакуумных труб. Со съемным трубопроводом достигается тот же самый эффект, что и с постоянным трубопроводом. Однако так как этот метод очень сложен и сопряжен с большими потерями времени, его рекомендуется применять исключительно для единичных случаев или для работы с опытными установками.

Для измерения и наблюдения за давлением вакуума в любом месте формы рекомендуется установить измерительный прибор, такой как показан на рис. 10.9. В качестве трубы целесообразно использовать 6-миллиметровую трубу Эрмето, завальцованную на конце. Для соединения трубы с манометром используются специальные резьбовые соединения.

, Теория и практика литья

Фильтровальный материал для вакуумных труб и окон должен обладать следующими характеристиками:

высокая жаропрочность

хорошая проницаемость и долгий срок службы

Лучше всего зарекомендовала себя мелкая сетчатая фильтровальная ткань из нержавеющей стальной проволоки. Эти материалы для вакуумных решеток и трубопроводов в сборе представляют собой значительную статью расходов при приобретении и хранении их как запасных частей, однако они должны приобретаться отдельно, так как при использовании неоригинальных фильтровальных запчастей или некомпетентном исполнении трубопровода это может привести к нарушениям в системе подачи вакуума

Большое значение также играет жаропрочность материала и сварочные швы, так как всегда существует опасность того, что трубы будут соприкасаться с расплавленным металлом отливки.

И, тем не менее, нет такого фильтровального материала, который выдержал бы такую температурную нагрузку, поэтому необходимо во время подумать о том, как защитить поверхности элементов вакуумной системы или как их отремонтировать. Если повреждаются вакуумные окна, необходимо срочно поменять фильтровальный материал на решетке. Поврежденные места вакуумного трубопровода можно на время заклеить жаропрочной клейкой лентой. Однако количество таких мест не должно быть слишком большим, так как поверхность всасывания существенно уменьшается, а труба становится непригодной.

Так как расходы на материал для изготовления вакуумных труб относительно высоки, предпринимаются усилия, чтобы не увеличивать расходы на изготовление, дабы не ставить под угрозу фактор экономичности производства. В то же время возможностям для ремонта нового оборудования уделяется особое внимание уже на стадии его проектирования. На рис. 10.10 показана конструкция вакуумной трубы с фильтром.

, Теория и практика литья

Фильтр на вакуумной трубе можно заменить на другой после ослабления зажима шланга.

Гибкие трубы, например, металлические защитные шланги, какие используются для защиты электрокабеля, не доказали свою эффективность, так как их качество фильтрации недостаточно и их закладка в песок — довольно трудоемкий процесс, требующий больших временных затрат.

Вакуумные окна

Если вакуумные окна располагаются на внутренних стенках опок, они должны занимать примерно от 30 до 50-% площади стенки опоки. Особого внимания заслуживает герметизация вакуумных окон по краям. Лучше всего зарекомендовал себя упругий стойкий силикон (кремнийорганический полимер).

Поверхности вакуумной системы имеют различные конфигурации. В основном, стенка опоки в этом месте выглядит как перфорированный стальной лист, покрытый ситовым материалом. Ситовая ткань фиксирована либо рамой из листового железа, либо защищается от повреждений еще одним листом перфорированной стали или более грубой ситовой тканью. Второй вариант намного более сложный и несет с собой больше проблем при герметизации.

Обратные клапаны

Каждая опока, в основном, оснащена двумя штековыми разъемами для подключения вакуумного шланга. Для каждого шланга предназначен один обратный клапан. Таким образом, представляется возможным передача формы от одной линии подачи вакуума другой так, чтобы подача вакуума не прекращалась. Сначала подсоединяется второй шланг, и только потом снимается первый. Обратный клапан, который расположен против работающего штекерного подключения, постоянно находится в закрытом состоянии. И только в короткий промежуток времени, в который происходит переключение, оба клапана могут быть открыты.

Конструкции опок

Опоки для литья по V-процессу могут быть приспособлены к соответствующим эксплуатационным условиям, требованиям и пожеланиям на любом литейном предприятии.

Различные разновидности опок изображены на рисунках 10.11 - 10.16.

, Теория и практика литья

, Теория и практика литья

, Теория и практика литья

Примеры конструирования опок

Необходимо сконструировать опоку с эффективным размером 1000 х 1000 х 100/200 мм. Сначала должна быть определена высота опоки. Расстояние от середины трубы до верхнего края опоки составляет 60 мм. Расстояние между серединой трубы и верхним краем модели будет составлять в этом случае 50 мм.

Таким образом, высота нижней опоки оценивается в 310, а верхней - 210 мм.

Если предположить, что эффективная длина вакуумной трубы составляет 850 мм, то с каждого конца остается по 75 мм на резьбовой штуцер, резьбовое соединение и сварную муфту в стенке опоки. При внешнем диаметре ок. 40 мм каждая вакуумная труба имеет перфорированную поверхность 40 х 3,14 х 850 х 107.000 мм2 .

Общая площадь внутренних стенок верхней опоки составляет 1000 х 210 х 4 х

840.000 мм2. Половина этой площади, а именно 420.000 м2, должны быть предусмотрены как рабочая площадь вакуумных устройств. Так как каждая труба вакуумного трубопровода имеет эффективную площадь в 107.000 мм*, го для верхней опоки достаточно 4 труб.

Общая площадь внутренних стенок в нижней опоке равна 1000 х 310 х 4 = 1.240.000 мм*. 50® о этой площади составляют 620.000 мм*, вследствие чего для нюкней опоки необходимо предусмотреть 6 ваку умных труб.

Если материал фильтра имеет свободную проходимость в 12 - 17° о. то все условия для безу пречного фу нкционирования опоки считаются выполненными.

ПРИМЕЧАНИЕ: Практикуется следующий прием: если это необходимо, в отверстие вакуумной трубы вкручивается пробка. Однако это выходит дороже, если в последствии становится необходимым приварить дополнительный соединительный штуцер для отсутствующей ваку умной тру бы.

Поэтому рекомендуется при изготовлении опоки приваривать в ее стенку большее количество штуцеров, чем это теоретически необходимо.

Если вакуумные окна, расположенные в стенках опоки, используются полностью, может быть сокращено количество вакуумных труб.

Если речь идет о моделях сложной конфигурации, вакуум в которых не может поддерживаться при помощи вакуумных труб, можно использовать дополнительную вакуумную камеру (рис. 10.17). Такая камера имеет либо отдельное подключение к вакууму, либо подвод по соединительному трубопроводу к стенке опоки.

, Теория и практика литья

 

Техобслуживание опоки

Хотя механическая нагрузка на опоки не высока, обязательно необходим постоянный технический контроль их состояния. Он включает в себя несколько пунктов:

 

а) Регулярная чистка опок

б) Регулярная проверка состояния направляющих болтов и втулок

в) Регулярный осмотр поверхностей системы вакуума на предмет повреждений

г) Регулярный контроль рабочего состояния обратных клапанов

Сложные опоки из двух или трех частей

Хотя это и не просто, но, в зависимости от конструкции модели, возможно изготавливать опоки из нескольких частей. Необходимо всегда помнить, что всю полость опоки должна плотно облегать пластиковая пленка. Чтобы этого добиться, обе секции необходимо скрепить скобами, потом надрезать пластиковую пленку и потом опять заклеить клейкой лентой.

Сложные опоки из нескольких частей

На одной линии возможно без проблем работать с опоками, различными по высоте. Модель должна в этом случае устанавливаться на специальное основание, с тем чтобы выровнять общую высоту опок до верхней кромки.

Соответственно, представляется возможным использовать такие сложные опоки из нескольких частей, если, используя различные комбинации, возможно сократить парк опок.

При сборке опок нужно, однако, следить за тем, чтобы поверхности разъема были безупречно уплотнены резиной или пленкой. Части опок должны быть хорошо скреплены направляющими болтами, что предотвратит смещения во время кантования и, как следствие, смещение отливок.

 

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 

 

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.

 , Теория и практика литья


 

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.

, Теория и практика литья

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.


, Теория и практика литья

 , Теория и практика литья


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».

 

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.

Общие положения

Все на Земле находятся под постоянным давлением. Это вес воздуха, который простирается на тысячи километров над нами. В нормальных условиях мы говорим об атмосферном давлении. В американской системе измерения оно равно 14,7 фунтам на квадратный дюйм. Таким образом, на каждый квадратный дюйм Вашего тела давит атмосферный воздух весом в 14,7 фунтов. С изменением высоты эта цифра может меняться. Например, на вершине гор давление понижается. Под словом вакуум подразумевается давление ниже 14,7 фунтов на квадратный дюйм или ниже одной атмосферы. С этой точки зрения можно сказать, что все мы иногда «находились в вакууме».

В повседневной жизни вакуум применяется для откачки воздуха из закрытой камеры. В вакуумной упаковке, например, может храниться кофе - перед тем как поместить его в емкость, из нее откачивают воздух. Также вакуум заполняет внутреннее пространство лампочек, ламп радио и телевизора.

В прогнозе погоды ведущие зачастую сообщают нам показания барометров. Если оно равно 29,92 дюймов ртутного столба, то это означает, что давление сегодня равно одной атмосфере или 14,7 фунтам на квадратный дюйм. Если оно меньше, то можно сказать, что сегодня мы живем в вакууме.

Но ученые в разных странах мира пользуются разными единицами измерения давления. Как уже было сказано выше, оно измеряется в фунтах на квадратный дюйм, атмосферах и дюймах ртутного столба, а также в миллиметрах ртутного столба, кичограммах на квадратный сантиметр, дюймах водяного столба, миллибарах, микронах ртутного столба, ньютонах на квадратный метр, динах на квадратный сантиметр и т. д. Однако на сегодняшний день самой распространенной единицей измерения является торр, названной в честь Эванджелисты Торричелли. Одна атмосфера равна 760 торрам, и этой единицей измерения мы пользуемся в данной книге. На сегодняшний день торр используется вместо старой единицы — миллиметров ртутного столба, но обе они примерно равны* 1.

К основному знанию о процессе вакуумно-пленочной формовки относится, прежде всего, общее понимание принципов функционирования вакуумной системы.

В 1654 году на рейхстаге в Регенсбурге бургомистр Магдебурга Отто фон Герике продемонстрировал императору следующий эксперимент:

Две полусферы из меди были сложены вместе и уплотнены кожаным кольцом, после чего из них быв откачан воздух. В каждую из полусфер было впряжено по 8 лошадей, но силы даже этих 16 лошадей не оказалось достаточно, чтобы разъединить сферу.

После того как открыли кран, полусферы распались сами собой.

, Теория и практика литья

Рис 13.1  Магдебургские полусферы

Отто фон Герике впервые доказал наличие давления воздуха нагнетанием вакуума в обеих полусферах.

Сегодня, как и в прошлые времена, силу давления воздуха используют для самых различных целей - для герметизации консервных банок, лля упаковки кофе, для вакуум- нрисосных подъемников тяжелых плит, а также для листов бумаги в типографских машинах, для вакуумирования упаковок из искусственного материала, при наполнении контейнеров и во многих промышленных процессах, а тем самым и при изготовлении форм в V-процессе.

Давление воздуха возникает благодаря силе тяжести находящейся над нами воздушной массы. Так как нижние слои воздуха подвержены атмосферному7 давлению, они под его воздействием уплотняются, а давление возрастает. Чем выше слой воздуха тем его удельный вес, а соответственно и давление, становятся меньше.

Сила тяжести находящегося над нами воздуха создает давление, приблизительно равное:

10 Н/см2 = 1 бар.

В 1969 году федеральным законом была введена международная система единиц СИ, которая была прокомментирована в Немецком промышленном стандарте (ДИН 1301) в ноябре 1971.

