Литейная установка ЛНД-1 (низкого давления, первая модель) предназначена для производства отливок цилиндрической или другой симметричной формы из алюминиевых и магниевых сплавов. Конструкция установки допускает также выполнение отливок панельного типа и отливок, состоящих из двух панелей с внутренним конструктивным набором. Лицевая, наружная поверхность отливаемых деталей оформляется разъемными металлическими матрицами с электрообогревом, а внутренние полости в отливках — песчаными стержнями разового действия (сухими, сырыми и оболочковыми). Возможно применение и металлических стержней, однако этот вариант надлежит в каждом отдельном случае тщательно взвесить, учитывая, что кристаллизация тонкостенных отливок протекает очень быстро и в случае несвоевременного удаления стержня в материале отливки возникают напряжения, деформирующие ее и вызывающие появление трещин. Механизмы установки ЛНД-1 автоматизируют процесс подачи сплава в полость литейной формы в соответствии с заданным режимом скоростей, регулируют тепловые параметры, обепечивают технологическую выдержку, необходимую для затвердевания сплава в форме, сбрасывают давление в тигле после окончания выдержки, механизируют операции при разъеме и сборке металлических матриц, а также облегчают удаление полученной отливки.
Установка ЛНД-1, как и всякая другая литейная машина, имеет свои возможности как в отношении веса, так и в отношении габаритных размеров отливаемых на ней деталей. В частности, размеры отливок не должны превышать следующих значений:
а) отливки объемного типа наружным диаметром не выше 500 мм и высотой до 1000 мм,
б) отливки панельного типа размером по длине не выше 1100 мм, а по высоте не более 500—600 мм.
Габаритные размеры цилиндрических матриц, зависящие от размеров отливаемых деталей, также имеют размерные ограничения:
а) для отливок объемного типа длина матриц по плоскости разъема не более 700 мм, ширина матриц (обеих .половинок) также 700 мм и высота их (включая и высоту тормозящего фильтра) 1100 мм.
Основная плита, по которой перемещаются подвижные матрицы, имеет длину 1200 мм, ширину 700 мм и высоту 100 мм;
б) для отливок панельного типа длина матриц по плоскости разъема 1200 мм, ширина обеих половинок 350 мм и высота 650 мм.
Основная плита имеет те же размеры, что и при отливке объемных деталей.
Производительность установки ЛНД-1 15 отливок в час при условии бесперебойной подачи песчаных стержней на рабочее место. Стержни должны быть окончательно подготовлены и не требовать дополнительных операций.
Конструкция установки ЛНД-1
Чертеж общего вида литейной установки показан на фиг. 114. В правой части чертежа (фиг. 114, а) дан продольный разрез установки, а в левой — фронтальный вид с частичным разрезом по оси симметрии тигля.
На фиг. 114,б в левой части чертежа показан вид установки в плане, а в правой части — разрез ее в горизонтальной плоскости.
Основные конструктивные узлы установки: 1 — каркас; 2 — печь сопротивления; 3 — тигель с герметически закрывающейся крышкой и с металлопроводами; 4 — механизм для разъема и сборки металлических матриц; 5 — поворотный подъемник; 6 — ресивер для газовой среды; 7 — влагоотделигель; 8 — пульт управления установкой; 9 — щитки ограждения; 10 — силовой, понижающий трансформатор.
Каркас 1 служит основной базой, на которой крепятся все узлы установки. Выполнен каркас из двух сварных рам, верхней и нижней, соединенных между собой вертикальными стойками из швеллерного проката. Внутренняя часть каркаса, обшитая стальными листами, служит кожухом для нагревательной печи, а внешняя обшивка имеет смотровые дверки и вентиляционные жалюзи. На верхней раме каркаса, над печью, укреплена чугунная литая плита 11 с отверстием, через которое проходит тигель, в свою очередь, соединенный с плитой фланцевыми болтами.
Печь сопротивления 2 футерована ультралегковеcным и обычным шамотным кирпичом, причем кладка изолируется от кожуха печи прокладкой из листового асбеста. Внутреннее пространство прямоугольной футеровки печи имеет длину 1760 мм, ширину 1440 мм и высоту 950 мм. Спирали печи в количестве 6 шт. (по две спирали на фазу) изготовлены из нихромовой проволоки диаметром 6 мм. При напряжении тока 380 в спирали развивают мощность около 50 квт, обеспечивающую разогрев печи от начальной температуры до рабочей в течение 5 час.
