Опыт создания нового участка литья под давлением на базе машины MS300 и освоение трех пресс-форм

Наше предприятие «Трейд-Лит Инжиниринг» имеет успешный опыт создания нового участка литья под давлением на базе машины MS300, в ходе ввода в эксплуатацию которого были освоены три двух-местные пресс-формы для получения комплекта отливок с требованиями по герметичности.

Рассмотрим какие задачи были поставлены перед специалистами нашего предприятия при подготовке к созданию участка литья под давлением и освоению производства отливок:

1) комплектация, сборка и ввод в эксплуатацию оборудования участка литья под давлением, на базе автоматизированной машины литья под давлением с усилием запирания 300 тонн и электрической печи;
2) освоение пресс-форм с развитой системой термостатирования и охлаждения, включающей коаксиальные каналы в знаках;
3) получение энерго-эффективного участка литья под давлением с низким потреблением электроэнергии;
4) формализовать технологически процесс, включая все элементы работы с машиной, манипуляторами, пресс-формами и оборудованием в доступном для работы виде — операционной инструкции, представляющей собой техпроцесс в виде фотографий с минимумом текста, который можно посмотреть и выполнить.

На видео показана работа вновь созданного участка литья под давлением, а так же конструктивные особенности освоенных пресс-форм.

Задача 1-я — сборка и ввод в эксплуатацию автоматизированного комплекса литья под давлением MS300

При создании нового участка литья под давлением перед специалистами нашего предприятия в первую очередь стоит вопрос комплектации участка, для получения необходимых нашему Покупателю отливок. При чем не только собственно отливок, а именно партий отливок, что определяет степень автоматизации участка. В случае с участком на базе машины литья под давлением MS300, решалась задача построить полностью автоматизированный участок, при чем решить не только задачу литья, но и задачу организации отдельной системы охлаждения оборудования.
Вот каким образом мы решили поставленную задачу комплектации оборудования:

1) Машина литья под давлением серии MS, выбрана по размеру отливок и размерам пресс-форм для производства отливок. Естественно при выборе учитывался характер отливок — требования по герметичности и характер пресс-форм — габаритность. Как Вы можете посмотреть в разделе пресс-формы, габаритность пресс-формы непосредственно влияет на качество получаемых отливок и возможность работать в хорошем ритме без перегрева пресс-формы, а значит и без брака вызванного перегревом. Так мы остановили свой выбор на машине с усилием запирания 300 тонн, модели MS300, оснащенной серводвигателем главного привода.

2) Для получения необходимого Покупателю количества отливок совершенно не подходит ручной труд, так как не обеспечивает не только нужное количество отливок, но и не обеспечивает качество литья. Следовательно есть необходимость оснастить машину литья под давлением средствами автоматизации процесса литья, такими как:

• манипулятор-заливщик для автоматической подачи металла в камеру прессования;
• манипулятор-смазчик для автоматического нанесения двух видов смазки (разделительной и противозадирной) на рабочие части пресс-формы;
• манипулятор-съемщик для автоматического съема отливок с пресс-формы и подачи оливок в технологическую тару;
• автоматическое устройство смазки поршня камеры прессования, для подачи гранулированной смазки в стакан камеры прессования.

Использование выше перечисленных средств автоматизации позволяет нам полностью автоматизировать процесс получения отливок.
3) Следующий важный фактор принятия решения о комплектации оборудованием нового участка литья под давлением стал температурный режим процесса заливки и работы пресс-формы, так как только при определенном стабильном температурном режиме мы сможем качественно пролить толстостенные отливки. А значит нам необходимо укомплектовать новый литейный участок следующим оборудованием:
а) раздаточно-подогревательной плавильной печью — электрической печью сопротивления, как наиболее удобной и экономичной в эксплуатации. В такой печи, по нашему многолетнему опыту, наблюдается самая стабильная температура расплавленного металла в процессе его раздачи в камеру прессования, при помощи манипулятора-заливщика;
— масляным двухконтурным термостатом, для термостатирования рабочих частей пресс-форм.
4) И конечно, для производства отливок понадобятся пресс-формы, которые так же поставляет наше предприятие. В нашем случае это будет комплект из трех двух-местных пресс-форм. Первая пресс-форма, в силу сложности формообразующей полости будет оснащена четырьмя подвижными знаками, а два неподвижных знака диаметром 18 мм, будут иметь встроенные коаксиальные каналы охлаждения. У второй пресс-формы коаксиальные каналы будут размещаться в знаках обоих полу-форм, всего в форме будет четыре коаксиальных канала. Третья пресс-форма в подвижной матрице будет иметь два пуансона и в каждом так же будет размещен коаксиальный канал охлаждения.
Итак мы определились с комплектацией автоматизированного комплекса литья под давлением на базе машины MS300, с усилием запирания 300 тонн.
Автоматизированный комплекс укомплектован:

• манипулятором-заливщиком;
• манипулятором-смазчиком;
• манипулятором-съемщиком;
• автоматическим устройством смазки поршня;
• термостатом, для термостатирования рабочих частей пресс-форм;
• раздаточно-подогревательной (плавильной) печью;
• чиллером, для охлаждения пресс-форм, термостата, машины и камеры прессования;
• пресс-формой с гидравлическим приводом ползунов;
• пресс-формой со сменной рабочей частью.

Перейдем к сборке оборудования нового литейного участка.

Выгрузка контейнера

Первым делом специалисты Трейд-Лит Инжиниринг приехали к Покупателю на выгрузку оборудования, чтобы оказать консультативную помощь, при чем, чтобы нашему Покупателю было проще осуществить выгрузку, мы заблаговременно направили иллюстрированное описание работ по выгрузке с перечнем всего инструмента, приспособлений, грузоподъемных механизмов, необходимых для выполнения работ. И вот машина выгружена, как показано на фотографии выше и начинается сборка.

Машина общий вид

На фотографии машина литья под давлением с установленными на нее манипуляторами. На верхней поверхности неподвижной плиты смонтирован манипулятор-смазчик вертикального типа, которым комплектуются машины литья под давлением, устанавливаемые в помещениях с высоким потолком или нормальным расстоянием до кран-балки. Конструкция манипулятора-смазчика оптимально подходит для нанесения разделительной и противозадирной смазки на сложные формообразующие, в том числе противозадирной смазки на подвижные части пресс-формы — ползуны. На лицевой стороне станины на колонне установлен манипулятор-заливщик, обеспечивающий автоматическую подачу металла весом до 10 кг.

Особенностью всех машин литья под давлением MS300, выпускаемых в с 2016 года стали присоединительные размеры плит, предназначенные для установки пресс-форм ранее работавших на машине 71108. Для производства таких плит нами разработан и заказан специальный модельный комплект для литья неподвижной и подвижной плит. Так например, модель для неподвижной плиты позволяет получить проем, делающий возможным устанавливать в полученной отливке неподвижной плиты, после механической обработки, камеру прессования в полном соответствии с плитами машины 71108 на нижнее положение -160 мм.

Печь

В составе автоматизированного комплекса литья под давлением Трейд-Лит Инжиниринг так же поставлена электрическая раздаточно-подогревательная печь, с возможностью наплавки металла. После плавки металла производится подготовка металла к литью ответственных деталей. Так же на фотографии показан манипулятор-заливщик, предназначенный для автоматической подачи заданного количества металла в камеру прессования.

Наплавка металла

Во всех раздаточно-подогревательных печах, которое поставляет совместно с литейными машинами наше предприятие «Трейд-Лит Инжиниринг», можно наплавлять металл. Плавка металла занимает около 3 часов. На фотографии показана загруженная печь. Среди чушки видна погружная термопара в керамическом чехле. Погружная термопара постоянно находится в расплавленном металле и сигнал с этой термопары является управляющим для устройств через которые подается ток на нагревательные элементы — твердотельные реле. По мере нагрева и приближения к заданной температуре, ток подаваемый через твердотельные реле на нагревательные элементы — снижается. Таким образом нам удается избежать перегрева металла и брака получамого при перегреве.

Подготовка металла

На фотографии показ процесс подготовки металла — дегазация. Металл обрабатывается при помощи «таблетки». Газ, образующийся при растворении таблетки в расплаве выходит сквозь металл и захватывает с собой воздух растворенный в металле. Этот процесс — обязательный, при получении отливок с требованиями по герметичности, можно проводить в нашей раздаточно-подогревательной печи.

Задача 2-я — освоение пресс-форм с развитой системой термостатирования и охлаждения, включающей коаксиальные каналы в знаках

Установка пресс-формы коаксиальный канал.

На фотографии показана пресс-форма с коаксиальными каналами выходящими через обойму неподвижной полуформы. Фотография сделана в момент установки пресс-формы на машину литья под давлением MS300.

Специалисты Трейд-Лит Инжиниринг провели испытания и подбор технологических режимов работы комплекта пресс-форм поставленных к машине литья под давлением MS300.

