Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ДАШЕНИЕМ
З-е издание,переработанное и дополненное
н
МОСКВА
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
(990
ББК 34.61 Л64
УДК 621.745.043 i 621.865.8
Авторы: I М. В. Веккер |, М. Л« Заславский, Ю. Ф, Игнатенко, Р. А. Ко- ротков, В. Я. Невзоров 、
Рецензент д-р техн* наук проф» Г* П. Борисов
Литье под давлещ1ем/Л|.. Б, „реккер.,. М. Л. Заславский, Л64 Ю. Ф. Игнатенко и др. —3-е изд., пер|ераб. и доп. —М.: Машиностроение, 990.——400 с.: йл.
ISBN 5-217-00817-4
Дан анализ совреь енного уровня, обобщены Достижения н перспективы научно-техннческош. проц^^аи^иш®ь&-йод давлением. Рассмотрены вопросы конструирования отлнвок, проектирования технологического процесса, выбора машин н определения параметров процесса лнтья, автоматизированного проектирования пр^сс-форм н условий нх работы.
В третьем нзданнн (2-е нзд/1975 г.) дан анализ проблем создания роботизированных технологнчесжнх лнннн, гнбкнХ пр онзвоДств ен ны х модулей н комплексной автоматизации цехов лнтья под давлением.
Для инженерно-технических работников, занимающихся литейным производством.
ЛЛ2704020000—055038 (01)—902704020000—055038 (01)—9055—9055—90ISBN 5-217-00847-4ISBN 5-217-00847-4ББК 34.61© Издательство «Машиностроение», 1975© М. Б. Беккер, М. Л. Заславский, Ю. Ф. Игнатенко и др., 1990ББК 34.61© Издательство «Машиностроение», 1975© М. Б. Беккер, М. Л. Заславский, Ю. Ф. Игнатенко и др., 1990
Л
Л
2704020000—055
038 (01)—90
2704020000—055
038 (01)—90
55—90
55—90
ISBN 5-217-00847-4
ISBN 5-217-00847-4
ББК 34.61
© Издательство «Машиностроение», 1975
© М. Б. Беккер, М. Л. Заславский, Ю. Ф. Игнатенко и др., 1990
ББК 34.61
© Издательство «Машиностроение», 1975
© М. Б. Беккер, М. Л. Заславский, Ю. Ф. Игнатенко и др., 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
Процесс литья под давлением имеет более чем вековую историю. Главными его преимуществами являются возможность получения заготовок с минимальными припусками на механическую обработку или без нее и минимальной шероховатостью необрабатываемых поверхностей, обеспечение высокой производительности и низкой трудоемкости изготовления деталей.
За время, прошедшее после выхода в свет второго издания монографии, в технологии литья под давлением произошли значительные изменения, были разработаны новые машины и средства автоматизации, появилось оборудование, обеспечивающее высокие скорости и усилия прессования, контроль и регулирование в широких пределах технологических режимов литейного процесса. Для получения отливок расширилось применение высокопрочных алюминиевых, магниевых и других сплавов.
В третьем издании книги авторы постарались осветить все вопросы, основываясь на достижениях промышленности, конструкторских бюро, научно-исследовательских и учебных институтов.
Как и во втором издании, большое внимание уделено технологическим аспектам литья под давлением, начиная от технологичности конструкций отливок и заканчивая проблемами автоматизации управления технологическим процессом.
Авторы учли, что некоторые проблемы литья под давлением, такие, как тепловые и гидродинамические условия формирования отливок, теоретические основы расчета технологических параметров заполнения и подпрессовки, достаточно подробно изложены в книге А. К. Белопухова «Технологические режимы литья под давлением», выпущенной издательством «Машиностроение» в 1985 году, а основы конструирования машин — в книге Б. Ф. Ного- вицина «Основы расчета и проектирование машин для литья под давлением», выпущенной издательством Иркутского университета
в 1987 году. Эти проблемы рассмотрены в гащге очень кратко.
Авторы не претендуют на полное изложение всех аспектов технологии литья под давлением. Ряд теоретических положений и практических выводов отражает их точку зрения и может служить предметом дальнейших дискуссий. Все замечания и предложения будут приняты авторами с благодарностью.
Гл. 1, п. п. 2.2—2.4, 3.1—3.4, 3.6 написаны Р. А. Коротковым, п. п. 2.1, 3.5 и 3.7 — Ю. Ф. Игнатенко, гл. 4 — М. Б. Беккером, гл. 5, 8 и 9 — М. Л. Заславским, гл. 6 и 7 — В. Я. Невзоровым.
СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕСХА
При литье под давлением металлический сплав в жидком или твердожидком состоянии подается в камеру прессования специальной машины под давлением, создаваемым перемещающимся в этой камере поршнем, с высокой скоростью через литниковые каналы заполняет полость пресс-формы и затвердевает в ней под давлением. При раскрытии пресс-формы отливка извлекается.
Существуют четыре основные схемы процесса литья под давлением, позволяющие получать широкую номенклатуру отливок из различных сплавов.
Первая схема —— литье под давлением на машинах с горячей камерой прессования (рис. 1.1). Камера прессования заполняется металлом из тигля 4 через заливное отверстие 3. Расплавленный металл под давлением поршня /, приводимого в движение пневматическим или гидравлическим цилиндром, вытесняется из камеры прессования 2 в полость пресс-формы 5 при перекрытом отверстии 6. Металл затвердевает, образуя отливку 7, а прессующий поршень возвращается в исходное положение. Незатвердевшая часть металла сливается по каналу мундштука 8 и металло- проводу 9 в камеру прессования. После охлаждения до заданной температуры отливка удаляется из /рабочей полости формы. Пресс-форма очищается, смазываете^, и рабочий цикл повторяется.
Технологическими преимуществами этой схемы является стабильность технологических параметров, отсутствие потерь сплава в процессе заливки, широкие возможности автоматизации всего литейного цикла, высокая производительность. Существенные недостатки — быстрое изнашивание прессующей пары (поршня и камеры прессования), образование зазора между ними, что приводит к снижению давления прессования. Это вызывает повы^ шенную пористость, снижение качества поверхности, четкости оформления конфигурации отливки.
Литьем под давлением на машинах с горячей камерой прессования можно получать отливки из сплавов не реагирующих с материалом прессующей пары и металлопровода.
Вторая схема — литье на машинах с холодной вертикальной камерой прессования (рис, 1.2). Расплавленный металл заливается в камеру прессования / с подвижным дном 2, называемым
Рис. I.L Схема литья под давлением иа машинах с горячей камерой прессовании
пяткой. Прессующий поршень 3 в момент заполнения камеры находится в верхнем положении, затем он опускается на металл, перемещая пятку вниз и открывая отверстие в литниковой втулке 4, через которое металл поступает в полость формы 5. После затвердевания Металла пятка поднимается, отделяя литник от пресс- остатка 6； После раскрытия пресс-формы выталкивателями из ее подвижной части удаляется отливка 7 вместе с литниковой си* схемой.
Технологическую схему с вертикальной камерой прессования целесообразно применять в тех случаях, когда отливки имеют глубокие полости при относительно небольшом ходе подвижной плиты машины на раскрытие, когда нужно использовать центральный литник. При литье по этой схеме неметаллические включения, имеющиеся в расплаве, задерживаются в пресс-остатке, так как площадь литника значительно меньше площади камеры прес* сования.
Третья схема — литье на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования (рис. 1.3). Расплавленный металл заливается в камеру прессования 2, расположенную горизонтально 口。оси машины и перпендикулярно к плоскости разъема формы, непосредственно связанную с неподвижной половиной формы L В верхней части камеры имеется окно 3 для заливки металла. При движении пресс-поршня 5 металл через питатель 4 запол- няет рабочую полость формы. После окончания кристаллизации металла форма раскрывается, и отливка 6 с пресс-остатком 7 выталкивается пресс-поршнем из неподвижной части формы 8. Как правило, отливка остается в подвижной половине пресс-
Рис. 1.2. Схема литья под давлением иа машинах с холодной вертикальной камерой прессовании
6•
£
Рис. L3. Схема литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования
формы, а затем выталкивается с помощью системы толкателей^ либо сбрасывается в специальную тару, либо извлекается захватами манипулятора.
При литье по этой технологической схеме потери теплоты жидким металлом и гидравлическое сопротивление на пути его движения в полость пресс-формы меньше, чем при литье на машинах с вертикальной камерой прессования, в результате исключения одного из элементов литниковой системы — литникового хода. Это позволяет снизить температуру заливки сплава, уменьшить пористость отливки и осуществить ее эффективную подпрессовку после окончания заполнения. Возможность широкого диапазона изменения скорости прессования позволяет создавать наиболее благоприятные гидродинамические и тепловые условия формирования отливки, до минимума сокращать пористость отливок.
В последние годы технология получения отливок на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования получила наибольшее распространение как у нас в стране, так и за рубежом.
Впервые литье под давлением было применено Г. Бруссом в 1838 г. при изготовлении литер с изображением букв для газетопечатных машин. В 1839 г. был взят первый патент на поршневую машину для заливки металла под давлением. В машиностроении литье под давлением начали применять с 1849 г. для производства мелких деталей из оловянно-свинцовых сплавов. Машина конструкции В. Стуржиса, используемая для этих целей, имела ручной поршневой привод, с помощью которого в камере прессования, расположенной внутри тигля с расплавленным металлом, создавалось давление 100—150 Па. В 60-х годах прошлого века литье под давлением стали применять для изготовления отливок из сплавов на цинковой основе. В поисках повышения производительности ручной привод в поршневых машинах заменили пневматическим. В конце XIX в. были сделаны попытки использовать для литья под давлением алюминиевые, а затем и медные сплавы. По словам Л. Фроммера, «история развития литья под давлением есть в то же время история постепенного преодоления трудностей, возникавших благодаря применению все более тугоплавких и обладающих все более неблагоприятными литейными свойствами сплавов» [731.
守守е)м)е)м)
守
守
е)м)
е)м)
компрессорных ыашиикомпрессорных ыашииРис. 1.4. Схемы поршневых и
компрессорных ыашии
компрессорных ыашии
Все современные машины для литья под давлением по принципу работы узла прессования подразделяют на два класса: машины с горячей камерой прессования и машины с холодной камерой прессования. В свою очередь, машины с горячей камерой делятся по способу запрессовки металла в форму на поршневые и компрессорные.
Поршневые машины могут иметь вертикальную или горизонтальную камеру прессования. Поршневые машины с вертикальной камерой прессования подразделяют на машины с вертикальной (рис. 1.4, а), наклонной (рис. 1.4, 6) и горизонтальной (рис. 1.4,6)плоскостью разъема пресс-формы. Машины с неподвижным горизонтальным металлопроводом могут иметь вертикальный (рис. 1.4, г) или горизонтальный (рис. 1.4, 5) разъем формы. В современной практике поршневые машины с горячей камерой прессования и горизонтальной плоскостью разъема пресс-формы применяют крайне редко.
Машины, в которых движение металла осуществляется под действием сжатого воздуха, называют компрессорными. Первые конструкции этих машин, разработанные в конце прошлого века,
были предназначены для изготовления отливок из алюминиевых сплавов. Принцип их работы заключается в том, что сжатый воздух давит на всю поверхность металла в тигле, из которого он поступает по неподвижному металлопроводу в пресс-форму с вертикальной (рис. 1.4, е) или горизонтальной (рис. 1.4,第)плоскостью разъема. В настоящее время компрессорные машины такого тйпа выделились в отдельную группу машин для литья под низким давлением.
Компрессорные машины для литья под давлением с неподвижным металлопроводом были заменены машинами с подвижным металлопроводом, называемым гузнеком (рис. 1.4, з). В отличие от машин с неподвижным металлопроводом, в которых давление сжатого воздуха на металл не превышало 60 Па, в машинах с подвижным металлопроводом воздух давит на небольшую поверхность металла, находящегося в гузнеке, что дает возможность повысить давление до 400 Па. Кроме того, в гузнеке резко уменьшается поверхность окисления жидкого металла.
Машины с гузнеком не могли обеспечивать высокое качество отливок из сплавов на основе алюминия и быстро выходили из строя из-за разъедания стальных подвижных деталей камеры прессования. Их применяли главным образом для получения отливок из цинковых сплавов.
Принцип работы первых машин литья под давлением сохранился в одном из классов современных машин, получивших название машин с горячей камерой прессования. Но только создание машин с холодной камерой прессования позволило получить отливки из алюминиевых сплавов требуемого качества.
В первые десятилетия нашего века конструкции и качество изготовления пресс-форм уже отвечали требованиям по чистоте поверхности и точности размеров, предъявляемым к деталям машин и приборов. Технология изготовления деталей из проката механической обработкой оказалась значительно более трудоемкой, чем получение той же детали из литой заготовки. Кроме того, расход металла при этом снижался в 3——4 раза, поэтому совершенствование литья под давлением, которое позволяло получать заготовки по малоотходной и малооперационной технологии, шло по пути приближения отливки по конфигурации, размерам и шероховатости поверхности к готовой детали.
Производство продукции крупными сериями особенно способствовало развитию литья под давлением. Быстрая окупаемость затрат на оборудование и литейную оснастку ускорила процесс совершенствования и производства машин литья под давлением и пресс-форм.
В 1924 г. фирмы Ekkert (Германия) и Polak (Чехословакия) сконструировали и изготовили машины с холодной вертикальной камерой прессования. Это привело к широкому внедрению в массовое производство технологии изготовления отливок из алюминиевых, а затем и медных сплавов.
Рис* 1.5. Вертикальные камеры прессованияРис* 1.5. Вертикальные камеры прессования
Рис* 1.5. Вертикальные камеры прессования
Рис* 1.5. Вертикальные камеры прессования
Существует несколько разновидностей вертикальных камер прессования. В 1939 г. в СССР была выпущена серия машин ОВП с холодной камерой, расположенной непосредственно в пресс- форме (рис. 1.5, а).
Фирмой Polak была изготовлена машина вертикальной ком- поновки мод. Р 100/100, в которой камера прессования разме- Щалась в пресс-форме с горизонтальным разъемом (рис. 1.5, б), аналогичная машина мод. МЛ 50/50 была выпущена в СССР. С 1961 г. фирма Press Automatic (США) начала выпуск машин с вертикальным расположением запирающего механизма и вертикальной запрессовкой металла снизу по схеме, приведенной на рис. 1.5, 6. Машины вертикальной компоновки с поворотом узла прессования и сегодня находят применение для получения отли- вок с повышенными требованиями по прочности и плотности (рис, 1.6). На машинах этого типа легко осуществлять автоматическую заливку и дозирование жидкого металла. Применяемая для машин данной конструкции схема спокойного заполнения СНИЗУ чеРез утолщенные питатели не требует высокого давления, ЧТо позволяет получать крупногабаритйые детали при сравнительно небольших усилиях запирания пресс-формы, эффективно
Рис. 1.6. Схема машины литья под давлением с вертикальной камерой прессования фирмы Ube (Япония)Рис. 1.6. Схема машины литья под давлением с вертикальной камерой прессования фирмы Ube (Япония)
Рис. 1.6. Схема машины литья под давлением с вертикальной камерой прессования фирмы Ube (Япония)
Рис. 1.6. Схема машины литья под давлением с вертикальной камерой прессования фирмы Ube (Япония)
использовать подпрессовку. Машины вертикальной компоновки успешно применяют для изготовления роторов электродвигателей.
В СССР промышленное освоение литья под давлением началось в 20-е годы этого столетия. В 1923 г. А. Ф. Дурниенко изготовил пневматическую машину для литья под давлением цинковых сплавов и организовал в Москве мастерские по выпуску деталей замков и других бытовых изделий. В 1925 г. в Ленинграде на двух заводах инженер Б. Ю. Юнгмейстер организовал производство отливок под давлением на ручных машинах с горячей камерой. Здесь впервые начали изготовлять литые заготовки деталей приборов.
