Вспомним забытые технологии: об изготовлении крупных отливок в блочных формах и использование специальных жакетов для изготовления блоков

Очень важным и ответственным компонентом литейной оснастки является опока. Как правило, это стальная отливка или отливка из ВПЧ довольно сложной конструкции, стенки которой оснащены вентиляционными отверстиями, называемыми вентами.

Нижняя плоскость в собранном положении (формы) называется ладом, верхняя, оснащенная специальной несущей шпоной решеткой – контрладом.

Главная функция опоки – удержание формовочной смеси при изготовлении формы, транспортировании краном или на конвейере незалитой или залитой металлом формы. Шпоны – это крестообразные ребра, заглубленные внутрь контрлада, главная функция которых – удержание формовочной смеси и заключенной в полости формы отливки от преждевременного разрушения и обвала.

Как правило, литейная форма изготавливается в опоках. Однако существует традиционная, хорощо зарекомендованная себя технология безопочной формовки, используемая в крупносерийном и массовом производстве для изготовления мелких отливок (чугунных, сальных, из цветных сплавов – не имеет значения). Безопочное изготовление отливок осуществляется в сочетании с конвейерным транспортированием форм. Заливка форм металлом производится также на конвейере.

Однако предметом нашей настоящей публикации является изготовление крупных отливок в блочных формах. Эта разновидность литейной технологии является также безопочной.

Форма собирается из отдельных фрагментов (блоков), изготавливаемых в специальных жакетах, составными частями которых являются элементы модельных плит. Когда эти элементы собираются вместе. Внутри образуется полость, в которой при заливке и остывании металла образуется отливка. Подробнее о жакетах будет сообщено ниже.

При необходимости образующие контуры отливки поверхности окрашиваются водными или быстросохнущими красками. Обычно блоки изготавливаются из очень прочных при затвердевании жидкостекольных смесей с отверждением углекислым газом или по одному из вариантов фурановых или феноло-формальдегидных ХТС.

Во избежание смещения блоков во время или после заливки (это является аварийной ситуацией и отливка полностью забраковывается) собранная из блоков литейная форма подпирается со сторон металлическими или бетонными блоками.

При нагревании жидкостекольной смеси сверх 800°С она размягчается и частично теряет свою прочность. ХТС при ее нагревании выше 600°С также разупрочняется, но благодаря подпору жидким или затвердевающим металлом разрушение формы не происходит. С наружной стороны прогретая форма из ХТС подпирается еще не прогретой и поэтому еще достаточно прочной частью смеси, образующей блок.

Сборка и заливка блочных форм производится в специальных литейных ямах, называемых кессонами (от французского слова caisson – ящик).

Габариты кессонов, например на Брянском машзаводе, 4,5х3х2 м. Дно кессона железобетонное толщиной 250-350 мм, с гидроизоляцией на случай прорыва формы и вытекания из нее металла с возможной катастрофической аварией.

На ДЗМО (нынешнее название ДЗМО – «Днепротяжмаш») дно и стенки кессона бетонированы и дополнительно облицованы металлическим листом.

Кессоны используются по следующим соображениям:

- в случае сдвига блоков и прорыва металла из полости формы при помощи кессона локализуется авария;

- в некоторых случаях в связи с большими габаритными размерами блочной формы при ее сборке на уровне литейного пола может быть недостаточно выработки крана по высоте, чтобы осуществить все работы по сборке и заливке блочной форсы.

Толщины стенок блоков выбираются из соображения, чтобы наружные части блоков не прогревались до критических температур ( оптимумом является температура не более 200-300°С), когда наружные части отливки затвердевают, что исключает прорыв незастывшего металла из блочной формы.

Технологическими наработками на сей счет располагает харьковский «Турбоатом», практикующий изготовление крупных стальных отливок единичной массой в несколько тонн из блоков. Материалом для изготовления блоков является фурановая смесь.

 Вполне определенный и существенный интерес представляет технология изготовления крупных отливок в формах из нормализованных блоков в жакетах.

Институт «Укроргстанкинпром» разработал специальную нормаль на оснастку для изготовления крупных отливок в формах из нормализованных блоков, основные положения которой приводятся ниже.

При разработке этой нормали за основу были приняты материалы Невеского машиностроительного завода (г. Ленинград), станкостроительного завода (г. Ленинград), завода кузнечно-прессового оборудования (г. Азов) и Электростальского завода тяжелого машиностроения.

