Опыт создания нового участка литья под давлением на базе машины MS450 и освоение двух пресс-форм

Наше предприятие «Трейд-Лит Инжиниринг» имеет успешный опыт создания нового участка литья под давлением на базе машины MS450, в ходе ввода в эксплуатацию которога были освоены две пресс-формы для получения комплекта из четырех 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 450 тонн и электрической печи;
2) освоение пресс-формы с гидравлическим приводом подвижных знаков — ползунов;
3) освоение пресс-формы со сменной рабочей частью — полу-матрицей;
4) получение комплекта годных отливок с двух пресс-форм;
5) получение энерго-эффективного участка литья под давлением с низким потреблением электроэнергии;
6) возможность паспортизации отливок, при помощи записи в памяти машины процесса запрессовки метала в пресс-форму в графическом и цифровом виде.

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 MS450

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 MS450, 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 450 тонн, модели MS450, 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) Так как, мы имеем в составе машину литья под давлением и термостат, то нам требуется вода для охлаждения. Значит в комплекте нового литейного участка так же появляется чиллер, укомплектованный циркуляционным насосом и расширительным баком.
5) И конечно, для производства отливок понадобятся пресс-формы, которые так же поставляет наше предприятие. В нашем случае это будет комплект из двух пресс-форм. Первая пресс-форма, в силу сложности формообразующей полости будет оснащена тремя подвижными знаками, с гидравлическим приводом. Вторая пресс-форма, для получения разных вариантов отливок будет укомплектована дополнительной сменной рабочей частью — полу-матрицей.
Итак мы определились с комплектацией автоматизированного комплекса литья под давлением на базе машины MS450, с усилием запирания 450 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.

Машина литья под давлением MS450 выгрузка

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.

Подвижная плита с втулками

На фотографии показана сборка узла прессования машины литья под давлением.
Узел прессования машин MS450, может работать в любом положении от 0 до -200 мм.
Отличительной особенностью узла прессования всех машин модели MS450, является наличие автоматической регулировки давления в обоих аккумуляторах.

MS450 экран установки давления

На фотографии показан интерфейс настройки давления в аккумуляторах в момент подкачки, после заправки азота — поэтому текущее значение давления еще не достигло заданной величины. Так же мы видим окно задачи давления, по достижении которого включится мультипликатор, что особо важно для производства отливок с требованиями по герметичности.
После сборки узлов машины литья под давлением начинается установка манипуляторов.

Машина литья под давлением MS450 с манипуляторами

На фотографии машина литья под давлением с установленными на нее манипуляторами. На верхней поверхности неподвижной плиты смонтирован манипулятор-смазчик поворотного типа, которым комплектуются машины литья под давлением, устанавливаемые в помещениях с низким потолком или малым 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 MS450 и MS400, выпускаемых в 2019-2020 годах будут универсальные присоединительные размеры плит, предназначенные для установки пресс-форм ранее работавших на машинах 71107, 71108, 71109 и CLOO-400. 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 машин 71107, 71108, 71109 и CLOO-400.

Машина литья под давлением MS450 с печью

Другой отличительной особенностью всех машин серии MS, начиная с 2019 года стала консольная установка дверей безопасности, полностью открывающая проем для установки пресс-формы, что особенно актуально при малом расстоянии от крюка кран балки до колонн машины.

Раздаточно-подогревательная печь MS450

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.

Манипулятор заливщик комплекса MS450

Металл готов к работе. На фотографии показан манипулятор-заливщик над поверхностью металла. В металле находится термопара в керамическом чехле.

MS450 манипулятор-заливщик

Манипулятор-заливщик установлен, испытан и мы можем приступать к решению следующих задач, а именно к испытаниям пресс-форм и получению партий отливок.
Задача 2-я — Освоение пресс-формы с гидравлическим приводом подвижных знаков — ползунов

Пресс-форма

Специалисты Трейд-Лит Инжиниринг провели испытания и подбор технологических режимов работы комплекта пресс-форм поставленных к машине литья под давлением MS450.
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.

Пресс-форма с гидравлическими цилиндрами

Одноместная пресс-форма «Корпус», предназначена для получения отливок с требованиями по герметичности. Сложная конфигурация отливки определила наличие на пресс-форме трех подвижных знаков — ползунов. Современное решение привода подвижных знаков с большим ходом — гидравлический привод.
Для подключения трех гидравлических цилиндров пресс-формы использованы установленные на машине гидравлические панели, на фотографии показана гидравлическая панель подвижной плиты, к которой подключены два гидравлических цилиндра пресс-формы. Третий гидравлический цилиндр пресс-формы подключен к гидравлической панели, установленной на неподвижной плите. Всего к машине литья под давлением модели MS450 можно подключить четыре независимых гидравлических цилиндра пресс-формы. Каждый цилиндр может быть настроен на свое давление и скорость перемещения знака. Это дает возможность аккуратно смыкать и выводить с повышенным усилием ползуны пресс-формы из полученной отливки. Вся система смыкания подвижных знаков работает автоматически по алгоритму установленному в специальном интерфейсе на сенсорном мониторе машины. На каждом гидравлическом цилиндре пресс-формы поставленной Трейд-Лит Инжиниринг имеется система управления, показывающая положение ползуна. Сигналы от системы поступают в контроллер машины и согласуются с алгоритмом работы всего автоматизированного комплекса, а так же поступают в контроль системы безопасности машины.

Манипулятор-смазчик MS450

Манипулятор-смазчик наносит разделительную смазку на рабочие части пресс-формы.

MS450 контроль температуры пресс-формы

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.

Готовая отливка

И вот сотрудники Покупателя совместно со специалистами Трейд-Лит Инжиниринг получили годные отливки в автоматическом режиме.

Задача 3-я — освоение пресс-формы со сменной рабочей частью — полу-матрицей
Для получения нашим Покупателем большего ассортимента отливок, но без лишних затрат нами была предложена конструкция пресс-формы со сменной рабочей частью — полу-матрицей. Простая замена полу-матрицы дает получение отливок с другой конфигурацией.

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.

Пресс-форма

Пресс-форма в сборе на плитах машины литья под давлением MS450. На фотографии видно подключение охлаждения литниковой втулки и рассекателя, а так же подвод металлических рукавов от термостата. Применение термостата увеличивает ресурс работы пресс-формы и позволяет получить стабильное качество отливок.

Работа с пресс-формой

Работа с пресс-формами содержит элементы обслуживания, которые можно производить непосредственно на машине, не снимая пресс-форму. Для того, чтобы видеть рабочие части пресс-форм на машине установлены LED прожектора, направленные непосредственно на рабочие части. Конструкция прожекторов позволяет изменять направление пучка света, подсвечивая именно ту часть на которой производятся работы.

Задача 4-я — получение комплекта годных отливок с двух пресс-форм

Машина литья под давлением MS450 графики прессования

При производстве подборе технологических режимов получения годных отливок специалисты нашего предприятия используют интерфейс описывающий процесс заполнения формообразующей полости. При описании процесса производится построение трех графиков: — скорость движения металла; — давление оказываемое на металл; — ход поршня, и показ в таблице семи параметров для паспортизации отливки.

Полученная отливка на MS450

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 5-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.

Частота инвертора машины MS160

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.

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.

Задача 6-я — обеспечение возможности паспортизации отливок, при помощи записи в памяти машины процесса запрессовки метала в пресс-форму в графическом и цифровом виде.

Наши машины MS450 оснащены цифровой контрольной системой узла прессования, которую мы используем для сохранения и быстрого воспроизведения настроек узла прессования при смене пресс-форм. Но наша цифровая система имеет не только память для хранения данных по пресс-формам, но и отдельный блок записи и хранения данных по каждой запрессовке из текущих 20 тысяч запрессовок. То есть мы можем от текущей отливки (куста отливок) и на 20 тысяч до этого момента посмотреть с какими режимами производились отливки (запрессовки).
В первую очередь нас интересуют следующие параметры:

• давлением оказываемое на металл;
• скорость с которой запрессовывался металл в разные фазы прессования;
• ход поршня, соответствующий скорости движения металлу и давлению по разным фазам прессования;
• время, в которое происходили все фазы запрессовки в тысячных долях секунды.

Для этого по каждой запрессовке сохраняются три сплошных, то есть описывающих запрессовку от начала до конца, без каких-либо точек или условных мест. То есть наша система записи строит графики «как есть», без какой-либо симуляции. И нам не нужно, как в устаревших системах выделять какие-то 18 точек замера, так как в нашем случае замер осуществляется непрерывно, как показано на фотографии ниже.

График запрессовки на машине литья под давлением MS160

Нам достаточно просто навести курсор на экране в любое место и получить данные по времени, давлению, положению поршня в камере прессования, и скорости движения металла. Для детального рассмотрения процесса предусмотрено увеличение масштаба графиков.
Используя возможности нашей цифровой системы управления узла прессования можно, кроме трех графиков и времени, получить по каждой запрессовке семь параметров:

• скорость первой фазы прессования;
• скорость второй фазы прессования;
• скорость третей фазу прессования;
• положение поршня в момент включения мультипликатора;
• давление на металл в процессе кристаллизации;
• положение поршня в литниковой втулке пресс-формы при формировании пресс-остатка;
• время достижения давления подпрессовки.

Таким образом, при литье отливок с требованиями по герметичности, наш Покупатель может провести паспортизацию каждой отливки, для того чтобы подтвердить конечному Потребителю изделий качество литья.

Подведем итог. В результате создания нового участка литья 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 450 тонн и электрической печи;
2) выполнено освоение пресс-формы с гидравлическим приводом подвижных знаков — ползунов;
3) выполнено освоение пресс-формы со сменной рабочей частью — полу-матрицей;
4) получен комплект годных отливок с двух пресс-форм;
5) получен энерго-эффективный участок литья под давлением с низким потреблением электроэнергии;
6) получена возможность паспортизации отливок, при помощи записи в памяти машины процесса запрессовки метала в пресс-форму в графическом и цифровом виде.
Так же надо отметить, что данные задачи были решены совместным добросовестным и упорным трудом сотрудников Покупателя и специалистов Трейд-Лит Инжиниринг. Мы всегда ценим желание сотрудников наших Покупателей освоить новую технику, внедрить новые технологии и организовать современное производство отливок методом литья под давлением.