Количества машин для изготовления оболочковых стержней весьма незначительно. Объяснить это можно, с одной стороны, использованием обычных стержней, устанавливаемых в гнезда оболочковой формы и, с другой стороны, меньшими требованиями, предъявляемыми к чистоте и точности внутренних поверхностей в отливках. Положительный опыт внедрения оболочковых стержней при литье под низким давлением тонкостенных деталей из легких сплавов и очевидные полученные при этом результаты позволяют более смело проектировать стержневые машины, начиная, конечно, с наиболее простых конструкций.
На фиг. 120 показана достаточно типичная машина для изготовления малогабаритных оболочковых стержней. Одна половинка стержневого ящика 1 укреплена неподвижно к опорному кронштейну 2, а другая половинка 3 может перемещаться по направляющим посредством пневматическою устройства 4. Под стержневым ящиком находится бункер 5, который посредством пневматического устройства 6 может перемещаться в вертикальном направлении. Поворот .всей системы на 180° осуществляется вручную посредством рукоятки 7. Стержневой ящик имеет систему электрообогрева. Недостатком этой и ряда других подобных конструкций является подвижность только одной половинки стержневого ящика, в то время как из другой половинки готовый стержень удаляется с большим трудом или посредством специального толкающего механизма.
Вторым существенным недостатком следует считать разъем стержневого ящика только в одном горизонтальном направлении, тогда как значительное количество стержней для отливок далее средней сложности нуждается в разъеме формообразующих частей ящика по двум, а иногда и трем взаимно перпендикулярным направлениям.
Третьим недостатком является ограниченная технологическая маневренность, при которой формообразующие вставки, удаляемые из стержневого ящика еще до его разъема, можно выполнять только по плоскостям стыка половинок и частично сверху, что в целом ряде случаев является недостаточным. Проект стержневой машины, разработанный автором, показан на фиг. 121. Машина предназначена для изготовления оболочковых стержней диаметром до 350 мм и высотой до 500 мм, конструкция которых допускает створчатый разъем стержневого ядцика, но также может найти применение и для стержней другой конфигурации. На сварной опорной раме 1 имеются подшипники 2, в которых посредством цапф 3 и 4 может поворачиваться чугунный литой стол 5 (отдельно показанные на фиг. 122). Цапфа 4 несет неподвижно закрепленную шестерню 6, входящую в зацепление с зубчатой рейкой механизма поворота 7. К нижней плоскости стола укреплены направляющие параллели 8, выполненные из швеллерного проката и соединенные в нижней части стальным диском 9. По направляющим перемещается цилиндрический бункер 10, сделанный из отрезка тонкостенной бесшовной трубы с приваренными к нему в нижней части днищем 11 и в верхнее части горловиной 12. В нижней части бункера имеется также механизм 13, снабженный шариковым обратным клапанам и предназначенный для подачи в бункер сжатого воздуха в момент его поворота.
Сжатый воздух, оказывая давление на термореактивную смесь, способствует большей ее подвижности и лучшему заполнению глубоких поднутрённых полостей в стержневом ящике. Подъем бункера в верхнее положение (на 40—50 мм) осуществляется пневматической мембраной 14 одностороннего действия, укрепленной на диске 9. Надежная система центровки бункера обеспечивает ему строго вертикальное движение и равномерный поджим к плоскости основания стержневого ящика. На столе 5 установлены колонки 15, несущие двухсторонний мембранный механизм 16, предназначенный для перемещения в вертикальном направлении формообразующей части стержневого ящика. Одновременно одна из колонн служит осью для створок корпуса стержневого ящика, а другая является ограничителем движения и принимает на себя усилие, возникающее при перевертывании.
Конструкцию шарнирного соединения половинок стержневого ящика лучше делать такой, которая позволила бы избежать демонтажа верхнего мембранного механизма при замене стержневого ящика. Одна из возможных конструкций с применением подвижной разрезной втулки показана на фиг. 123. На столе также имеется конический выступ 17, препятствующий стержневому ящику смещаться в осевом направлении при его опрокидывании. Подача сжатого воздуха к верхнему мембранному устройству производится через каналы, просверленные в колонках, а к нижнему посредством гибкого дюритового шланга. Поворот всей системы, состоящей из стола, бункера и стержневого ящика, выполняется при помощи пневматического механизма 7, конструкции инж. Сабельникова В. М., отдельно показанного на фиг. 124.
Механизм состоит из двух цилиндров 1 и 2, поршни которых соединены между собой зубчатой рейкой 3, входящей в зацепление с шестерней, укрепленной на цапфе поворотного стола.
Полость А цилиндра 2 заполнена веретенным маслам, которое при перемещении поршня в левое положение будет вытесняться в другой цилиндр через зазоры в зубчатом зацеплении, а также через перепускной канал Б, сечение которого может изменяться посредством винтового штифта 4.
