Формовочная машина

(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ЛИТАФОРМ" (RU) Формовочная машина включает встряхиватель на воздушной подушке и пневматический пресс,выполненные конструктивно в виде единого узла. Машина содержит основание, прессовый цилиндр, прессовый поршень, являющийся опорным телом при встряхивании и имеющий в верхней части полость - встряхивающий цилиндр. Рабочий стол снабжен хвостовиком - встряхивающим поршнем, внутри которого расположен ресивер сжатого воздуха и выполнены периодически открываемые каналы для подачи воздуха во встряхивающий цилиндр. В нижней части прессового цилиндра установлен подъемно-амортизирующий цилиндр с поршнем и устройством ограничения его хода, причем прессовый поршень установлен на подъемном поршне с возможностью свободного перемещения вверх. Наполнение встряхивающего цилиндра воздухом осуществляется через дополнительный ресивер, выполненный в прессовом поршне, каналами изменяющегося по ходу встряхивающего поршня сечения. Предлагаемая машина за счет реализации устойчивого процесса двухударного встряхивания позволяет повысить скорость и равномерность уплотнения формовочной смеси и КПД и снизить расход сжатого воздуха и динамические силы,передаваемые на основание и фундамент. 015330 Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к конструкциям пневматических встряхивающе-прессовых формовочных машин для изготовления разовых песчано-глинистых форм. Известна формовочная машина, снабженная встряхивателем на воздушной подушке и пневматическим прессом, скомпонованными в одном встряхивающе-прессовом узле (Формовочная машина. Патент США 3916983. Нац. кл. 164-206 (В 22 С 15/30). Заявл. 02.01.74. Опубл. 04.11.75. Автор Abraham E.D.). Машина содержит прессовый цилиндр, прессовый поршень, в верхней части которого выполнена цилиндрическая полость, служащая встряхивающим цилиндром, рабочий стол с хвостовиком-поршнем встряхивающего цилиндра, приспособление для угловой фиксации стола в виде цилиндрических стержней и втулок. Перед началом встряхивания в прессовый цилиндр подается воздух, и прессовый поршень поднимается вверх до упора в уступ прессового цилиндра. При встряхивании стол поднимается на заданную высоту встряхивающим цилиндром и, падая с этой высоты, соударяется с прессовым поршнем (являющимся опорным телом при встряхивании), причем воздушная подушка значительно снижает силу, передаваемую на фундамент после удара. Однако не все удары в машине смягчаются пневмоподушкой: при ударе стола по прессовому поршню последний разгоняется вниз, затем затормаживается пневмоподушкой, меняет направление движения и идет вверх. В конце хода вверх прессовый поршень наносит удар по уступу прессового цилиндра, служащего ограничителем его хода, эти удары передаются на фундамент. Использование для угловой фиксации стола цилиндрических скалок и втулок приводит к затруднениям при изготовлении и сборке, кроме того, эти элементы мешают движению стола. Надежность машины снижается из-за отсутствия защиты центрирующих и направляющих поверхностей встряхивающе-прессового узла от пыли и формовочной смеси, вследствие чего эти поверхности быстро изнашиваются. Машина создает высокий уровень шума при встряхивании, т.к. место удара стола по прессовому поршню не амортизировано и не экранировано от окружающей среды, а удаление отработавшего воздуха из встряхивающего цилиндра производится непосредственно в атмосферу. Причины, препятствующие достижению высокой эффективности и надежности и низкой виброактивности, в значительной степени устранены в другой известной формовочной машине (Формовочная машина. Авт.св. СССР 1503979. МПК В 22 С 15/30. Заявл. 25.11.87. Опубл. 30.08.89, бюлл.32. Авторы: Зеликсон Е.М., Вербицкий В.И., Тульчинский И.