В 1929 г. работники завода «Изолит» С. Я* Ямщиков, А. П. Полянский, Н. А. Шубин, П. П. Кирьянов и другие создали на базе машин с горячей камерой прессования цех литья под давлением и разработали технические условия на поставку литья под давлением. /
В 1931 г. на одйом из ленинградских заводов В. М. Пляцкий организовал участок литья под давлением, где на машинах с холодной камерой прессования было освоено производство деталей приборов сложной конфигурации из алюминиевых, цинковых и медных сплавов.
В 30-е годы было освоено производство отливок под давлением на Горьковском и Московском автомобильных заводах, на заводе «Автоприбор» в Р・ Владимире и др.
В 1940 f. завод «Красная Пресня» изготовил машину мод. ЛД-7 с вертикальной камерой прессования — это 風ло началом отечественного производства необходимого для литья под давлением оборудования. Позже этим же заводом было освоено производство машин с горизонтальной холодной камерой прессования. Машины такого типа нашли наибольшее распространение в промышленности. Это объясняется простотой и надежностью конструкции такой камеры. Кроме того, в машинах с горизонтальной холодной камерой прессования потери теплоты жидким металлом и гидравлическое сопротивление на пути его движения в полость пресс- формы меньше, чем в машинах с вертикальной камерой, в результате исключения литникового хода. Это позволяет снизить температуру заливки сплава, уменьшить пористость и осуществить эффективную под прессов ку отливки после окончания заполнения формы. Машины с горизонтальной камерой прессования имеют более высокую производительность, чем машины с вертикальной камерой, так как поршень выталкивает пресс-остаток в момент раскрытия пресс-формы без до пол нител ьных затрат времени.
Отечественное машиностроение выпускает машины с холодной горизонтальной камерой прессования с усилием запирания 1 000— 35 000 кН. Большая часть современных машин имеет механизм прессования с мультипликацией давления рабочей жидкости в период подпрессовки. Различные конструкции и эксплуатационные характеристики механизмов прессования с мультипликаторами рассмотрены в работах [58, 32].
Дальнейшее совершенствование машин для литья под давлением направлено по пути повышения скоростей движения прессующего поршня с бесступенчатым регулированием скорости на различных этапах заполнения пресс-формы при одновременном снижении гидравлического удара в момент перехода от заполнения к подпрессовке. Отечественная промышленность выпускает в основном машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования и автоматизированные комплексы и линии на их базе. Молдавское ПО «Точлитмаш» специализируется на выпуске машин с усилием запирания до 6000 кН, а ПО «Сиблитмаш» — до 35 000 кН.
За рубежом машины литья под давлением и автоматизированные комплексы на их базе йыпускают фирмы Vihorlat Snina (ЧССР), Litostroj (Югославия), фирма Biihler (Швейцария), JDRA, Itallpress, Triulzi (Италия), Freeh, Weingarten (ФРГ), Toshiba, Ube (Япония), Lester, Sterling, Gabler (США) и др.
Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения количества отливок и эффективности литья под давлением является создание автоматизированных комплексов, гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств [65].
Программами технического перевооружения предусматривается интенсивное обновление парка оборудования, применение
ЭВМ для управл；ения процессами и производством, ужесточение требований техники безопасности, улучшение условий труда, повышение вниМ泡虫出只 к охране окружающей среды.
ОСНОВНЫЕ； ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА
При литье под давлением основными факторами, определяющими формирование отливки, являются давление в камере прессования и пресс-форме, скорости движения поршня и впуска жидкого металла в форму, параметры литниково-вентиляционной системы, температуры заливаемого металла и формы, режимы смазывания и охлаждения рабочей полости формы и камеры прессования.
Совокупность таких параметров, как давление в потоке металла, скорость движения металла, противодавление, возникающее вследствие затрудненного удаления воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала, образует гидродинамический режим формирования отливки. Температуры заливаемого сплава и формы, продолжительность заполнения и подпрес- совкй, а также темп работы определяют тепловой режим процесса.
От правильного выбора технологических режимов заполнения и подпрессовки, определяющих конструкцию пресс-формы, тип и мощность машины для литья под давлением, зависит качество отливок.
Теоретические основы процесса литья под давлением разработаны на основе проведенных научных исследований и накопленного производственного опыта. Они достаточно подробно изложены в работах [6, 73, 87, 851.
Гидродинамический режим формирования отливки создает кинетику заполнения, газовый режим формы, характер распределения газовых включений в отливке и качество рельефа ее поверхности. Давление в потоке металла возникает в результате сопротивления движению металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы и обтекании стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия сопротивления величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения 'Вентиляционных каналов большого сечения.
Четкость оформле照只 рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока. В момент окончания его движения создается гидродинамическое давление на стенки пресс-формы
Рф = Рм^»
где Рм — плотность жидкого металла; иф — скорость потока в пресс-форме.
Высокая скорость впускаемого потока (скорость впуска) соответствует получению тонкостенных крупногабаритных отли-
丿 13
Рис. 1.7. Изменение скорости прессующего поршня и давления в цилиндре прессования за время кода поршня
вок сложных очертаний. Высокие скорости впуска и потока в пресс-форме создаются в результате быстрого перемещения прессующего поршня. Для преодоления сопротивления затвердевающей массы металла в тонких сечениях оформляющей полости, а также сопротивления газов, остающихся в отливке, необходимо высокое гидростатическое давление. Оно передается от прессующего поршня через литниковый питающий канал. Чем позже затвердеет питатель, тем продолжительнее действие давления • Процесс передачи гидростатического давления в полость пресс-формы называется подпрессовкой. Использование утолщенных питателей позволяет осуществить подпрессовку и питание отливки жидким металлом в период кристаллизации и тем самым устранить усадочные раковины.
Процесс движения металла в камере прессования и пресс- форме можно разбить на четыре фазы. На рис. 1.7 приведены кривые изменения скорости。口卩 перемещения прессующего поршня и давления р рабочей жидкости' в цилиндре прессования за время хода поршня. Если пресс-форма заполняется сплошным потоком, то изменение давления металла в ее полости будет подобно изменению давления жидкости в цилиндре. За время《г поршень перекрывает заливочное отверстие (фаза /). Скорость поршня ипр1 небольшая. Значение рг соответствует давлению, необходимому для преодоления трения в гидравлическом цилиндре и камере прессования. Период ④纟(фаза //) соответствует заполнению металлом под действием поршня всего объема камеры прессования, вплоть до литниковых каналов. Скорость поршня начинает возрастать и достигает максимального значения ипр2 (на машинах
2
Рис. 1.8. Пресс-форма для киносъемки процесса заполнения:
/ — пластина с отверстием для креплеиця стекла; 2 — закаленное жаропрочное стекло； 3 — свинцовая прокладка； 4 н 6 — неподвижная н подвижная половины пресс-формы； 6 г литниковая втулка
современных моделей возможна еще одна ступень повышения скорости в период заполнения). Давление р? больше рг на величину гидравлических сопротивлений в камере прессования.
В период времени т3 (фаза ///) заполняется литниковая система и полость пресс-формы. Вследствие резкого сужения потока в питателе скорость падает до ипрз, а давление рз повышается. При меньших значениях максимальной скорости давлейие в фазах II и /// также падает (штриховые линии). В момент окончания хода поршня происходит гидравлический удар вследствие итерационных сил подвижных частей прессующего механизма, давление возрастает. После затухания колебания устанавливается конечное гидростатическое давление р4 и начинается фаза IV — под прессовка. Величина конечного давления зависит от рода сплава, его /15
Рис. 1.9. Схема ди сп ер сно-тур бу лентиого заполнения состояния (вязкости, плотности), требований к отливке и других факторов. Она может изменяться от 0,50 до 50 кПа. Если к моменту достижения давления р4 металл в питателе остается жидким или, как принято называть, жидкоподвижным, то это давление передается на затвердевающую отливку.
Максимальное усилие подпрессовки должно развиваться прессующим механизмом машины не в момент начала затвердевания отливки, а практически сразу по окончании заполнения пресс- формы.
Характер движения металла в оформляющей полости зависит от скорости впуска, соотношения толщин питателя и отливки, вязкости и поверхностного натяжения заливаемого сплава, тепловых условий его взаимодействия со стенками пресс-формы. На основе скоростных киносъемок процесса движения металла в прозрачной пресс-форме (рис. 1.8), результаты которых подробно рассмотрены в работах [6, 73], установлено, что при литье с малыми скоростями впуска возможно заполнение даже ламинарным потоком, со средними скоростями — сплошное турбулентное заполнение. При высоких скоростях впуска поток разбивается, заполнение становится дисперсным. Однако заполнение полости формы ламинарным, турбулентным или дисперсным потоком возможно лишь при получении образцов или отливки простой формы.
Большая часть отливок, используемых в машиностроении и приборостроении, имеет сложную конфигурацию с локальными утолщениями, бобышками, приливами и переходами, поэтому даже дисперсное заполнение в чистом виде наблюдается очень редко. Реальное заполнение отливок сложной конфигурации представляет собой последовательное превращение дисперсного потока, образовавшегося в месте удара струи о стенку формы, в сплошной турбулентный подпор, как это показано на рис. 1.9. 16
Таким образом, часть полости формы заполняется дисперсным потоком, а удаленные от питателя сечения полости заполняются сплошным турбулентным потоком. Соотношение дисперсных и турбулентных потоков зависит от скорости впуска, толщины отливки и сложности конфигурации, главным образом от числа поворотов в полости формы [7 ].
Тепловой режим процесса формирования отливки при литье под давлением обеспечивает подвижность сплава как в период заполнения формы, так и в процессе подпрессовки. Он связан с высокой интенсивностью теплового взаимодействия жидкого металла со стенками массивной пресс-формы.
Процесс охлаждения металла можно разделить на два периода. Первый ——охлаждение жидкого металла при движении его в литниковой системе и оформляющей полости. На этом этапе важно правильно выбрать продолжительность заполнения, чтобы предупредить образование неслитин, пористости и оксидных плен. Второй период ——затвердевание металла после заполнения пресс- формы. На этом этапе необходимо создать условия направленного затвердевания металла отливки. Соблюдение принципов направленного затвердевания во многом зависит от технологичности конструкции отливки, температуры заливаемого сплава и температуры пресс-формы.
Тепловой режим определяет не только качество отливок, но и стойкость формы. Одна из основных причин разрушения поверхностных слоев матриц и пуансонов и появление на отливках так называемых следов разгара формы — это возникновение температурных напряжений во вкладыше. Долговечность пресс-формы, как показали результаты исследований В. Т. Рождественского, зависит от величины максимальных температурных напряжений и коэффициента линейного температурного расширения материала пресс-формы. Кроме того, она снижается из-за активного силового взаимодействия между охлаяедающимся сплавом и нагревающимися рабочими частями формы.
Тепловой режим, определяющий условия формирования отливки, связан с высокой скоростью затвердевания жидкого металла, которая возрастает при охлаждении формы водой или терморегулирующей жидкостью. Т ер мор егул ир ов ан ие рабочей полости пресс-формы необходимо для стабилизации и выравнивания тепловых условий в различных по толщине сечениях отливки.
Для обеспечения свариваемости отдельных потоков металла до его затвердевания с целью предупреждения неслитан, пористости и оксидных плен продолжительность заполнения не должна превышать доли секунды. При разработке теплового режима большое значение имеет расчет продолжительности заполнения формы. Как отмечалось выше, отливки сложной конфигурации заполняются последовательна дисперсно турбулентным потоком. В этом случае продолжительирсгь заполнения -гзап определяется при условии, что дисперсный характер движения соответствует
первому периоду заполнения, а турбулентный ■— второму. По продолжительности заполнения, определенной на основании рассмотрения тепловых условий в форме, подсчитывают технологическую скорость прессования
%р = ^отл7(рм^** пр^зап)> где Потл 一 масса отливки; Fnp — площадь поперечного сечения камеры прессования.
При создании благоприятных тепловых условий, обеспечивающих сохранение жвдкотекучести металла в литниковых каналах и полости формы, особенно в наиболее тонких ©е сечениях, возможно осуществить подпрессовку. Наиболее эффективно подпрессовка используется на машинах с горизонтальной камерой прессования. Подпрессовка в процессе кристаллизации сплава сжимает газовые включения, уменьшает усадочную пористость и улучшает структуру металла [81.
Эффективность подпрессовки зависит от продолжительности достижения максимального значения давления в процессе кристаллизации сплава. Чем меньше это время, тем выше эффект подпрессовки. Современные гидравлические схемы машин литья под давлением позволяют добиться снижения времени подпрессовки до 0,016 с. На основании расчета гидродинамического и теплового режимов процесса определяют параметры прессующего механизма машины литья под давлением. Машины для литья под давлением должны иметь механизм или систему подачи рабочей жидкости в прессующий цилиндр, обеспечивающую заданное конечное давление при подпрессовке. Чаще всего для этого используют мультиплицирующие механизмы, которые позволяют не только повысить давление, но и уменьшить пиковое давление гидравлического удара.
Раскрытие и закрытие пресс-формы осуществляются запирающим механизмом, который одновременна используется и для выталкивания отливки. В современных конструкциях машин литья □од давлением применяют запирающие механизмы четырех типов: гидравлические, гидрорычажные, гидроклиновые и комбинированные (гидрокл инорычажные).
Наиболее широко распространены гидрорычажные запирающие механизмы [581.
НОМЕНКЛАТУРА ОТЛИВОК, ПОЛУЧЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. В отечественной и зарубежной практике этим способом получают отливки, по конфигурации и размерам наиболее близкие к готовым деталям из цинковых, алюминиевых, магниевых и медны-х 'сплавов. - Иэго^врление отливок из стали, чугуна, титановь|х и других тупоплав|сих сплавов еще не полупило широкого rip именен ия, что объясняется в основном низкой 18:；
стойкостью оформляющих частей и высокой стоимостью материалов для пресс-форм.
Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50% общего выпуска (по массе) продукции литья под давлением. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Однако следует отметить, что отливки из магниевых сплавов почти в 1,5 раза легче отливок из алюминиевых сплавов и лучше обрабатываются резанием, причем магний не налипает на поверхности стальных пресс-форм и не приваривается к ним. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.
Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких грамм до нескольких десятков килограмм.
Современные конструкции машин литья под давлением^ создающие давления на металл до 800 МПа и скорости прессования до 7 м/с, позволяют получать крупногабаритные и сложные по конфигурации отливки, например блок цилиндров автомобиля «Москвич» массой 18,6 кг. Эти отливки изготовляют из сплава системы алюминий—кремний—медь на машине с усилием запирания 20 000 кН. В отливках множество литых отверстий, толщина стенки 4—5 мм. Они проходят испытания на герметичность при давлении 15 МПа. Пресс-форма для такой отливки весит около 2 т. Применение эффективной под прессовки дает возможность получать очень плотные герметичные детали, такие, как алюминиевый корпус отопительной батареи. Заполнение этой тонкостенной крупногабаритной отливки металлом сопровождается активным захватом газов из полости пресс-формы, однако высокое давление (выше 400 МПа) обеспечивает высокую степень сжатия воздушных и газовых включений. Применение такой отливки не только снижает массу отопительной системы, улучшает теплообмен, экономит энергоресурсы и металл, повышает производительность труда и снижает себестоимость продукции, но и облагораживает интерьер.
