В настоящее время на современных литейных предприятиях наблюдается неуклонный интерес к автоматизированию процесса изготовления стержней для литейных форм с применением технологии сыпучих холоднотвердеющих смесей (ХТС). Технология литья в ХТС позволяет обеспечить высокое качество поверхности литья, отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке. Основными компонентами таких смесей являются фурановые смолы, кварцевый песок и катализаторы.
Для автоматизированного производства песчано-смоляных стержней применяются пескострельные стержневые автоматы. Пескострельный автомат работает по следующему принципу: отъемные элементы стержневого ящика в исходном положении открыты и закрываются при помощи гидравлических приводов. Стержневая смесь со сжатым воздухом вдувается в стержневой ящик и далее, в зависимости от технологии, ящик нагревается внешними нагревательными элементами (горячий процесс), либо через ящик пропускается газообразный катализатор (холодный процесс). Смесь затвердевает в рабочей полости ящика, образуя твердый стержень. После раскрытия ящика стержень извлекается при помощи толкателей.
Наиболее важным узлом любого пескострельного стержневого автомата, отвечающим за бесперебойную подачу воздушно-песчаной смеси со связующим компонентом в стержневой ящик под высоким давлением, является поворотный затвор. Эксплуатация автомата с вышедшим из строя затвором невозможна, и в этой связи требования, предъявляемые к затвору, чрезвычайно высоки.
Поворотный затвор с пневматическим приводом устанавливается под бункером с песком и должен не только регулировать подачу потока стержневой смеси, но также и выступать в роли герметизирующего элемента системы, обеспечивая газонепроницаемое отсечение верхней части стержневой камеры. Обеспечение газонепроницаемости при одновременном использовании на потоке высокооабразивной песчано-смоляной среды является достаточно сложной задачей для поворотного затвора.
Частицы кварцевого песка с чрезвычайно острыми гранями, смешанные со связующим компонентом, оказывают негативное воздействие как на диск затвора, так и на уплотнительную манжету. Формовочная смесь прилипает к обеим деталям, что в дальнейшем провоцирует их быстрый механический износ. Из-за большого количества срабатываний на открытие и закрытие детали, контактирующие со средой, быстро изнашиваются, и затвор больше не является газонепроницаемым (рис. 1). В этом случае, при наполнении стержневого ящика, выдув смеси имеет неприятные последствия: кварцевый песок бесконтрольно вылетает из бункера в стержневой ящик, стержневая камера не герметизируется.
Литейные производства, использующие в своей работе стержневые автоматы, хорошо знакомы с этой проблемой и пытаются решить ее разными способами. Некоторые специалисты по техобслуживанию своевременно меняют изнашиваемые детали на оригинальные запасные части производителя, другие покрывают диск броней методом наплавки, а затем шлифуют до исходного размера. Есть предприятия, которые сами отливают новые диски или заказывают неоригинальные манжеты. В любом случае, несмотря на огромную стоимость работ по восстановлению работоспособности затворов, эти работы должны выполняться, потому что простои стержневых машин нарушают последовательность технологических операций, замедляют производство и снижают производительность предприятия в целом. Все эти усилия способствуют только краткосрочному возобновлению производства и не приводят к значительному увеличению срока службы затворов.
Немецкая компания EBRO Armaturen, расположенная в г. Хаген, уже много лет поддерживает тесные контакты с эксплуатационно-техническими службами литейных производств с целью разработки поворотных затворов для долгосрочного функционирования. Это особенно актуально в области сложных промышленных применений. Инженерный опыт компании EBRO пользуется большой популярностью во многих отраслях промышленности, в результате чего появляется большое количество специальных решений. Благодаря наличию обратной связи с конечными пользователями, компания обрела широкую известность во всем мире и многие из решений в настоящее время успешно выпускаются серийно. Результатом сотрудничества с производителями пескострельных стержневых автоматов и эксплуатирующих их литейными производствами является затвор Z011-A INFLAS (рис. 2). В работе на абразивной среде поворотный затвор EBRO с эластомерным уплотнением типа Z011-A INFLAS с пневматическим приводом и логическим блоком управления Inflatrol (ECO) обеспечивает значительно более длительный срок службы в сравнении с обычным затвором. INFLAS (от inflatable seat – надувное седло), как следует из названия, имеет надувную манжету. Режим работы затвора с надувной манжетой обеспечивает меньшее абразивное воздействие кварцевого песка на манжету и диск при контакте. Испытания на литейных производствах доказали, что в зависимости от частоты циклов переключения срок службы затвора может достигать более одного года.
Перед открытием затвора давление между корпусом и манжетой сбрасывается, манжета сдувается, между диском и манжетой образуется зазор. Как только давление сбрасывается, затвор открывается, блок концевых выключателей фиксирует конечное положение диска «открыто». Сброс давления из внутреннего пространства между корпусом и манжетой позволяет открывать/закрывать затвор с очень низким крутящим моментом при отсутствии механического контакта между диском и манжетой (рис. 3). Таким образом достигается чрезвычайно низкий износ деталей, контактирующих со средой. При последующем закрытии затвора и достижении диском конечного положения блок концевых выключателей фиксирует положение «закрыто». Блок управления выполняет проверку достоверности данных. Если затвор полностью закрыт, манжета равномерно поджимается к диску воздухом.
Данное решение гарантирует надежное перекрытие среды и значительное снижение механического износа деталей в процессе открытия/закрытия. Функция надувания также гарантирует, что герметичность под давлением сохраняется, даже когда детали начинают изнашиваться.
Манжеты поворотных затворов EBRO конструктивно отличаются от манжет других производителей наличием центрального гребневидного выступа на наружной поверхности манжеты, которая соответствует ответной впадине в корпусе. Этим решением обеспечивается плотная посадка и надежная фиксация манжеты в корпусе при обжатии затвора между фланцами. Бурт манжеты является одним из важнейших решений по обеспечению высоких эксплуатационных характеристик поворотных затворов EBRO.
Специально для применения на сыпучих смесях была разработана манжета из нитрила (NBR) с высокой стойкостью к абразивному износу. В качестве альтернативы затвор может комплектоваться манжетой из полиуретана (SBR).
Для достижения максимально возможной износостойкости диска затвора, контактирующего с кварцевым песком, диск в стандартной комплектации изготавливается из высоколегированной нержавеющей стали 1.4408 или опционально из высокопрочной износостойкой стали Hardox.
В качестве основы для затвора Z011-A INFLAS используется доработанный стандартный затвор Z011-A. Корпус затвора снабжается присоединительными штуцерами подачи воздуха для надувания уплотнительной манжеты, внутренняя конструкция корпуса дополнительно герметизируется для предотвращения потерь поджимающего воздуха по валу и попадания под манжету песчано-смоляной смеси в местах прохода вала. Затворы EBRO INFLAS оснащаются сложным каскадным уплотнением по валу. Это также обеспечивает защиту подшипников скольжения вала от грязи и пыли (рис. 4).
Логическое управление надуванием манжеты может быть реализовано как производителем пескострельного автомата при разработке системы управления станком, так и поставляться EBRO Armaturen в виде готового решения. Компания «ЭБРО Арматурен» предлагает готовое решение «включай и работай», что позволяет заменить в существующей установке только затвор с пневматическим приводом, все остальное остается без изменений. Уплотнительная система INFLAS была специально разработана для эксплуатации на высокоабразивных сыпучих средах и доступна для всех поворотных затворов EBRO с эластомерным уплотнением со сменными манжетами от DN 80 до DN 400.