Такая система, во-первых, обеспечивает плавность поворота и, во-вторых, замедляет движение поршней в начале и в конце их хода. Следовательно, в начальный момент поворот системы происходит замедленно, затем, когда масло начинает проходить через зазоры в зацеплении, несколько ускоряется, и, наконец, опять замедляется. Величину замедления можно регулировать поворотом штифта 4. Качество оболочкового стержня в значительной степени зависит от скорости заполнения стержневого ящика термореактивной смесью. При очень быстром заполнении может случиться захват воздуха под горизонтально расположенными ребрами и в углубленных карманах, которые почти всегда имеются в стержневых ящиках. При очень медленном заполнении частицы песка не будут oбладать должным ускорением, что также отрицательно скажется на формообразовании стержня и на четкости его переходов. В каждом отдельном случае оптимальная скорость заполнения стержневого ящика устанавливается опытным путем в процессе технологического освоения.
Работа машины. При переводе рукоятки воздухораспределительного крана 18 (фиг. 121) в первое положение сжатый воздух поступает в нижнее и верхнее мембранные устройства, поджимая бункер и формообразующую часть к корпусу стержневого ящика. При дальнейшем перемещении рукоятки во второе положение осуществляется поворот всей системы на 180° и одновременно включается подача в бункер сжатого воздуха. После технологической выдержки рукоятка переводится в третье положение, стол с ящиком и бункером поворачиваются обратно на 180° и начинается процесс полимеризации. После затвердевания оболочки рукоятка воздухораспределителя переводится в четвертое, последнее положение, при котором происходит подъем верхней формообразующей части и опускание бункера. Половинки стержневого ящика разнимаются вручную, и готовый оболочковый стержень удаляется за пределы машины. Все операции, кроме разъема половинок стержневого ящика, могут быть легко автоматизированы, для чего воздухораспределительный кран надлежит заменить блоком, состоящим из двух портативных реле времени и проходных электромагнитных пнезмоклапанов. Начало рабочего цикла в автоматизированном варианте будет осуществляться нажимом кнопки магнитного пускателя, замыкающего цепь питания через промежуточное реле.
Ручной разъем стержневого ящика, если ящик не очень тяжелый, не представляет значительных затруднений и не отнимает много времени. В то же время ручной разъем облегчает всесторонний доступ к стержневому ящику и существенно повышает технологическую маневренность в части расположения и количества отъемных частей, устройства толкателей, крепления холодильников и нанесения разделительной эмульсии на рабочие поверхности.
Стержневой ящик. К горловине подвижного бункера 1 (фиг. 125) укрепляют фланец 11, сделанный из теплоизоляционного материала. Фланец своей конической поверхностью входит в центрующий кольцевой выступ 3, неподвижно укрепленный на поворотном столе 2 стержневой машины. Выступ 3, кроме основного назначения — центровки подвижных половинок стержневого ящика 4, является формообразующим элементом, оформляющим в оболочковом стержне поверхности А, предназначенные для стыковки стержня с другим стержнем или для установки дисковой заглушки, предохраняющей стержень от проникновения в него жидкого сплава. Корпус стержневого ящика состоит из двух половинок, в которых укрепляются формообразующие вставки 13 и устанавливаются металлические холодильники 14.
Для удобства перемещения створчатых половинок ящика имеются рукоятки 5. Вставка 10 сделана в целях повышения механической прочности и большей износоустойчивости фланца стержневого ящика, который претерпевает значительное усилие при перевертывании его в нижнее положение.
Формообразующая часть 6 укрепляется к фланцу 7, верхнего мембранного механизма машины и оформляет собой конический знак стержня, рассекатель и литниковую систему, состоящую из коллектора и металлоподводящих каналов.
Обогрев стержневого ящика, верхней формообразующей части и фиксирующего выступа 3 производится трубчатыми электронагревателями (ТЭН) 8 и 9, которые укладываются в специальные пазы.
Нагреватели для обогрева створчатых корпусов установлены в приливах 12, выполненных по окружности створок.
Общая мощность всех электронагревателей, обеспечивающая температуру нагрева рабочих поверхностей в пределах от 300 до 350° и зависящая от размера ящика, колеблется от 6 до 8 кат.
Удаление воздуха из полости стержневого ящика происходит через зазоры в стыках его частей и через специальные воздухоотводные каналы (венты), выполняемые в наиболее отдаленных и наиболее глубоких полостях.
Для лучшего использования тепла и более равномерного распределения его по рабочей поверхности ящика подвижные половинки его следует снабдить теплоизолирующей рубашкой из листового асбеста, укрепляемого на металлическом кожухе.
Необходимо иметь в виду, что при нагреве стержневого ящика до указанной выше температуры возможно коробление его и искажение профиля рабочей полости.
Поэтому, конструируя ящик, нужно обращать особое внимание на равномерность его сечений, на правильное расположение, количество и размеры ребер жесткости, на отсутствие местных перегревов и на режим термической обработки литых заготовок.
В настоящее время еще нет единого мнения о материале для изготовления стержневого ящика, однако большее предпочтение, по-видимому, будет уделено чугуну как материалу, более хорошо воспринимающему тепловые нагрузки и менее склонному к деформации. Для облегчения разъема и оборки основных половинок стержневого ящика также целесообразно применение опор на шарикоподшипниках.
При конструировании ящика следует учитывать величину теплового расширения его материала.