Основные положения вышеупомянутых нормалей состоят в следующем:

1. Целевое назначение нормалей – установление единого ряда типоразмеров конструктивных элементов, деталей и узлов жакетов, сокращение объемов проектных работ; создание единой технологической документации; экономия материалов и снижение стоимости изготовления крупных отливок методом сборки форм из стержневых блоков в специальных жакетах в кессонах.
2. Почвенная формовка, так же как и формовка в кессонах по цельным или разъемным моделям имеет ряд недостатков, заключающихся в том, что работы по формовке, сушке, заливке и охлаждению отливки производятся на одном рабочем месте, занимают на длительное время формовочно-заливочные площади и не могут осуществляться параллельно, что приводит к снижению производительности литейного цеха.
3. С целью ликвидации перечисленных недостатков, свойственных почвенной формовке, механизации процесса и сокращения производственного цикла изготовления отливок ряд заводов внедрил в производство новый технологический процесс изготовления крупных отливок методом сборки форм из стержневых блоков в специальных жакетах.
4. Сущность изготовления крупных отливок в специальных жакетах заключается в том, что наружные очертания отливки выполняются стержневыми блоками, изготовленными по нормализованным стержневым ящикам с применением сменных деревянных вкладышей.
5. Внутренние очертания отливки, как и при формовке в почве, выполняются также стержневыми.
6. Жакеты изготавливаются непосредственно на предприятиях, применяющих их.
7. Жакеты изготавливаются в основном из серого чугуна.
8. По своей конструкции жакеты представляют собой чугунные вертикальные стенки и поддонны, скрепленные между собой болтами.
9. Жакеты, применяемые на различных предприятиях, имеют разнообразные конструкции и размеры. Причинами такого разнообразия конструкций и размеров являются:
   • 1. Недостаточное количество руководящих технических материалов и литературы по проектированию жакетов.
   • 2. Отсутствие нормалей машиностроения на жакеты.
10. Настоящий сборник нормалей содержит конструктивные элементы, детали и узлы жакетов.
11. По контуру в свету жакеты имеют прямоугольную форму и характеризуются тремя основными размерами: длиной, шириной и высотой. В качестве основной расчетной величины для конструктивных элементов деталей и узлов жакетов применяются их средние габаритные размеры: 1500; 1501-2500; 2501-3500; 3501-5000 и 5001-7000 мм.

Профили стенок и поддонов зависят от среднегабаритного размера жакетов.

12. Скрепление жакета с опокой производится болтами.
13. Для транспортирования жакетов применяются цапфы, залитые в приливы торцевых стенок и скобы.
14. Для свободного выхода газов во вкладышах выполняются вентиляционные отверстия, а на внутренних поверхностях стенок жакетов выполняются вертикальные вентиляционные каналы.
15. В приложениях сборника нормалей приведена дополнительная полезная конструкторско-технологическая информация.

Советские специалисты, участвовавшие в 46-м международном конгрессе литейщиков (Испания, Мадрид) позаимствовали там идею использования деревянных опок, используемых при изготовлении крупных отливок в блочных формах испанской фирмой «Имса». Габариты деревянных опок – до 2 м. Эти опоки используются при производстве средних отливок малой серийности, для которых экономически невыгодно изготавливать металлическую технологическую оснастку. Мотивировка использования деревянных опок такова: с целью сокращения транспортных операций на возврат опок после выбивки.

Министерство тяжелого и транспортного машиностроения бывшего СССР обязало ряд подчиненных ему институтов провести опытно-экспериментальные работы по использованию деревянных опок при производстве отливок малой серийности, однако на заводах Министерства эта инициатива не нашла понимания и поддержки. Главная причина этого – неготовность в то время использовать блочную формовку из самотвердеющих смесей (СО₂ процесс, ЖСС, ПСС, фурановые ХТС).

С развитием и распространением самотвердеющих смесей заводы сами начали применять деревянные опочные элементы.

ЛИТЕРАТУРА

1. РТМ «Оснастка для изготовления крупных отливок из нормализованных блоков в пакетах. Конструктивные элементы, узды и детали», 1-я редакция.

Авторы:

Канд.техн.наук, почетный литейщик Украины Белобров Е. А., инженеры Карпенкова О.Л.,

Белобров Л.Е., Белобров К.Е., Белобров Е. Л.

КНПП «Формовочные материалы Украины», г. Краматорск

Опубликовано:  Литьё Украины, 2019, №12, с.19-21