Некоторые отливки имеют сложные криволинейные поверхности и каналы, которые при заданных точности и шероховатости и экономической целесообразности не могут быть выполнены никакими другими способами, кроме как литьем под давлением, например головка блока цилиндров (рис. 1.10, а) и диск вентилятора компрессора (рис. 1.10, б). Эти отливки имеют значительную толщину стенки (до 12 мм), что позволяет использовать направленное затвердевание, при увеличенной толщине питателя, созда- ющего оптимальные гидродинамические и тепловые условия подпрессовки [1341・ *
Рис. 1.10. Головка блока цилиндров (а) и диск вентилятора (б) компрессораРис. 1.10. Головка блока цилиндров (а) и диск вентилятора (б) компрессораРазработанные в отечественной промышленности технология и оборудование литья под давлением позволяют получать отливки, толщина стенки которых в некоторых местах равна 1 мм, например детали фотоаппаратуры. На специально созданной специализированной машине и с применением вакуума, термостатирования формы и других технологических приемов были получены отливки с толщиной стенки 0,6 мм [21 ].
Рис. 1.10. Головка блока цилиндров (а) и диск вентилятора (б) компрессора
Рис. 1.10. Головка блока цилиндров (а) и диск вентилятора (б) компрессора
Расширяется область применения литья под давлением магниевых сплавов. Наряду с использованием этих сплавов для корпусных деталей пишущих машинок, приборов, биноклей, фото- и киноаппаратуры, бензопил они успешно применяются в автомобилестроении и
авиационной технике для деталей, несущих определенную нагрузку. Например, фирма Volkswagen (ФРГ) изготовляет из магниевых сплавов диски колес спортивных автомобилей, а Мелитопольский завод «Автоцветлит» ——детали мотора автомобиля «Запорожец». Литьем под давлением можно получать отливки с внешней или внутренней резьбой: барашковые гайки и вйнты, колпачковые гайки, винты и гайки с фигурными головками, штепсельные разъемы и др. Литая резьба значительно прочнее, чем полученная механической обработкой, так как при нарезании резьбы удаляется наиболее плотный поверхностный слой отливки. Литая резьба также имеет более постоянный профиль, который является негативным отпечатком резьбовой вставки пресс-формы, выполняемой с точностью, значительно превосходящей обычную точность обработки на резьбонарезных станках. Качество поверхности литой резьбы выше, чем механически нарезанной, так как рабочие поверхности пресс-формы шлифуют и полирукя. Литьем под давлением можно изготовлять отливки со специальной резь-
бой« которую почти невозможно получить другим способом, например прямоугольную или спиральную резьбу треугольного профиля для ниппелей, ввинчиваемых в гибкие шланги.
Литьем под давлением можно получать отливки с разнообразной арматурой из стали, чугуна, меди, бронзы и других материал лов. Армирование отливок пустотелыми вкладышами или криво линейными трубками позволяет получать каналы и полости сложнейшей конфигурации.
Наряду с конструкторскими задачами, армирование помогает решать ряд технологических проблем. Например, использование арматуры в качестве холодильников позволяет регулировать процесс затвердевания массивных частей отливки. Армирование отливок стальными и чугунными элементами дает экономию дефицитных цветных сплавов. Армированное литье под давлением позволяет во многих случаях заменить сборку отдельных узлов изделий.
Отливки из алюминиевых, магниевых и медных сплавов, так же как и отливки из чугуна, стали и титановых сплавов, получают главным образом на машинах с холодной камерой прессования. Отливки из цинковых сплавов изготовляют преимущественно на машинах с горячей камерой прессования.
Отливки из цинковых сплавов наиболее часто используют в производстве автомобилей и товаров народного потребления (дверные и мебельные замки, зажимы застежек《молния》，детали швейных машин и др.). В автомобильной промышленности из цинковых сплавов изготовляют детали приборов и декоративные детали типа ручек, решеток, корпусов фар и пр. Благодаря хорошим литейным свойствам и высокой механической прочности этих сплавов из них можно делать крупные и тонкостенные детали. Например, панель облицовки радиатора автомобиля Dodge (США) имеет массу 9 кг и длину 1790 мм при толщине стенки 1,8 мм. В отечественной промышленности самой крупной деталью из цинкового сплава, изготовляемой на машине с горячей камерой прессования, является решетка радиатора автомобиля «Жигули». Отливка имеет массу 2,7 кг, длину 1054, ширину 270 мм и среднюю толщину стенки 1,25 мм.
В настоящее время процесс литья под давлением развивается в трех направлениях, обусловленных конфигурацией отливок и требованиями к их качеству:
литье с низкими скоростями впуска через толстые питатели, обеспечивающие заполнение пресс-формы сплошными потоками и эффективную подпрессовку; применяют для получения толстостенных отливок несложной конфигурации, к которым предъявляют высокие требования по прочности и герметичности;
литье с высокими скоростями впуска через тонкие питатели с образованием дисперсного заполнения; применяют для получения тонкостенных отливок сложной конфи卜урании, к которым
предъявляют высокие требования по качеству поверхности и четкости рельефа;
литье со средними скоростями впуска с образованием совмещенных турбулентных и дисперсных потоков; требует обязательной подпрессовки; применяют для получения отливок с неравномерной толщиной стенок; пористость уменьшают установкой фильтров^ промывников или изменением газового режима пресс- формы.
В большинстве случаев для получения отливок используются универсальные машины литья под давлением, однако, исходя из требований к отливкам и из условий производства, могут применяться специализированные машины литья под давлением. Например, машины с вакуумными устройствами, с устройствами для продувки кислорода со сдвоенным поршнем, для литья стали или для получения какой-то одной, очень сложной или специфичной отливки, например машины для ступеньки эскалатора^ машины для заливки ротора электродвигателей.
2
КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
СПЛАВЫ
Для литья под давлением наиболее широко используют алюминиевые сплавы, имеющие хорошее сочетание физических, механических и технологических свойств. Второе место по объему выпуска отливок занимают цинковые сплавы, затем магниевые и медные. Литье сплава каждого типа осуществляется по определенной технологии процесса н, как правило, на оборудовании? соответствующем особенности сплава. В табл. 2.1 дана сравнительная оценка сплавов по 5-балльной шкале, основанная на их физических, механических и литейных свойствах. Лучшие свойства соответствуют 5 баллам.
Физические и механические свойства сплавов, а также параметры процесса приведены в табл. 2.2.
Целям повышения рентабельности производства, обеспечения централизации плавильного отделения и стабилизации технологических режимов служит унификация сплавов. Многие крупнейшие производства стремятся использовать всего один или два сплава. Анализ литературных и производственных данных показывает, что в качестве основных можно принять алюминиевые сплавы АЛ2, АЛ4 и АЛ32, цинковые ЦА4 и ЦА4М1, магниевый МЛ5, латуни ЛЦ40Сд и ЛЦ40МцЗЖ-
Алюминиевые сплавы. На первой стадии развития литья под давлением в СССР применяли используемый для литья в кокиль сплав АЛ9 (7% Si и 0,3% Mg). Однако в отливках, полученных литьем под давлением, имела место повышенная пористость, поэтому стали использовать сплавы АЛ2 (12% Si) и АЛ4 (9% Si и 0,3% Mg) (ГОСТ 2685—75). Сплав АЛ2 обладает высокой жидкотекучестью, хорошими коррозионной стойкостью, теплопроводностью и электрической проводимостью. Его используют главным образом для крупных, сложных и тонкостенных отливок. К недостаткам сплава относятся плохая обрабатываемость резанием и более низкие по сравнению со сплавами, легированными магнием, медью и другими компонентами, механические свойства.
Сплав АЛ4 незначительно уступает сплаву АЛ2 по литейным свойствам, но обладает более высокими механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием и высокой коррозионной стойкостью. Он широко применяется и при изготовлении отливок литьем в кокиль. '
Показатель
Сплавы
алюминиевые
цинковые
магии-
медиые
Температура плавленияПлотностьТеплопроводностьСопротивляемость коррозииТемпература плавленияПлотностьТеплопроводностьСопротивляемость коррозии3 4 4 43 4 4 4533353333 52 23 52 22 2 4 42 2 4 4Физические свойства
Температура плавления
Плотность
Теплопроводность
Сопротивляемость коррозии
Температура плавления
Плотность
Теплопроводность
Сопротивляемость коррозии
3 4 4 4
3 4 4 4
5333
5333
3 52 2
3 52 2
2 2 4 4
2 2 4 4
Механические свойства
Временное сопротивление разрывуПредел текучестиОтносительное удлинениеУдарная вязкостьВременное сопротивление разрывуПредел текучестиОтносительное удлинениеУдарная вязкость2 3 2 22 3 2 23 2 3 33 2 3 32 32 22 32 24 4 5 54 4 5 5
Временное сопротивление разрыву
Предел текучести
Относительное удлинение
Ударная вязкость
Временное сопротивление разрыву
Предел текучести
Относительное удлинение
Ударная вязкость
2 3 2 2
2 3 2 2
3 2 3 3
3 2 3 3
2 32 2
2 32 2
4 4 5 5
4 4 5 5
Литейные свойства
Жидкотекучесть
4
3
Склонность к образованию трещин
3
4
Склонность к привариванию
5
4
Минимально допустимая толщина стен-
4
3
ки отливки
Свойства сплавов и параметры процесса литья под давлением
Сплавы
Показатель
алюминиевые
цинковые
магниевые
медиые
Свойства
сплавов
Темпер атур а плавл ения,
580—600
380—400
580—585
900—950
Плотность, кг/м8
2500—2700
6600—7000
1750—1850
7900—8800
Временное сопротивление разрыву, МПа
160—280
250—300
160—230
300—400
Относительное удлине- ние, %
1—3
1—3
1—2
15—40
Твердость НВ, МПа
600—900
Параметр
700—800
w процесса
500—600
800—1000
Температура заливки, ℃
580—630
380—420
600—660
900—950
Отклонение размеров отливки, %
±0,15
±0,10
±0,15
±0,25
Стойкость пресс-формы, число циклов
50 000
500 000
.70 000
5000
2.3. Химический состав сплавов системы AI—Si—Си—Mg
Содержание элемента, % (остальное А1)
Сплав
Si
Си
Mg
Мп
Ti
АЛ32 (ГОСТ 2685—75)
А380.0 (США)
А360.0 (США)
7,5—8,5
7,5—9,5 9,0—10,0
1,0—1,5
3,0—4,0 0,6
0,3—0,5 0,10 0,4—0,6
0,3—0,5
0,50
0,35
0,1—0,3
В 60-е годы в СССР специально для литья под давлением был разработан сплав АЛ32, который относится к сплавам системы А1—Si—Си—Mg с добавками Мп и Ti. Химический состав этого сплава и содержание тех же элементов в сплавах, широко применяемых в США, приведены в табл. 2.3. Эти сплавы применяют для получения высокопрочных деталей литьем под давлением, в том числе блока цилиндров автомобильных двигателей. Меньшее содержание меди в сплавах АЛ32 и А360 обеспечивает более высокую коррозионную стойкость. Сплавы этой системы обладают хорошей жидкотекучестью и высокими механическими свойствами^ легко обрабатываются резанием.
В тех случаях, когда решающим фактором является высокая коррозионная стойкость, применяется сплав АЛ27 (10% Mg), который отлично сопротивляется коррозии в растворах щелочей и в кислотах, а также обладает высокими механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием. Однако этот сплав обладает низкими тех но логи чески ми свойствами и требует выдерживания технологических параметров литья в узких пределах. Возможность его применения ограничивается сложностью конфигурации отливки, он ие относится к группе тех сплавов, которые используют для унификации. Следует учитывать, что при высоких требованиях, когда не допускаются даже слабые следы коррозии, рекомендуется не переход на коррозионно-стойкий сплав, а специальная защита поверхности деталей.
Литейные, технологические и эксплуатационные свойства рассмотренных сплавов приведены в табл. 2.4. Интервал кристаллизации сплава АЛ32 593—538 ℃, сплава АЛ2 582—574 ℃, сплава АЛ4 596—577 ℃, сплава АЛ27 621—535 ℃. Следует учитывать, что узкоинтервальные сплавы обеспечивают получе- ние отливок с мелкозернистой эвтектикой. Литейщики обычно отдают предпочтение этим сплавам благодаря их хорошим литейным свойствам. Однако современные машины с механизмами, обеспечивающими эффективную подпрессовку, позволяют изготовлять. качественные отливки из широкоинтервальных сплавов, причем более продолжительный период затвердевания дает воз- вожность полнее использовать давление подппессовки для уплотнения металла отливки. /
24 Свойства алюминиевых сплавов по 5-балльноб шкале
Свойства
АЛ32
АЛ2
АЛ4, АЛ4В
АЛ27
Жидкотекучесть
4
5
4
3
Усадка
4
5
5
2
Склонность:
и образованию горячих трещин
4
4
4
4
к образованию дефектов поверхности
4
2
3
3
к привариванию к пресс-форме
4
5
3
2
Герметичность отливок
3
5
5
3
Обрабатываемость резанием
4
2
3
5
Полируемость
4
2
4
5
Коррозионная стойкость
2
3
4
5
Механические свойства алюминиевых сплавов АЛ2, АЛ4, АЛ32 и ВАЛ8 измерялись в пяти крупных цехах литья под давлением. Временное сопротивление разрыву ав отлитых под давлением плоских образцов исследованных сплавов после их старения колебалось от 200 до 350 МПа. Наименее прочным и наиболее пластичным был признан сплав АЛ2. Временное сопротивление образцов из этого сплава не превышало 280 МПа, причем 43% всех о.бразцов имели прочность только 200—240 МПа. Значение ав сплава АЛ4 несколько выше и достигает 300 МПа, а 24% образцов имеют значения в пределах 200—240 МПа, что значительно ниже, чем у сплава АЛ2.
Более прочны сплавы АЛ32 и BAJI8, 80% образцов из сплава АЛ32 имеют ав = 260+330 МПа.
Необходимо отметить небольшое относительное удлинение 6, которое у сплавов АЛ4, АЛ32 и В АЛ 8 в 80—90% всех случаев не превышает 1% и только у сплава АЛ2 удлинение более 1% имеют 70% образцов.
В некоторых случаях применяют сплавы других марок, например, для деталей штепсельных разъемов — сплав АЛ 11 (6—8% Si, 0,1—0,3% Mg, 7—12% Zn), для деталей мопедов сплав АК5М7 (4,5—6,5% Si, 0,2—0,5% Mg и 6—8%，Си).
Цинковые сплавы. Хорошие литейные свойства цинковых сплавов позволяют получать самые сложные отливки со стенками толщиной менее 1 мм. Кроме того, цинковые сплавы не взаимодействуют с металлом пресс-формы и деталей камеры прессования, что позволяет применять высокопроизводительные автоматические машины с горячей камерой прессования. Низкая температура плавления (380—390 ℃) этих сплавов и возможность литья при невысоких давлениях прессования обеспечивают высокую стойкость пресс-форм — 50 000 и даже 1 млн. циклов. Все это обеспечивает низкую себестоимость отливок из цинковых сплавов. Еще одним существенным преимуществом этих сплавов является возможность нанесения декоративных, антикоррозион-
2.5. Харвктеристика и облвсть применении цинковых сплавов
Сплав
Характеристика
Область применения
ЦА4о
Хорошие коррозионная стойкость и стабильность размеров
Для деталей приборов, требующих стабилькости
ЦА4
Хорошая стабильность размеров, но меньшая, чем у сплава ЦА4о, коррозионная стойкость
размеров
ЦА4М1о
Хорошая коррозионная стойкость, неизменяемость (практически) размеров при естественном старении
Для корпусных, арматурных и декоративных деталей, не требующих повы-
ЦА4М1
Хорошая коррозионная стойкость, но меньшая, чем у сплава ЦА4М1о, стабильность размеров
шенной щз оч кости
ЦА4МЗ
Высокая прочность 9в= 290 МПа), изменяемость размеров до 0,5%, пониженная коррозионная стойкость
Для деталей с повышенной прочностью
ных и упрочняющих покрытий практически всех видов, т. е. производить меднение, никелирование, кадмирование, хромирование без предварительной отделки Поверхности отливок.
