Машинная формовка

Производство больших серий однотипных отливок способами ручной формовки становилось нерациональным и дорогим. Необходимо было максимально механизировать технологию изготовления форм. В 1851 г. на Всемирной выставке в Лондоне была показана первая формовочная машина для формовки труб. Это время можно считать началом машинного производства отливок. Однако надо отметить, что механизация формовочных работ развивалась очень медленно.

В начале XX в. во многих промышленно развитых странах еще существовали примитивные формовочные машины, на которых формы набивали вручную. В ряде стран начали применять гидравлические прессовые машины. После первой мировой войны появился новый способ изготовления форм встряхиванием, и встряхивающие формовочные машины получают быстрое распространение. В эти же годы для ускорения процессов формовки и заливки форм начали устанавливать литейные конвейеры. Появились первые поточно-механизированные линии, оснащенные встряхивающими машинами с механизированной подачей формовочной смеси; литейные формы уже транспортировали по конвейеру, выбивка форм после заливки была механизирована, установку опок на машину, снятие полуформ с машины и сборку форм осуществляли с помощью грузоподъемных механизмов. Но при всем этом оставалось еще множество ручных операций.

Развитие механизации литейного производства в царской России значительно отставало от уровня промышленно развитых стран Европы и США. Годовая мощность самых крупных литейных цехов не превышала 10 тыс. т литья (современные литейные цеха в нашей стране имеют годовую мощность 100 тыс. т и более отливок).

Процесс автоматизации формовочных работ в нашей стране можно разделить на три этапа. До 1941 г. — период индустриализации, бурный рост промышленности, строительство новых литейных цехов в составе крупных заводов с высокой степенью механизации формовочных работ, создание поточных и конвейерных линий производства отливок. Мощность литейных цехов достигает 100 тыс. т годных отливок в год. В этот же период начинаются интенсивные научные работы по исследованию и созданию новых способов машинного уплотнения литейных форм.

Второй период охватывает 1945—1950 гг., когда наряду с восстановлением народного хозяйства в нашей стране была создана отрасль литейного машиностроения, появились заводы по выпуску формовочных и других литейных машин, были созданы новые способы уплотнения литейных форм, такие, как пескометная формовка, внедрены пескострельные и пескодувные машины для получения литейных форм.

Период развития литейного производства после 1950 г. связан с развитием комплексной механизации и автоматизации технологических процессов производства отливок и в первую очередь с созданием формовочных полуавтоматов и автоматических формовочных линий для серийного и массового производства отливок массой до 300—400 кг. Этот период характеризуется созданием высокопроизводительных формовочных автоматических линий на основе применения комбинированных способов уплотнения формовочной смеси, таких как пескодувно-прессовый, встряхивание с подпрессовкой, дифференцированное прессование многоплунжерной головкой.

Следует особо выделить этап в развитии литейной технологии, начиная с 70-х годов по настоящее время. Эти годы характерны созданием принципиально новых технологических процессов производства литейных форм как для индивидуального, так и для массового получения литья. Подобные процессы — физические методы уплотнения — совершенно не похожи на традиционные способы формовки как по механизму уплотнения, так и по свойствам и составу формовочных смесей. Физические методы получения литейных форм в настоящее время находятся в стадии развития и становления. Можно ожидать, к концу нашего столетия и в начале будущего века они получат широкое применение.

Рассмотрим современные, наиболее распространенные способы получения литейных форм на машинах: прессование и встряхивание.

На рис. 26,а показана схема так называемого верхнего прессования форм. Модельную плиту 1 с укрепленной на ней моделью 2 ставят на стол формовочной машины. На подмодельную плиту устанавливают опоку 3, а на нее — наполнительную рамку 4. После заполнения опоки и наполнительной рамки формовочной смесью поднимают стол машины, и смесь уплотняется. Уплотнения можно достичь также опусканием траверсы 6 с колодкой 5. В том и в другом случае смесь уплотняется на высоту колодки 5. Затем колодка возвращается в  исходное положение, и специальный механизм снимает полуформу с подмодельной плиты.