Н.). Эта машина является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату и также включает встряхиватель на воздушной подушке и пневматический пресс совмещенной компоновки. Машина содержит основание,прессовый цилиндр, установленный на основании, прессовый поршень, являющийся опорным телом при встряхивании и имеющий в верхней части цилиндрическую полость - встряхивающий цилиндр, стол с хвостовиком - встряхивающим поршнем, ресивер сжатого воздуха, расположенный внутри встряхивающего поршня, и каналы для наполнения встряхивающего цилиндра воздухом. В машине использована более совершенная система угловой фиксации стола и защитный кожух. Система угловой фиксации стола выполнена двухступенчатой и осуществляется цилиндрическими роликами, взаимодействующими на первой ступени с прессовым поршнем по плоским лыскам, а на второй - со стержнями, неподвижно закрепленными в столе. Эта система упрощает изготовление и сборку, снижается сила трения и повышается надежность и долговечность. Защитный кожух сопрягается с небольшими зазорами с юбкой стола и наружной поверхностью прессового цилиндра, предотвращая попадание пыли и формовочной смеси на центрирующие поверхности встряхивателя и пресса. Шум при встряхивании снижается за счет смягчения удара прокладкой, экранирования места удара кожухами и удаления отработавшего воздуха при выхлопе в расширительную камеру, расположенную внутри машины, с последующим спокойным выходом в атмосферу. Однако и в этой в машине опорное тело (прессовый поршень) при возврате вверх так же, как в предыдущей машине, наносит удары по уступу прессового цилиндра, служащего ограничителем его хода. Эти удары передаются на основание и фундамент, вызывая их сильные вибрации. Энергию соударений прессового поршня и цилиндра можно значительно уменьшить, если прессовый поршень (опорное тело) повторно соударяется со столом перед соударением с ограничителем его хода вверх. При повторном ударе достигается дополнительное уплотнение смеси в каждом цикле. Такой процесс с двумя ударами в каждом цикле (двухударного встряхивания) иногда наблюдался в известной формовочной машине, однако был неустойчивым и нарушался при изменении массы оснастки и смеси и давления воздуха в магистрали. Во встряхивателе используется поршневое воздухораспределение, когда ход предварения впуска равен ходу впуска, и повторный удар происходит при наполненном воздухом встряхивающем цилиндре. Этот воздух тормозит движение стола и опорного тела, заставляет стол изменить направление движения,снижая скорость и эффективность повторного удара, который является попутным. При относительно легкой оснастке и высоком давлении воздуха в магистрали повторный удар вообще не наблюдается, т.к. воздух во встряхивающем цилиндре сразу после первого удара подхватывает стол и разгоняет его вверх. Кроме того, и в процессе двухударного встряхивания наблюдаются удары опорного тела по ограничителям его хода вверх. КПД известной формовочной машины при встряхивании дополнительно снижается из-за большого-1 015330 расхода воздуха на создание пневмоподушки, когда реализуется весь ход прессового поршня. Помимо большого расхода сжатого воздуха, это приводит к неудобству обслуживания машины, т.к. верхний край опоки и верхний слой смеси располагаются высоко, что неудобно для ручных манипуляций формовщика при встряхивании. Технической задачей изобретения является повышение устойчивости двухударного встряхивания и лучшее использование кинетической энергии падающего стола с оснасткой. Техническими результатами являются повышение скорости и равномерности уплотнения формовочной смеси и КПД машины, снижение расхода сжатого воздуха и динамических сил, передаваемых на основание и фундамент. Технические результаты достигаются при комплексном решении вопросов технологической эффективности и виброактивности формовочной машины. Для достижения технических результатов машина,включающая встряхиватель на воздушной подушке и пневматический пресс и содержащая основание,прессовый цилиндр, установленный на основании, прессовый поршень, являющийся опорным телом при встряхивании и имеющий в верхней части цилиндрическую полость - встряхивающий цилиндр, стол с хвостовиком - встряхивающим поршнем, внутри которого расположен ресивер сжатого воздуха, и каналы для наполнения встряхивающего цилиндра воздухом, снабжена расположенным в прессовом цилиндре подъемно-амортизирующим цилиндром с поршнем и устройством ограничения его хода и дополнительным ресивером сжатого воздуха, прессовый поршень установлен на подъемном поршне с возможностью свободного перемещения вверх, а дополнительный ресивер выполнен в прессовом поршне концентрично встряхивающему цилиндру и имеет сообщение с ресивером во встряхивающем поршне и с встряхивающим цилиндром через каналы периодического и постоянного действия соответственно. На чертеже изображена предлагаемая машина в разрезе. Формовочная машина включает встряхиватель на воздушной