Наиболее часто применяют i сплавы ЦА4 и ЦА4М1 (ГОСТ 25140—82). В отдельных случаях применяются сплавы ЦА4о и ЦА4М1о повышенной чистоты, а также сплав ЦА4МЗ повышенной прочности (ав = 290 МПа, 6 = 1,5%). Отливки из сплава ЦА4 отличаются высокой точностью и стабильностью размеров. Сплав ЦА4М1 обладает более высокими механическими свойствами, чем сплав ЦА4, но стабильность размеров изготовленных из него отливок ниже. Интервал кристаллизации сплавов ЦА4 и ЦА4М1 386—380 ℃, а сплава ЦА4МЗ 389—379 ℃. Плотность сплавов ЦА4 и ЦА4М1 равна 6700 кг/м3, а сплава ЦА4МЗ — 6800 кг/м3.
На ранней стадии развития литья под давлением, начиная с 60-х годов прошлого столетия, применению цинковых сплавов препятствовало их старение, приводящее к нестабильности размеров отливок, а также низкая со пр оти в л я емость коррозии. Нередко отливки разбухали, деформировались, растрескивались, а в некоторых случаях и полностью разрушались. Причиной этого была очень высокая чувствительность цинковых сплавов к примесям (свинец, кадмий, олово), влияющим на образование межкристаллитной коррозии, распространяющейся по границам зерен. Примеси располагаются по границам зерен вследствие весьма малой растворимости. Свинец не растворим в цинке даже в жидком состоянии. Факторами, способствующими протеканию коррозии, являются влажность и особенно водяные пары. Продукты межкристаллитной коррозии, занимающие больший, чем металл, из которого они образовались, объем*, приводят к разбуханию, короблению и разрушению отливок.
2.6« Механические свойства цивковвя сплавов
Марка сплава
МПа
，％
НВ, МПа
Не мевее
ЦА4о, ЦА4
256
1,8
700
ЦА4М1О, ЦА4М1
270
1,7
800
ЦА4МЗ
290
1,5
900
Проблема получения отливок, обладающих высокой стойкостью к атмосферному воздействию, решена применением технически чистого цинка (99,99% Zn). Другие металлы, используемые для выплавки цинковых сплавов, должны иметь следующую чистотуз алюминий — 99,75%, магний — 99,8%, медь — 99,9%. Свойства и область применения сплавов приведены в табл. 2.5 и 2.6.
В последнее время исследуют и внедряют в производство сплавы с высоким содержанием алюминия, условно обозначенные за рубежом ZA-8, ZA-12 и ZA-27 (табл. 2.7). В маркировке сплава цифра указывает на среднее содержание алюминия в процентах. Механические свойства сплавов, приведенные в таблице, даны по результатам опытной работы.
Из-за повышенного содержания алюминия для литья используют машины не с горячей, а с холодной камерой прессования. Сплав ZA-27 нельзя использовать для изготовления отливок, имеющих толстые сечения. Сплав ZA-8 наилучший из рассматриваемых по легкости выполнения финишной обработки и нанесения гальванопокрытий. Сплавы ZA-12 и ZA-27 отличаются высокой износостойкостью, и для отливок, имеющих узлы трения, отпадает необходимость в применении стальных или бронзовых вставок.
Применение высокоалюминиевых цинковых сплавов позволяет экономить цинк и снижать массу отливок с соответствующим экономическим эффектом. При внедрении сплавов в производство требуется отработка технологического процесса литья, а также режимов резания и нанесения гальванопокрытий. В СССР разработаны технические условия на цинковый литейный сплав марки ЦА27М1. Сплав обладает следующими свойствами: / = =400-=-440 МПа; б = 0,5+i,5%, НВ = 2200-ь 1200 МПа, плотность 5000 кг/м3. Температурный интервал затвердевания этого сплава 483—375 ℃, у сплавов ZA-12 и ZA-8 он соответственно равен 432—375 и 403—375 ℃.
Магниевые сплавы. Одним из преимуществ магниевых сплавов является то, что при малой плотности они обладают механическими свойствами на уровне алюминиевых сплавов. Для литья под давлением наиболее пригодны сплавы системы Mg—Al—Zn. В СССР чаще всего применяют сплав МЛ5 (ГОСТ 2856—79), который 28
обладает следующими механическими свойствами % = 171,5 МПа 6 = 2% и НВ = 500 МПа. За рубежом применяют сплавы по составу и механическим свойствам очень близкие к сплаву МЛ5.
Интервал температур кристаллизации сплава МЛ5 607—492 ℃. Широкий интервал температур кристаллизации и одновременно быстрое охлаждение сплава обеспечивают получение отливок с мелкозернистой структурой, характеризующихся высоким относительным удлинением и хорошей ударной вязкостью. Сопротивление ударным и вибрационным нагрузкам не снижается даже при отрицательных температурах. Поэтому литьем под давлением из сплава МЛ5 изготовляют такие детали, как рукоятки бензопил и буров. Опыт литья деталей из сплава с повышенным содержанием цинка (до 2%) показал, что, несмотря на высокую жидкотекучесть, этот сплав неприемлем для литья под давлением из-за его чрезмерной хрупкости в горячем состоянии. Наилучшие сочетания механических свойств имеют сплавы, содержащие не более 0,3% Zn. В европейские стандарты включены магниевые сплавы, вообще не содержащие цинка, предназначенные для изготовления отливок, работающих при больших ударных нагрузках.
В отличие от алюминиевых, магниевые сплавы в жидком состоянии практически не привариваются к рабочим поверхностям пресс-формы, что резко снижает эрозию матриц и повышает их стойкость более чем на 50%. Магниевые сплавы обладают меньшей жидкотекучестью и хуже заполняют форму, чем сплавы на основе алюминия, цинка, меди. Это затрудняет получение отливок с очень тонкими стенками. Кроме того, магниевые сплавы имеют повышенную склонность к образованию горячих трещин в местах затрудненной усадки； что требует более тщательной отработки технологических режимов литья.
Магний больше, чем другие промышленные металлы, склонен к окисле-
нию. Сплавы магния достаточно устойчивы в чистой фтористо-водородной кислоте любой концентрации и едких щелочах, но они сильно корродируют во всех других растворах кислот и солей, а также в обычной и особенно в морской воде. Незащищенные поверхности отливок из магниевых сплавов очень быстро окисляются даже на воздухе, поэтому на поверхности деталей из магниевых сплавов наносят защитные покрытия. Основным способом нанесения покрытий является оксидирование в растворах^ содержащих соли хрома. На детали, работающие при температуре 100—200 ℃, наносят дополнительно лакокрасочные покрытия.
Медно-цинковые сплавы. Из медных сплавов для литья под давлением применяют главным образом латуни, которые по сравнению с бронзами обладают лучшей жидкотекучестью и значительно меньшей усадкой. Наиболее часто используют свинцовую латунь ЛЦ40Сд (ГОСТ 17711—80), содержащую 58—61 % Си и 0,8——2,0% Pb. Эта латунь хорошо обрабатывается резанием из-за наличия свинца, поэтому ее применяют для литья деталей газовой, санитарной, гидравлической и пневматической аппаратуры (втулки, тройники, переходники, сепараторы подшипников), работающих в среде воздуха и пресной воды.
Для изготовления несложных по конфигурации деталей ответственного назначения и арматуры морского судостроения, работающей при температуре до 300 ℃, применяют марганцово- железную латунь ЛЦ40МцЗЖ, содержащую 53—58% Си; 3— 4% Мп и 0,5—1,5% Fe. Ее механические свойства: % = 392 МПа, 6 = 10%, НВ - 900 МПа.
В ряде случаев применяют обладающую хорошей жидкотекучестью кремнистую латунь ЛЦ16К4 (78—81% Си; 3,0—4,5% Si).
Сплавы на основе свинца и олова. Легкоплавкие оловянные, свинцовые и оловянно-свинцово-сурмянистыс сплавы иногда применяют для изготовления деталей, не несущих больших нагрузок, но отличающихся высокой точностью размеров (шрифты в полиграфической промышленности, детали механизмов счетных машин и цифровых барабанов). Обычно эти сплавы содержат 4—18% Sb и 1——33% Pb. Они легко поддаются пайке мягким припоем.
Свинцовые сплавы имеют плотность около 10 000 кг/м3, ав = =50+80 МПа и НВ = 100+200 МПа. Низкая температура плавления этих сплавов, не превышающая 325 ℃, обеспечивает простоту процесса и высокую стойкость пресс-форм. Специальные сплавы на основе свинца, применяющиеся в полиграфии, содержат 2—4% Sn, 20—30% Sb и до 1% Си. Небольшая присадка меди задерживает рекристаллизацию свинца и способствует получению мелкозернистой структуры, что повышает коррозионную стойкость литых деталей. Разработаны свинцовые сплавы, не содержащие олова. В них входят 10——16% Sb и 1—5% As.
Черные сплавы. Литье под давлением чугуна не нашло применения. Литье под давлением стали применяют пока еще в неболь- 1пих масштабах на специализированных участках и специальном 30
2.8. Механические свойства образцов из стали 10Х18Н9Л (по данным В. М. Белова)
Вид образца
МПа
6, %
Из прутка диаметром 400 мм в отожженном состоянии, вырезанный вдоль волокна
670
66
Из детали, отлитой под давлением
550
52,3
Из детали, отлитой по выплавляемым моделям
520
51
2.9. Механические свойства отливок из хромоникелевой стали
Способ
Ов
%,2
4 %
литья
МПа
Под давлением 1 В песчаные формы
(750—820)/(820—860)
770
(420—440)/(400—420)
370
(20—38)/(35—55)
55
1 В числителе ——механические свойства отливок без термообработки, в знаменателе —после термообр аботкн.
оборудовании с пресс-формами, изготовленными из молибденового сплава — единственного материала, обеспечивающего их достаточную работоспособность и стойкость. Экономическая целесообразность изготовления деталей литьем под давлением из сплавов с высокой температурой плавления взамен проката определяется снижением объема механической обработки. Из черных сплавов изготовляют те детали, масса которых играет решающую роль в работе изделий (транспортные и газотурбинные двигатели, судовая арматура, атомные энергетические установки, приборы оптической промышленности) [5 ].
Исследования показали, что наиболее подходящими для литья под давлением являются коррозионно-стойкие стали [6]. Они значительно дольше затвердевают, чем обычные низкоуглеродистые и низколегированные стали, имеют более низкую теплопроводность, благодаря чему повышаются четкость контуров отливки и качество ее поверхности. Углеродистые стали сложнее отливать под давлением из-за высокой температуры плавления, узкого интервала кристаллизации и большой усадки.
В СССР освоено литье под давлением сталей 10Х18Н9Л, 20Х13Л (ГОСТ 2176—77). Установлено, что чем ниже температура плавления стали и чем меньше твердость отливки при температуре выталкивания ее из пресс-формы, тем более пригодна сталь для
литья под давлением. Средние значения механических свойств Ю—15 образцов с диаметром 5 и длиной 50 мм в закаленном состоянии из стали 10Х18Н9Л* изготовленных различными способами, приведены в табл. 2.8.
По результатам лабораторных исследований фирмы General Electrik (США), детали из хромоникелевой стали (18% Сг, 8% Ni)； полученные литьем под давлением, обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостьЮ| чем деталИ| полученные литьем в песчаные формы (табл. 2.9).
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ
Основные преимущества литья под давлением (высокая производительность, точность размеров отливки и высокое качество поверхности) в полной мере могут быть реализованы в производстве только в том случае, если при конструировании литой детали учтены все особенности технологического процесса.
Под технологичностью литой детали подразумевают такое ее конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоемкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов.
Конструирование литой детали основано на анализе факторов^ характеризующих преимущества и недостатки технологического процесса литья под давлением по сравнению с другими способами литья. Чтобы полнее использовать возможности процесса литья под давлением, нужно уже на стадии конструирования литой детали учитывать все его особенности. Прежде всего, конструктора и технолога-литейщика должна связывать творческая работа. Это позволит создать конструкцию, не только отвечающую техническим требованиям при эксплуатации изделия, но получить отливку, отвечающую возможностям технологии литья под давлением при соблюдении экономической целесообразности ее получения на заданную программу выпуска. Высокая точность размеров, вызывающая необходимость иметь дорогостоящую оснастку扌 высокая производительность, требующая сложного оборудования, ограничение размеров и массы отливок, а также и повышенное содержание в них газов — все это требует создания оптимальных^ экономически целесообразных и технически выполнимых конструкций.
При разработке чертежа литой детали необходимо в первую очередь установить, какие требования являются определяющими для данного изделия при его эксплуатации: прочность, герметичность, жесткость, качество поверхности! внешний вид или эстетическая форма.
Детали, предназначенные для изготовления литьем под давлением, в зависимости от конфигурации их наружных и внутренних поверхностей можно условно подразделить на четыре группы слож-
2.10. Группы сложности литых деталей
QМ
Каракве- ристнка деталей
Характернотика повпрхносФеб
Примеры деталей
наружных
вйутреиинх
I
Простые
Прямолинейные и гладкие, с невысокими ребрами, буртиками, бобышками, отверстиями
Отсутствуют
Крышки, фланцы, ручки, втулки, маховики
и
Сложные
Криволинейные и прямолинейные с несколькими пересекающимися плоскостями
Сложные с двумя пересекающимися плоскостями или цилиндрическими участками
Сложные корпуса приборов, корпуса двигателей мотоциклов, велосипедов, мотороллеров, насосов
ш
Особо сложные
Криволинейные и прямолинейные, пересекающиеся под углом, с выступающими частями и углублениями очень сложной конфигурации
Сложные с криволинейными и прямолинейные с пересекающимися участками
Блоки и головки блоков цилиндров автомобильных двигателей, сложные корпуса насосов
ности (табл. 2.10). По назначению эти детали можно подразделить на три группы: прочные, герметичные и декоративные.
Для того чтобы обеспечить производство бездефектных отливок, необходимо, создавая чертеж литой детали, определить оптимальную плоскость разъема будущей пресс-формы и возможность формирования отверстий с помощью подвижных или неподвижных стержней. Литая деталь должна обладать конструкционной прочностью, жесткостью и герметичностью, быть технологичной. Рекомендации по конструктивному оформлению литой детали до последнего времени основываются на обобщении накопленного годами производственного опыта. Поскольку конструкции литых деталей и технологии их изготовления непрерывно совершенствуются, то эмпирические методы ограничивают возможности получения отливок оптимальной прочности, надежности, металлоемкости и долговечности.
Если в технологии уже имеются научные подходы к выбору оптимальных режимов процесса получения деталей, разрабатываются типовые проектные решения технологических процессов с применением ЭВМ и проводятся работы по созданию систем автоматизированного проектирования (САПР) литейной технологии (ЛТ), то при конструировании литой детали количествен-
33332 Заказ 66
33
33
ншй метод еще только начинает р азр абативаться. Основным этапом данного метода является машинный поиск оптимального варианта конструкции литой детали и технологии ее изготовления с использованием математических моделей статистического, экономико-математического и физико-математического характера [22 ]. Автоматизированное проектирование литой детали должно учитывать связи между ее конструкцией, механическими свойствами, наличием или отсутствием дефектов.
В современных условиях при достаточно обоснованных исходных данных для составления пакета программ автоматизированное проектирование литой детали может обеспечить выбор оптимальной конструкции. Уже разр аботаны методологические основы конструирования элементов с целью получения научно обоснованных исходных данных для составления пакета программ САПР конструкций литых деталей [51, 60]. Конструкцию литой детали следует рассматривать как систему с последовательным и параллельным соединением ее конструктивных элементов, например различного рода сопряжений и сочленений стенок и узлов. Все эти элементы взаимосвязаны, но в процессе формирования отливки и ее свойств выполняют самостоятельные функции.
На конфигурацию литых деталей значительное влияние оказывают низкий модуль упругости, особенно магниевых сплавов, и их чувствительность к местным концентрациям напряжений. Чтобы избежать деформаций и трещин, вызванных этими свойствами, по возможности следует использовать двутавровые, швеллерные, зетовые, цилиндрические и другие поперечные сечения (рис. 2.1).