Тигель с крышкой 3 выполнен из легированного чугуна, имеет овальную форму с размерами внутренней полости 660Х300 мм и высоту 700 мм. Для лучшей теплоизоляции крышка футерована зонолитом с заливкой короксом. Герметизация фланцевого соединения обеспечивается асбестовой прокладкой, помещаемой в пазы, имеющиеся на фланце тигля. Крышка тигля соединяется с его фланцем при помощи анкерных болтов, заводимых в прорези и равномерно затягиваемых в перекрестном направлении.
Полезная емкость тигля при заполнении его алюминиевым сплавом 200 кг, а при магниевом сплаве 150 кг. В отверстия крышки, снабженные резьбой, устанавливаются три отъемных металлопровода 12, сделанных из стальных, бесшовных, алитированных труб. Головки металлопроводов снабжены заглушками, которые применяются при опрессовке тигля и при настройке приборов автоматики на необходимое давление газовой среды, после чего они удаляются.
Для контроля за тепловым режимом печи и для регулирования его в стенку тигля установлена термопара, соединенная с прибором, показания которого корректируются по таблице, вносящей поправку на разницу температуры между стенкой тигля и находящимся в нем жидком сплавом. Если используются одновременно не все три металлопровода, то лишние вынимания, а отверстия для них в крышке тигля закрываются резьбовыми заглушками с асбестовыми прокладками для герметизации. Правильное взаимное положение плиты литейной формы по отношению к фланцу тигля обеспечивается установочными шпонками 13 и болтами 14 и 15. Совмещение литниковой втулки, имеющейся р. плите кокиля, с головкой металлопровода показано на фиг. 115. Между торцом втулки 1 и опорной поверхностью головки 2 помещается асбестовая уплотнительная прокладка 3. Убедившись, что литниковые втулки входят в углубления головок металлопроводов и зазоры между ними отсутствуют, производят затяжку шпилек 4. Такой способ крепления продиктован необходимостью, так как при свободной посадке плиты и при недостаточно внимательной сборке были случаи прорыва жидкого сплава через зазор между литниковой втулкой и головкой металлопровода.
Механизм разъема и сборки матриц 4 (см. фиг. 114) состоит из двух пневматических цилиндров с внутренним диаметром 1800 мм и ходом поршня 260 мм. Штоки цилиндров шарнирно соединены с кулисным механизмом 16, обеспечивающим поворот каждой половинки матриц на угол 40° по отношению к продольной оси установки. Рычаги кулисного механизма имеют муфты 17, посредством которых можно регулировать величину угла разворота матриц. Специальное буферное устройство, имеющееся в цилиндре, позволяет замедлять движение поршня в начале и в конце рабочего хода, что существенно, так как устраняется удар матриц по ограничителям.
Усилие, развиваемое цилиндром и приложенное к матрице в начале рабочего хода, равно 580 кГ (при давлении в сети 5 ат).
Поворотный подъемник 5 (см. фиг. 114) предназначен для установки металлических матриц, песчаных стержней и для удаления отливок. Подъемник имеет сварную стойку, пята которой крепится болтами к каркасу установки. Стойка служит осью, вокруг которой может вращаться колонна с приваренной стрелой, на которой установлен стандартный тельфер грузоподъемностью 0,75 т. Колонна вращается на подшипниках качения и снабжена убирающейся рукояткой для облегчения поворота.
Ресивер газовой среды 6 (см. фиг. 114) представляет собой сварной резервуар цилиндрической формы диаметром 690 мм длиной 960 мм. В нижней части ресивера имеется патрубок с пробкой для слива конденсируемой влаги. Наибольшее допускаемое давление в ресивере 1 .
Влагоотделитель 7 (см. фиг. 114) сделан из газовой трубы с приваренным днищем и фланцевой крышкой. Полость трубы заполняется силикагелем, который для удобства замены насыпается в сетку, укрепленную на подвижном каркасе. Влагоотделители работают поочередно, что позволяет перезаряжать их, не нарушая работы установки.