Рис. 26. Прессовая формовка

На рис. 26,б показана схема нижнего прессования, при котором модель запрессовывается в формовочную смесь. Остальные операции идентичны.

На рис. 27 показан способ уплотнения смеси встряхиванием. Подмодельную плиту 1 с установленной на ней моделью 2 и опокой 3 устанавливают на стол формовочной машины 4 (положение I). Опоку засыпают формовочной смесью. Стол машины поднимается на определенную (30—100 мм) высоту при помощи поршня 5, передвигающегося в цилиндре 6 (положение II), и затем падает вниз вместе с опокой, ударяясь о преграду 7 (положение III), вследствие чего и происходит уплотнение смеси. Для того чтобы уплотнить форму встряхиванием, нужно провести в некоторых случаях до 100 ударов, и хотя время удара составляет долю секунды, способ уплотнения встряхиванием более продолжителен по времени, чем прессование. Специальный механизм снимает готовую полуформу со стола формовочной машины, после чего форма поступает на сборку.

Рис. 27. Формовка встряхиванием

Так как чистого прессования не всегда достаточно для достижения необходимого уплотнения формовочной смеси вокруг модели, а встряхивание не уплотняет верхние слои смеси в опоке, то на практике часто используют машины, на которых формы уплотняются встряхиванием, а затем доуплотняются прессованием. Такой способ уплотнения смеси получил название встряхивания с подпрессовкой.

По степени механизации и автоматизации формовочные машины подразделяются на машины с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы. В первом случае формовщик машинной формовки устанавливает вручную или подъемным механизмом (электроталью, краном) опоку, из бункера засыпает в опоку формовочную смесь и затем последовательно включает механизм уплотнения смеси и извлечения модели  из полуформы. Простановку стержней и сборку формы выполняют либо вручную (в зависимости от габарита опок и их массы), либо с помощью подъемных механизмов. Формы под заливку устанавливают на пол литейного цеха или на непрерывно движущийся конвейер. В данном случае формовщик полностью освобожден от изготовления полуформ.

На полуавтоматах операции подачи опок на формовочную машину, заполнения опоки смесью, уплотнения смеси, извлечения-модели из полуформы происходят в автоматическом цикле. Формовщик участвует лишь в сборке формы. На автоматах все операции изготовления формы, включая сборку полуформы, осуществляются в автоматическом режиме. Формовщик, работающий на автоматах, становится оператором, который следит за правильной работой автомата. В настоящее время даже простановку стержней в форму автоматизируют с помощью применения специальных машин, называемых роботами.

Роботизация формовочных работ — одно из основных направлений автоматизации литейного производства в нашей стране. Роботом называют механизм, имитирующий деятельность человека и способный заменить рабочего. Первые роботы в литейных цехах появились несколько лет назад, их использовали для заливки форм на машинах литья под давлением. В настоящее время роботы придают к формовочным автоматам для сборки форм, простановки стержней, а так-- же различных других операций формовки.

Наряду с опочной формовкой, в последние годы получили применение автоматические линии безопочной формовки. Принципиальная схема такой формовки представлена на рис. 28. Формовочная смесь поступает в бункер 1, из которого она подается сжатым воздухом в рабочий резервуар 2. С одной стороны резервуара находится подвижная модельная плита 4, передвигаемая штоком 3 поршня цилиндра, с другой стороны — поворотная плита 5. Боковые стенки ограничены стенками кассеты. Формовочная смесь уплотняется в результате передвижения модельной плиты 4. После уплотнения формы рамка 6 вместе с поворотной плитой 5 отодвигается, и модель извлекается из полуформы. Модельная плита 5 поднимается вверх. Затем уплотненная полуформа 7 передвигается штоком 3, в результате чего образуется безопочная стопка 8, 9. Шток 3 вместе с подвижной плитой 4 возвращается в исходное положение и извлекается из полуформы. После этого все операции повторяются. Такая формовка применяется для получения мелких и средних отливок (максимальный габарит формы 1000X900X600 мм); производительность автоматических линий безопочной формовки достигает 600 форм в час. Линии безопочной формовки нашли широкое применение в нашей стране и успешно работают на многих заводах.

Рис. 28. Безопочная формовка