Габаритные размеры литой детали, а следовательно, и площадь проекции ограничивают минимальную толщину ее стенки при данном усилии запирания машины литья под давлением. На толщину стенки влияет жидкотекучесть сплава и технология, а 34
^ IO3, <f(% Gg, МПа.^ IO3, <f(% Gg, МПа.кг]м3кг]м3-3%-3%250250-200-200О / 2 3 4 5 ^втл,ммО / 2 3 4 5 ^втл,ммРис. 2.2. Зависимость плотРис. 2.2. Зависимость плот-&L/50-&L/50Рис. 2.3. Относительное изменение прочности литах деталей из цинковых (/) и алюминиевых (2) сплавов при увеличении толщивн их стенокРис. 2.3. Относительное изменение прочности литах деталей из цинковых (/) и алюминиевых (2) сплавов при увеличении толщивн их стенок
^ IO3, <f(% Gg, МПа.
^ IO3, <f(% Gg, МПа.
кг]м3
кг]м3
-3%
-3%
250
250
-200
-200
О / 2 3 4 5 ^втл,мм
О / 2 3 4 5 ^втл,мм
Рис. 2.2. Зависимость плот
Рис. 2.2. Зависимость плот
-&L/50
-&L/50
Рис. 2.3. Относительное изменение прочности литах деталей из цинковых (/) и алюминиевых (2) сплавов при увеличении толщивн их стенок
Рис. 2.3. Относительное изменение прочности литах деталей из цинковых (/) и алюминиевых (2) сплавов при увеличении толщивн их стенок
ности и механических свойств алюминиевых литых деталей от толщины их стеиок
толщина стенки в свою очередь ——на прочность и жесткость литой детали.
В зависимости от толщины стенки изменяется плотность отливки и ее механические свойства. С уменьшением толщины стенки литых деталей (рис. 2.2), отлитых под давлением из сплава АЛ4, плотность р и временное сопротивление внзрастают, а относительное удлинение уменьшается. Увеличение прочностных свойств объясняется возрастанием роли гидр оди нами чес кого уплотнения в тонкостенных отливках. Оптимальное сочетание механических свойств (Ов = 250 МПа, 6 = 2%) наблюдается при толщине стенки 2,5—3 мм. Прочность литых деталей из цинковых сплавов при увеличении толщины стенки снижается не так значительно, как литых деталей из алюминиевых сплавов. На рис. 2.3 приведена зависимость относительного изменения прочности литой детали (в процентах по отношению к прочности литой детали толщиной 1,5 мм) при увеличении толщины ее стенки [113]. При увеличении толщины стенки от 1,5 до 5 мм прочность алюминиевых деталей падает на 30%, а деталей из цинкового сплава — лишь на 20%.
Конструкция литой детали и толщина ее стенки зависят от соотношения пределов прочности при сжатии и растяжении. По данным М. Шенберга, при сжатии для магниевых сплавов временное сопротивление разрыву в 1,5—2 раза превышает временное сопротивление разрыву при растяжении. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе конфигурации элементов детали, так как нетехнологичные конструкции подверга- кугся растягивающим напряжениям, а технологичные — сжимающим. (рис. 2.4).
Современные машины литья под давлением, развивающие в момент кристаллизации отливки высокие давления за короткий промежуток времени, позволяют изготовлять тонкостенные отливки с толщиной стенки 0,8——1,5 мм. Этому способствует разработка новых способов заполнения медленным сплошным потоком
Рис. 2.4. Нетехнологнчная (а) и технологичная (б) конструкции литой детали (Р ——приложенная нагрузка)Рис. 2.4. Нетехнологнчная (а) и технологичная (б) конструкции литой детали (Р ——приложенная нагрузка)в поеледующей эффективной подпрессовкой через утолщенные питатели. Сочетание оптимальных тепловых условий затвердевания в подпресеовкой дает возможность получать литьем под давлением толстостенные отливки из эвтектических сплавов е широким интервалом кристаллизации: заэвтек- тических силуминов (17—19% Si), термоупрочняемых сплавов системы А1—Si—Си, магниевых сплавов, бронз и латуней.
Рис. 2.4. Нетехнологнчная (а) и технологичная (б) конструкции литой детали (Р ——приложенная нагрузка)
Рис. 2.4. Нетехнологнчная (а) и технологичная (б) конструкции литой детали (Р ——приложенная нагрузка)
Эксперименты, проведенные А. А. Гетьманом [22 ], позволили получить необходимые количественные данные для оценки эффективности технологического процесса изготовления литых деталей. Показателями эффективности являются технологический коэффициент
запаса прочности и коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений, влияние размеров детали и состояние ее поверхности. Полученные данные по констр уир ов ан ию элементов литых деталей являются исходными параметрами для системы автома
тизированного проектирования конструкций литых деталей из
различных сплавов.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОЙ ОТЛИВКИ
Качество отливок, в первую очередь, определяется технологичностью их конструкции и технологией изготовления. Требования к конструкции отливки и технологии ее получения непрерывно изменяются, что снижает эффективность эмпирического подхода к созданию технологичной конструкции отливки. Однако количественный подход с использованием математических моделей статистического, экономико-математического и физико-математического характера, который может служить главным научным инструментом поиска оптимальной конструкции отливки, не нашел широкого применения в промышленности. Отдельные исследования, проведенные за рубежом и в нашей стране, еще не дают возможности использовать ЭВМ для создания технологичных конструкций сложных отливок, получаемых литьем под давлением. Поэтому разработанные рекомендации по проектированию технологичной отливки основаны на накопленном производственном опыте, отдельных научных разработках и анализе факторов, характеризующих преимущества и недостатки литья под давлением по сравнению с другими методами получения металлических заготовок илй" деталей.
Разработка чертежа отливки начинается с определения технических требований к ней.
На чертеже отливки должно быть указано следующее:
все внещаде и внутренние уклоны;
поверхйоети, требующие последующей механической обработки;
допуски на размеры;
участки поверхности, которые не должны иметь следов от выталкивателей, а также следов течения металла;
требования по герметичности и способы ее контроля;
виды защитных или декоративных покрытий;
участки, на которых не допускается пористость;
дополнительные требования для отливок, эксплуатируемых в необычных условиях (морская вода» кислоты, повышенная влажность, повышенная температура и т. д.);
марка сплава, ГОСТ или ТУ на сплав и масса отливки.
Точность отливок зависит прежде всего от точности изготовления пресс-формы и расположения плоскостей разъема.
Рис. 2*5. Примеры конструкций отливок с теневыми участками (а) и без иих (б)Рис. 2*5. Примеры конструкций отливок с теневыми участками (а) и без иих (б)Так как стоимость оснастки возрастает с увеличением требований к точности отливки, то /отливку следует конструировать с учетом наиболее экономичного варианта изготовления пресс-формы. А экономичность ее изготовления зависит от положения плоскостей разъема. При конструировании отливки следует стремиться к созданию пресс-формы с одной плоскостью разъема. Для этого отливка не ； должна иметь внешних и внутренних поднутрений, препятствующих свободному удалению ее из пресс-формы. Возможность создания одной плоскости разъема определяют по правилу свето- вых теней, по которому теневые участки при воображаемом освещении детали параллельными лучами в направлении, перпендикулярном плоскости разъема, должны отсутствовать (рис. 2.5).
Рис. 2*5. Примеры конструкций отливок с теневыми участками (а) и без иих (б)
Рис. 2*5. Примеры конструкций отливок с теневыми участками (а) и без иих (б)
Необходимо создавать отливки с прямыми линиями, прямыми углами и достаточно скругленными кромками в тех местах, где это практически осуществимо. Выемки и отверстия следует по
НетехнологиуноНетехнологиуноТехнологичноТехнологичнод)д)2)2)Рис. 2.6. Конструктивное оформление элементов с целью обеспечения иж удаления из пресс- формы перпендикулярно плоскости разъемаРис. 2.6. Конструктивное оформление элементов с целью обеспечения иж удаления из пресс- формы перпендикулярно плоскости разъема6)6)НетехнологичноНетехнологичноТехнологи^ноТехнологи^новозможности располагать перпендикулярно к плоскости разъема. Если от-
Нетехнологиуно
Нетехнологиуно
Технологично
Технологично
д)
д)
2)
2)
Рис. 2.6. Конструктивное оформление элементов с целью обеспечения иж удаления из пресс- формы перпендикулярно плоскости разъема
Рис. 2.6. Конструктивное оформление элементов с целью обеспечения иж удаления из пресс- формы перпендикулярно плоскости разъема
6)
6)
Нетехнологично
Нетехнологично
Технологи^но
Технологи^но
препятствуетпрепятствует刃刃ливка располагается в обеих полуформах, то для уменьшения усадочных напряжений внутренние стенки делают наклонными (рис. 2.6, а). При расположении отливки в неподвижной / и подвижной 2 полуформах (рис. 2.6, б) наибольшая поверхность стержня должна на хо-
препятствует
препятствует
刃
刃
〃) диться в подвижной полуформе. Боковое подну- свободному удалению отливки из
пресс-формы и должно образовываться боковым стержнем или подвижной щекой (рис. 2.6, 8). Устранение этого поднутрения
позволяет удалять отливку в направлении, перпендикуЛярном к плоскости разъема. Внутренние крепежные фланцы (рис. 2.6, г) с поднутрениями 4 можно вынести наружу в плоскость разъема, обеспечив свободный выход центрального стержня из полости отливки. Если конфигурация внутренней полости с поднутрением (рис. 2.6, д) не может быть изменена, то технологичная конструкция отливки предусматривает выемку 5 под фланец, заменяющей дно.
Рис. 2.7. Выбор плоскости разъема для цилиндрической симметричной (а) и иорпусиой (б) деталей (Я и П — неподвижная и подвижная полуформы)Рис. 2.7. Выбор плоскости разъема для цилиндрической симметричной (а) и иорпусиой (б) деталей (Я и П — неподвижная и подвижная полуформы)
Рис. 2.7. Выбор плоскости разъема для цилиндрической симметричной (а) и иорпусиой (б) деталей (Я и П — неподвижная и подвижная полуформы)
Рис. 2.7. Выбор плоскости разъема для цилиндрической симметричной (а) и иорпусиой (б) деталей (Я и П — неподвижная и подвижная полуформы)
В случаях больших отверстий, особенно на боковой стенке детали, требующих удаления стержней перед раскрытием формы, следует выполнять стенку литой детали таким образом, чтобы окно проходило по линии разъема формы (рис. 2.6, в). Поднутрение, образованное в литой детали утолщением под крепежное отверстие (рис. 2.6, м), нужно заменить утолщением на внешней стороне отливки с целью сохранения ее равностенности.
Конструкция отливки по возможности должна обеспечивать ее расположение в одной половине формы. Это повышает ее точность, сокращает стоимость формы. Если по конструктивным особенностям .детали выполнить это требование невозможно, то желательно, чтобы отливка при раскрытии формы оставалась в подвижной половине. Ломаные линии разъема следует заменять прямыми (рис. 2.6, з). Глубокие полости по возможности следует располагать с одной стороны литой детали (рис. 2.6, и).
Следует стремиться к тому, чтобы число разъемов и стержней в пресс-форме было минимальным. Подвижные стержни, оформляющие отверстия или углубления в отливках, расположенные в плоскости разъема или наклонно к ней, заставляют увеличивать допуски на размеры и часто бывают причинами брака отливок по геометрии. Боковые стержни повышают трудоемкость изготовления пресс-формы и снижают производительность работы машины. Прямая плоскость разъема является наиболее предпочтительной, особенно при симметричном расположении рабочих полостей в многоместной пресс-форме. Однако стремление во чтобы то ни стало иметь одну плоскость разъема при проектировании сложных деталей может привести к потере технического и экономического эффекта литья под давлением. При конструировании отливки сложной конфигурации следует учитывать, что извлечение ее из пресс-формы не должно вызывать затруднений и что она должна оставаться в подвижной форме и удаляться выталкивающим механизмом. На рис. 2.7, а представлена отливка с симметричным расположением необрабатываемых полостей (диаметром d и высотой 九)относительно средней перемычки с отверстием диаметром 必.Если плоскость разъема будет проходить по
Рис. 2.8. Варианты размещения отливкй П-образной колодки в пресс-форме (Н и П ——неподвижная и подвижная полуформы)Рис. 2.8. Варианты размещения отливкй П-образной колодки в пресс-форме (Н и П ——неподвижная и подвижная полуформы)
Рис. 2.8. Варианты размещения отливкй П-образной колодки в пресс-форме (Н и П ——неподвижная и подвижная полуформы)
Рис. 2.8. Варианты размещения отливкй П-образной колодки в пресс-форме (Н и П ——неподвижная и подвижная полуформы)
плоскости х——х, то, вследствие равномерности обжатия стержней, формирующих полости диаметром d, нет гарантии, что отливка при раскрытии преее-формы останется в ее подвижной части. В этом случае еледует увеличивать конусность одной из полостей (см. рис. 2.7, а, пунктирная линия). Если конструкция детали не допускает уклона или конуености, то плоскость разъема переносят на плоскость у—у. Однако такой перенос зйачительно удорожает пресс-форму и вызывает образование облоя на впешней цилиндрической поверхности отливки.
Конструкция детали должна обеспечивать такое размещение плоскостей разъемов, чтобы следы от этих плоскостей проходили по внешним углам отливки. Например, отливка, представленная на рис. 2.7, б, при расположении плоскости разъема по у—у потребует очень трудоемких операций по зачистке облоя и заусенцев. Перенесение разъема на плоскость %—%, несмотря на усложнение пресс-формы, снизит общую себестоимость отливки.
Чем проще конфигурация детали, тем больше вариантов ее расположения в пресс-форме. На рис. 2.8 приведены шесть вариантов выбора плоскости разъема для отливки П-образной колодки, в зависимости от которых изменяются величина уклонов на внешних поверхностях отливки и размерная точность отливки.
Проектируя отливку, следует предусматривать возможность соединения в одну нескольких деталей; это позволит упростить конструкцию и повысить жесткость изделия, уменьшить число обрабатываемых поверхностей, снизить трудоемкость изготовления и расход металла. Особенно эти преимущества проявляются при массовом и серийном производстве. Соединение нескольких деталей в одну служит показателем технологичности конструкции при условии, что это не намного усложняет и удорожает изготовление пресс-формы. На рис. 2.9 показана сложная отливка корпуса, образованного соединением в одно целое нескольких деталей. Высокая стоимость пресс-формы оправдывается при крупносерийном производстве.
В некоторых случаях, особенно при небольших производственных программах, выгодно разделить сложную отливку на несколько простых. При этом упрощается конструкция пресс- формы и уменьшается возможность появления брака. На возможность разделения отливки влияют особенности эксплуатации изделия, например замена быстроизнашивающихся деталей (рис. 2.10).
Рис. 2.9. Корпус, образовав- ныё соединением нескольким деталейРис. 2.9. Корпус, образовав- ныё соединением нескольким деталейПри проекти|ювании отливки следует учитывать, что чем больше ее габаритные размеры, особенно за ечет выступающих частей (рис. 2.11, а), тем сложнее и дороже пресс-форма. Поэтому следует стремиться к тому, чтобы отливка имела компактную конфигурацию и по возможности небольшие размеры (рис. 2.11, б.)
Рис. 2.9. Корпус, образовав- ныё соединением нескольким деталей
Рис. 2.9. Корпус, образовав- ныё соединением нескольким деталей
Толщина стенки отливки определяется совокупностью конструктивных и технологических факторов. К главным конструктивным факторам относятся масса отлнвки? жесткость
конструкции и требования к прочности и герметичности. Основными технологическими факторами являются возможность заполнения и подпрессовки отливки, выталкивания горячей отливки из пресс- формы и применения высокопроизводительного оборудования. При литье под давлением обеспечение направленности затвердевания отливки затрудняется высокими скоростями кристаллизации, поэтому следует создавать отливки, в которых металл затвердевал бы одновременно по всем сечениям. Этим условиям удовлетворяют только равностенные конструкции с минимально возможной толщиной стенки, позволяющие избавиться от концентрированных усадочных и газовых раковин. Направленность затвердевания отливок таких конструкций обеспечивается не толщиной стенки, а надлежащим расположением литниковой системы и каналов водяного охлаждения.