Таким образом, при определении давления пользуются следующими единицами

Паскаль                            Па | Н/м2

Бар                                      бар = 105 Па= 105 Н/м2

Миллибар                        мбар = 102 Па =102 Н/м2

Между тем, применительно к вакуумной технике сформировалась традиция записывать вес расчеты давления в миллибарах.

Допустимыми также являются параметры давления в % вакуума. У такой формулировки есть существенное преимущество в том, что она понятна даже непрофессионалам. Кроме того* уже в течение нескольких десятилетий применяемое обозначение давления в Торах (1 атм. — 760 Торам) еще долго будет применяться* тем более что в Америке эта единица и дальше будет применяться.

Вакуум делится на следующие группы:

Низкий вакуум 1000 - 1 мбар 0 - 99% вакуума

Средний вакуум 1 - 0,001 мбар = > - 99% вакуума

Высокий глубокий вакуум 10 ⁻³  - 10 ⁻⁷  мбар

Вакуум для V-процесса

Чем же является вакуумный насос? Он представляет собой воздушный компрессор, работающий реверсивно, таким образом, все литейщики вычисляют давление воздуха.

Песок в опоке находится под отрицательным давлением в 300 - 400 торр. Сразу после подключения вакуума песчаная форма приобретает необходимую твердости Они сохраняет свою форму до тех пор. пока вакуум нс отключается. Когда пластиковая щенка на поверхности полости формы постепенно плавится под действием ж идкого мета на. герметизация формы уменьшается, и отрицательное давление внутри формы начинает изменяться

При проведении вакуумного процесса давление вакуума равно:

1. 0,5 атмосферы

2. 380 мм ртутного столба

3. 15 дюймов ртутного столба

4. 7,35 фунтов на квадратный дюйм

5. 380 торр

6. 0,52 кг/см2

7.. 17 футов водного столба

8. 0,51 барр

9. 200.000 дин на квадратный сантиметр

10. 38 сантимепцюв ртутного столба

Все величины эквивалентны друг другу.

При заливке отрицательное давление уменьшается, но форма сохраняет свои размеры до тех пор. пока существует разница между давлением в полости формы и давлением внутри самой формы

Для V-процесса используется рабочее давление* значение которого находится в середине диапазона низкого вакуума.

Чтобы достичь необходимого отрицательного давления в форме, необходимо откачать из нее воздух. Это может быть достигнуто при помощи установки вакуумирования; в большинстве случаев такой установкой является вакуумный насос.

Форма подключается к вакуумной системе, а соответственно и к вакуумному насосу, однонаправленным шлаигоироводом. Воздух может проникать внутрь через отверстия в форме, будь то дыры в пленке, неплотное прилегание пленки по краям или иегерметичные сварные швы в опоке, что может повлечь за собой выравнивание давления внутри формы с атмосферным. Если утечка воздуха небольшая, то давление поддерживается насосами, но если объем утечки превышает допустимую норму, это может привести к серьезным проблемам.

Функция вакуумного насоса состоит в том, чтобы выкачивать воздух из формы и поддерживать в ней низкое давление.

Существует несколько типов насосов, которые в состоянии выполнять эту функцию.

Пластинчато-роторный вакуумный насос

, Теория и практика литья

Рис. 13.3.Пластинчато-роторный вакуумный насос

При использовании пластинчато-роторного вакуумного насоса с вращающимися лопастями отсасываемый воздух стремится в карманы, образуемые ротором на эксцентрически вращающихся подшипниках, лопастью и стенкой корпуса. При ускоряющемся вращении ротора серповидный сектор кармана, в который попадает воздух, уменьшается, и происходит компрессия воздуха, который в конечном итоге выталкивается под давлением.

Лопасти и подшипники смазываются постоянно подающимся маслом. Масло одновременно служит для уплотнения зазора между лопастями и корпусом.

Насосы Рутса


, Теория и практика литья

Рис. 13.4. Насос Рутса

Два цилиндрических вращающихся поршня, напоминающих по форме своего расположения цифру 8, приводятся в синхронное вращение механизмом передачи. Расстояния между поршнями, поршнями и корпусом насоса, а также на передней стороне поршней весьма незначительны и обычно составляют менее 0,1 мм. По причине техникотермических особенностей функционирования эти насосы способны нагнетать вакуум лишь в 500 мбар.

Водокольцевой вакуумный насос

, Теория и практика литья

Рис. 13.5 Водокольцевой вакуумный насос

Ротор оснащен жестко посаженными лопастями и свободно вращается в корпусе. При добавлении воды или другой запирающей жидкости под воздействием вращения образуется кольцо жидкости, которое благодаря эксцентрическому вращению ротора образует карманы, которые непрерывно увеличиваются и уменьшаются. Приток и отток воздуха происходит в направлении от передней стороны крышек подшипников

Не зависимо от типа выбранного насоса, для изготовления вакуумных форм необходимо оборудование, состоящее из следующих компонентов:

1. Вакуумный насос

2. Приводной двигатель с консолью и приводными элементами (клиновым ремнем и сцепным механизмом)

3. Пескоотделитель или фильтр

4. Трубопроводы, шланги, манометры, клапаны

5. Прочие компоненты, устанавливаемые по желанию клиента

Форма подключается к вакууму после наложения покровной пленки и в течение короткого времени достигает необходимой прочности. Эта прочность зависит от давления, которое нагнетается вакуумным насосом. На эту прочность не влияет наличие небольших утечек по краю опоки или в других местах. Только в момент заливки жидкого металла в форму, когда большая часть пленки в полости формы испаряется, давление вакуума падает, а форма теряет часть своей прочности. Однако же пока в полости формы и в самой форме поддерживается достаточная разница в давлении, исключены всякие негативные воздействия на качество отливки.

Пока при рассмотрении вакуума мы говорили лишь о давлении. Однако не менее важным является учет количества воздуха.

Количество воздуха, которое перед началом заливки предстоит откачать из формы, относительно небольшое. С началом процесса заливки количество воздуха, которое необходимо откачать, увеличивается многократно. А после заливки, когда жидкий металл заполняет форму, объем воздуха опять сокращается до низких пределов.

Мощность вакуумного насоса должна рассчитываться исходя из максимального объема воздушного потока в единицу времени.

Оптимальный объем воздушного потока находится влиянием многих факторов:

1. Крупнозернистый песок и неравномерный гранулометрический состав формовочной смеси увеличивают расход воздуха.

2. Герметично закрепленная по краям опоки пленка влияет на количество воздуха.

3. Объем воздушного потока меняется в зависимости от величины отливки.

4. Высокая температура заливки увеличивает объем потока.

5. Износ насоса негативно сказывается на эффективности его функционирования и объем выкачиваемого воздуха значительно уменьшается.

6. Нанесение на форму краски сокращает мощность всасывания насоса.

7. Объем выкачиваемых воздуха и газов обратно пропорционален давлению вакуума. При повышающемся давлении, он уменьшается, и, наоборот: при понижающемся давлении он увеличивается.

8. Объем отсасываемого воздуха во время заливки увеличивается до своих максимальных показателей. Мощность насоса должна быть подобрана таким образом, чтобы во время этой производственной фазы поддерживалась необходимая разница давления.

9. В конструкции насоса осажен быть также учтен немаловажный фактор безопасности.

Установку вакуумных систем необходимо проводить тщательно. Сбой в работе вакуумной системы может привести не только к остановке производства, но и к тому, что еще не отлитые формы, находящиеся на линии заливки и в машине, осыплются

Необходимо следить за тем. чтобы были соблюдены интервалы профилактических работ н тщательно проводились работы по техническому обслуживанию.

Скорость циркуляции воздуха в трубопроводе должна составлять примерно 10 м/с и ни в коем слу чае не превышать 20 м с.

Из соображений экономии электроэнергии может быть принято решение о работе с двухсту пенчатым давлением: высоким давлением (300 мбар) во время заливки и низким давлением (600 мбар) во время охлаждения. Оборудование, воплощающее эту идею на практике, утке спроектировано.

Можно рискнуть и отделить форму от вакуумной системы за 30 секунд так. чтобы стру ктуру ее поверхности осталась неповрежденной. Предпосылкой к этому можно считать безупречну ю работу обратных клапанов на опоке, а пленка по краю не должна иметь повреждений, что могло бы привести к утечке воздуха.

Маленькие дырочки, которые могут образовываться вследствие попадания на пленку жидкого металла при заливке, не окажут никакого негативного влияния, гак как насосы работают в режиме низкого вакуума н снабжены необходимыми устройствами безопасности.

Для контроля и измерения давления вакуума предлагается использовать весь существующий на рынке ассортимент манометров и ограничителей давления.

Вакуумные насосы

Вакуумные насосы до настоящего момента не использовались в литейной промышленности, но они яаляются неотъемлемой частью оборудования для V- процесса.

Все вакуумные насосы, будь то пластинчато-роторный насос, насос Рута или водокольцевой вакуумный насос, работают по одинаковому принципу. Они отсасывают воздух, газы или пары под низким давленом, сжимают их и выталкивают их под давлением, приближенным к атмосферному.

Вакуумные насосы изготавливаются разной мощности, при этом исходят из номинальной мощности (м'/мнн), замеряемой у впускного штуцера. Реальная мощность зависит от требуемых параметров давления вакуума.

Мощность всасывания насоса находится при этом в прямой зависимости от скорости вращения ротора.

Фирмы-изготовители разработали для насосов всех размеров специальные диаграммы, которая визуализирует соотношение между давлением вакуума, мощностью всасывания, количеством оборотов и номинальной мощностью мотора

В ходе соответствующих испытаний и расчетов выяснилось, что водокольцевые вакуумные насосы являются как раз тем типом насосов, которые наиболее оптимальны для V-процесса.

Здесь средой всасывания является сухой воздух, который может содержать кварцевую пыль или сверхтонкий кварцевый песок. Насосы, работающие без воды, очень чувствительно реагируют на твердые примеси в воздухе, результатом является блокировка их работы или частый износ. Это объясняется тем фактом, что при нагнетании вакуума давлением, к примеру, в 500 мбар, действуют очень жесткие допуски.

В водокольцевом вакуумном насосе между ротором и корпусом может существовать довольно большой зазор, поскольку сама вода выполняет герметизирующую функцию.

По этой причине вакуумные насосы сплавляются с зернами размером 0,5 мм. Образуемое водой кольцо вбирает в себя пыль или мелкий песок, которые вымываются через выпускные отверстия вместе с водой. Более крупные нечистоты проталкиваются к передним частям ротора. В этой части в корпусе насоса имеются просверленные отверстия, через которые постоянно выводится вода вместе с крупными загрязнениями.

Водокольцевые вакуумные насосы, как и все иные виды вакуумных насосов, должны быть также защищены от попадания большого количества грубой пыли и песка, для чего используются сепараторы и/или фильтры. Наличие такого оборудования значительно снижает затраты на техобслуживание насосов.

Во время и после заливки отсасываемый воздух, как правило, имеет очень высокую температуру. При использовании насосов, не работающих на жидкостях, существует опасность, что из-за теплового расширения ротора и вращающихся поршней могут возникнуть значительные неисправности.

Водокольцевые насосы невосприимчивы к горячим газам, поскольку вода выполняет в этом случае функцию охлаждения. Горячие газы поступают в очень большом объеме. Чтобы увеличить мощность насоса, они охлаждаются во всасывающем трубопроводе. Этот метод чрезвычайно прост. Часть поступающей в насос воды отводится и распыляется через специально предназначенные форсунки поверх патрубка всасывающего трубопровода в горячий воздух. Чем холоднее воздух, тем выше эффективность действия насоса. Поэтому температура воды должна быть как можно более низкой. Идеальной считается температура в 15° - 20° С, она ни в коем случае не должна превышать 35°С.

У водокольцевых вакуумных насосов очень большой расход воды, поэтому если вода является дорогостоящей производственной средой, необходимо работать с по замкнутому циклу, предусматривающему непрерывную циркуляцию воды.

Вода вместе со сжатым воздухом выталкивается из насоса и отделяется от воздуха в водном сепараторе. Она течет в резервуар для отработанной воды, где оседает часть твердых примесей, потом этот резервуар переполняется, и вода по насосу перекачивается в башенный охладитель. Охлажденная до рабочей температуры вода подается обратно в насос. При такой закрытой системе потерю воды можно компенсировать лишь подачей свежей воды. При монтаже необходимо обратить внимание на то, чтобы башенный охладитель находился достаточно высоко над насосом, чтобы соблюсти давление воды от 1,5 до 2 бар до попадания в насос. Также целесообразно установить под башенным охладителем резервуар для воды, чтобы подавать ее в вакуумный насос по еще одному дополнительному насосу.

Воду необходимо постоянно контролировать, она должна быть чистой и не содержать химических примесей.

Если используется вода с большим количеством извести, необходимо иметь в виду, что известь оседает на внутренней поверхности насоса. В крайнем случае, насос может начать заедать. Этого можно избежать, если добавлять в воду в небольших дозах пассивированную соляную кислоту (соляную кислоту, содержащую присадку ингибитора) или стандартное средство против известкового налета («Calgon»). Щелочной показатель pH не должен превышать 8-9 единиц. Он ни в коем случае не должен быть ниже 6, поскольку в результате это может привести к коррозии насоса.


, Теория и практика литья


1. Сепаратор песка

Здесь имеется в виду большой резервуар, в котором скорость воздушного потока редуцирована на столько, что наиболее крупные частицы песка оседают вниз.

2. Противопылевой фильтр

Используются фильтры сухого воздуха со сменным патроном, которые очищают воздух от частиц пыли и песка размером до 20 микрон. Патроны необходимо регулярно чистить или менять.

3. Обратный клапан

Обратный клапан препятствует всасыванию воздуха и воды в вакуумную систему из насоса при его выключении.

4. Манометр

В основном для контроля применяются простые манометры, а также - особенно при работе с несколькими насосами - устройства с электрическими управлением, которые позволяют автоматически включать и выключать необходимое количество насосов, в зависимости от потребности в вакууме.

5. Водокольцевой вакуумный насос

Во время монтажа и ввода в эксплуатацию насоса следует в точности соблюдать все предписания фирмы-изготовителя. Вода в V-процессе выполняет исключительно функцию гидрозатвора, поскольку она не вступает ни в какие химические реакции с всасываемым воздухом. Подача воды к водокольцевому насосу никогда не должна быть полностью закрытой. В противном случае, это может привести к так называемым кавитационным ударам в насосе, которые проявляются как шумы, как будто от вращающихся внутри камней, что через короткое время может привести к серьезным повреждениям. Поэтому всегда должна существовать возможность установки во всасывающем трубопроводе предохранительного клапана.

6. Приводной двигатель

В качестве приводных двигателей в водокольцевых вакуумных насосах, в основном, используются электродвигатели. Мощность каждого насоса можно ограниченно варьировать, изменяя скорость вращения и мощность двигателя.

7. Клиноременная передача

Использование клиноременной передачи делает в дальнейшем возможным изменение скорости вращения, а, следовательно, и изменение мощности всасывания.

8. Водоотделитель

Для поддержания стабильности мощности водокольцевого вакуумного насоса необходимо поддерживать постоянную температуру воды. Поэтому необходимо обеспечить постоянную подачу в насос свежей водой, которая во время работы насоса нагревается на 5 - 8° С и потом выводится вместе с воздухом через выходное отверстие. Смесь воды и воздуха выводится центробежной силой в выпускной сепаратор, при этом вода вращается на дне резервуара и, в конечном итоге, сливается сифоном через сточную трубу в сосуд для отработанной воды. Сточная труба должна быть расположена наклонно, чтобы вода могла стекать самотеком. Воздух уходит вверх и выводится по трубопроводу в атмосферу. Поскольку воздух имеет большую влажность, трубопровод должен быть изготовлен из оцинкованной жести.

10. Шумопоглощающее устройство

Отработанный воздух образует в трубе для отвода газов звуковые волны, которые создают ревущий шум у выпускного отверстия. Чтобы воспрепятствовать образованию шумов, в дымовую трубу встраивают шумопоглотитель. Рекомендуется отделять жидкость (в основном воду) от газа (в основном от воздуха) в циклоне, который также имеет шумоизоляцию. При выборе размера шумоглушителя необходимо учитывать размер самого насоса.

ВНИМАНИЕ: Вода от водоотделителя должна течь самотеком до водостока, расположенного в подходящем месте!

11. Станина

Все агрегаты насосной станции, местоположение которых неизменно, монтируются и подключаются на станине (несущей раме). Крупные насосные установки изготавливаются в соответствии с техническими требованиями и с учетом пространственных условий размещения. Возможен учет любых пожеланий Заказчика: сепаратор песка, технические решения по размещению подводящих и отводящих коммуникаций, силовой электрошкаф только для насосной станции, условия автоматического включения/выключения оборудования.

Как правильно рассчитать параметры вакуумной установки?

Проектирование вакуумного насоса лучше всего рекомендуется доверить инженеру- проектировщику нашей фирмы

Практика показала, что количество всасываемого воздуха обратно пропорционально степени измельчения песка. Чем мельче песок, тем меньше количество отсасываемого воздуха. Таким образом, мелкий песок имеет еще одно достоинство в литейном производстве. Помимо того, что он улучшает поверхность отливки, способствуя высокой размерной точности, применение такого песка поможет сократить количество потребляемой энергии.

Практика также показала, что для форм, на которые нанесена соответствующая краска, требуются меньший вакуум.

Фракции песка                                      Количество отсасываемого воздуха

без краски                         с краской

AFS 6                                                       83,9 м/мин.                          2.1 м /мин.

AFS 95                                                    2.1 м /мин.                            1,7 м3/мин.

AFS 153                                                   1.1 м3/мин.                          1,0 м3/мин.

Примечание: Эти данные действительны для серого чугуна.

При литье стали показатели меняются из-за потерь через открытую прибыль.

Следующее испытание проводилось с опокой шириной в свету 1000 х 1000 мм. Требуемое количество вакуума для той же самой опоки с той же самой моделью возросло на 400% вследствие применения более крупного песка без окраски по сравнению с мелкозернистым песком с окраской. Одно лишь окрашивание позволило сократить количество требуемого вакуума, а применение мелкозернистого песка усилило этот эффект. Эти испытания наглядно демонстрируют, что необходимо применять хорошую жаропрочную краску в сочетании с мелкозернистым песком.

При использовании одинакового песка количество отсасываемого воздуха всегда прямо пропорционально размеру опоки.

При расчете необходимого количества воздуха (в м3/мин.) применялась следующая формула:

SN= KV/t                    LOG Р1/Р2

В данной формуле:

SN - объем насоса в м3/мин

К - константа, равная 1,1

V - объем резервуара, в данном случае опоки

t - необходимое время для отсоса воздуха, в минутах

Р1 - начальное давление в 1000 мбар

Р2 - рабочее давление в мбарах

При расчетах для отдельных элементов установки возможны разные значения для следующих величии:

V            Объем может быть различным, поскольку речь идет о количестве воздуха,

который отсасывается из песка в отдельно взятой опоке. Изменение объема отсасываемого воздуха зависит от зернистости песка, эффективности вибрации и размеров полости формы, воздух из которой откачивать не следует.

t              изменяется в зависимости от скорости и продолжительности

производственной операции.

Р2            может изменяться, если работать необходимо с более высоким давлением.

Для лучшего понимания приведем пример с цифрами:

Чтобы вычислить показатель V, возьмем объем формы размерами 1500 х 1500 х 350/ 400 мм. Общий объем, таким образом, составляет 1,68 м3.

Каково же количество отсасываемого воздуха, когда опока уже наполнена песком?

Оно изменяется в зависимости от зернистости песка и от силы вибрации. Проведенные многочисленные исследования показали, что воздух составляет примерно 30% от общего объема песка. В соответствии с этим рассчитаем объем:

V = 30% от 1,68 м3 =0,5 м3

Если для отсоса воздуха необходимы 3 секунды или 0,05 минуты, то по формуле получаем следующее:

SN= K x V х Log          P1        1,1 x 0,5 x Log 1000
⎯⎯⎯⎯      ⎯   =   ⎯⎯⎯⎯    ⎯⎯⎯⎯        ⎯⎯⎯          =  11 x 0,45636 = 5,02 m3/мин.
T                           P2             0,05           350

Поскольку в формуле много константных единиц, то формулу можно существенно упростить:

SN= K V     Log P1
⎯⎯             ⎯⎯⎯
T                       P2

Величины К, t и     Log P1 являются постоянными, поэтому мы можем подставить
⎯⎯⎯
P2

соответствующие им показатели:

SN= 1,1 x V  x 0,45636
⎯⎯⎯⎯⎯
0,05

SN = 22 V х 0,46583

SN = 10,2 V

Если всегда верно то, что процент содержания воздуха в песке всегда соответствует 30, то данную величину можно тоже принять за константу.

SN = 10,2 х 0,3 V

SN = 3V

Таким образом, количество отсасываемого воздуха в три раза больше общего объема опоки. Согласно данному расчету, мы получаем 5,04 м3/мин., что соответствует рассчитанной ранее величине. Однако для верности расчетов для среднего литейного предприятия следует учесть еще 25%. В этом случае получаем формулу 3,75 х V. Из этого следует: если под вакуумом одновременно находятся 12 форм с размерами 1500 х 1500 х 350/400 мм, то расчет выглядит так: 3,75 х 1,68 м3 х 12 или в всего 75,6 м3/мин.

Рекомендованные нами вакуумные насосы имеют следующие показатели мощности:

10.7 м3/мин при 18,5 кВт

17.7 м3/мин при 30 кВт

25,5 м3/мин при 45 кВт

46.7 м3/мин при 75 кВт

Исходя из полученных данных в приведенном выше примере, рекомендуется использовать три насоса по 45 кВт.

В Японии используют совсем иной метод вычисления, основанный на многолетнем опыте. В расчет берется только поверхность формы, поскольку это эта поверхность, которая является определяющей для утечек.

Q = Нм3/мин.

В данной формуле

Q          объем

Nm3     количество отсасываемого воздуха в нормальных кубических метрах

Перед заливкой:

Q1 =0,8 х (L1 х L2) N1

В данной формуле 0,8 константа

N1 количество опок перед отливкой L1 х L2 длина хширина опоки

Во время заливки:

Q2 = 1,6 х 0,6 х (L1 х L2) + Q1/N1 * N2

При этом:

1,6         константа

0,6          60% поверхности опоки, соприкасающейся с моделью

Q1/N1     обычный объем незалитой формы

N2           количество уже залитых форм (обычно 1)

Примечание: Если Вам необходима более точная информация по расчёту вакуумной системы, обратитесь в нашу фирму

Фильтры

Большое значение имеет откачивание воздуха из опоки, в которой находится песок. Несмотря на то, что большинство насосов сконструировано таким образом, что они способны работать лишь при условии попадания в них небольшого количества инородных материалов, которые не оказывают негативного воздействия на работу самого насоса. Поэтому, конечно, следует избегать попадания в насос песка в больших количествах.