Поставленные Трейд-Лит Инжиниринг пресс-формы имеют современную конструкцию, характеризующуюся следующими конструктивными особенностями:

• габаритностью, то есть заметно превышают по геометрическим параметрам аналогичные пресс-формы для ручной заливки на старых машинах, что дает возможность лучше распределять и нести тепловую нагрузку при автоматической работе;
• развитой литниковой системой;
• большим пресс-остатком, относительно старых пресс-форм, что обеспечивает достаточное количество металла в развитой литниковой системе, для быстрого заполнения формообразующей полости;
• наличием каналов для термостатирования или охлаждения в матрице и пуансоне с диаметром каналов не менее 10 мм;
• наличием коаксиальных каналов в пуансоне и знаках оформляющих крупные отверстия;
• наличие охлаждения литниковой втулки пресс-формы, организованного как обойма с проточками для движения воды;
• наличие каналов охлаждения в рассекателе, диаметр каналов не менее 8 мм;
• наличием устройств 100% контроля проливаемости;
• наличием в конструкции пресс-формы рассекателя;
• конструктивной особенностью в виде изготовления обоймы с глухим посадочным местом под матрицу, с отсутствием подкладных плит, что обеспечивает общую жесткость конструкции и хорошее распределение тепловой нагрузки.

Конструкция пресс-формы Трейд-Лит Инжиниринг

Наличие перечисленных выше особенностей позволяет нашим пресс-формам:

1)работать с автоматизированными машинами литья под давлением с циклом работы в пределах 40-а секунд от отливки до отливки (при полностью автоматизированной машине);
2)обеспечивать подготовку к работе с применением термостатов, путем предварительного подогрева рабочих частей термостойким маслом, до температуры минимизирующий тепловой шок при прогреве металлом;
3)обеспечивать хорошее распределение тепла при работе;
4)обеспечивать достаточное охлаждение рабочих частей;
5)обеспечивать максимальное охлаждение наиболее нагруженных мест — литниковой втулки и рассекателя, минимизируя их влияние на перегрев пресс-формы;
6)обеспечивать отсутствие смещения при запрессовке металла на большой скорости и с высоким давлением за счет наличия массивного рассекателя;
7)обеспечивать отличную проливаемость за счет большого пресс-остатка и развитой системы питания;
8)обеспечивать отличный отвод воздуха из формообразующей полости;
9)обеспечивать 100% контроль проливаемости каждого куста отливок.

Прессформа с рукавами

На фотографии показана пресс-форма с подключенными металлическими рукавами, в данном случае подключены два рукава линии подачи и два рукава линии обратной подачи, что соответствует двум контурам в пресс-форме — один матрица неподвижной полуформы, второй — матрица подвижной полуформы. Так же на фотографии видно, что на форме применено комбинированное охлаждение — матрицы подключены к термостату, а литниковая втулка и рассекатель подключены к водооборотной системе или чиллеру (что обеспечивает стабильное охлаждение в отличии от водооборотной системы).

Замер температуры матрицы

В процессе испытания пресс-форм специалисты «Трейд-Лит Инжиниринг» контролируют и фиксируют температурный режим работы пресс-формы с помощью специального прибора измерения температуры. Температура рабочих частей — важный элемент технологического режима работы пресс-форм.

Так же эта фотография иллюстрирует стабильность температуры матрицы, полученную применением двух разных процессов работы с температурой пресс-формы:

1) Термостатирование. В случае с этой пресс-формой матрица термостатируется через каналы размещенные в теле матрицы;
2) Охлаждение. В неподвижной полу-форме показанной на фотографии находится литниковая втулка, и конечно в конструкции пресс-формы «Трейд-Лит Инжиниринг» присутствует обойма литниковой втулки, внутри которой расположен канал охлаждения. То есть «лишнее» тепло от литниковой втулки отбирается и не влияет на прогрев неподвижной полу-формы.

Обойма пресс-формы трейд-лит инжиниринг

Цельная обойма пресс-форм поставляемых «Трейд-Лит Инжининринг» позволяет увеличить ресурс работы пресс-формы, правильно распределить тепловую нагрузку и получить отливки заданной точности. Так же на фотографии показана литниковая втулка пресс-формы к которой подводится отдельная линия охлаждения. В обойме так же установлены «тормозные гребенки» — каналы сужающегося сечения для выпуска воздуха из формообразующей полости.

Термостат

Для того, чтобы получить стабильное качество отливок наши специалисты применяют устройства для стабилизации температуры рабочих частей пресс-форм — термостаты. Поставляемые нашим предприятием термостаты двухконтурные, то есть в контуре пресс-формы циркулирует рабочая жидкость — термостойкое масло, а в контуре охлаждения масла применяется вода, поступающая от чиллера (воздушного теплообменника), который так же может быть поставлен Трейд-Лит Инжиниринг в комплекте с автоматизированным комплексом литья под давлением.