Рис. 2.10. Корпус сальника, отлитый Рис. 2.11. Нетехнологнчная (а) и отдельно (а) и вместе (б) с цилиндром технологичная (б) конструкции отливкиРис. 2.10. Корпус сальника, отлитый Рис. 2.11. Нетехнологнчная (а) и отдельно (а) и вместе (б) с цилиндром технологичная (б) конструкции отливкиВ деталях должны отсутствовать массивные места, отделенные друг от друга тонкими перегородками, поскольку в них не может быть обеспечена качественная подпрессовка. На рис. 2.12 приведены примеры ликвидации утолщенных мест, образующихся при сочленении или пересечении стенок литых конструкций. Если массивные места в отливке необходимы, то следует учитывать возможность их интенсивного охлаждения или локальной подпресеовки в пресс-форме.
Рис. 2.10. Корпус сальника, отлитый Рис. 2.11. Нетехнологнчная (а) и отдельно (а) и вместе (б) с цилиндром технологичная (б) конструкции отливки
Рис. 2.10. Корпус сальника, отлитый Рис. 2.11. Нетехнологнчная (а) и отдельно (а) и вместе (б) с цилиндром технологичная (б) конструкции отливки
2.П. Зависимость мииимвльво допустимой толщины стемн отливки от размера ее поверхности и типа сплава
Сплав
Площадь внешней поверхности отлнвкн, см1, прн толщине стенки, мм
До 25
26 — 100
100—2Б0
260—500
Более 500
Цинковнё
0,5
0,8
1,0
1,5
2,0
Алюмнниевнё
0,8
1,2
1,5
2,5
3,0
Магниевый
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Медный
2,0
2,5
3,0
3,5
—
Сталь
2,0
3,0
5,0
—
—
Толщина сечений литых деталей зависит от прочностных и технологических свойств сплава. Значения минимально допустимой толщины стенки для различных сплавов в зависимости от площади внешней поверхноети отливки приведены в табл. 2.11. На современных машинах, развивающих скорость прессования до 8 м/с, можно получать отливки g еще более тонкими стенками.
Если отливка имеет резкие переходы от толстых сечений к тонким, то в этих местах могут возникать горячие трещины. Чтобы этого не' происходило, необходимо создавать равностенные конструкции, предусматривать плавные переходы и радиусы закруглений между элементами литых деталей g разными сечениями рис. 2.13.
Конфигурация перехода зависит главным образом от соотношения толщин сопрягаемых элементов. При незначительной их
Рис. 2.13. Изменение конструкции отливки с целью устранения массивного места:а — нетехнологично; б — технологичноРис. 2.13. Изменение конструкции отливки с целью устранения массивного места:а — нетехнологично; б — технологичноРис. 2.12. Разностенные (а) и равностенные (б) элементы отливок
Рис. 2.13. Изменение конструкции отливки с целью устранения массивного места:
а — нетехнологично; б — технологично
Рис. 2.13. Изменение конструкции отливки с целью устранения массивного места:
а — нетехнологично; б — технологично
Рнс. 2.14. Перевода от толстая сечениё и тонким
разнице ①工”思《2) переходы рекомендуется оеущеешвлять по радиусу R = (； + -|~) (6工 + 60, но не должна бшть менее 1 мм (рис. 2.14, а).
Если 6х/62 > 2, то еледует применять так называемые клиновые сопряжения (рис. 2.14, б), в которых /》4左.Так как k = =б】—Sj, то I》4 (б】—62).
При перпендикулярном соединении етенок и отношении 6i/6g《l,75 (рис. 2.14, в) возможно сопряжение по радиусу R = (£ + 色)/4.
При отношении 6х/62 > 1,75 рекомендуется клиновое сопряжение, которое в зависимости от конструктивных требований выполняется с утолщением на тонкой (рис. 2.14, а) или на толстой стенке (рис. 2.14, д). При клиновом сопряжении перпендикулярных стенок 左=3 丿& — 62 или 左 ^ (% + 62)/2, а /》4瓦 Радиус внутренних закруглений должен быть не менее 0,8 мм, но не превышать толщину сопрягаемых стенок. Исследование зависимости механических свойств элементов отливок от их конструктивного оформления свидетельствует о том, что увеличение радиуса закругления во внутреннем углу сопряжения от 25 до 75% толщины ребра резко повышает долговечность конструктивных элементов толщиной 2 мм. Дальнейшее увеличение радиуса закругления лишь незначительно повышает долговечность. Это связано с тем, что при малых радиусах закругления повышается склонность узла сопряжения к образованию трещин, а с увеличением этого радиуса снижается плотность узла сопряжения вследствие ухудшения его питания через стенки малой толщины [22].
Принцип скругления переходов и углов не относится к поверхностям, которые пересекают плоскость разъема, где все грани должны оставаться прямоугольными и острыми (рис. 2.15). Эти грани могут быть скрурленш на ротовой отливке поеле удаления облоя. Если же острые грани при нормальном раеположении плоскости разъема недопуетими, то необходим более сложный разъем пресс-формш.
Внутренний радиуе закругления завиеит от вида сплава. Для цинковшх сплавов радиуе может быть в 1,5 раза меньше, чем для алюминиевых сплавов. Оеобенно чувствительны к радиусу
закругления магниевые сплавы, при кристаллизации которых в углах отливок наблюдается концентрация Напряжений, вызывающих горячие и Холодные трещийы. Холодные трещины возникают чаще всего в отливках, работающих при циклических нагрузках. Для таких отливок радиусы закруглений должны быть не менее половины толщины стенки.Отверстия и окна в отливках, получаемых литьем под давлением, выполняют тремя способами: пол・ ностью литьем, частично литьем с последующей механической обработкой и полностью механической обработкой. Выбор способа зависит и пресс-формы, технологических масштаба производства. Для тонкозакругления магниевые сплавы, при кристаллизации которых в углах отливок наблюдается концентрация Напряжений, вызывающих горячие и Холодные трещийы. Холодные трещины возникают чаще всего в отливках, работающих при циклических нагрузках. Для таких отливок радиусы закруглений должны быть не менее половины толщины стенки.Отверстия и окна в отливках, получаемых литьем под давлением, выполняют тремя способами: пол・ ностью литьем, частично литьем с последующей механической обработкой и полностью механической обработкой. Выбор способа зависит и пресс-формы, технологических масштаба производства. Для тонко少少Рис. 2.15. Выполнение закруглений н острых граней в плоскости разъема:、а — нетехнологнчио; б — технологичноРис. 2.15. Выполнение закруглений н острых граней в плоскости разъема:、а — нетехнологнчио; б — технологичноот конструкции отливки возможностей процесса иот конструкции отливки возможностей процесса и
закругления магниевые сплавы, при кристаллизации которых в углах отливок наблюдается концентрация Напряжений, вызывающих горячие и Холодные трещийы. Холодные трещины возникают чаще всего в отливках, работающих при циклических нагрузках. Для таких отливок радиусы закруглений должны быть не менее половины толщины стенки.
Отверстия и окна в отливках, получаемых литьем под давлением, выполняют тремя способами: пол・ ностью литьем, частично литьем с последующей механической обработкой и полностью механической обработкой. Выбор способа зависит и пресс-формы, технологических масштаба производства. Для тонко
закругления магниевые сплавы, при кристаллизации которых в углах отливок наблюдается концентрация Напряжений, вызывающих горячие и Холодные трещийы. Холодные трещины возникают чаще всего в отливках, работающих при циклических нагрузках. Для таких отливок радиусы закруглений должны быть не менее половины толщины стенки.
Отверстия и окна в отливках, получаемых литьем под давлением, выполняют тремя способами: пол・ ностью литьем, частично литьем с последующей механической обработкой и полностью механической обработкой. Выбор способа зависит и пресс-формы, технологических масштаба производства. Для тонко
少
少
Рис. 2.15. Выполнение закруглений н острых граней в плоскости разъема:、
а — нетехнологнчио; б — технологично
Рис. 2.15. Выполнение закруглений н острых граней в плоскости разъема:、
а — нетехнологнчио; б — технологично
от конструкции отливки возможностей процесса и
от конструкции отливки возможностей процесса и
стенных отливок небольших серий отверстия диаметром до 3 мм можно выполнять сверлением, в этом случае нет опасности отклонения режущего инструмента и вскрытия нор или раковин. В крупносерийном и массовом пройзводстве выгоднее получать литые отверстия. В толстостенных отливках из цинковых сплавов отверстия диаметром до 1 мм, в отливках из алюминиевых и магниевых сплавов отверстия диаметром до 1,5 мм, в отливках из медных сплавов отверстия диаметром до 3 мм следует выполнять сверлением, ибо тонкие стержни быстро выходят из строя, а замена их в пресс-форме требует длительного времени. Остальные отверстия рекомендуется выполнять литьем, за исключением тех случаев, когда несколько отверстий близко расположены друг к другу и суммарная величина усилия охвата металлом стержней чрезмерно велика или же когда расстояние между отверстиями должно быть настолько точным, что колебания усадки металла и температурного расширения пресс-формш не обеспечивают требуемых допусков.
При конструировании отверстий (табл. 2.12) следует учитывать нецелесообразность применения длинных тонких стержней (рие. 2.16, а). Отверстия в боковой стенке (рис. 2.16, 6) часто могут быть выполнены без етержней. Несколько боковых отверстий лучше располагать параллельно друг другу (рис. 2.16,6), чтобш использовать для движения етержней один механизм (клиновой или гидравлический). Боковая стенка @ отверстием (рис. 2.16, а) должна отетоять от другой етенки минимум на 3 мм. Следует избегать раеположения отверстий (стержней) в подвижной и неподвижной полуформах (рис. 2.16, 3), лучше преду- смотреть возможность последующей механической обработки. Еели литое отверетие трудно выполнить, то оно может быть обо 44
2・12・ Допустимые раа崛рн литых отверст隹&
Сплав
Мииимальнйй диаметр d； Им
Максимальная глубина отверстия
Конусность, % длины
практически рекомендуемый
технологически возможный
глухого
сквозного
Цинковый
1,5
1,0
6d
12d
0,2—0,5
Алюмннне^й
2,5
35
3d
6d
0,5—1,0
Магниевый
2,0
1,5
5d
lOd
0,3—0,5
Медный
3,0
2,5
3d
4d
0,8—1,5
значено центром под сверло (рие. 2.16, е). Нельзя допускать пересечения отверстий, требующих пересечения стержней в пресс- форме (рис. 2.16, м). При оформлении больших глухих отверстий дно (конец стержня) не должно иметь острых кромок (рис. 2.16, з). Толщина дна глухих отверстий должна быть минимальной, чтобы исключить действие чрезмерной усадки металла на стержень
Нетехно^огияно
初初Рис. 2.16. Ковструнрование лнтыя отверстийРис. 2.16. Ковструнрование лнтыя отверстий
初
初
Рис. 2.16. Ковструнрование лнтыя отверстий
Рис. 2.16. Ковструнрование лнтыя отверстий
(рив/ 2.16, а). Иногда в целью устранения локальных утолщений рекоменду- етея делать технологичевкие отверстия или окна (рие. 2.16, к).
Отверетия и окна в отливках по возможноети должнш беггь еквознш- ми. Это позволит оформлять их о двух сторон, что ивключит искривление стержней под воздействием втокого давления запрессовки и, следовательно, смещение центров отверстий.
Для сохранения конетруктивной прочноети тонкоетенных отливок применяют ребра жесткоети. Они упрочняют етенку отливки, уменьшают ее
прогиб под нагрузкой и препятствуют короблению. Рациональным конструкторским решением является распределение стыков ребер в шахматном порядке, позволяющее избежать скопления больших масс металла на пересечении нескольких профилей (см. рис. 2.12). Ребра должны иметь уклоны, по возможности равномерную толщину, закругленные внешние и внутренние края. В целях обеспечения равномерного уплотнения и охлаждения металла толщину ребер делают близкой к толщине стенки отливки. Рекомендуется следующее соотношение (рис. 2.17): % = (0,8+0,9) ботл, где Sp — средняя толщина ребра, Sp = 0,5 (6 + 62)-
Высота Л ребра, в первую очередь, зависит от конфигурации детали. Однако не рекомендуется соотношение hp> 10SOTJI. Внутренние радиусы R назначают так же, как при любых пересечениях стенок. Радиус г скругления внешних кромок должен быть не менее 0,5 мм.
Рис. 2.18. Ребра жесткости отливок 46Рис. 2.18. Ребра жесткости отливок 46Высота ребер жесткости цилиндрических деталей обычно удовлетворяет условию h^ 41 (рис. 2.18, а). Во многих конструкциях, например в отливке плоской крышки (рис. 2.18, б), ребра жесткости наряду с упрочнением отливки улучшают заполняемость пресс-формы. При литье магниевых сплавов ребра жесткости улучшают течение металла даже в том случае, когда с внутренней стороны плоских стенок они имеют высоту всего
Рис. 2.18. Ребра жесткости отливок 46
Рис. 2.18. Ребра жесткости отливок 46
лишь несколько ;девятых долей миллиметра.
При оформлении кромок отливок предусматривают % опорные поверхности. Поскольку сплошное основания не позволяют получить опорную поверхноеть без коробления, их заменяют отдельнБЕМи выступами, бортами или ножками, выполняющими функции ребер жесткости.
Бобышки и выступы, перпендикулярные к плоскости разъема, необходимо продлевать до этой плоскости или
2丿2丿располагать на наруж- рис> 2.19. Конструирование бобышки
2丿
2丿
нои стороне стенки, из
бегая поднутрений. Ес
ли оси бобышек расположены параллельно плоскости разъема, конструкция пресс-формы усложняется из-за до по л н ительных подвижных частей. Упростить конструкцию пресс-формы можно, несколько изменив конфигурацию отливки (рис. 2.19, а). Близко расположенные бобышки или выступы для лучшей передачи в них давления подпрессовки, а также для повышения жесткости отливки соединяют технологическими ребрами (рис. 2.19, б, 6). Следует стремиться к устранению скопления металла в выступах и бобышках (рис. 2.19, а).
Рис. 2.20. Литейные уклоныРис. 2.20. Литейные уклоныПри кристаллизации металла возникают усадочные напряжения, препятствующие удалению отливки из пресс-формы. Для облегчения удаления отливки на поверхностях, перпендикулярных к плоскости разъема, предусматривают литейные уклоны. Особенно они важны на внутренних поверхностях, оформляемых стержнями.