Особенно важным является выбор используемого для опок материала фильтров и величина ячеек в ткани фильтра. Второе соображение является одним из требований к жаропрочности этого материала. Однако, поскольку почти все металлические фильтровальные ткани выдерживают высокие температурные режимы, для работы с которыми они непосредственно предназначены (исключая прямой контакт с раскаленной отливкой), то это соображение является второстепенным.

Поскольку для определения размера зерен песка, размеров ячеек фильтра, толщины материала фильтра, сита и т.д. применяются самые возможные единицы измерения, было бы целесообразно, привести все их общему знаменателю:

Размер сита ('США4)
40
50
70
100
140
200
270

Размер ячейки (мм~)
0,425
0,300
0,212
0,150
0,106
0,075
0,053

Отсюда следует, что если использовать фильтровальную ткань с ячейками не более 0,053 мм, то всасываться будет только воздух без частичек пыли, которые оседают прямо на дне фильтра.

В любом случае необходимо учитывать предлагаемый изготовителями металлических тканей ассортимент. Измеряется металлическая ткань в мешах (ячейках), т.е. 10x10 ячеек дают 10 отверстий на квадратный дюйм. Однако если толщина металла изменяется, изменяется также и величина отверстий. Процентное соотношение площади отверстий колеблется, таким образом, в диапазоне 10 - 50% (+ или -). Поэтому наиболее важным фактором здесь является размер отверстий.

В большинстве случаев необходимо использовать толстую металлическую ткань с отверстиями не более 0,075 мм.

В Японии успешно применяется ткань из нержавеющей стали с величиной отверстия от 20 до 30x250 меш. На других предприятиях предпочитают обматывать трубы фильтра одним или двумя слоями сетки в 14 меш, а потом обматывают ее еще одним слоем в 30x250 меш, все сетки сделаны из нержавеющего металла. Некоторые лицензиаты размещают крупную решетку ближе к песку, а мелкую сетку за ней, чтобы таким образом создать защиту от повреждений.

Довольно успешно применяется мелкая проволочная сетка из нержавеющей стали в 20x260 меш. В любом случае, по данному вопросу следует обратиться за консультацией к инженерам нашей фирмы.

Шланги и клапаны

Почти все узлы оборудования в V-процессе оснащаются определенным количеством вакуумных шлангов. Компания Вагнер-Синто подберет для Вашего оборудования оптимальные материалы. Если все же необходимо заменить какой-нибудь шланг, то нужно знать, какие качественные характеристики должен иметь материал шланга.

Во-первых, шланг должен поддерживать негативное давление вакуума и при этом не быть поврежден. Во-вторых, он должен быть изготовлен из жаропрочного материала не только из-за высокой температуры отлитой формы, но и из-за горячих газов, которые проходят по самому шлангу. Температура этих газов может достигать 80°С. В-третьих, шланг должен быть устойчив к повреждениям и не должен ломаться.

Обычно применяются шланги по 50, 60 и 75 мм в диаметре, в зависимости от величины опоки.

Падение давления

Как известно всем специалистам-литейщикам, падение давления происходит, когда жидкости или газы откачиваются через длинный трубопровод. Поэтому, чтобы избежать падения давления, очень важно рассчитать поперечное сечение трубопроводов.

То же самое касается и вакуумной системы. Необходимо принимать в расчет длину вакуум-провода, количество углов и колен, редуцирования и клапанов. Эти расчеты чрезвычайно важны для бесперебойной работы Вашего оборудования.

Размеры трубы можно установить только после того, как спроектированы все механические части оборудования. Прохождение трубопровода должно учитывать все особенности здания. Сначала рассчитывается эквивалентная длина каждого отрезка трубы. Потом учитывается размер соединительных деталей для того, чтобы выявить, как они повлияют на падение давления, что выражается в дополнительной длине (см. рис.13.8).

Далее к фактической длине трубы .прибавляется полученная общая сумма и получается длина сопротивления.

Чтобы выяснить, происходит ли падение давления в вакуумных трубопроводах, рекомендуем воспользоваться таблицей 13.9.

Окончательно выяснить длину поперечного сечения трубы можно при общем подсчете различных других расчетных данных.

Результат считается положительным, когда падение давления составляет 10 мбар на 10 м трубы. Общее падение давления на дистанции между насосной станцией и самой далеко расположенной единицей оборудования с вакуумным подключением не должно превышать 125 мбар. Эти данные ориентированы на давлении у выхода из насоса, равном 350 мбарам.

В больших вакуумных системах выполнение этого требования может привести к тому, что, может быть сконструирован такой большой трубопровод, что падение давления окажется гораздо меньшее 10 мбар/10 м

РИС...

Проверка на протечки

Все специалисты-литейщики знают, как проверить вакуумную или в гидравлическую системы на наличие течи. Это очень просто. В гидравлической системе необходим осмотр на предмет капающей жидкости. При работе с системой сжатого воздуха есть две методики. Первая заключается в том, воздух в случае течи будет издавать слабый шипящий звук. Также можно промокнуть места возможной течи мыльной водой и понаблюдать за появлением на этом месте мыльных пузырей. Но что же делать с вакуумной системой?

Система должна быть герметичной, иначе может получится так, что в нее закачивается больше воздуха из помещения, чем из самой формы. Если закачать слишком много атмосферного воздуха, то это может негативно повлиять на форму таким образом, что она. в итоге, обрушится.

Поэтому, в качестве технического осмотра следует время от времени:

1. Для начала убедитесь, что стержень насоса может свободно вращаться.

2. Заткните выходное отверстие насоса.

3. Затем подключите сжатый воздух к главному вакуум-проводу.

Внимание: Давление не должно превышать 2,5 бар!

4. Теперь можно использовать те же методы, что и при поиске протечек в системе сжатого воздуха, то есть, прислушаться, вытекает ли воздух, и/или применить мыльный раствор и посмотреть, не образовываются ли мыльные пузыри.

5. Затем необходимо починить все протечки.

Проведение этих работ необходимо для безупречного функционирования оборудования.

Общие положения

Система песка для V-процесса намного проще, чем процесс смесеприготовления обычных формовочных процессов. Система работы с песком в V-процессе включает в себя всего лишь:

а) систему транспортировки;

б) установку ситовой очистки (грохот);

в) магнитный сепаратор;

г) систему охлаждения песка;

д) бункер-накопитель (дозатор) песка.

Единственной задачей системы работы с песком в V-процессе является собирать песок, не содержащий связующих, после процесса выбивки и снова доставлять к бункеру-накопителю, при этом формовочная смесь просеивается и охлаждается, а также проходит очистку в магнитном сепараторе.

Диаграмма этого процесса представлена на рисунке 14.1, а типичная для V- процесса система песка показана на рисунке 14.2.

, Теория и практика литья

Так как песок является достаточно сухим и мелким, необходимо считаться с большим пылеобразованием. Поэтому рекомендуется предусмотреть достаточно закрытую, изолированную от внешней среды систему формовки и песка в сочетании с хорошей установкой пылеудаления в критических местах. В этом случае образующаяся пыль легко улавливается и после этого снова возвращается в производственный цикл.

На рис. 14.4 можно увидеть интересный опыт, проведенный компанией Sintokogio, который дает возможность сравнить температуры отливок и песка в V-процессе и цементных формах. Отчетливо видно, что температуры в середине отливки (самые большие размеры в поперечном сечении 200 мм х 80 мм) имеют одинаковые исходные параметры, но охлаждение отливок, произведенных в V-процессе, происходит намного медленнее. Через 5 часов отливка, изготовленная по V-процессу, еще имела температуру 550 °С, в то время как отливка в цементной форме охладилась уже до 450 °С. В V- процессе песок, находящийся в 50 мм от отливки, был существенно холоднее (так как вакуумная система пропускает тепло).

Через 3 часа температуры выровнялись (275 °С). Но с этого момента цементная форма начала охлаждаться быстрее, в то время как песок в V- процессе сохранял высокую температуру отливки.

 

Для охлаждения песка рекомендуются следующие системы:

а) вертикальное поточное охлаждение (охлаждение водой);

б) горизонтальный вибрационный транспортный желоб с водным охлаждением;

в) горизонтальное конвейерное охлаждение (охлаждение воздухом).

, Теория и практика литья

 

В этой системе сжатие воздуха происходит в фильтре. Если температура составляет 100-120 °С, можно использовать нейлоновый фильтр. Если температура песка выше 150 °С, при изготовлении фильтра должны применяться такие материалы как асбест и металлическая проволока.

Воздух обычно подается под давлением ок. 0,7 бар, а мощность всасывания должна составлять ок. 0,5 м3/мин. на м2 поверхности песка, при этом стоит обратить внимание на то, что эти величины могут меняться в зависимости от конструкции определенного типа охладителя.

Обычно необходимо проводить охлаждающую воду через специальный трубопровод. Объем потребляемой в этом случае воды составляет ок. 50 л./мин. Эти данные применимы к системе охлаждения производительностью ок. 20 т/ч.

Другие системы представлены на рисунках 14.8-14.17, где отмечены также их преимущества и недостатки.



, Теория и практика литья

, Теория и практика литья

 

> Вид системы

Преимущества

Недостатки

1.

Орошение водой, рис. 14.9

1. Состоит из датчика температуры, элемента контроля за потоком воды и распылителей. Дешево!

2. Легко монтируется над транспортировочной установкой.

3. Простота обслуживания.

1. Трудно контролировать объем используемой воды.

2. Не достаточно быстро реагирует на изменение температуры песка.

2.

Вертикальное охлаждение воздухом, рис. 14.10

1. Очень эффективна в сочетании с системой орошения водой.

1. Если целью является увеличить контактную поверхность засчет сокращения количества песка, обдуваемого воздушным потоком, такая установка потребует много свободного места.

3.

Вертикальное охлаждение водой, рис. 14.11

1. Простая конструкция.

2. Точный контроль за температурой.

1. Необходимо дополнительное охлаждение водой или пресная вода.

4.

Вертикальное охлаждение водой (под наклоном), рис. 14.12

1. Простая конструкция.

2. Точный контроль за температурой

1. Необходимо дополнительное охлаждение водой или пресная вода.

2. Занимает много места.

5.

Качающийся желобковый транспортер, охлаждение водой, рис. 14.13

1. И подача, и

охлаждение в один этап.

1. Большие издержки.

2. Очень дорого.

6.

Качающийся желобковый транспортер, охлаждение воздухом, рис. 14.14

1. Простая конструкция.

1. Большой объем

потребляемого воздуха, вкл. отвод пыли

I

Вентиляторная модель, рис. 14.15

1. И подача, и охлаждение в один этап.

2. Низкая по высоте конструкция

1. Требуется большой объем воздуха, включая охлаждение для пылесборника.

7.

Вентиляторная модель, охлаждение водой, рис. 14.16

1. Очень хороший эффект охлаждения 2. Транспортировка и охлаждение в один этап.

2. Необходимы и воздух и вода, включая водное охлаждение для пылесборника.

9.

Вращающийся барабан, охлаждение водой, рис. 14.17

1. И подача, и

охлаждение в один этап.

2. Хороший эффект




1. Занимает много места.

2. Сложная конструкция.

3. Не подходит для большого объема

, Теория и практика литья

, Теория и практика литья

Общие положения

Использование сухого песка без связующих требует тщательного пылеудаления, так как иначе это может иметь негативные последствия для окружающей среды. К счастью, с годами техника пылеудаления была значительно усовершенствована и уже стала неотъемлемой частью общего знания в области металлургии.

Отдельные отличия между пылеудалением в процессе вакуумнопленочной и других технологиях формовки состоит в том, что в V- процессе:

а) пыль не изымается из оборота, напротив, она должна быть возвращена в производственный цикл для сохранения гранулометрического состава смеси,

б) нет необходимости в пылеудалении на участках заливки и охлаждения.

Целью этой главы не является подробное изложение самых различных технологий пылеудаления, так как они подвержены постоянному обновлению и усовершенствованию.

Несмотря на различия систем песка, имеется несколько одинаковых основополагающих критериев пылеудаления. Трубопровод системы пылеудаления должен быть установлен для следующих позиций:

1. кожух кабины выбивки,

2. все ленточные транспортеры,

3. все передаточные установки,

4. установка охлаждения,

5. ковшовый элеватор,

6. ситовая вибрационная установка,

7. накопительный бункер формовочной смеси,

8. бункер-дозатор формовочной смеси,

9. воронка подачи формовочной смеси.

Установка пылеудаления должна располагаться рядом с системой песка, так чтобы собранная пыль могла бы быть при помощи шнекового конвейера и передаточного устройства возвращена в систему песка.

Если возможно, собранная пыль должна подаваться образно в систему за охладителем песка, чтобы предотвратить беспрерывную циркуляцию пыли.

Собранная пыль должна, таким образом, как можно в большем объеме добавляться в песок, чтобы поддерживать равномерный гранулометрический состав песчаной смеси.

Общие положения

Литейные производства всегда стремились производить отливки точные по размерам, т.е. отливка должна не только точно повторять контуры модели, но и каждая последующая должна быть по всем своим параметрам точно такая же, как и предыдущая. Что же приводит к различиям? Согласно опубликованному отчету Комитета 80М Американской ассоциации литейщиков, есть 63 фактора, которые способствуют ухудшению размерной точности при производстве отливок по традиционным методикам литья.

Сначала необходимо упомянуть 3 критерия соблюдения размерной точности для форм:

а) Полость формы должна точно повторять контуры модели.

б) Стенки полости формы должны быть устойчивы к статическому давлению жидкого металла.

в) Стенки полости формы должны быть относительно гладкими, т.е. они не должны обнаруживать неровностей и шероховатостей.

Для точного воспроизведения формы модели песчаная форма должна легко отделяться от модели так, чтобы не было необходимости в сильной вибрации, которая может увеличить размеры полости формы. Возможно, изготовление формы вручную было бы в этом случае лучшим вариантом, при этом для отделения от модели использовался бы молоток. Размеры полостей форм, которые больше модели до 3 мм, встречаются не редко. Не было бы ошибкой, если все формы имели бы одинаково увеличенные размеры, так как их возможно учитывать на самой модели.

В V-процессе возможно отказаться от вибрации, потому что трение при подъеме, воздействующее на гладкую поверхность пленки, которая у даляется с гладкой поверхности модели, ограничено, что требует минимальных затрат силы и не вызывает истирания и других повреждений формы.

Это было доказано опытом, изображенным на рисунке 16.1. Производились цилиндрические модели диаметром 50 мм, которые входят в форму на 150 мм. Модели производились с позитивным, негативным и без угла наклона. Необходимая сила отрыва была измерена для песчано-глинистой формовки, процесса СО; и вакуумно-пленочного процесса. При подъеме без вибрации в процессах песчано-глинистой формовки и СО; происходил обвал краев, угол наклона составлял при этом +0,5°.

При подъеме без вибрации в процессах песчано-глинистой формовки и СО; также происходил обвал краев, даже когда угол наклона формы составлял +0,5°. Подъем формы без каких-либо повреждений под углом 0° и под негативным углом был абсолютно невозможен.

При использовании квадратной (800 мм) формы было измерено отношение твердости формы к движению стенок формы при стабильном вакууме. При низкой уплотненности движение стенок формы наблюдается отчетливее. И, как следствие, изменяются размеры формы. Это хороший пример того, что вибрация в процессе формовки необходима для достижения хорошей уплотненности. См. рис. 16.2.


В случае с вакуумными формами модель была слегка приподнята под наклоном 0°, а наклоненные под отрицательным углом -0,5 - -1,0° были подняты без обрушения углов со сравнительно небольшим усилием. Это необычное качество легко объяснить. Обрушения углов произойти не может, так как углы полностью обтянуты пленкой. Когда вакуум от модели отключается, в то время как он поддерживается в форме, атмосферное давление воздействует на поверхность формы. Опыты показывают, что это увеличивающее полость формы давление равномерно и обеспечивает необходимую дистанцию при подъеме

Это объясняет также и возможность осуществлять формовку под небольшим отрицательным углом.

Рис.16.2. Уплотненность и размерная точность

Поэтому следите, пожалуйста, за тем, чтобы в модели не было никаких прорезей с острыми краями. Показанные на рис. 15.1. результаты испытаний доказывают, что размерная точность полости формы соблюдена превосходно.

Вторая причина отклонений от размеров - сдвиг стенок формы - была исследована господами Коно и Миура, а результат исследований был опубликован в журнале "Литейщик Британии" под заголовком

"Репродуктивность размеров отливок из чугуна в V-процессе".

Опыт проводился с твердой кубической отливкой, длина краев 150 мм. Температура заливки металла составляла 1340-1360 °С. Заливка

производилась в вакуумные, СОг- и песчано-глинистые формы. В случае незначительного передвижения стенок формы или в случае полного отсутствия такового отливка должна была получиться гарантированно меньше, чем полость формы. При литье более массивных отливок, очевидно, имеет место передвижение стенок формы.

 Точка измерения       V - процесс     Песчано глинистая формовка    СО2- процесс

А                                           + 0,60                                 -1.48                                             -0,41
В                                            + 0,68                                - 2,24                                             -1,95

Примечание: Измерения производились в мм, а в таблице приведены

значения, получившиеся после вычитания от размера формы размеров отливки.

Вы сможете установить, что все четыре замера для песчано-глинистой формовки и СОг-процесса показали, что отливка, на самом деле, была больше полости формы — доказательство в пользу движение стенок формы; в то время как замеры отливки в V-процессе выявили, что никакого движения стенок не было и что налицо лишь самый обыкновенный процесс усадки жидкого металла при отверждении.

Был проведен целый ряд дальнейших экспериментов, которые подтвердили сохранение размерной точности форм в V-процессе. Следующий пример представлен на рис. 16.3.

Какую роль это может играть для Вас как для производителя. Это имеет довольно большое значение, однако все относительно.

Если Вы переориентируете свое производство с мягких песчано-глинистых форм на вакуумные, Вы наверняка столкнетесь с рядом проблем. Отливки могут получиться меньше, чем желает Ваш клиент, в то время как раньше Вы производили более массивные отливки (с применением тех же самых моделей). Стержни, которые до сих пор устанавливались в стержневой знак, возможно, сейчас уже не окажутся пригодными. Производственные допуски могут быть сокращены. Если Вы продаете отливки по весу, то Ваши доходы могут значительно снизиться, так как отливки, произведенные методом вакуумно-пленочной формовки намного легче.

Пробная отливка № Песчано-глинистая форма, мм Вакуумная форма, мм
1 297,95 295,08
2 297,17 295,12
3 297,51 295,18
4 296,82 295,06
5 297,20 295,17
6 296,71 295,28
7 296,74 295,18
8 297,46 295,09
9 297,03 295,10
10 296,98 295,15
 Разрез 296,26 295,14
Отклонения от стандарта 0,37 0,06

Рис.16.3. Размеры отливок, произведенных в вакуумных и песчаноглинистых формах

К позитивным аспектам работы по V-процессу можно отнести целый ряд преимуществ. Расходы на обработку могут быть сокращены, благодаря чему возможно перейти к производству отливок, пользующихся наибольшим спросом. Вес отливок также значительно выровняется, что значительно экономичнее, если отливки продаются поштучно. Число прибылей может быть также сокращено, так как больше не будет необходимо заливать металл по всей ширине стенки формы, а возможно будет руководствоваться закономерностями процесса затвердевания и усадки жидкого металла. Так как нам известны правила применение прибылей в литейном производстве, мы предлагаем, подходить к проблеме уменьшения количества прибылей очень осторожно. Рекомендуется начать с сокращения их количества на 15%.

В заключение необходимо отметить, что, используя технологию V-процесса на практике, Вы сможете производить идентичные друг другу отливки с высокой размерной точностью.

Качество поверхности

Качество поверхности находится в прямой зависимости от размерной точности.

Разрешите нам показать Вам это на примере последовательного описания технологических процессов вакуумно-пленочной формовки. Нам необходима максимальная плотность, чтобы посредством включения вакуума удалить минимальное количество воздуха. Мы можем добиться необходимой плотности, применяя мелкозернистый формовочный песок, который подвергался вибрации. Литейщики знают, что с применением

мелкозернистого песка возможно добиться более гладкой поверхности. В случае с традиционными процессами формовки это не возможно из-за необходимости газопроницаемости. В V-процессе такой проблемы не возникает. В V-процессе применение мелкозернистого песка желательно и необходимо. Результатом будет являться гладкая и ровная поверхность, которая обеспечит также и стабильность размеров.

Используя сравнительные показатели измерений поверхности, качество поверхности в V-процессе колеблется от 18 до 25. Обычное литейное предприятие, специализирующееся на литье чугуна, производит отливки с показателями от 50 до 70. Более понятное сравнение: отливки,

произведенные по технологии вакуумно-пленочной формовки, такие же гладкие, как и произведенные по технологии литья в оболочковые формы (Кронинг-процесс), а в большинстве случаев, еще более качественные.

Следующие показатели иллюстрируют типичные качества поверхностей отливок, произведенных с применением различных технологий формовки и измеренных различными приборами. Вы знаете: чем ниже показатель, тем более гладкой получилась поверхность.

Литье под давлением                                            5-20

Литье под низким давлением                            5-20

Штамповка                                                                5-20

Шоу-процесс                                                              5-20

Кронинг-процесс                                                     10-60

СО2- и другие химические процессы                40-80

Песчано-глинистая формовка                             50-70

У-процесс                                                                    18-25

Чтобы поверхность не утратила свои свойства при чистке, нужно сократить время пескоструйной очистки и применять при этом более мелкий песок.

Хорошие качества поверхности отливок, произведенных по V-процессу, являются существенным преимуществом этой технологии по сравнению с другими процессами формовки.

 

Общие положения

H Миопии были проведены многочисленные экепсримонгы, целмо которых было optimum, время охлаждения, эффект охлаждения п жидко текучесть металла при изготовлении отлшюк ит серого чугуна по V-процессу и н песчано-глинистой формовке. Одновременно исследовались механические характеристики материала п етроение его структуры.

Часп. полученных результатов показательна а отношении других металлов. Гаким образом, была собрана нонам полочная информация о литье стали.

Н процессе песчано-глинистой формовки между стенкой формы и металлом ночникаег гачоная пленка из-за добаиления в смесь воды и угольной тили, таким обрачом, металл не находится в непосредственном контакте с песком.

В V-процессе этого не происходит, так как вакуум предотвращает возможность образования газоном барьера. Металл находится в непосредственном контакте с внутренними стенками формы и даже дополнительно подсасывается вакуумом.

Поэтому сразу после чал инки появляется тенденция к быстрому охлаждению поверхности отливки. Долю секунды формовочная смесь остается холодной 1 сухой. Тем не менее, скорость остывания снижается после нагрева формовочной смеси, так как песок не содержит никакой влаги.

сIкороста, охлаждеш i я

В вакуумной форме были произведены три пробных отливки, имеющие форму округлого стержня с диаметром л0, 50 и 100 мм, при ном делались необходимые замеры, результаты показаны на рис. 17.1.

Скорость остывания металла для трех различных обращов показана на рисунках 17.2, 17.а и 17.4. Во всех случаях отливки, произведенные но V- процессу, охлаждались | одинаковой скоростью или даже медленнее, чем произведенные методом песчано-глинисто»'! формовки.

11а интервале между 1100 "С и 900 V прослеживается разница ок. о,5 'V мин у образца 030 мм (рис. 17.2). Рпс.17.3 показывает разницу в 3*5 ''С мин, а на рис. 17.4 показано, что образец 0100 мм охлаждается за тот же промежуток времени.

Па рис. 17.5 показан нагрев песка. Обратите внимание на го, что сырой песок, который плотно прилегает к отливке, нагревается гораздо быстрее, чем песок, который находится ближе всего К отливке и Y-нроцессо, но температура песка в V-процессе в скором времени становится выше температуры сырого песка. Это происходи г из-за теплопоглощення испаряющейся воды в песчано-глинистой формовке, причем пар перенимает часть высокой температуры отливки. 

Дополнительная информация, по этой главе по запросу. 

Общие положения

Из-за того, что в смесеприготовлении в V-процессе не используется вода и связующие, возможно избежать целого ряда литейных дефектов. Таким образом, может быть снижен объем брака изделий, но полностью устранить возможность дефектов тем не менее нельзя. В будущем в производстве по V- процессу будут также возникать дефекты отливок, поначалу даже, может быть, из-за непрофессионального исполнения и применения вакуумных форм.

Чтобы свести брак к минимуму, мы советуем ознакомиться с документацией по дефектам отливок, в первую очередь, с изданным Объединением Литейщиков Германии "Атласом литейных дефектов".

Эта документация должна содержать следующую информацию:

a) классификация дефекта согласно Атласу литейных дефектов;

b) подборка самых важных фактов, точное описание участка дефекта (по возможности, с фотографией или рисунком), количество бракованных отливок и временной период, за который эти отливки были изготовлены;

c) материалы, используемые при изготовлении форм и отливок 1 песок, пленка, краска, металл и т.д.;

d) эксплуатационные данные машин для производства форм - время вибрации при уплотнении песка, время нагрева, температура при наложении пленки, время заливки и т.д.;

e) мероприятия по устранению дальнейших дефектов.

После того, как дефект был обнаружен и распознан, необходимо попытаться устранить причины его возникновения путем принятия некоторых мер и руководствуясь опытом работы с традиционными технологиями формовки или логическими умозаключениями при анализе дефекта. Атлас литейных дефектов представляет собой детализированный и объемный перечень всех известных дефектов отливок, их причин и методов устранения, так что ниже мы приводим некоторые из видов брака и предложения по их устранению, характерные не только для V-процесса, которые в нем, однако, встречаются довольно часто.

Дефекты, вызванные газом

Газовые раковины и газовые дыры — это дефекты, возникающие по вине газа, заключенного в металле. Имеется 4 источника появления газа: воздух в полости формы, продукты горения пленки, стержневой газ и газ в металле. Последняя причина может быть устранена рядом обычных последовательных операций. Проблемы со стержневым газом не являются обыкновением, так как вакуум в форме также способствует удалению газа из стержней. Первые два источника газа могут быть также различным образом исключены. Возможно:

1. Увеличьте размеры вентиляционных отверстий. Возможно, что они не достаточно большие, чтобы обеспечить выталкивание воздуха и газа во время заливки без противодавления. Они должны быть в два-три раза больше, чем площадь поперечного сечения литника."

2. Измените расположение соединительного канала, чтобы воздух/газ при выталкивании мог бы легко выходить. Оптимальное расположение — над самой высокой частью полости формы.

3. Установите форму для заливки наклонно, если это уже сделано, увеличьте угол наклона до 15°.

4. Увеличьте температуру заливки металла.

5. Сократите время заливки на 10-20%.

6. Чистый цирконовый песок может послужить причиной образования в отливке газовых раковин. Если используется только цирконовый песок. Вам рекомендуется осторожно добавить в песок 1-3% угольной пыли.

7. В области стержневого знака проделайте в пленке маленькие дырочки, чтобы в форму' вытягивалось больше стержневого газа.

8. Используйте более тонкую пленку’, чтобы при ее выгорании образовывалось меньше газа.

9. Избегайте наложения нескольких слоев клейкой пленки друт на друга.

10. Следите за тем, чтобы литник во время заливки всегда был заполнен металлом. Применяйте вмонтируемый литник или литниковую воронку.

11. Высушивайте полностью краску'.

12. Оставляйте вакуум дольше включенным, чтобы выкачивать газ из массивных стержней.

13. Удаляйте верхнюю пленку с верхней полуформы, в то время как нижняя полуформа будет находиться под вакуумом.

Шлаковые включения

Здесь мы имеем в виду не обычные шлаки металла, которые могут быть устранены при помощи последовательного принятия комплекса мер, но включения, которые могут быть вызваны использованием пластиковой пленки. Наличие шлаковых включений обнаруживается, как правило, при обработке и сопряжено, зачастую, с газовыми дефектами и дефектами, возникающими из-за формовочной смеси.

Этот дефект вызван пластиковой пленкой, которая отделяется от верхней поверхности формы, скатывается и карбонизируется. Пути устранения могут быть следующими:

1. Проверьте используемую пластиковую пленку. Возможно, что ее пластическая деформируемость не удовлетворяет требованиям

2. Проверьте вакуум в форме. Возможно, он недостаточен для того, чтобы пленка плотно прилегала к песку.

3. Проверьте литниковую систему. Возможно, она является причиной турбулентности.

4. Песок может быть слишком мелким, используйте более грубый песок.

5. Убедитесь, что пленка равномерно нагревается до необходимой температуры.

6. Позаботьтесь о том, чтобы пленка накладывалась на модель как можно более быстро, чтобы использовать ее деформационные способности как можно более полно, перед тем как пленка опять начнет остывать. Чтобы этого добиться, может быть необходимым, увеличить количество вакуумных отверстий, чтобы таким образом сделать отсос воздуха со стороны модели и сориентируйте персонал, накладывать пленку быстрее, в случае если этот процесс происходит вручную.

7. Может быть необходимым, повысить эффективность и/или количество вакуумных отверстий в опоке.

8. Оставляйте как можно меньшее расстояние между поверхностью разъема формы и вакуумными трубами, чтобы повысить эффективность. Существует общее правило: Если толщина металлической стенки отливки меньше 50 мм, вакуумный трубопровод необходимо размещать на расстоянии ок. 30 мм. Если металлическая стенка толще, чем 50 мм, примерно половина толщины стенки и будет являться расстоянием между поверхностью разъема и вакуумопроводом.

9. Убедитесь, что формовочная краска хорошо держится на пленке.

10. Попробуйте заливать жидкий метал только с одной стороны отливки.

11. Если возможно, используйте углубление или стержень, чтобы закрепить пленку в правильном положении.

12. Для закрепления модели используйте винты с плоской головкой, чтобы сохранить правильное положение пленки.

Включения песка

В V-процессе редко возникает такой дефект как включения песка на поверхности отливки, однако он может проявиться при ее обработке. Иногда включения песка имеют очень большую площадь.

Этот литейный дефект может быть вызван двумя разными условиями: турбулентной или прерванной заливкой в литниковую систему, чем вызываются размывания песка в полости формы; или песком, который размывается на поверхности полости формы. Это может произойти, если металл заливается против внутренней стенки полости формы и сразу стекает вниз. Иногда металл смывает вместе с песком участки пленки, что приводит к двойному дефекту - включениям шлаков и песка

Возможные пути устранения:

1. Перепроверить конструкцию отливки.

2. Производите заливку металла равномерно.

3. Используйте средства распыления в форме в необходимом объеме.

4. Если необходимо, используйте отдельную опоку.

5. Исследуйте поток металла и откорректируйте поверхности, на которых металл может смыть пленку с формы.

6. Если необходимо, наметьте эти критические области полости формы для другого процесса (сырой песок, стержень и т.д.).

7. Сократите время заливки.

8. Возможно, что вибрация оказалась недостаточной, чтобы достигнуть твердости формы +90.

9. Убедитесь, что вакуум при заливке составляет -300 и -400 мм.рт.ст.

10. Заклеивайте поврежденные области пленки клейкой лентой.

11. Увеличьте вентиляционное отверстие.

12. Убедитесь, что полость формы чистая.

13. Увеличьте количество вакуумопроводов в опоке.

14. Если контуры опоки и прибыли затрудняют поступление достаточного количества воздуха для поддержания жестких контруров формы, может быть добавлено небольшое количество песка с некоторым содержанием связующих, чтобы предотвратить размывание во время заливки (см. рис. 18.1).


Рис.18.11. Использование твердеющего песка в случае недостаточного вакуума

Включения остатков пленки

Этот дефект обычно встречается вместе с включениями песка. Он возникает, если в полости формы происходит отслоение больших фрагментов пленки, которые загораются и оставляют сажу.

Возможные пути устранения:

1. Убедитесь, что используется хорошая пленка с минимальной тенденцией к усадке.

2. Используйте как можно более тонкую пленку, подходящую для Вашей технологии.

3. Нагревайте пленку равномерно и быстро накладывайте ее на модель

4. Применяйте более интенсивный вакуум в форме.

5. Увеличьте количество вакуум он ро водой в опоке.

6. Устанавливайте форму на заливку под углом.

7. Используйте более грубый песок.

Пенетрация

I Тенетрацией металла называют такое состояние, при котором металл или оксиды металла заполнили пространства между зернами песка. В традиционных процессах формовки это происходит зачастую при повышенной влажности и/или неточного количества горючего материала. Однако в V-процессе такой материал не присутствует, поэтому образование газа и/или пара очень низкое. Так как форма находится под вакуумом, это создает для металла дополнительную возможность проникновения в поверхность.

Имеется несколько возможностей исправления ситуации:

1. Используйте более тонкий песок.

2. Добейтесь более интенсивной или продолжительной вибрацией более высокой плотности.

3. Используйте достаточное количество жаропрочной краски.

4. Немного уменьшите давление вакуума.

5. Перепроверьте, не содержит ли песок металлических включений, содержание которых более 0,5% может привести к небольшой пенетрации.

6. Если налицо стержневая пенетрация, это можно исправить следующим образом:

а) применением более тонкого песка;

б) оптимизацией вентиляции;

в) окраской стержней.

Длинные узкие язвы на поверхности отливки ("крысиные хвосты") Возможности устранения приведены в следующих ниже пунктах:

1. Используйте отливки подходящей конфигурации.

2. Избегайте таких литников и питателей, которые могут вызвать турбулентность.

3. Используйте краску в достаточном количестве, чтобы давление в полости формы могло поддерживаться, если пленка вдруг расплавится.

4. Убедитесь, что попадание воздуха в форму любым другим, кроме предусмотренным конструкцией, путем не возможно.

5. Увеличьте мощность нагнетания вакуума и/или повысьте давление. Сохраняйте давление 300 - 400 мм рт.ст. во время заливки.

6. В проблемной области возможно использование самотвердеющего песка.

7. Обеспечьте подводку вакуумопровода как можно ближе к проблемной зоне.

8. Присыпьте поверхность верхней полу формы песком, чтобы предотвратить разрушение обширной площади пластиковой пленки во время бесконтрольной заливки.

9. Возможно, вибрация была недостаточной для достижения твердости формы +90.

10. Соблюдайте постоянную наполненность литника металлом во время процесса заливки.

Образование складок на пленке

Дефект, характерный только для V-процесса и вызван образованием складок на пленке. В большинстве случаев, в зависимости от толщины используемой пленки, речь идет о слегка выпуклой, с зазубринами линии, которая только лишь портит внешний вид отливки.

Главная причина состоит в том, что излучаемое тепло приводит к сморщиванию пленки.