подушке и пневматический пресс совмещенной компоновки. Машина содержит основание 1, на котором установлен прессовый цилиндр 2, прижатый к основанию 1 болтами посредством упругих элементов 3. Заодно с основанием 1 выполнен расположенный в прессовом цилиндре подъемноамортизирующий цилиндр 4 с подъемным поршнем 5, выполненным в виде диска и снабженным амортизирующей прокладкой 6 для взаимодействия с ограничителем хода, выполненным в виде колонны 7,закрепленной в основании 1. На подъемном поршне 5 свободно установлен прессовый поршень 8, выполненный в виде массивного ступенчатого плунжера. Ограничителем хода прессового поршня 8 и его направляющей является втулка 9, закрепленная на цилиндре 2. В верхней части поршня 8 выполнена цилиндрическая полость, в которой установлена гильза 10 встряхивающего цилиндра. В гильзе 10 центрируется хвостовик - встряхивающий поршень 11, являющийся направляющим хвостовиком рабочего стола 12. Он выполнен пустотелым и содержит полость 13 - ресивер сжатого воздуха. Между нижним торцом хвостовика 11 и дном встряхивающего цилиндра сформирована рабочая камера 14 встряхивающего цилиндра. В прессовом поршне 8 концентрично встряхивающему цилиндру выполнена кольцевая камера 15, отделенная от камеры 14 гильзой 10 и служащая дополнительным ресивером при подаче воздуха в камеру 14. Камера 15 постоянно сообщена с рабочей камерой 14 каналами 16, сечение которых частично перекрывается поршнем 11. Встряхиватель формовочной машины имеет поршневое воздухораспределение при подаче воздуха во встряхивающий цилиндр и клапанное при удалении отработавшего воздуха. Для подачи сжатого воздуха из магистрали в камеру ресивера 13 выполнен канал 17, для периодической подачи воздуха из камеры 13 в камеру 15 - каналы 18. В крышке встряхивающего поршня 11 центрируется направляющий хвостовик клапана выхлопа 19, опирающегося на кольцевую прокладку 20, установленную на дне встряхивающего цилиндра и служащую эластичным седлом клапана. Клапан 19 снабжен ограничителем хода для взаимодействия с крышкой встряхивающего поршня 11. В прессовом поршне 8 выполнена камера 21, служащая для расширения отработавшего воздуха при удалении из камеры 14, причем камера 21 постоянно сообщена с атмосферой каналами 22 и 23. Камера воздушной подушки 24 сформирована поверхностями основания 1, подъемно-амортизирующего цилиндра 4 и подъемного поршня 5. Для подвода воздуха из магистрали в камеру 24 и удаления воздуха в атмосферу служит канал 25. Рабочая камера 26 пресса формируется нижними торцами прессового поршня 8, прессовым цилиндром 2 и верхними поверхностями подъемного поршня 5, для подвода воздуха из магистрали и удаления его в атмосферу предназначен канал 27. Угловая фиксация стола 12 выполняется с помощью двухступенчатой системы направляющих качения, первая ступень которой фиксирует угловое положение пресспоршня 8 с помощью смонтированных на прессовом цилиндре 2 роликов 28, взаимодействующих с поршнем 8 по плоским лыскам. Вторая ступень содержит скалки 29, закрепленные на столе 12 и взаимодействующие с роликами 30, оси которых установлены в корпусах, закрепленных на плите 31. Это обеспечивает снижение сил трения и более надежную и долговечную работу по сравнению с направляющими типа "штырь-втулка". На плите 31 установлена ударная прокладка 32, служащая для смягчения ударов стола 12 по поршню 8, и имеется защитный кожух 33. Кожух 33 установлен с минимальным зазором относительно юбки 34 стола 12 и предохраняет встряхиватель и пресс от попадания пыли и формовочной смеси. Формовочная машина работает следующим образом.-2 015330 На рабочем столе 12 закрепляется модельная плита, на которую устанавливается опока (на чертеже модельная плита и опока не показаны). Опоку заполняют формовочной смесью, и затем одновременно подают воздух из магистрали по каналу 25 в камеру 24 пневмоподушки и по каналу 17 в камеру ресивера 13. При повышении давления в камере 24 поршень 5 поднимается вверх до упора в шайбу колонны 7(ограничителя хода) посредством прокладки 6. Ход поршня 5 выбирается относительно небольшим всего 25-50 мм, амортизирующее действие даже тонкой пневмоподушки благодаря высокой сжимаемости воздуха оказывается достаточным для смягчения ударов. Поршень 5 поднимает прессовый поршень 8 и стол 12 с полезной нагрузкой и разгоняет их вверх. При этом камера ресивера 13 уже наполнена воздухом, воздух перетекает из камеры 13 через каналы 18 в камеру 15, а затем через каналы 16 в рабочую камеру 14 встряхивающего цилиндра. Воздух в камере 14 подхватывает подброшенный поршнем 5 стол и, наоборот, тормозит движение прессового поршня 8. При этом клапан 19 остается закрытым, он прижимается к седлу 20 силами тяжести и давлением воздуха в камере 13 на верхний торец хвостовика клапана. Система воздухораспределения реализует во встряхивающем цилиндре процесс с отсечкой и расширением воздуха. При движении поршня 11 и стола 12 вверх поршни 8 и 5 остаются практически неподвижными, т.к. площадь подъемного цилиндра 4 во много раз больше, чем встряхивающего. Поршень 11 как бы отталкивается от поршня 8, и поршень 8 играет роль опорного тела встряхивателя. По ходу движения вверх поршень 11 перекрывает впускные каналы, происходит отсечка подачи воздуха в камеру 15 и расширение воздуха в камерах 14 и 15. Затем крышка встряхивающего поршня 11 посредством упругой прокладки действует на хвостовик клапана 19 и отрывает клапан 19 от седла 20. Воздух из камер 14 и 15 выходит в камеру 21, расширяется в ней и по каналам 22 и 23 спокойно выходит в атмосферу или в цеховой коллектор для отработавшего воздуха. Поршень 11 со столом 12 и полезной нагрузкой проходят еще некоторое расстояние вверх по инерции, а затем изменяют направление движения и падают вниз, ускоряясь силой тяжести. По ходу вниз сначала закрывается клапан 19, а затем открываются впускные каналы 18 и начинается повторное наполнение камеры 15 сжатым воздухом. В конце хода вниз стол 12 соударяется с опорным телом 8 посредством прокладки 32 и плиты 31. Происходит ударное торможение стола, модельной плиты и опоки и начинается инерционное уплотнение формовочной смеси. В результате удара поршни 8 и 5 разгоняются и движутся вниз, сжимая воздух в камере 24. Однако мощный подъемный цилиндр 4 быстро тормозит движение поршня 5, затем поршень 5 и установленное на нем опорное тело (поршень 8) меняют направление движения и разгоняются вверх. Во время опускания и подъема опорного тела стол удерживается от отскока после удара и медленно движется вниз под действием формовочной смеси, слои которой продолжают движение вниз и уплотняются инерционными силами. Наполнение камеры 14 осуществляется через камеру 15 и происходит относительно медленно, т.к. канал 16 почти полностью перекрыт поршнем 11. Сила давления воздуха, действующая на поршень 11, недостаточна для преодоления сил тяжести и силы давления смеси на модельную плиту. Встречное соударение опорного тела со столом происходит ниже начального положения, причем массивное опорное тело (поршень 8) и подъемный поршень 5 имеют большую энергию, чем стол с полезной нагрузкой. В результате второго в цикле удара стол резко подбрасывается вверх, сжимающие напряжения в формовочной смеси увеличиваются, вызывая дополнительное ее уплотнение. При ударном подбрасывании стола 12 с хвостовиком 11 вверх резко увеличивается проходное сечение каналов 16, и происходит быстрое наполнение камеры 14 воздухом до давления в камере 15. Стол подхватывается давлением воздуха во встряхивающем цилиндре и поднимается на заданную высоту для повторения цикла. Опорное же тело (поршень 8), передавшее кинетическую энергию столу при ударе, поднимается камерой 24 в исходное положение поршнем 5, подъем последнего ограничивается колонной 7. При достижении достаточного предварительного уплотнения смеси отключают каналы 17 и 25 от магистрали и сообщают их с атмосферой. Встряхивание прекращается, камера 24 опорожняется, поршни 5 и 8 и стол с полезной нагрузкой опускаются в исходное положение (нижнее). Над уплотняемой формовочной смесью устанавливается прессовая головка, и воздух из магистрали подается по каналу 27 в рабочую камеру 26 прессового цилиндра. По мере наполнения камеры 26 поршень 8 со столом и полезной нагрузкой идут вверх, осуществляя прессование формовочной смеси. Производится выдержка смеси под максимальным давлением, затем канал 27 соединяется с атмосферой, и поршень 8 со столом и полезной нагрузкой опускаются. Далее механизм вытяжки (на чертеже не показан) производит отделение полуформы от модельной плиты, полуформу удаляют на участок сборки форм, а на стол машины устанавливают очередную опоку. При включении пресса без опоки и формовочной смеси прессовый поршень 8 соударяется с ограничителем своего хода - втулкой 9, эти удары передаются на цилиндр 2, динамические силы, передаваемые при этом на основание 1 и фундамент машины, смягчаются пружинами 3. В предлагаемой машине в каждом цикле встряхивающего цилиндра реализуются два сильных соударения встряхивающего стола с массивным опорным телом. Второй удар происходит в то время, когда инерционное уплотнение смеси после первого удара еще продолжается, и не нужно расходовать энергию на перевод смеси в состояние пластического течения. Наличие 2 ударов в цикле и непрерывный характер-3 015330 деформирования смеси в интервале между ударами позволяют увеличить скорость уплотнения примерно в 2 раза, существенно улучшить перетекание смеси в трудно уплотняемые участки и снизить неравномерность плотности формы. Соответственно в 2 раза уменьшается и число циклов для получения необходимого уплотнения. Устойчивость процесса двухударного встряхивания обеспечивается выбором массы опорного тела и жесткости воздушной подушки, а также запаздыванием подачи воздуха во встряхивающий цилиндр. Масса опорного тела m от принимается равной m от=(1,0-2,0)-(m пол+m с), где m пол - масса полезной нагрузки, включающая уплотняемую смесь, опоку и модельную плиту, m с - тормозит стол при первом ударе и передает столу значительную энергию при повторном соударении. Жесткость упругой подушки принимается низкой, частота собственных колебаний опорного тела всего лишь в 2-4 раза выше частоты встряхивания. За время между повторным ударом предыдущего цикла и первым ударом следующего цикла опорное тело совершает 1-2 колебания и успокаивается. Мягкая подушка обладает большой виброизолирующей способностью, значительно снижая силы, передаваемые на основание. Система воздухораспределения полностью наполняет встряхивающий цилиндр только после второго удара в цикле. Наполнение встряхивающего цилиндра происходит быстро из дополнительного ресивера, расположенного рядом, через большие отверстия, поэтому задержка впуска воздуха не снижает частоту встряхивания. Снижение расхода сжатого воздуха и повышение КПД достигается уменьшением числа циклов встряхивания, а также использованием короткоходового подъемного цилиндра вместо обычно применяемых во встряхивателях на воздушной подушке длинноходовых прессовых цилиндров. Уменьшение динамических сил, передаваемых на основание и фундамент, достигается за счет снижения массы тела, соударяющегося с основанием, и его скорости перед ударом. В предлагаемой машине с основанием взаимодействует подъемный поршень, масса которого в 10-15 раз меньше массы опорного тела - прессового поршня. Подъемный поршень соударяется с ограничителем хода после повторного соударения опорного тела со столом, при этом ударе реализуется большая часть кинетической энергии прессового и подъемного поршней. Соударение подъемного поршня с ограничителем хода, закрепленным в основании, происходит при значительно меньшей скорости. Настоящее предложение может быть использовано при модернизации широко распространенных встряхивающе-прессовых формовочных машин мод. 271, 703, 254, 265, а также в др. машинах аналогичной конструкции. Экономический эффект достигается за счет снижения брака форм и отливок, уменьшения массы отливок, снижения расхода сжатого воздуха, уменьшения массы фундамента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Формовочная машина, включающая встряхиватель на воздушной подушке и пневматический пресс и содержащая основание, прессовый цилиндр, установленный на основании, прессовый поршень, являющийся опорным телом при встряхивании и имеющий в верхней части цилиндрическую полость встряхивающий цилиндр, стол с хвостовиком - встряхивающим поршнем, внутри которого расположен ресивер сжатого воздуха, и каналы для наполнения встряхивающего цилиндра воздухом, отличающаяся тем, что она снабжена расположенным в прессовом цилиндре подъемно-амортизирующим цилиндром с поршнем и устройством ограничения его хода и дополнительным ресивером сжатого воздуха, прессовый поршень установлен на подъемном поршне с возможностью свободного перемещения вверх, а дополнительный ресивер выполнен в прессовом поршне концентрично встряхивающему цилиндру и имеет сообщение с ресивером во встряхивающем поршне и с встряхивающим цилиндром через каналы периодического и постоянного действия соответственно.