Рис. 2.20. Литейные уклоны
Рис. 2.20. Литейные уклоны
/ Z 3 夕夕6 7,勿2 0 30 4 050 70/ Z 3 夕夕6 7,勿2 0 30 4 050 70夕夕夕0〃 〃夕7543 2夕夕夕0〃 〃夕7543 24 4 а〃4 4 а〃Высота стенки, ммВысота, стенки, мм
/ Z 3 夕夕6 7,勿2 0 30 4 050 70
/ Z 3 夕夕6 7,勿2 0 30 4 050 70
夕夕夕0〃 〃夕7543 2
夕夕夕0〃 〃夕7543 2
4 4 а〃
4 4 а〃
Рис. 2.21. Номограммы для определения литейных уклонов для внутренних (а) и наружных (б) поверхностей отливок нз различных сплавов:
_/ — медных; 2 — алюминиевых; 3 — магниевых; 4 — цинковых. Цифры у кривых — литейные уклоны
Литейные уклоны поверхностей, расположенных перпендикулярно к плоскости разъема или в направлении удаления стержня, зависят от размеров внутренних поверхностей и расстояния между их противоположными стенками, а также от того, каким образом извлекается отливка из пресс-формы. Для внутренних поверхностей, образуемых неподвижными стержнями, при извлечении отливки с помощью выталкивателей, необходим уклон к большей величине (рис. 2.20, а), чем при использовании подвижных стержней (рис. 2.20, б), где уклон 0,5/С. Для отливок, имеющих горизонтальные перегородки (рис. 2.20, в), напряжения усадки не должны вызывать трещины в отливках в горячем состоянии. Для тех частей отливки, которые располагаются в неподвижной полуформе, рекомендуется уклон больший, чем
СплавПоверхностипосадоч-прочиеАлюминиевый Магниевый Цинковый Медный15725’ 15735’15735’ 3071930719 30719 15'/30'45'/1° 30,Примечание. В числителе — данные для наружных поверхностей, в знаменателе ——для внутренних.СплавПоверхностипосадоч-прочиеАлюминиевый Магниевый Цинковый Медный15725’ 15735’15735’ 3071930719 30719 15'/30'45'/1° 30,Примечание. В числителе — данные для наружных поверхностей, в знаменателе ——для внутренних.2.13. Минимальные уклоны поверхностей2.13. Минимальные уклоны поверхностейдля частей, оформляемых в подвижной полуформе, в противном случае при удалении отливка будет повреждена или вообще останется в неподвижной полуформе.
Сплав
Поверхности
посадоч-
прочие
Алюминиевый Магниевый Цинковый Медный
15725’ 15735’
15735’ 30719
30719 30719 15'/30'
45'/1° 30,
Примечание. В числителе — данные для наружных поверхностей, в знаменателе ——для внутренних.
Сплав
Поверхности
посадоч-
прочие
Алюминиевый Магниевый Цинковый Медный
15725’ 15735’
15735’ 30719
30719 30719 15'/30'
45'/1° 30,
Примечание. В числителе — данные для наружных поверхностей, в знаменателе ——для внутренних.
2.13. Минимальные уклоны поверхностей
2.13. Минимальные уклоны поверхностей
Величина литейных уклонов или конусности зависит от вида еплава, высоты и толщины стенок отливки. Уклоны внутренних и наружных поверхностей отливок определяют по номограммам (рис. 2.21), но они не должны быть меньше минимально допускаемых уклонов (табл. 2.13).
ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ отливки
Точность размеров и шероховатость поверхности отливки, изготовляемой литьем под давлением, необходимо рассматривать, во-первых» g точки зрения требований, гарантирующих нормальную работу механизмов пресс-формы, во-вторых, с точки зрения технологических возможностей достижения минимальных колебаний размеров отливок. Точность размеров реальной отливки оценивается их соответствием номинальным размерам, указанным на чертеже, а шероховатость поверхности ——техническим требованиям на деталь. Количественным критерием точности должна служить наибольшая величина отклонений действительных размеров отливки от размеров, заданных конструктором, а шероховатость поверхности должна соответствовать утвержденному эталону. Литературные данные довольно противоречивы из-за различия методик построения системы допусков. Это приводит к тому, что рекомендуемые в работах И. И. Горюнова, С. А，Казенова, Н. Н. Белоусова допуски на один и тот же размер отливки имеют расхождения на один-два порядка, в связи с чем во многих случаях при назначении допусков приходится учитывать производственный опыт.
В тех случаях, когда отливку требуемой точности невозможно получить литьем под давлением или же ее производство экономически неоправдано из-за удорожания стоимости пресс- формы, назначают припуск на механическую обработку, который колеблется от 0,3 до 0,8 мм. В особых случаях допускается припуск до 1,2 мм. Иногда, чтобы получить отливку требуемой точности без механической обработки, увеличивают затраты на изготовление пресс-формы. Деталь пресс-формы, оформляющую этот размер, делают в ваде быстросменной вставки, что позволяет после испытания пресс-формы и измерения пробных отливок заменить ее или довести размер.
Технически обоснованные допуски на размеры отливок можно установить определением и анализом полных полей рассеяния размеров в зависимости от совокупности факторов, вызывающих это рассеяние. При литье под давлением к таким факторам относятся точность изготовления оформляющей полости пресс-формы, износ поверхностей оформляющей полости, колебания усадки сплава, точность перемещения и сопряжения подвижных частей пресс-формы, деформация отливки при ее извлечении, изменение размеров при хранении; ошибки измерения при контроле размеров отливки и оформляющей полости пресс-формы. Совокупность всех этих факторов определяет величину полного поля рассеяния размеров отливки.
В каждом конкретном случае необходимо проводить анализ, в какой степени те или иные случайные и систематические погрешности влияют на величину рассеяния размеров отливки.
Рнс. 2.22. Исполнительные размеры оформляютцик деталей пресс-формы с учетом н襲 н强 доводки и износа
Погрешность изготовления пресс-формы обусловливает отклонение действительных размеров отливки от их номинальных значений, заданных чертежом. Следовательно, отклонение любого действительного размера оформляющей полости пресс-формы от его номинального значения является систематической погрешностью для размера отливки.
На точность и шероховатость поверхности отливки также влияет износ поверхности оформляющей полости пресс-формы. В результате соприкосновения с заливаемым сплавом на поверхности оформляющей полости пресс-формы после нескольких тысяч запрессовок возникают трещины, сетка разгара, выкрашивание металла и другие дефекты. При зачистке дефектов поверхности пресс-формы изменяются размеры оформляющей полости 〕 (рис. 2.22) и, следовательно, размеры отливок. С этой целью внешние (охватываемые) размеры Лф1 полости делают меньше номинальных, а внутренние (охватывающие) £ф2 — больше номинальных. После каждой зачистки размер пресс-формы изменяется на 0,05—0,1 мм. После четырех-пяти зачисток пресс-форму приходится списывать, так как она не удовлетворяет требованиям по точности размеров отливки.
Пресс-формы изнашиваются в результате температурных колебаний в поверхноетном слое оформляющей полости, гидродинамического действия потока и химического взаимодействия между материалом вкладышей и заливаемым сплавом. Износ пресс- формы зависит также от конструкции отливки и ее расположения в подвижной и неподвижной полуформах. На износ пресс-форм влияют условия их ремонта и хранения. Эти факторы сказываются и на^сроке службы пресс-формы. Чем больше факторов действуют одновременно, тем быстрее изнашивается пресс-форма. Величина износа, влияющая на погрешность размеров отливок, прямо пропорциональна числу отливок, полученных в данной преее- форме, и меньше всего завиеит от раеематриваемого номинального размера отливки.
Колебания величин увадки заливаемого оплава могут вызывать наибольшее раввеяние размеров отливок. Колебания увадки зависят от вовокупновти таких факторов, как втабильноеть тех- нологичевкоро процееса, тип сплава, поетоянвтво рабочей температуры преев-формш, температура заливаемого еплава и отливки в момент ее удаления, поетоянетво теплового равширения мате-
Рис. 2.23. Размеры отливок и пресс-форм при различных температура®:
/ — стержень пресс-формы прн 20 ℃; 〃 и 〃' 一 отливки при 20 ℃; "/ — стержень пресс-формы прн рабочей температуре; Г н ИГ — гнезда пресс-форм прн 20 ℃ н рабочей температуре
риала пресс-формы и отливок, толщина стенок отливки, место подвода питателей и пр. Влияние всех этих факторов на размеры отливки зависит от характера усадки, при затрудненной усадке колебания размеров более значительны, чем при свободной.
Рассеяние размеров отливок при литье под давлением, вызванное колебаниями усадки, носит случайный характер, так как оно зависит от многих технологических и конструктивных факторов. Определить величину усадки отливок, получаемых литьем под давлением» можно только на специальных образцах. Линейную усадку можно определить по формуле хл = а & — 20 ℃), где а — коэффициент линейного (теплового) расширения сплава; / — температура начала усадки.
Различают действительную и расчетную линейную усадку. Действительной усадкой называют разность размеров отливки при температуре начала усадки и при 20 ℃. Допускается, что размеры отливок в начале усадки равны размерам оформляющей полости пресс-формы при рабочей температуре, под которой подразумевается средняя приведенная температура, условно одинаковая и постоянная во всех точках пресс-формы. Действительную усадку можно определить по формуле хд = хсв. у — «м + + J), где Хсв.-у — величина свободной усадки; /м и /т — остаточная деформация отливки, вызванная соответственно механическим и термическим- торможением.
Значение /м определяется механическим сопротивлением пресс- формы и стержней; оно зависит главным образом от конфигурации отливки. Термическая остаточная деформация /т возникает из-за различия скороети охлаждения отдельных частей отливки и
Рис. 2.24. Варианты размещения отливок в пресс-формеРис. 2.24. Варианты размещения отливок в пресс-формеСплавТолщина стенкн, ммДо 3Более 3Цинковый0,4/0,50,5/0,6Алюминие-0,5/0,60,6/0,7Магниевый0,6/0,70,7/0,8Латунь0,6/0,70,7/0,9СплавТолщина стенкн, ммДо 3Более 3Цинковый0,4/0,50,5/0,6Алюминие-0,5/0,60,6/0,7Магниевый0,6/0,70,7/0,8Латунь0,6/0,70,7/0,92.14. Расчетные коэффициенты усадки, %2.14. Расчетные коэффициенты усадки, %Примечание. В числителе —значения для затрудненной усадки, в знаменателе —— для свободйой.Примечание. В числителе —значения для затрудненной усадки, в знаменателе —— для свободйой.их взаимного торможения усадки. Чем меньше разностенность отливки, тем меньше /т. Усадка металлаих взаимного торможения усадки. Чем меньше разностенность отливки, тем меньше /т. Усадка металлакомпенсируется увеличением размеров оформляющей полости пресс-формы относительно размеров отливки. Разность между исполнительным размером полости и соответствующим номинальным размером отливки называется расчетной усадкой хр. Необходимость введения этого термина вызвана тем, что размеры пресс-формы контролируют в процессе изготовления, когда она имеет температуру, близкую к 20 ℃, в то время как охлаждение отливки и ее действительная усадка происходят в пресс-форме, нагретой до определенной рабочей температуры. Таким образом, чтобы получить исполнительный размер £ф оформляющей полости при 20 ℃, необходимо к номинальному размеру Ьотл отливки прибавить величину расчетной усадки: l巾-Lot n +%6
Рис. 2.24. Варианты размещения отливок в пресс-форме
Рис. 2.24. Варианты размещения отливок в пресс-форме
Сплав
Толщина стенкн, мм
До 3
Более 3
Цинковый
0,4/0,5
0,5/0,6
Алюминие-
0,5/0,6
0,6/0,7
Магниевый
0,6/0,7
0,7/0,8
Латунь
0,6/0,7
0,7/0,9
Сплав
Толщина стенкн, мм
До 3
Более 3
Цинковый
0,4/0,5
0,5/0,6
Алюминие-
0,5/0,6
0,6/0,7
Магниевый
0,6/0,7
0,7/0,8
Латунь
0,6/0,7
0,7/0,9
2.14. Расчетные коэффициенты усадки, %
2.14. Расчетные коэффициенты усадки, %
Примечание. В числителе —значения для затрудненной усадки, в знаменателе —— для свободйой.
Примечание. В числителе —значения для затрудненной усадки, в знаменателе —— для свободйой.
их взаимного торможения усадки. Чем меньше разностенность отливки, тем меньше /т. Усадка металла
их взаимного торможения усадки. Чем меньше разностенность отливки, тем меньше /т. Усадка металла
На рис. 2.23 показано соотношение между действительной и расчетной усадкой для охватывающих (рис. 2.23, а) и охватываемых (рис. 2.23, б) размеров отливки при 20 ℃ и рабочей температуре пресс-формы. Размер пресс-формы при рабочей температуре обозначением индексом
Отношение расчетной усадки хр к номинальному размеру отливки Ьотл называют расчетным коэффициентом усадки Кр, или относительной расчетной усадкой!
仆=戶 loo% =上史,二“ т" loo%,^отл^отл
Коэффициент усадки зависит от типа заливаемого сплава и характера усадки (затрудненная, свободная). Для практических целей можно рекомендовать средние значения расчетных коэффициентов усадки (табл. 2.14).
52
Точность того или иного размера отливки также зависит от ее расположения в пресс-форме. Наибольшую точность размеров можно получить, когда поверхности отливки выполняются в одной части пресс-формы (рис. 2.24, а). Если поверхности отливки оформляются подвижными боковыми стержнями (рис. 2.24, б) или в подвижной и неподвижной полуформах (рис. 2.24, в, г), то точность размеров снижается.
Колебания размеров отливок, поверхности которых оформляются в подвижных частях пресс-^юрмн, вызваны кратковременным раскрытием полу формы в процессе запрессовки сплава и образованием облоя вокруг отливки по плоскости разъема. Толщина облоя зависит от многих технологических факторов и стабильности работы машины литья под давлением и не зависит от номинального размера отливки. Поэтому колебания толщины облоя носят случайный характер. Эти колебания определяют разброс размеров, оформляемых в подвижной и неподвижной полу формах.
На размер облоя очень сильно влияет гидравлический удар в конце заполнения пресс-формы. Для снижения этого влияния современные машины оснащают быстродействующими мультипликаторами или другими механизмами, сокращающими время повышения давления подпрессовки. На размер облоя влияют также точность обработки деталей запирающего механизма, жесткость его конструкции, взаимное расположение и точность изготовления пазов для крепления пресс-форм, плоскостность и параллельность рабочих поверхностей крепежных плит, перпендикулярность направляющих колонн к рабочим поверхностям плит. В механизмах, служащих для перемещения подвижной плиты, должны быть зазоры, не допускающие заклинивания при повышении температуры пресс-формы во время работы.
33
3
3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
ПРЕССУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН
Оптимизация процесса изготовления отливок, когда время их затвердевания становится соизмеримым с продолжительностью заполнения полости формы расплавом (фзат ^ ф8ал), требует знания закономерностей движения металлического потока в узких каналах формы с учетом развития в его сечении не только поля скоростей, но и температурного поля, обусловливающего характер затвердевания потока расплава. От правильного понимания механизмов движения н остановки потока жидких металла и сплавов в каналах заполняемой полости зависит выбор направлений и методов воздействия на эти процессы в целях дальнейшего повышения качества и достижения требуемых свойств изготовляемых отливок. Теоретические и технологические основы гидродинамических и тепловых условий формирования отливок при литье под давлением изложены в работе А. К. Белопухова [б]. Роль давления в управлении всем комплексом литейных процессов, &p・ мирование структуры и свойств готовых отливок рассмотрена в монографии Г. П. Борисова [15].
Взаимосвязь режимов заполнения и подпрессовки отливки обеспечивается работой прессово-подпрессовочного и запирающего механизмов машины литья под давлением, механизмов выталкивания и удаления стержней. Выбор типа машины и расчет ее силовых параметров проводят после установления технологически необходимой продолжительности заполнения, диапазона скоростей прессования, вместимости камеры прессования, давления и других факторов, создающих оптимальные тепловые и гидродинамические условия формирования отливки в процессе заполнения и подпрессовки.
Качество отливок легче обеспечивать при использовании машин с горизонтальной камерой прессования, обеспечивающих наименьшие потери теплоты и давления в литниковых каналах. Производительность машин с горизонтальной камерой выше производительности машин с вертикальной камерой вследствие отсутствия операции отрезки литника от пресс-остатка.
Главным механизмом машины литья под давлением является узел прессования, определяющий технологические параметры заполнения и подпрессовки. Анализ различных конструкций прее- 54
Рис. 3.1. Механизм прессования фирмы Jdra (Италия)
сующего узла приведен в работах А. К・ Белопухова, Б. Ф. Ного- вицина, А. А. Крейцера и др.