Пресс-формы у машины

Через две недели работы поставленная задача по получению партий годных отливок решена. Получены годные отливки, подобраны и сохранены режимы работы машины литья под давлением, манипуляторов, печи и термостата.

Задача 3-я — получение энерго-эффективного участка литья под давлением с низким потреблением электроэнергии.

Все машины серии MS оснащаются серводвигателями главного привода и дверей безопасности которые дают нам не только быстродействие, но и снижение потребляемой электроэнергии, что вполне естественно, так как в тот момент когда частота вращения 0, то и потребление электроэнергии не происходит. Для того, чтобы подтвердить снижение потребляемой электроэнергии, да и просто контролировать расход электроэнергии на каждый значимый потребитель непосредственно в электрошкаф машины литья под давлением и электрошкаф печи на вводе устанавличается счетчик электрической энергии.

Сервопривод — привод зависящий от какого-либо параметра, в нашем случае это давлением в гидравлической системе. Непосредственно после насоса в напорной линии гидравлической системы устанавливается датчик давления, сигнал с которого поступает на блок управления серводвигателем — инвертор, а затем серводвигатель вращает насос с заданной инвертором частотой от 0 до заданной для выполнения необходимого действия машины литья под давлением.
Для решения этой задачи нами осуществлен полный переход к комплектации всех наших машин серводвигателем главного привода с частотой 120 Гц, что привело к появлению новой серии машин — серии MS.

Частота инвертора машины MS160

В паре с серводвигателем мы устанавливаем лопастной насос большой производительности (на машинах до MS450 включительно устанавливается однопоточный насос), что дает нам сокращение каждого цикла получения отливки на несколько секунд за счет увеличения быстродействия гидравлического привода.

В случае с автоматизированной машиной литья под давлением MS160, нам удалось на одних и тех же пресс-формах и весе заливки получить сокращение цикла производства куста отливок на 2 секунды, что при на каждые 10 тысяч съемов дает нам дополнительно 715 съемов. То есть в месяц при условии производства 40 тысяч съемов на машине 2015 года поставки, на нашей машине серии MS, мы получим дополнительно 2860 съемов кустов отливок, и например, при наличии 10-и гнезд в пресс-форме мы получим дополнительно 28 тысяч 600 отливок.

Серводвигатель машины MS450

На фотографии показан привод машины литья под давлением серии MS в составе:

• отдельный электрошкаф с вентилятором, для размещения инвертора;
• серводвигатель, установленный на станине машины;
• мощный лопастной насос, через муфту установленный на серводвигателе;
• гидравлическая панель с клапанами, редуктором, манометром и рукава высокого давления идущие от насоса к гидропанели и от гидропанели к исполнительным механизмам (цилиндру смыкания пресс-формы, гидромотору и так далее).

Так же слева от машины установлен термостат, а справа от шкафа инвертора находится отдельных шкаф для управления манипуляторами.

Естественно и все остальные агрегаты и узлы машины литья под давлением серии MS, так же должны обеспечивать работу на повышенных скоростях. Так для обеспечения быстрого открывания автоматических передней и задней двери безопасности нами применяются:

• серводвигатель с инкодером;
• ременная передача с армированным зубчатым ремнем;
• подвеска двери на линейных подшипниках, движущихся по прецизионной линейной направляющей;
• система смазки линейных подшипников с разводкой в каждый подшипник;
• станция смазки подшипников.

Расплав металла в плавильной печи — наиболее энергозатратный процесс при литье под давлением, поэтому мы предлагаем нашим Покупателям решение в виде современных электрических печей сопротивления.

Какие же конструктивные решения мы предлагаем.

Во-первых отличная теплоизоляция, настолько эффективная, что корпус печи можно потрогать руками, при чем температура расплавленного металла в тигле около 700 градусов.

Во-вторых управление подачей тока по сигналу термопары постоянно погруженной непосредственно в расплавленный металл.