Пульт управления 8 (см. фиг. 114) выполнен на сварном каркасе с листовой обшивкой, несущем следующую аппаратуру:
а) программный автоматический регулятор давления с контрольными манометрами;
б) пакетный выключатель напряжения питающей сети;
в) потенциометры, регулирующие температуру нагрева тигля и матрицы;
г) реле времени, управляющие длительностью технологических пауз;
д) сигнальные лампочки системы блокировки и электрических датчиков;
е) электроаппаратура промежуточные реле, трансформаторы, магнитные контакторы, плавкие предохранители и пр.
Установка ЛНД-1 (см. фиг. 114) укомплектована дополнительным агрегатным узлом (фиг. 116), предназначенным для механизации разъема и сборки металлических матриц, применяемых для получения отливок панельного типа. Механизм состоит из пневматического цилиндра внутренним диаметром 180 мм и ходом поршня 440 мм.
Цилиндр 1 посредством кронштейна 2 крепится к задней верхней балке каркаса 3. Усилие на штоке цилиндра при давлении в сети 5 ат равно 1200 кГ. Литейная форма для получения деталей панельного типа обычно выполняется в виде плиты и двух матриц, одна из которых 4 неподвижна и жестко укреплена на плите, а другая 5 может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на угол 40—50°.
Шток цилиндра шарнирно соединяется с верхней частью подвижной матрицы, как это показано на фиг. 116.
Возможны случаи, когда ширина литниковой системы, выполненной в неподвижной плите литейной формы, будет большей, чем расстояние между матрицами в раскрытом положении. Удаление отливки движением снизу вверх при этом невозможно, так как более широкий коллектор не пройдет через более узкий раствор матриц. Выходом из этого положения является конструкция, показанная на фиг. 117. Подвижная матрица 1 соединяется с плитой 2 не обыкновенным петлевидным шарниром, а через двухсторонние промежуточные серьги 3, нижний конец которых имеет шарнирное соединение с плитой, а верхний — жесткое с матрицей. В начальный момент разъема подвижная матрица приподнимется вверх, освобождая литниковую систему, а при дальнейшем движении опишет дугу окружности и займет положение, показанное тонкой линией. Такой конструктивный вариант позволяет раскрывать матрицы на значительно большую величину, определяемую расстоянием S и облегчает простановку стержней, а также и удаление отливок.
Если высота матриц при отливке корпусных деталей превышает 600—700 мм, то между механизмом разъема и опорной рамой каркаса устанавливается промежуточный постамент 1 (фиг. 118) высотой 200 мм, что позволяет совместить точку приложения усилия, развиваемого цилиндром, с центром сопротивления матрицы.
Пути усовершенствования установки
Возможное в дальнейшем усовершенствование литейной установки должно идти по пути увеличения емкости тигля, замены малоэффективных спиралей электрообогрева на индукционный с применением токов промышленной частоты и, что очень важно, соединения тигля установки с плавильным агрегатом посредством обогреваемого металлопровода с автоматической дозировкой подачи жидкого сплава. При этом отпадает необходимость периодического пополнения тигля установки, что еще больше повысит качество литых деталей.
Применение гидравлического привода для управления механизмом разъема матриц позволит значительно увеличить его мощность, обеспечить плавность движения и уменьшить размеры.
Очень существенно, если сжатый воздух или инертный газ, поступающий из распределительной системы в тигель литейной установки, предварительно подогреть до температуры 300—400°.
При этом устраняется или принимает незначительную величину повышение давления в тигле, наблюдаемое после перекрывания газоподводящей магистрали и получающееся вследствие расширения газа, находящегося в нагретом и герметически закрытом сосуде.
Настройка системы автоматического управления на реальную величину давления газовой среды при этом существенно упрощается. Предварительный нагрев газовой среды позволяет также освободиться от влаги, которая конденсируется в системе трубопроводов и, увлекаемая в тигель, может быть источником неприятностей, особенно при работе с магниевыми сплавами. Конструктивно подогреватель воздуха можно выполнить в виде спирали из двух-трех витков бесшовной трубы, установленной под фланцем тигля в зоне высокой температуры.
К числу возможных усовершенствований литейной установки, направленных на улучшение ее технологических параметров и условий эксплуатации, следует отнести также и изменение конструкции металлоприемного устройства. Существующие конструкции, в которых тигель и крышка образуют герме-тично закрытый резервуар, имеют ряд недостатков, к числу которых следует отнести.
1. Одностороннее избыточное давление на стенки разогретого тигля, вынуждающее применять толстостенные литые тигли, обладающие, как известно, высокой тепловой инерцией и требующие значительно большего времени для первоначального разогрева до рабочей температуры. Превышение величины рабочего давления свыше 0,7 , в свою очередь, требует соблюдения специальных правил эксплуатации тигля, предъявляемых инспекцией Котлонадзора. Вполне очевидно, что применение литых тиглей с механически обработанными фланцами и плотной структурой материала, определяемой требованиями Котлонадзора, будет экономически невыгодным по сравнению с тонкостенными сварными тиглями.
2. Повышенная опасность в случае прогорания тигля с односторонним избыточным давлением, так как в этом случае струя жидкого сплава может устремиться на элементы обогревающей системы, находящиеся под высоким напряжением, вызвать короткое замыкание, а в случае некачественного заземления металлических конструкций и к более тяжелым последствиям.
3. Затрудненная замена тиглей при переходе с алюминиевого сплава на магниевый или при замене тигля в случае износа.
Лучшим, хотя и более сложным, конструктивным решением будет установка тигля в независимую, обогреваемую герметичную камеру, как это показано на фиг. 119, а, где: 1 — тонкостенный сварной тигель, 2 — нагревательные элементы, 3 — футеровка, 4 — герметичная камера, 5 — фланец герметизации, 6 — крышка камеры герметизации, 7 — теплоизоляция, 8 — внешний кожух, 9 — газоподогреватель.
При этой конструкции внутреннее и внешнее давление на стенки тигля уравновешено, а сам тигель не находится в зависимости от системы герметизации, следовательно, и недостатки, о которых упоминалось выше, будут отсутствовать.
К числу конструктивных недостатков, допускающих усовершенствование, следует отнести также и болтовое крепление крышки и фланца тигля. В конце смены из тигля удаляются остатки сплава и очищается его внутренняя поверхность. Отвинчивание и завинчивание многочисленных накидных болтов является трудоемкой и утомительной операцией. В случае недостаточной герметизации для выявления и устранения дефекта все болты приходится вноеь развинчивать.
В одном из Ленинградских научно-исследовательских институтов для герметизации вакуумной камеры диаметром около 1,5 м был применен быстродействующий затвор байонетного типа. Схема этого затвора применительно к камере герметизации показана на фиг. 119,б.
Фланец 1 герметичной камеры 2 несет подвижное разъемное кольцо 3. Верхняя полка кольца, имеющего П-образное сечение,образует выступы 4. Откидная на шарнире крышка 5 снабжена такими же выступами 6. При повороте кольца по направлению стрелки выступы на кольце и крышке совместятся, а так как плоскость их совмещения имеет уклон, показанный на сечении А—А, произойдет натяг, обеспечивающий равномерный и плотный прижим крышки к фланцу камеры. Поворот кольца на необходимый угол может осуществляться при помощи гидравлического цилиндра с электромагнитным пилотом и кнопочным управлением. Шарнирное соединение крышки с камерой можно выполнить по схеме, показанной на фиг. 119, в. При этом исключается вывинчивание металлопровода для очистки, так как горизонтальное положение его очень удобно как для очистки, так и для нанесения изолирующего покрытия.
В заключение следует обратить внимание еще на одно возможное конструктивное усовершенствование.
В случае невнимательной установки литейной формы, в зазор между литниковой втулкой и головкой металлопровода проникал жидкий стлав, что затрудняло очистку. Герметизация головки металлопровода в крышке тигля, осуществляемая прокладкой из асбеста, в этой конструкции не отличалась надежностью. При установке металлопровода прокладка часто деформировалась в результате трения между ней и вращающейся головкой. Конструктивный вариант, устраняющий отмеченные недостатки, показан на фиг. 119, г.
Головка металлопровода 1, являющаяся одновременно и литниковой втулкой, снабжена выступающим конусом, на котором центрируется плита 2 литейной формы. Укрепление металлозавода в крышке камеры герметизации достигается прижимным кольцом 3, которое в целях более легкого удаления снабжено конусом и отжимными болтами 4. Подача инертного газа, предохраняющего магниевый оплав от окисления и загорания, производится не в трубу металлопровода, а в выступающий конус, что существенно облегчает очистку щелевидных прорезей 5, через которые поступает газ с небольшим избыточным давлением (5—10 мм рт. ст.).
Ценным преимуществом будет также меньшая теплоемкость и теплопроводность головки металлопровода при выполнении соединения по указанному варианту.