Большая часть отечественных и зарубежных машин снабжена механизмами прессования, в которых для перемещения пресс- поршня и поршня мультипликатора используется один и тот же аккумулятор. Одним из примеров такого механизма служит механизм прессования новых машин итальянской фирмы Jdra [30]. При его конструировании фирма преследовала цель максимально облегчить подвижные части поршней для достижения высокой скорости прессования и минимального времени подпресёовки. Для этого механизм был спроектирован с очень короткими трубопроводами для подачи рабочей жидкости, а некоторые его части были изготовлены полыми. Поршень мульти пли катор а был сделан из алюминиевого сплава.
Механизм состоит из цилиндра прессования 3, пресс-поршня 4, мультипликатора /0, поршня //, аккумулятора 7, обратного клапана 9, путевых переключателей 2 и /, клапана второй фазы 6, клапана 8, аккумулятора мультипликатора 5 и стержня 12 (рис. 3.1). Мультипликатор крепится вертикально к цилиндру прессования, а поршневой аккумулятор 7 установлен непосредственно на цилиндре 3. От него осуществляются вторая и третья фазы прессования, а первая фаза осуществляется путем подачи жидкости насосом (стрелка Л). Ручным регулятором клапана 6 настраивается скорость ирессованкя, а регулятором клапана 8 —
Рис. 3.2. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод.
OL-500ST:
S — путь пресс-поршня; р — давление в поршневой полости цилиндра прессования
время подпрессовки. Стержень 12 позволяет контролировать ход поршня мультипликатора и момент начала его движения.
На рис. 3.2 приведена осциллограмма параметров работы механизма машины с усилием запирания формы 5000 кН. Обработка этой осциллограммы показала, что отливка была получена при скорости пресс-поршня 0,3 м/с на первой фазе и 3,9 м/с на второй. Время подпрессовки для достижения давления 35 МПа составил 0,009 с. Пики давления в конце переходного процесса незначительны.
Механизм прессования с включением мультипликатора в зависимости от пути пресс-поршня спроектирован и изготовлен на ПО «Сиблитмаш» (рис. 3.3). Он состоит из цилиндра прессования /, внутри которого перемещается пресс-поршень 2. Горизонтально на одной оси с этим цилиндром крепится, мультипликатор 3 с поршнем 10. Рядом с цилиндром прессования /, закрепленном в специальной стойке, установлен поршневой аккумулятор //, от которого осуществляются вторая и третья фазы прессования. Перед началом процесса прессования переключается гидрораспределитель /4, и рабочая жидкость из насосно-аккумуляторной станции через обратный клапан 15 сливается в бак машины, размещенный внутри станины. При этом пресс-поршень перемещается с относительно небольшой (0,2—0,3 м/с) скоростью (первая фаза прессования). Пройдя заливочное окно камеры прессования, пресс- поршень 2 дает команду на переключение золотника /3, который открывает клапан второй фазы /2. Жидкость из аккумулятора 11 попадает в поршневую полость цилиндра прессования, перемещая пресе-поршень со скоростью до 6 м/с (вторая фаза прессования). Ручным регулятором обратного клапана 16 настраивают скорость прессования.
Перед окончанием заполнения формы металлом по команде от путевого переключателя, которую дает пресс-поршень 2, срабатывает золотник 9. Это позволяет жидкости слиться из полости В оригинального клапана 4. Открытие клапана вызывает движение поршня 10 мульти пли катор а 3, который во время движения вытес-
Рис. 3.3. Механизм прессования с управлением мультипликатора по пути пресс- поршня
няет жидкость из штоковой полости мультипликатора в полость А аккумулятора 5, поднимая поршень 6. Затем закрывается обратный клапан 16 и движущийся поршень мультипликатора своим штоком сжцмает замкнутый объем жидкости в пор шневой полости цилиндра прессования /, создавая в ней давление выше рабочего давления гидросистемы (третья фаза прессования).
После затвердевания отливки подается команда на отключение золотника 9 (возврат в исходное положение) и закрытие клапана 4, благодаря чему исключается возможность дальнейшего перемещения поршня мульти пли к атор а. Далее подается команда на раскрытие пресс-формы и отливка выталкивается пресс-поршнем 2. Выталкивание происходит с усилием в 2—3 раза меньшим, чем
Рис. 3.4. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. 71111Рис. 3.4. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. 71111полное усилие орессова- ния, так как поршень му льфи пликатор а неподвижен. Этим самым исключается возможность деформирования пресс-остатка и выбрызг расплавленного металла из его незакристаллизовавше йся сердцевины. После удаления отливки механизм возвращается в исходное ■положение.
Рис. 3.4. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. 71111
Рис. 3.4. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. 71111
Для регулирования параметров работы механизма, к которым относятся скорость прессования, вре-
мя подпрессовки и давление в поршневой полости цилиндра прессования, служат регулируемый обратный клапан 7, оригинальный клапан 4, реле времени в и аккумулятор 5 мультипликатора. На рис. 3.4 приведена осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. 71111 с усилием запирания пресс-формы 8000 кН. При максимальной скорости прессования 6 м/с и давления мультипликации 23,5 МПа время подпрессовки составляет 0,02 с.
Для расширения технологических возможностей время подпрессовки механизма регулируется в определенном диапазоне. Особенно это важно при изготовлении толстостенных отливок, для которых не требуется минимального времени. Изменение времени подпрессовки в механизме, показанном на рис. 3.3, осуществляется клапаном 4 или реле времени 8. Регулируя величину открытия клапана 4, можно обеспечить плавное нарастание давления в поршневой полости цилиндра прессования.
Механизмы прессования с включением мультипликатора по пути пресс-поршня обладают тем недостатком, что из-за ошибки в дозе заливаемого сплава изменяется длина пресс-остатка. В связи с этим происходит задержка или опережение момента включения поршня мультипликатора.
Механизм прессования фирмы Italpresse (Италия) представлен на рис. 3.5. Механизм имеет цилиндр прессования /, пресс-поршень 2, мультипликатор 70, поршень 9 мультипликатора, аккумулятор 4 мультипликатора, поршневой аккумулятор 7, газовый баллон 6, клапан второй фазы 5, обратный клапан 8, клапан 3. Все фазы работы механизма осуществляются от аккумулятора 7. В рассматриваемом механизме жидкость из штоковой полосой мультипликатора вытесняется на слив через клапан 3. Это гарантирует постоянство давления в аккумуляторе 4. Для изменения времени лодлрессовки служит ручной регулятор клапана 3.
Рис. 3.5. Схема механизма прессования фирмы Jtalpresse (Италия)
На рис. 3.6 приведена осциллограмма давления в поршневой полости цилиндра 1. Время подпрессовки на основании этой осциллограммы составляет 0,015 с. Аналогичный механизм прессования используется на машинах литья под давлением фирмы «Триульцы» (Италия).
Фирмы Buhler (Швейцария) и Toshiba (Яиония) для изменения давления в поршневой полости цилиндра прессования вместо аккумулятора мультипликатора применяют редукционный клапан. Время подпрессовки для таких механизмов больше, чем для механизмов с аккумулятором мультипликатора. Для доказательства этого утверждения фирмой Jdra (Италия) на машине мод. OL/V-400S с усилием запирания форм 4000 кН были проведены испытания механизмов с аккумулятором мультипликатора и редукционным клапаном. Эти испытания показали, что^ время подпрессовки при скорости прессования 4,5 м/с для механизма с редукционным клапаном составляет 0,06 с, а для второго механизма — 0,015 с, т. е. в 4 раза меньше.
Аналогичные испытания механизмов были проведены на машине мод. 71111 [58]. Они подтвердили исследования фирмы Jdra. Время подпрессовки для механизма с редукционным клапаном было 0,1 с, а для механизма с аккумулятором мульти пли катора 0,02—0,03 с.
На некоторых отечественных машинах иепользуется механизм прессования с одним аккумулятором и включением мультипликатора по давлению (рис. 3.7). Механизм состоит из цилиндра / и пресс-поршня 2. Горизонтально на одной оси g этим цилиндром крепится мульти пли катор 3 с поршнем 10. Рядом с цилиндром прессования установлен поршневой аккумулятор 11.
После заливки металла в камеру прессования переключаются гидрораспределитель 14 и золотник 8. Жидкость через обратный клапан 16 подается в поршневую полость цилиндра прессования 1. Из штоковой полости через клапан 15 она сливается в бак машины. При этом происходит первая фаза процесса прессования.
Пройдя заливочное окно камеры, пресс-поршень дает команду на переключение золотника /3. Он открывает клапан /2, и жидкость из аккумулятора 11 подается в поршневую полость цилиндра / (вторая фаза прессования). В этот момент давление в напорном трубопроводе, действующее на напорный золотник 9, не превышает усилия его пружины, и он закрыт. Закрыт также и клапан 4, что исключает преждевременное движение поршня мультипликатора.
1515Рис. 3.7. Схема механизма прессования1 с включением мультипликатора по ДавлениюРис. 3.7. Схема механизма прессования1 с включением мультипликатора по ДавлениюРис. 3.6. Осциллограмма давления в поршневой полости машины для литья под давлением фирмы Jtalpresse (Италия)Рис. 3.6. Осциллограмма давления в поршневой полости машины для литья под давлением фирмы Jtalpresse (Италия)efMwefMwЗаполнение формы металлом вызывает остановку пресс-поршня 2, и в гидросистеме механизма резко возрастает давление жидкости в результате гидравлического удара. Это давление открывает золотник 9 и клапан 4, что вызывает движение поршня
15
15
Рис. 3.7. Схема механизма прессования1 с включением мультипликатора по Давлению
Рис. 3.7. Схема механизма прессования1 с включением мультипликатора по Давлению
Рис. 3.6. Осциллограмма давления в поршневой полости машины для литья под давлением фирмы Jtalpresse (Италия)
Рис. 3.6. Осциллограмма давления в поршневой полости машины для литья под давлением фирмы Jtalpresse (Италия)
efMw
efMw
тпод , Стпод , С0,090,090,070,070,050,050,030,03〃//〃//痒XI； НВ痒XI； НВ7676У”，м/сУ”，м/сРис. 3.8. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессованияРис. 3.8. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессованияРис. 39 Схема механизма прессования с оригинальным напорным болотником
тпод , С
тпод , С
0,09
0,09
0,07
0,07
0,05
0,05
0,03
0,03
〃//
〃//
痒XI； НВ
痒XI； НВ
76
76
У”，м/с
У”，м/с
Рис. 3.8. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования
Рис. 3.8. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования
Жидкость из штоковой полости мульти пли катор а вытесняется в аккумулятор 5, поднимая поршень
Ю1Ю1ЧАЧАВ этот же момент времени закрывается обр атный повышенное давление в поршневой полости После затвердевания отливки дается команда
Ю1
Ю1
ЧА
ЧА
клапан 16 и поршень 10 создаетклапан 16 и поршень 10 создаетцилиндра /. на отключениецилиндра /. на отключениезолотника 8, закрытие напорного золотника 9 и клапана 4. Благодаря этому исключается дальнейшее перемещение поршня мульти пли катор а. Жидкость из аккумулятора 5 сливается через ' обратный клапан 7 и золотник 8, поршень 6 опускается на дно аккумулятора.
клапан 16 и поршень 10 создает
клапан 16 и поршень 10 создает
цилиндра /. на отключение
цилиндра /. на отключение
Осциллографиррвание параметров механизма прессования машины мод. 71111 при различных скоростях позволило построить зависимость времени подпрессовки иПод от скорости прессования %р (рмс・ 3.8). Кривая указывает на резкое увеличение ч?под при низких Рцр. Это увеличение объясняется тем, что жидкость из аккумулятора 11 (см. рис. 3.7) подается как в поршневую полость цилиндра прессования /, так и в поршневую полость мультипликатора 3 через один и тот же клапан 12. Этим клапаном настраивается скорость прессования, поэтому, уменьшая скорость прессования, уменьшают и скорость перемещения поршня 10, что приводит к увеличению времени подпрессовки.
В данной схеме механизма давление на напорный золотник 9 подается из трубопровода, но если его подать из поршневой по-
Рис. 3.10. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования при регулировании последней клапаном второй фазы (/) и обратным клапаном (2)Рис. 3.10. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования при регулировании последней клапаном второй фазы (/) и обратным клапаном (2)
Рис. 3.10. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования при регулировании последней клапаном второй фазы (/) и обратным клапаном (2)
Рис. 3.10. Зависимость времени подпрессовки от скорости прессования при регулировании последней клапаном второй фазы (/) и обратным клапаном (2)
лоетн цилиндра прееео вания, фо можно исключить указанный недо- бшаФОЕ. Это было выполнено при разработке ехемв® механизма прееео- вания машины мод. 71113 (рие. 3.9). Механизм этой машина воетоиш из цилиндра преееования /, преев-поршня 2, мульти пли катора 〃，поршня /2, аккумулятора /3, гидрораспределителя /6, золотника 9, регулируемого обратного клапана /8, клапана /7, золотника /5, клапана второй фазы /4, оригинального напорного золотника 4, поршенька 3, аккумулятора мультипликатора 6, поршня 5, обратного клапана 8, пружины 7 и ручного регулятора /0. После двух фаз прессования
пресс-поршень внезапно остана вли вается, и в гидросистеме резко возрастает давление жидкости. Это давление воздействует на поршенек 3 и вызывает срабатывание напорного золотника 4. В остальном схемы, показанные на рис. 3.7 и 3.9, работают
одинаково.
На рис. 3.10 приведены зависимости 17под от и^р, полученные после обработки осциллограммы. Кривая / получена при регулировании скорости прессования клапаном 14, а кривая 2 — обратным клапаном 18 (см. рис. 3.9). Во втором случае 名口。共 практически не зависит от %р.
В механизмах большинства зарубежных машин используются нерегулируемые обратные клапаны, встроенные в поршень мультипликатора. Поэтому в этих механизмах, как правило, время подпрессовки зависит от скорости прессования. Кроме того, вынесенный из поршня мульти пли катор а обратный клапан улучшает ремонтопригодность механизма прессования и уменьшает габариты
поршня.
Механизмы с одним аккумулятором имеют более простое конструктивное исполнение, но зависят от технологических параметров литья. Низкие значения скорости приводят к увеличению времени подпрессовки, что снижает технологические возможности механизма. Механизмы с двумя аккумуляторами более сложны по своей конструкции, но в них время подпрессовки не зависит от скорости прессования.
Фирма Weingarten (ФРГ) в течение ряда лет со вер шенст во вала конструкцию механизмов прессования своих машин, в результате чего была создана новая серия. Механизмы прессования этой серии оснащены двумя аккумуляторами 5 и'4 для независимого приведения в движение пресс-поршня / и* поршня 8 мультипликатора (рис. 3.11). Для снижения инерционности массы подвижных
Рис. 3.11. Механизм прессования с двумя аккумуляторами фирмы Weingarten (ФРГ)
элементов механизма и жидкости в трубопроводе сведены к минимуму, для чего аккумуляторы расположены непосредственно на цилиндре прессования. Для обеспечения подпрессовки механизм снабжен обратным клапаном 9, размещенным в поршне 8 мульти пли катора. Для регулирования скорости прессования и времени подпрессовки служат клапаны 7 и 3 с регуляторами 6 и 2.
Механизм имеет трехфазную систему: две фазы по скорости и подпрессовку. Вторая фаза осуществляется после открытия клапана 7. Жидкость из аккумулятора 5 через этот клапан и обратный клапан 9 подается в поршневую полость цилиндра прессования, сообщая пресс-поршню / высокую скорость. После заполнения формы металлом и остановки пресс-поршня в гидросистеме механизма возникает гидроудар, который сначала открывает напорный золотник, а затем клапан 3. Рабочая жидкость из аккумулятора мультипликатора 4 подается в полость А и перемещает поршень 8. В этот же момент времени закрывается обратный клапан 9 и поршень мультипликатора поднимает давление в цилиндре прессования. