Анализ конструктивных особенностей пресс-форм Трейд-Лит Инжиниринг

Анализ конструктивных особенностей новой пресс-формы «Корпус газового счетчика», относительно старой пресс-формы «Корпус газового счетчика»

В данной статье я проведу анализ конструктивных особенностей пресс-форм предназначенных для получения отливки «Корпус газового счетчика».

Фото 1. Корпус газового счетчика «Корпус 01» и корпус газового счетчика «Корпус 073»

Начну с описания собственно отливки «Корпус газового счетчика»:

• толщина стенки от 1,25 до  6 мм;
• с поднутрениями — оформляются внутренние отверстия патрубков;
• нарезается наружная резьба на патрубках;
• нарезается внутренняя резьба в отверстиях;
• растачивается присоединительная поверхность.

К отливкам предъявляются требования по герметичности, отсутствию пор при расточке, не допускается выкрашивание резьбы.

Отливки опрессовываются как по отдельности, так и в сборе, после механической обработки подачей повышенного давления на специальном стенде.

В целом отливку можно оценить как сложную, в связи с разнотолщинностью и предъявляемыми высокими требованиями по герметичности.

Всего рассмотрим конструкцию трех пресс-форм:

1. «Корпус 01» — пресс-форма ранее поставленная ООО «Трейд-Лит Инжиниринг» на производство газовых счетчиков;
2. «Корпус 02» — пресс-форма для производства отливки «Корпус 073» по которой специалистами «Трейд-Лит Инжиниринг проведена конструкторская проработка;
3. «Корпус 073» — имеющаяся у Заказчика пресс-форма.

Рис. 1. Конструкция пресс-формы от «Трейд-Лит Инжиниринг»

На фотографии показан развитый куст отливок, имеющий два устройства 100% контроля проливаемости, питатель с рассекателем, оптимально направляющим поток металла в пресс-форме.

Фото 3. Пресс-форма «Корпус 01»

На фотографии показано:

• замок для двух полуматриц по всему периметру;
• вынесенные в другую плоскость от плоскости разъема полуматриц устройства 100% контроля проливаемости;
• три ползуна, на клиньях;
• наличие каналов охлаждения — термостатироваания, в данном случае видны два канала идущие непосредственно в матрице, на штуцер смонтирован металлический рукав (рабочая температура масла в термостате до 280 градусов, что делает невозможным применение обычных рукавов высокого давления);
• наличие охлаждения литниковой втулки и рассекателя, как наиболее тяжело нагруженных по температуре рабочих частей пресс-формы.

Фото 4. Части пресс-формы «Картер»

В качестве иллюстрации к проектированию и изготовлению пресс-форм «Трейд-Лит Инжинирнг» можно привести фото пресс-формы «Картер» в процессе сборки пресс-формы, на котором показаны:

• глухая обойма с направляющими для ползунов из стали работающей на истирание;
• полуматрица, в которой есть посадочное для установки знака, в котором будет смонтирован коаксиальный канал охлаждения;
• толкатели, собранные на плиту толкателей.

Материалы применяемые для производства пресс-форм «Трейд-Лит Инжиниринг»:

1. толкатели — сталь инструментальная жаропрочная SKD61;
2. знаки — сталь инструментальная жаропрочная  SKD61;
3. матрицы — сталь инструментальная жаропрочная Н13;
4. направляющие ползунов, втулки, колонки — сталь стойкая к истиранию;
5. обоймы, плиты, брусья — сталь конструкционная.
6. электроды для прожига оформляющих частей — медь для электродов.

Сразу опишу подход к получению герметичных отливок, выработанный за несколько лет выполнения работ по внедрению машин литья под давлением и автоматизированных комплексов литья под давлением.

Если свести к минимуму процесс получения отливки, то получится, что необходимо заполнить формообразующую полость пресс-формы металлом нужной температуры, при кратком (все таки это литье под высоким давлением) порядка 20-30 миллисекунд времени заполнения, с одновременными промывкой и выпуском из нее газов, да таким образом, чтобы этих газов не осталось внутри отливки в виде пор или раковин.

На качество отливки влияют несколько крупных факторов:

Во-первых, металл (30%). Причем как его качество, так и температура, при которой мы будем подавать его в камеру прессования.

