Пример роторно-конвейерной линии для изготовления пенополистирольных моделей в литейном производстве

Рост производительности литейного производства при серийном выпуске отливок способны обеспечить роторно-конвейерные линии (РКЛ), принцип и ряд примеров которых для машиностроения создал академик Л. М. Кошкин [1]. Ранее реализация оборудования типа РКЛ в литейном производстве не имела успеха потому, что использование этих комплексов нуждается в принципиально новых технологических процессах песчаной формовки и изготовления моделей. Эти принципы построения РКЛ сочетают:

- высокую скорость перемещения формообразующей оснастки и большую плотность потока перемещения моделей, форм, отливок с малым временем формообразования изделия (разовой модели, песчаной формы, а также затвердевания и охлаждения отливки) при минимальной ширине потока перемещения предметов (форм, отливок).

Анализ таких условий реализации скоростных технологий для РКЛ показал, что ими обладает способы литья по газифицируемым моделям (ЛГМ), в частности, со встроенными в них процессами заполнения формы расплавом металла и кристаллизации отливок под избыточным регулируемым давлением [2], а также с ускоренным конвективным охлаждением отливок [3]. Эти процессы созданы в Физико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины [4].

Применение принципов построения РКЛ для ЛГМ-процесса в совокупном, комплексном использовании научно-технологического опыта и конструкторских решений позволит увеличить производительность, уменьшить операционные запасы материалов, сократить цеховые площади, а также энергоемкость, трудоемкость, себестоимость литья и капитальные затраты с ускорением их окупаемости. Одновременно это соответствует тренду и возможностям получения литых конструкций со снижением их массы по сравнением с современной продукцией Украины и стран СНГ примерно в 1,5 раза, а по сравнению с Западной Европой - в 1,3 раза, что, соответственно, ведет к сокращению энергоносителей, шихтовых материалов, трудоемкости производства отливок в 1,5-2,0 раза.

Обзор патентной информации о конструкциях линий изготовления литейных форм, как ближайших «конкурентов» РКЛ, с целью оптимизации концепции их проектирования показал следующее. Например, формовочная линия (а. с. СРСР №1131588А) включает один автомат для изготовления нижних и верхних полуформ с механизмами установки и выбивки форм. Она имеет технологический и транспортный конвейеры для верхних и нижних полуформ с двумя параллельными ветвями. Технологические возможности такой линии обусловлены совмещением технологических операций изготовления полуформ одним автоматом, удаления и составления полуформ на одной позиции, что снижает ее эксплуатационную надежность.

Рассмотрена также автоматическая линия безопочной формовки (а. с. СССР №651887) с двумя последовательно расположенными формовочными автоматами, а также транспортным конвейером, двумя устройствами для перестановки и кантования полуформ в виде приводной решетки, на которой установлена ​​рамка с приводом ее вращения. К недостаткам этой линии можно отнести конструктивную сложность, низкую надежность и долговечность приводной каретки, на которой установлена ​​рамка с приводом ее вращения, что приведет к ее заклиниванию и остановкам в работе и снизит надежность и производительность всей линии.

При выборе аналогов по технической сущности приметна автоматическая РКЛ преимущественно для изготовления парафино-стеариновых выплавляемых моделей (а. с. СССР №1603612А1), содержащая два перегрузочных роторных автомата, размещенных между встречными ветвями конвейеров, в которых количество мест крепления пресс-форм кратное количеству перегрузочных роторных автоматов. Роторные автоматы и конвейеры объединены в технологический поток, что отвечает сути РКЛ, но эти автоматы  конструктивно сложны, крепление пресс-форм к кронштейнам конвейеров приведет к остановкам в работе и снижению производительности. Отсутствие в этой РКЛ ряда устройств для обработки исходного полистирола (ППС), роторного автомата и другого оборудования для получения пенополистирольных моделей значительно снижает производительность и технологические возможности использования линии для получении качественных газифицируемых моделей для ЛГМ-процесса, а также повышает удельные расходы материалов, энергоресурсов, ухудшает условия труда.

В основу описанной концептуальной конструкции авторами [5] положена задача создать РКЛ для изготовления газифицируемых моделей, в дальнейшем «линия», путем оснащения ее последовательно расположенными устройством предварительного рассева исходного полистирола, пневмотранспортным элеватором, дозировочной установкой для подвспенивания полистирола, роторным автоматом и другими устройствами для получения кустов пенополистирольных моделей,  чтобы расширить технологические возможности линии. Такая линия схематически показана на рис. 1.

Рис.1. РКЛ для получения пенополистирольных моделей [5].

Линия обеспечивает технологический поток и состоит из последовательно расположенного следующего оборудования: устройства предварительного рассева гранул полистирола 1, пневмотранспортного элеватора 2, дозировочной установки для подвспенивания прошедших рассев гранул 3, расположенной под установкой роторного автомата 4 для получения пенополистирольных моделей, оснащенного устройством 5 для задувки пенополистирола  в разъемные пресс-формы 6, закрепленные на подвижных плитах 7. Также имеется устройство 8 для спекания ППС в пресс-формах и устройство 9 для охлаждения разъемных пресс-форм 6 с полученными пеномоделями 10. Подвижные плиты 7 расположены в кольцевых камерах туннельного типа 11. По касательной к автомату расположен конвейер выдержки пенополистирольных моделей 12, конвейер сборки кустов таких моделей 13, конвейер покраски кустов моделей 14, конвейер сушки кустов моделей 15 и транспортный конвейер 16 готовых кустов 17 газифицируемых моделей.

РКЛ оснащена приводной станцией 18 и работает следующим образом. Исходный материал - гранулированный полистирол после прохождения через устройство предварительного рассева 1 приобретает необходимый гранулометрический состав и пневмотранспортным элеватором 2 подаётся в дозирующую установку  подвспенивания гранул полистирола. Подвспенный подготовленный ППС подается в расположенный под установкой 3 роторный автомат 4 для получения пенополистирольных моделей. В этом автомате устройством для задувки 5 выполняется задувание ППС в разъемные пресс-формы 6, закрепленные на подвижных плитах 7.

Устройством для спекания пенополистирола 8 выполняется спекание задутого в пресс-формы ППС, а устройством 9 - охлаждение разъемных пресс-форм 6 с пеномоделями. Охлажденные пеномодели 10 извлекаются из разъемных пресс-форм 6 и подаются на конвейер для выдержки этих моделей 12. На конвейере 13 выполняется сборка пенополистирольных моделей в кусты, а на конвейере 14 выполняется покраска кустов таких моделей. На конвейере 15 кусты пенополистирольных моделей сушат и транспортным конвейером 16 подают готовые кусты газифицируемых моделей по назначению. Движение и синхронная работа всех составляющих частей линии обеспечивается приводной станцией 18.

Типовые примеры моделей и отливок, получение которых возможно при эксплуатации такой линии, показаны на рис. 2 из последней практики ЛГМ-процесса и разработок отдела физико-химии литейных процессов под руководством проф. Шинского О. И. Для экономии места фотографии изображены методом коллажа.

 Рис. 2. Примеры моделей и отливок, получение которых возможно при эксплуатации РКЛ.

Предложенная схема РКЛ имеет такие преимущества по сравнению с аналогами - расширенные технологические возможности линии в обеспечении гарантированного равномерного гранулометрического состава исходного материала ППС, необходимая дозированная подача подвспененного материала внутрь пресс-формы, спекание, охлаждение пенополистирольных моделей и их подача на конвейер для выдержки, составления, окрашивания, сушки, транспортировки готовых кустов газифицируемых моделей.

Повышенные надежность и производительность линии достигается за счет: - оснащения роторного автомата для получения пенополистирольных моделей устройствами для задувки, спекания ППС и охлаждения разъемных пресс-форм с пеномоделями в виде подвижных плит с разъемными пресс-формами, расположенными в кольцевых камерах туннельного типа; - оснащения линии одной приводной станцией. При этом все составные части линии, устройства, элементы кинематически связаны между собой и равномерно движутся без остановок в работе, а также все технологические операции выполняются не в статическом состоянии механизмов и систем, а при их равномерном непрерывном движении в автоматическом режиме. Расширение технологических возможностей линии, повышение ее надежности и производительности приведет к росту качества изготовления газифицируемых моделей, расчетному сокращению удельных расходов материалов и энергоресурсов на 12-14 %, по сравнению с действующими участками ЛГМ, а также к улучшению условий труда [5].

Литература

1. Кошкин Л. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии: 3-е изд. перераб. и доп. М. Машиностроение, 1991. 400 с.
2. Дорошенко В.С. Литье по газифицируемым моделям с кристаллизацией металла под давлением // Литейное производство. – 2016. – № 1. – С. 25-28.
3. Шинский О. И., Дорошенко В. С., Кравченко В. П. Интенсификация теплообмена отливки с дисперсным наполнителем литейной формы при применении хладагента и вынужденной конвекции // Процессы литья – 2009. – № 5 – С. 74-82.
4. Дорошенко В. С., Калюжный П. Б. Технологические принципы создания скоростных процессов литья в вакуумируемые формы для роторно-конвейерных комплексов // Процессы литья. – 2018. - № 3. – С. 23 - 34.
5. Патент Украины 43781, МПК B22C 7/00, B22C 11/00. Роторно-конвейерная линия для изготовлення газифицируемых моделей / И. О. Шинский, О. И. Шинский, П. Н. Каричковский и др. – Опубл. 25.08.2009, Бюл. № 16.

Сведения об авторах

Дорошенко Владимир Степанович, канд. техн. наук, с. н. с., старший научный сотрудник отдела физико-химии литейных процессов Физико-технологического института металлов и сплавов НАН Украины, просп. Вернадского, 34/1, Киев, 03142, Украина, doro55v@gmail.com, тел. +380661457832

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №1  (221) 2019 г.