Для устранения дефекта рекомендуется предпринять следующее:

1. Убедитесь, что применяемая Вами пленка выбрана правильно и обладает хорошей пластичностью и способностью к деформации и дает малую усадку.

2. Не наносите краску по обеим сторонам пленки. Только лишь со стороны, соприкасающейся с песком. Краска, нанесенная на металлическую поверхность, может впитаться в пленку и спровоцировать появление складок.

3. Производите заливку быстрее, чтобы предотвратить эффект нагрева.

4. Устанавливайте форму под наклоном.

Обрушение формы

Форма обрушается, если части форм — обычно, верхняя полуформа — теряют твердость, стремясь достигнуть баланса давления, или обрушаются внутрь полости формы.

Этот дефект может быть устранен следующими способами:

1. Измените конфигурадию литников, чтобы сбалансировать равномерное поступление металла.

2. Позаботьтесь о дополнительных вентиляционных отверстиях.

3. Сократите количество пленки, накладываемой на верхнюю полуформу, которая особенно подвержена воздействию высокой температуры.

4. Используйте заливочную камеру и следите за равномерностью заливки.

5. Включайте более интенсивный вакуум во время заливки.

6. Оптимизируйте этап вибрации.

7. Нагревайте пленку более равномерно и до более высокой температуры, прежде чем накладывать ее на модель.

8. Используйте большее количество краски.

9. Подводите отсасывающий трубопровод ближе к полости формы

Уменьшение или потеря вакуума

Как уже было замечено, изменяемый вакуум может провоцировать появление дефектов. Если это является причиной возникновения проблем, учтите следующее:

1. Мощность насоса может быть снижена в результате износа, малой скорости, не достаточного охлаждения водой и т.д.

2. Потери давления могут возникать из-за слишком большой длины трубопровода, углов, вентилей, малого поперечного сечения труб.

3. Утечки различного рода, например, в области опоки, штуцеров труб, в пленке и т.д.

4. Однородность формовочной смеси /распределение более грубых и более мелких частиц в массе песка/. Более грубый песок требует более мощного вакуума, чем тонкий.

5. Формы, покрытые слоем стойкой краски нуждаются в меньшем вакууме.

6. Лучшее уплотнение вибрацией. Недостаточная плотность приводит к увеличению количества отсасываемого воздуха.

7. Может возникнуть ряд препятствий, приводящих к падению давления. Например, загрязненные фильтры, слишком маленький размер ячеек фильтра, загрязненные промежуточные пустоты в фильтре или слишком узкие фильтры.

Еще один путь повысить надежность работы системы - расходомер, встроенный в систему трубопроводов. Пожалуйста, помните о том, что во время заливки должно поддерживаться более высокое давления, ок. -450 мм. рт.ст., в то время как во время формовки достаточно 200 — 450 мм рт.ст. Чтобы окончательно убедиться, что система работает правильно, проверьте, в состоянии ли она сохранять давление -450 мм рт.ст. во время заливки.

Горячие трещины

Если проблема состоит в появлении горячих трещин в стальных отливках или отливках их шаровидного графита, это можно устранить, отключив вакуум несколько раньше. Таким образом, форма становится мягче и риск образования горячих трещин снижается. Дополнительно рекомендуется дольше выдерживать отливку в песке, чтобы увеличить время охлаждения в песке.

Смещение отливки с комом смеси

Это такое явление, при котором относительно маленькая отливка с землей сдвигается в форме параллельно. Это происходит обычно в близи прибыли, расположенной вплотную к полости формы. Динамическое давление жидкого металла сдвигает отливку с землей в том месте, где понижена сопротивляемость.

 Холодные  металлические включения

Металлические включения это дефекты, при которых заливаемый металл в полости формы сжигает пленку и быстро охлаждается вытяжной вентиляцией еще до того, как вся полость полностью заполняется жидким металлом. Застывший металл больше не плавится под воздействием поступающего позднее жидкого металла.

При холодных включениях речь идет о дефекте, возникающем вследствие заливки металла в почти заполненную форму, при этом доливаемый металл успевает уже несколько охладиться.

Возможные пути исправления:

1. Увеличьте температуру заливки металла.

2. Сократите время заливки.

3. Измените конфигурацию литника, чтобы обеспечить равномерное поступление металла в потоке.

4. Производите непрерывную заливку.

5. Используйте литейный кожух.

6. Старайтесь не проливать металл во время заливки.

Протрузия

Это явление - дефект, характерный только для V-процесса. Про протрузию можно говорить, когда контур формы ломается, песок всасывается вакуумом и оставляет пустые зазоры, которые кажутся углублениями в форме.

К возможностям устранения этого дефекта можно отнести следующее:

1. Проверьте форму перед заливкой. Загерметизируйте возможные дефекты в пленке.

2. Осмотрите опоки на предмет возможных утечек в районе решеток и труб фильтров.

3. Не перегревайте пленку.

4. Используйте формовочную краску.

5. Закупорьте пространство между стержнем и стержневым знаком.

6. Увеличьте время вибрации.

Появление текстурного рисунка

Такой рисунок появляется обычно по углам отливки и возникает, когда жидкий металл течет, повторяя контуры трещин в форме.

Для устранения этого дефекта возможно сделать следующее:

1. При изготовлении формы необходимо применять более интенсивный вакуум.

2. Увеличьте количество вентиляционных труб

3. Увеличьте время вибрации.

4. Краску наносите на пленку равномерно и оставляйте сушиться до полного высыхания.

Разбухание формы

Это случается очень редко, однако если это происходит, попробуйте предпринять следующее:

1. Повысьте плотность формы изменением состава зерна песчаной смеси или более интенсивной вибрацией.

2. Проверьте точность крепления скобами верхней и нижней полуопок.

3. Оставляйте форму после заливки дольше под вакуумом.

Примечание: Разбухание формы может послужить сигналом того, что в

дальнейшем может произойти ее обрушение.

Кромочный отбел

Если температура при выбивке отливки слишком высока и если вентилирующий воздух вызывает кромочный отбел или даже трещины, может оказаться необходимым, чтобы отливка выдерживалась в песке под или без вакуума несколько дольше. Некоторые литейные предприятия, использующие опоки без поперечных вставок, ставят форму на пол, отключают вакуум, удаляют опоки и дают отливкам охладиться в песке, в то время как опока может снова использоваться в работе. Если для Вас это не проблематично, достаточно 5-10 мин. дополнительного времени охлаждения в песке.

Резаная поверхность

Если поверхность отливки из углеродистой стали окисляется вследствие попадания воздуха в форму после заливки, она становится грубо шероховатой и выглядит как металл, который обработали резаком.

Этот дефект может быть устранен следующим образом:

1. Сократите время, которое форма находится под вакуумом после заливки.

2. Засыпьте прибыль и питатель песком, а заднюю стенку опоки покройте дополнительным слоем пленки.

3. Перепроверьте, точно ли прилегают песчаные поверхности обеих полуформ друг к другу.

Теперь, когда Вы тоже используете V-процесс, чрезвычайно важным для Вас является извлечение максимальной пользы из данного способа.

Пожалуйста, помните о том, что V-процеее имеет значительные преимущества перед другими методами формовки, он также претендует быть более экономичным, чем традиционные. Недостаток можно усмотреть в том. что высокая производительность по этому процессу (200 - 600 форм час) еще не может быть достигнута. Область применения V-npoцecca ограничивается производительностью лишь 100 форм час.

Чтобы убедиться, что Вы можете использовать все возможные преимущества этого процесса, мы в заключение повторно приводим соответствующие данные с короткими комментариями. Это перечисление не ориентировано на важность конкретных преимуществ.

1. Отсутствие связующего

Данное преимущество легко недооценить, Литейщики обычно прекрасно помнят стоимость единицы бентонита, глины, деревянного пола, химических продуктов и т.д.. но обычно забывают учитывать транспортировку, обработку’, хранение, стоимость оборудования и другие непрямые расходы. В течение многих месяцев партия пленки может храниться на очень небольшой площади, что обходится в минимальную сумму. Благодаря быстрой доставке пленки рекомендуется держать на складе партии пленки не более 2-4 месяцев.

2. Снижение процента хищений

Нелегко держать оборудование под замком, но это не относится к материалам, используемым в V-процессе - пластичной пленке и клейкой ленте, Данные материалы вполне можно хранить в запертом помещении, и мы настоятельно рекомендуем это делать, гак как и пленка, и лента как магнитом притягивают к себе владельцев домашних мастерских,

3. Универсальность

V-процесс применим для всех важных в коммерческом отношении металлов: алюминия, меди, медной основы, железа, статей и специальных сплавов. Вероятно, вы запустили линию по V'-процессу с целью работы с определенной группой металлов, однако вам следует помнить, что по той же самой системе вы может и отливать отливки и из других металлов. Мы не хотим сказать, что вы можете легко переключить Вашу систему, работающую с марганцевой сталью, на изготовление отливок из магниевой стали, мы хотим только лишь сказать, что Вы можете производить отливки из серого чугуна, стали или алюминия с применением одинакового песка, одинаковой пленки и одинаковой оснастки.

4. Отсутствие необходимости опрыскивания модели

В других частях данной книги описывается, насколько простым является извлечение формы, а также указывается, что нет необходимости опрыскивания модельной плиты. Это является выгодным не только с экономической тончи зрения, т.к. сокращаются расходы на материалы, перевозку, хранение, инвентаризацию. Это выгодно еще и точки зрения экологии, что наверняка заинтересует и вашего руководителя службы безопасности, и инспектора службы Управление по технике безопасности и гигиене труда.

5. Отсутствие смесителя

Данный фактор не только способствует снижению затрат мощности, но и значительному уменьшению отходов, так как их источником в большинстве случаев является именно миксер, не обслуживаемый надлежащим образом.

6. Отсутствие устройства выбивки

Еще один фактор экономии энергии и затрат по техобслуживанию. Кроме того, снимается опасность деформации отливок во время процесса выбивки.

7. Требуется меньше времени на пескоструйную очистку

Это является важным преимуществом, но данный процесс требует наблюдения. При нормальных условиях для струйной очистки вакуумных отливок требуется приблизительно в 2 раза меньше времени, чем для очистки отливок, изготовленных другими способами. Итак, независимо от того, какой тип устройства пескоструйной очистки вы используете, время очистки сокращается в 2 раза. Т.е. если в настоящее время вам требуется 10 минут на струйную очистку, сократите это время до 5 минут. Если 6, сократите до 3. Возможно дальнейшее сокращение времени, для этого вам необходимо провести некоторые тесты для установление минимального возможного времени очистки: установите, при каких затратах времени очистка не является полной, и постепенно увеличивайте этот отрезок времени. Техобслуживание вашего устройства пескоструйной очистки является наиболее дорогим среди всех частей оборудования, и лишь потому, что данная машина спроектирована с целью саморазрушения. Любое сокращение времени очистки отливок будет способствовать продолжительности срока ее службы. Нередко на предприятиях вообще исключают данный вид очистки и используют очистку проволочной щеткой для получения лучшего качества поверхности

8. Снижение потребления энергии

Потребление энергии значительно сокращается в основном за счет исключении миксера, выбивки, пневматической и или гидравлической формовочной машины. Основным потребителем энергии становится вакуумная система. Поэтому хорошее устройство управления вакуумными насосами может сохранять даже еще большее количество энергии. Количество действующих вакуумных установок (единиц) пропорционально количеству опок, находящихся под вакуумом: чем больше опок, тем больше вакуума. Для того чтобы охлаждение провести надлежащим образом, не обязательно участие в этом вакуума при условии, что формы надежно закреплены. Установите временной промежуток, который будет продолжаться до начала застывания металла, удалите вакуум и оставьте отливку остывать дальше в форме. Вакуумные шланги могут быть впоследствии снова подключены для транспортировки и выбивки.

9. Снижение уровня шума

Это нельзя назвать преимуществом с экономической точки зрения, однако данный фактор, несомненно, обеспечивает более комфортную обстановку на рабочем месте и снижает риск нарушения слуха. Единственным источником шума являются насосы и моторы, которые, однако, можно изолировать, а также отработанный воздух, который можно направлять по трубам на отдельной территории.

10.Отсутствие выбросов либо запахов

Из производственного процесса исключаются не только пахучие вещества, но и большинство обычного дыма, паров и запахов, что как правило сохраняются на обычном литейном предприятии в течение многих часов после заливки. Стержневые газы удаляются при выпуске вакуума.

11. Сокращения контроля песка

Так как в смеси не присутствуют какие-либо составляющие, требующие тестирования, исключаются такие виды тестирования смеси, как тест на влажность, прочность, газопроницаемость, глины, углеродсодержащие материалы, и т.д. Сначала Вы, конечно, будете ежедневно следить за гранулометрическим составом смеси, в последствии, однако, частоту проверок можно будет сократить до раза в неделю или в месяц.

12. Снижение процента брака

Так как более не существует проблемы надлежащего перемешивания песка, это отражается и на проценте скрапа. Не поймите неправильно! Вам, конечно же, не удастся, полностью устранить скрап — только те проблемы, которые связаны с некачественным песком. Подумайте, не связан ли высокий процент брака с этим фактором.

13. Снижение стоимости моделей

Вы, вероятно, довольны имеющимися модельными плитами, однако вам все же придется заменить их фанерными, более подходящими для вакуумного держателя подмодельной плиты. Следует заметить, что не нужно закупать дорогие металлические модели. Все что вам нужно — это деревянные модели. Возможно использование формовочной глины либо воска для заполнения временных уступов или углублений на модели. Нет необходимости применять наполнитель на плоскости разъема, пластиковая пленка образует хорошие края и углы. Это позволит сократить затраты на приобретение моделей других форм, а также сократит работы по их очистке.

14. Уменьшение объема техобслуживания модели

Так как модель никогда не соприкасается с песком, никакого износа модели не происходит. Это позволит Вам существенно сэкономить особенно при переходе от вибрации и аэрации на V-процесс.

15. У прощение системы смеси

Все, что Вам необходимо для системы подготовки песка, это стационарная решетка выбивки с размещенной под ней воронкой, конвейером для транспортировки песка и устройством охлаждения смеси, ситом для сепарации песка от остаточного материала, бункер- накопитель и загрузочное устройство. Такие существенные установки, как смеситель, встряхивающая машина для выбивки, ленточные транспортеры и т.д. отпадают.

16.Отсутствие воды

Наверняка большинство из тех проблем, с которыми Вы в настоящий момент сталкиваетесь, возникают по вине неверных пропорций воды и песка. Т.е. воды может быть слишком много или слишком мало. Помните о том, что эта проблема полностью разрешена в V-процессе.

17.Песок не содержит дополнительных элементов

Что происходит с сырым песком, который используется сразу после приготовления? Это знает каждый литейщик. Он высыхает, а на некоторых сталелитейных предприятиях - окисляется. V-процесс имеет еще более важные преимущества по сравнению с процессами формовки ХТС. Нет необходимости выгребать смесь из бункеров и конвейеров, если небольшая задержка по времени привела к задержке работы системы формовки. Сухой, не содержащий связующих элементов песок в V-процессе может использоваться сразу после охлаждения и может также быть в любое время складирован

18. Использование меньшей площади

Это индивидуально для каждого конкретного случая. Но если площадь может быть сокращена, это является важным фактором. Химические формы перед заливкой обычно выдерживают ок. 24 секунд, формы в V- процессе могут быть залиты сразу. Проблемы выбивки, которые имеют место быть в песчано-глинистой формовке, здесь не возникают по причине простоты процесса выбивки.

19. Снижение затрат на производственный процесс и оборудование

Это мы уже обсуждали, когда рассматривали расходы на покупку связующих в сравнении с покупкой пластиковой пленки.

20. Качество поверхности отливок

Это преимущество, которое существенно влияет на конкурентоспособность отливки при продаже. Тонкий песок, использующийся в V-процессе, обеспечивает отливке улучшенное качество поверхности, и это очень выгодное при продаже преимущество. Производитель станочных инструментов, который раньше был вынужден обрабатывать и чистить отливки, теперь может обойтись простым нанесением краски на ее поверхность.

21. Снижение объема мехобработки

Так как форма является стабильной, а отливки производятся с размерной точностью, могут быть сокращены допуски на механообработку. Каждый производитель станочных инструментов заинтересован в том, чтобы вес отливки был бы определяющим фактором при расчете затрат.

22. Сокращение затрат на зачистку

Мы уже упомянули сокращение расходов на пескоструйную очистку и отказ от наполнителей на поверхности разъема. Применение хорошей литниковой системы и стержней, которые точно подходят к стержневым знакам, а также удаление прибылей в стабильной форме, установка литника через обработанную поверхность и возможность его длительного хранения, достижение поверхности улучшенного качества, снижение риска дефектов, возникающих по вине смеси, а особенно пенетрации, - все эти факторы способствуют сокращению расходов на очистку, что, вероятно, до сих пор являлось Вашей главной расходной статьей.

23. Лучшие характеристики жидкотекучести

Вакуум в форме работает на эффект вытягивания воздуха и способствует, таким образом, затягиванию металла в литники без каких-либо изменений в химическом составе

24. Снижение объемов техобслуживания

Все проблемы по техобслуживанию были устранены или сведены к минимуму: смеситель, участок выбивки, дробильная установка для песка, камера пескоструйной очистки или очистительная установка барабанного типа, печи и т.д.

25. Не обязателен опыт работы

Установки могут обслуживаться не квалифицированным персоналом, так как метод формовки легкодоступен в изучении. Это существенное преимущество по сравнению с песчано-глинистой формовкой, а также по сравнению со многими технологиями формовки с применением химических материалов.

26. Снижение стоимости смеси

Это актуально в любом случае, так как потребность в добавлении нового песка очень мата, и песок может использоваться повторно в течение примерно 18 месяцев. Единственные расходы, на которые следует рассчитывать, это расходы на транспортировку и охлаждение песка

27. Улучшение общей обстановки на рабочем месте

28. Более полное улавливание пыли

Сухой, тонкий песок без каких-либо связующих, конечно же. содержит пыль. Поэтому на всех передаточных позициях необходимо предусмотреть установки пылеудаления. При этом пыль засасывается в бункер-накопитель, собирается там, чтобы потом снова быть использованной в системе смесепрнготовления. Это не просто большое преимущество, это поможет сохранять стабильность 1ранулометрического состава песка Сравните это положение с методикой песчано-глинистой формовки, где удаленная пыль и ее утилизация являются дополнительной статьей расхода.

29. Чрезвычайно простая система транспортировки песка с места выбивки

Ни разу не наблюдав за этим процессом самому, трудно поверить, что песок выпадает без какой-либо вибрации. На поверхности более массивных фрагментов отливок может оставаться песок до момента их охлаждения. Его возможно удалить простой затиркой такой поверхности. Если отливки могут охлаждаться, пока цвет поверхности не станет черным, то с уверенностью можно сказать, что к этому времени никакого песка на отливке не останется.

З0 .Искючена деформация опоки

Так как на опоки не подвержены воздействию сил вибрации, давления или иным нагрузкам, уменьшается объем работ по техническому обслуживанию опоки. Литейщики, конечно, знакомы с проблемой переполнения или пролития металла, что затрагивает также и опоки. Может возникнуть новая проблема, если металл или даже раскаленные до красна отливки соприкасаются с решеткой или трубопроводом опоки. Если такое произойдет, потребуется ремонт, иначе песок в больших количествах может попасть в вакуумную систему.

31. Небольшие отливки в больших опоках

Если программа производства требует изготавливать мелкие отливки в больших опоках, Вы можете это спокойно осуществить. Забудьте об соотношении песок-отливка. Купленный однажды, песок может использоваться без каких-либо дополнительных затрат.

32. Снижение затрат на приобретение

Это не обязательное обстоятельство, но, в целом, линия для производства небольшого объема литья по V-процессу может быть смонтирована за более низкую цену, чем линия песчано-глинистой формовки, отчасти потому, что отсутствует смеситель.

33. Уменьшенная мощность вытяжной вентиляции

Имейте ввиду, что во время и после заливки вакуумная система работает как вытяжка дыма, и весь объем вытягиваемого воздуха проходит через звукоизолированный водяной фильтр.

34. Возможно сокращение количества прибылей

Мы предполагаем, что литейщики очень настороженно относятся к отказу от прибылей, которые до сих пор оказывались необходимыми. Однако в V-процессе усматриваются два условия, которые могут заставить над этим задуматься. Во-первых, форма стала стабильнее, таким образом, металл просто застывает в форме из жидкого состояния, а не способствует деформации формы вширь. Во-вторых, прибыли охлаждаются медленнее, чем обуславливается дальнейшее, более длительное их функционирование. Будьте осторожны, прибыли могут быть укорочены, а некоторые из них удалены. При литье стали возможно уменьшение размера каждой прибыли на 5 — 15%.

35. Уменьшение вентилирования стержня

В большинстве случаев, возможно отказаться от вентилирования стержней, так как на краю стержневого знака, там где он соприкасается с металлом, выгорает пленка и освобождает небольшую область находящейся под вакуумом формы. Через нее происходит удаление стержневого газа. Если этого для удаления всех возникающих стержневых газов недостаточно, Вы можете проделать в пленке небольшие отверстия, а именно на противоположной стороне стержневого знака. Таким образом улучшается процесс отвода газа.

36. Отсутствие проблем с формовочной смесью Говорит само за себя.

37. Отсутствие комков в формовочной смеси Г оворит само за себя.

38. Изготовление отливок с нулевым уклоном Легкость производства.

Недостатки

Было бы несправедливо, перечислить только преимущества V-процесса, не упомянув негативных сторон этой технологии. Здесь приведены некоторые недостатки:

1. Необходима лицензия и выплаты за использование технологии.

2. Пластиковая пленка является продуктом нефтехимии, а изделия с применением нефти будут дорожать в цене, однако эти подорожания не будут существенно влиять на общие затратные статьи, так как пленка является относительно небольшой статьей издержек при производстве.

3. Применение новых технологий, например, вакуумной системы и отличной от обычной литниковой системы, которые необходимо изучать.

4. Необходимы изменения конфигурации моделей, даже если они незначительные.

5. V-процесс подходит для производства не всяких отливок. Но ни одна технология формовки не может гарантировать этого.

6. Необходим процесс обучения.

V-процесс является технологией, которая всего лишь несколько десятилетий назад была взята на вооружение литейной промышленностью. И хотя основополагающие знания об этой технологии, собранные путем проведения огромного количества экспериментов и на основе практического опыта например, о пленке, краске и т.д., а также о необходимом машинном оборудовании - в будущем не утеряют своей актуальности, необходимо осознание того, что эта технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Она уже не та, что 20 лет назад. Появились и внедряются абсолютно новые решения, которые выдвигают эту технологию на лидирующие позиции. Поэтому всю актуальную информацию о технике формовки вакуумно-пленочным способом, Вы сможете теперь получать только напрямую связавшись нами

VACAST®
Руководитель.
Гагиев Владимир Юрьевич
Санкт-Петербург. Большая Морская дом 4
тел. +7(812) 7453963
тел. +7 921 7820000 моб.
info@v-process.ru