Во-вторых, машина литья под давлением (30%). При чем как собственно машина (конструкция узлов машины, станины, плит и так далее), так и степень ее автоматизации (цифровая система управления узла прессования, манипуляторы для автоматизации процесса литья).

В-третьих, конструкция пресс-формы (30%). Жесткость, габаритность, наличие каналов для термостатирования — способность регулировать и стабилизировать температуру рабочих частей, система охлаждения, наличие устройств 100%-го контроля проливаемости (так называемых «тормозных гребенок»), соответствия питающей системы объему формообразующей полости, соответствия промывниковой системы и системы газоотвода объему формообразующей полости.

Ну, и, наконец, в-четвертых, человеческий фактор (10%). При чем в человеческий фактор можно внести как технологическую дисциплину, так и дисциплину вообще. А так же доступность обучения персонала и дружественность оборудования в плане интерфейса. Да и просто доступность позвонить русскому специалисту по литью и оборудованию.

Отсюда вытекает тот набор требований к оснастке и набор оборудования который нам понадобится для получения герметичных отливок:

Первая группа требований к оснастке и оборудования для влияния на температуру процесса литья:

1. наличие в пресс-форме каналов для предварительного нагрева и  термостатирования — это даст нам возможность проливать тонкую стенку отливки без ее обрыва с формообразующей полости, что нередко происходит при попытках разогреть отливками пресс-форму, для литья тонкостенных отливок;
2. термостат двухконтурный масляный (как основной теплоноситель вода конечно не годится, так как мы будем работать на температурах от 120 до 250 градусов);
3. печь раздаточно-подогревательная с регулировкой температуры по погружной термопаре, с полупроводниковым преобразователем тока подаваемого на нагревательные элементы, что даст нам возможность подавать в камеру прессования только металл нужной нам температуры, без недогрева и тем более без перегрева;
4. наличие охлаждения на рабочих частях пресс-формы, обхватываемых металлом — знаки, пуансоны. При чем это охлаждение реализуется не опосредовательно через матрицу, что совершенно не эффективно, а именно прямо в знаке или пуансоне, при помощи коаксиальных каналов как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция пресс-формы от «Трейд-Лит Инжиниринг»

5. наличие в пресс-форме каналов охлаждения литниковой втулки и рассекателя — как совершенно не нужных для температурного баланса слагаемых.

Вторая группа требований к оснастке и оборудования для влияния на ход процесса литья:

1. cоответствие литниковой системы объему формообразующей полости, а проще способность прогнать через питатели необходимое количество металла за краткое время заполнения формообразующей полости.

Рассмотрим это на примере одной и той же отливки «Крышка генератора». Как показано на фото 2 литниковая система может отличатся кардинальным образом на одной и той же отливке.

Фото. 5. Отливка «Крышка генератора»

Размещая в форме отливку конструктор левого куста отливок нарушил одно замечательное правило: «Проливай через толстое тонкое». И правда конструктор левого куста отливок почему-то решил, что металл через тонкие ребра прекрасно прольет толстый массив металла, но потом, «что-то пошло не так!» и наш автор пресс-формы обвешал отливку громадными промывниками по всему периметру! А еще он использовал маленький питатель и камеру прессования.

Конструктор проектировавший куст отливок лежащий справа повернул отливку таким образом, чтобы подвести питание к наиболее массивной части, при чем спроектировал питатель «штанами», а толщину питателя выбрал в соответствии с объемом формообразующей полости, правда пришлось применить больший диаметр камеры прессования, но эта малая плата за герметичность, тем более, что размер и количество промывников на правой отливке меньше и как следствие масса кустов отливов получилась одинаковая!

2. cпособность, за краткое время заполнения, выпустить из формообразующей полости газы.

Обеспечивается наличием толстых каналов за промывниками. Сечение каналов 4х2 мм. Но возникнет справедливый вопрос: «Как сделать, чтобы металл из таких огромных вентиляционных каналов не прострелил из пресс-формы?». И тут появляется такое устройство как «тормозная гребенка»! Действительно именно она затормозит движение металла и обеспечит выход воздуха, а заодно послужит устройством 100%-го контроля проливаемости. И действительно, ведь гребенка как часть куста отливки будет оформляется на каждую запрессовку — вот и 100% контроль! Нет гребенки — остался воздух внутри в виде пор, есть гребенка — нет пор!

Фото. 6. Куст отливок с толстыми вентиляционными каналами и «тормозными гребенками»

3. наличие высокой скорости заполнения и высокого давления подпрессовки.

Данное условие достигается конструкцией узла прессования машины, в составе которого должны быть раздельные аккумуляторные контуры: первый для обеспечение быстрой скорости заливки на длине хода поршня (обычно с дополнительными навесными баллонами), второй для работы с гидравлическим мультипликатором — для увеличения (мультипликации) давления на сплав в камере прессования (как на фото. 6.). Следствием данного условия является наличие станины в виде балки из двух усиленных швеллеров между которыми обычно размещаются гидробаки. При чем длина такой станины должна быть от места подвески узла прессования и до самой гидростанции, а высота станины должна быть постоянной, иначе станина не выдержит нагрузки при запрессовках и перегрузит колонки узла прессования и узел запирания.

Фото. 6. Машина MS900 с длинной станиной постоянной высоты

4. способность контролировать и записывать процесс работы узла прессования, а так же автоматически воспроизводить его при установке следующей ранее освоенной пресс-формы (резко сократит время запуска формы на годное литье).

Эту возможность дает установка цифровой системы управления узла прессования в составе:

• исполнительные устройства в виде гидравлических сервоклапанов (показаны на фото. 7.);
• контрольные устройства в виде датчиков давления и магнитной системы контрольного штока;
• блока записи процесса работы;
• устройства ввода вывода в виде сенсорного цветного монитора (ведь графики скорости давления и хода поршня лучше рассматривать в цвете);
• дружественного русского интерфейса, доступного для понимания и работы (показан на фото. 8).

Фото. 7. Узел прессования машины MS160 с сервоклапанами

Фото. 8. Интерфейс чтения графиков запрессовки машины «Трейд-Лит Инжиниринг»

5. Стабильность и ритмичность процесса литья.

Обеспечивается установкой в комплексе с машиной литья под давлением:

• манипулятора-заливщика — постоянно один и тот же размер пресс-остатка, абсолютная ритмичность подачи металла без его остывания в ковше;
• манипулятора-смазчика — постоянно одно и то же количество разделительной и противозадирной (для модели с двумя линиями подачи смазки) смазки, а так же место их подачи;
• манипулятора-съемщика — обеспечение постоянного ритма работы пресс-формы, что замечательно влияет на ее температурный режим работы. В данном вопросе установка манипулятора-съемщика влияет как на температуру так и на ход процесса литья!
• автоматического механизма подачи гранулированной смазки в камеру прессования — позволит   использовать имеющиеся пресс-формы с изношенными литниковыми втулками как можно дольше, за счет подачи гранул в которых есть как полимерная составляющая, при плавлении заполняющая задиры и микронеровности, так и графит — собственно смазка пары трения стакан/литниковая втулка — поршень.

Итого набежала следующая комплектация:

1. комплект пресс-форм с развитой системой охлаждения и термостатирования, при чем с развитой литниковой системой и контрольными устройствами — «тормозными гребенками»;
2. раздаточно-подогревательная печь с управляющей погружной термопарой и преобразователем тока;
3. термостат;
4. машина литья под давлением в полной автоматизации с цифровой системой управления узлом прессования;
5. русский персонал внедряющий машину в эксплуатацию, с возможностью обучения, подбора режимов работы и составления технологического процесса доступного для выполнения литейщиком любой квалификации (операционная инструкция в виде комиксов, написанная императивом, непосредственно по данной машине, как на фото. 9.).

То есть, необходим не только комплекс оборудования и оснастки, но и комплекс услуг по внедрению оборудования и оснастки!

Фото. 9. Страницы Операционной инструкции «Трейд-Лит Инжиниринг» посвященные управлению манипулятора-смазчика и подключению охлаждения пуансонов пресс-формы «Крышка»

А как же результат всего этого?

Просто покажу отливку «Корпус 01» разрезанные на проволочном электроэрозионном станке, на фотографиях в режиме макросъемки.

Рис. 2. Пресс-форма «Корпус 073», имеющаяся у Заказчика

Фото 10. Отливка «Корпус 01», разрезанная по патрубку, оформляемому подвижным знаком — ползуном.

1. Первое, что бросается в глаза в данной конструкции — огромное количество плоскостей разъема пресс-формы, в четыре раза превышающее количество плоскостей разъема пресс-форм «Трейд-Лит Инжиниринг»;
2. Отсутствие каналов для охлаждения литниковой втулки;
3. Отсутствие рассекателя, входящего в литниковую втулку, и формирующего направление движения металла, при заполнении формообразующей полости;
4. Раз нет рассекателя, то нет и охлаждения рассекателя;
5. Канал охлаждения в матрице выполнен сложно-закольцованным, что по опыту работы в Воронеже означает полное отсутствие возможности охлаждения и термостатирования из  за большого сопротивления движению жидкости (Каналы в пресс-формат «Трейд-Лит Инжиниринг» выполнябтся на проход);
6. Нет охлаждения знаков — приведет к перегреву при работе в автоматическом режиме и как следствие к снижению темпа производства отливок с временем цикла около 1,5 минуты (по опыту эксплуатации аналогичной пресс-формы в Самаре), что в три раза медленней чем на форме «Корпус 01» и «Корпус 02». Пресс-форму «Корпус 073» придется охлаждать за счет подачи разделительной смазки и обдува манипулятором-смазчиком.
7. Отсутствие рассекателя, формирующего изгиб литника в с торону пресс-остатка, как показано на фото 2 и 6, приведет к невозможности автоматического съема куста отливок при помощи манипулятора-съемщика,так как в плоскости входа в раскрытую пресс-форму находятся клинья.
8. В связи с отсутствием рассекателя, а так же разнесенной по плоскостям линии разъема пресс-форма «Корпус 073» имеет меньшую высоту, по сравнению с пресс-формой «Корпус 02»;
9. Невозможность съема отливки манипулятором-заливщиком с пресс-формы «Корпус 073» приведет к тому, что форма «Корпус 073» не может работать в автоматическом режиме;
10. Малая масса, по сравнению с предполагаемой пресс-формой «Корпус 02» — 505 кг против 950 кг.

Сведем полученную информацию в таблицу:

Таблица 1.

Сравнительные данные действующей пресс-формы «Корпус 01», предполагаемой пресс-формы «Корпус 02» (поставленной и проектируемой «Трейд-Лит Инжиниринг») и имеющейся у Заказчика пресс-формы «Корпус 073»

Общие выводы:

1) общая архаичность конструкции пресс-формы «Корпус 073» имеющейся у Заказчика, а так же ее малая масса, могут позволять Заказчику наедятся на изготовление дублера такой конструкции по низкой стоимости, однако эта же архаичность конструкции приведет к невозможности автоматической непрерывной длительной работы в составе автоматизированного комплекса литья под давлением и вызовет крайне низкую производительность при тех же постоянных расходах и ФЗП литейщиков. Склонность пресс-формы к «прострелам», не позволит применить современную машину литья под давлением с высокими скоростями запрессовки металла, что приведет к невозможности обеспечения 98-99% выхода годного.

Пресс-форма «Корпус 073», к применению в с составе автоматизированного комплекса литья под давлением непригодна.

2) большая масса пресс-формы «Корпус 02», почти в два раза превышающая массу архаичной пресс-формы имеющейся у Заказчика, а так же применение электроэрозионной обработки, как дорогостоящего метода обработки, требующего изготовления медных электродов большой массы приводит к естественно большей цене пресс-формы «Корпус 02». Однако общая габаритность, развитость куста отливок, наличие устройств 100% контроля проливаемости, развитость системы охлаждения, позволит получить производительность в три раза выше, при тех же постоянных затратах и ФЗП литейщиков. Так же, конструкция пресс-формы позволяет получить выход годного на уровне 98-99%, как уже получено при эксплуатации пресс-формы «Корпус 01». Пресс-форма «Корпус 02» благодаря полному отсутствию «прострелов» позволит работать на больших скоростях запрессвки, что обеспечит высокий выход годного.

Пресс-форма «Корпус 02» предназначена к непрерывной длительной работе в составе автоматизированного комплекса литья под давлением с высокой производительностью и высоким выходом годного.

Больше подробностей на нашем канале на YouTube.

С уважением и желанием сотрудничества
Заместитель директора, Синягин Константин Олегович