Печь со снятой крышкой

На фотографии показана раздаточно-подогревательная плавильная печь со снятой чугунной верхней деталью в процессе укладки теплоотражающего материала. Видно, что теплоотражающий материал аккуратно укложен несколькими слоями, полностью перекрывая зазор между тиглем и элементами корпуса. Такая укладка теплоотражающего материала предотвращает утечки тепла и естественно снижает потребление электроэнергии. После завершения укладки, сверху будет уложена и закреплена массивная чугунная деталь, закрывающая теплоотражающий материал и край тигля. Наличие чугунной верхней детали особенно важно при загрузке печи, так как чугун отлично защищает футеровку, теплоизоляцию и тигель от механических повреждений. На рисунке ниже видно расположение чугунной крышки на корпусе печи, а так же подробно показано устройство электрической печи сопротивления.
Печи имеют конструктивные особенности:
а) использование ленточных нагревательных элементов, позволяет разместить их близко к тиглю, и под элементами расположить на поверхности футеровки слой теплоотражающего материала, что укорачивает время наплавки печи, и снижает температуру на поверхности корпуса;
б) между обечайкой корпуса и футеровкой запрессовывается слой теплоотражающего материала, что обеспечивает хорошую теплоизоляцию и температуру на поверхности обечайки около 40-50 градусов, то есть к обечайке можно прикоснуться руками.

Конструкция печи

На следующей фотографии показано наличие погружной термопары в плавящемся металле и то, куда поступает сигнал от термопары.

Сигнал погружной термопары

В левой части фотографии можно увидеть аппаратуру установленную в электрическом шкафу печи. В нижней части кадра показан алюминиевый радиатор с вентилятором на котором установлены три твердотельных реле, регулирующих подачу тока на нагревательные элементы. Управляющий сигнал на твердотельные реле поступает от термопары находящейся в плавящемся металле, а это значит, что сила тока меняется в зависимости от температуры металла. Чем ближе температура к заданной, тем меньше подаваемый ток и тем длиннее импульсы его подачи. Именно это позволяет избежать перегрева металла и перерасхода электроэнергии.

Таким образом решена не только задача снижения затрат электроэнергии, но и задача превзойти по производительности машины устаревших типов без серводвигателей.

Четвертая задача — формализовать технологически процесс, включая все элементы работы с машиной, манипуляторами, пресс-формами и оборудованием в доступном для работы виде — операционной инструкции, представляющей собой техпроцесс в виде фотографий с минимумом текста, который можно посмотреть и выполнить.

Естественно, что полученные элементы технологического процесса должны сохраняться не только в электронном, но и в бумажном виде. Для этого нами разработан вид оформления технологического процесса — операционная инструкция. В которой в основном в виде фотографий и подписей к ним сохраняются настройки машины литья под давлением, манипуляторов, автоматического устройства смазки поршня камеры прессования, термостата, печи и чиллера.

Операционная инструкция на манипулятор-заливщик

Так, на приведенной выше фотографии показан фрагмент операционной инструкции в котором отражено:

• подготовка инструмента для работы с металлом;
• подготовка к работе ковшей для манипулятора-заливщика;
• настройка объема металла в ковше манипулятора-заливщика;
• выполнение ручного хода руки манипулятор-заливщика, для прогрева ковша;
• выполнение поворота ковша манипулятора-заливщика.

И таким образом, подробно описаны все действия связанные с работой всех составляющих автоматизированного комплекса или машины литья под давлением.

Инструкция по работе с пресс-формой

После проведения испытаний в приложении про пресс-форму к операционной инструкции отражаются полученные приемы работы:

• места нанесения смазки;
• места склонные к налипанию металла и способы устранения этого явления;
• методы, инструменты и приспособления для зачистки рабочих частей пресс-формы при ее обслуживании.Для машин оборудованных цифровой контрольной системой обязательно сохраняется и вносится в виде фотографий график запрессовки металла, полученный при отработке технологии получения годной отливки. Графики показывают:
• скорость движения металла в камере прессования;
• давление оказываемое на металл;
• ход поршня;
• время от начала движения поршня до кристаллизации металла в пресс-форме.

Инструкция на пресс-форму

Пользуясь данными сохраненных графиков, сотрудники Покупателя всегда смогут воспроизвести процесс получения годных отливок на освоенных пресс-формах.

Подведем итог. В результате создания нового участка литья алюминия под давлением и освоения производства отливок нашими специалистами решены следующие задачи:

1) проведена комплектация, сборка и ввод в эксплуатацию оборудования участка литья под давлением, на базе автоматизированной машины литья под давлением с усилием запирания 300 тонн и электрической печи;
2) освоены пресс-формы с развитой системой термостатирования и охлаждения, включающей коаксиальные каналы в знаках;
3) получен энерго-эффективный участок литья под давлением с низким потреблением электроэнергии;
4) формализован технологически процесс, включая все элементы работы с машиной, манипуляторами, пресс-формами и оборудованием в доступном для работы виде — операционной инструкции, представляющей собой техпроцесс в виде фотографий с минимумом текста, который можно посмотреть и выполнить.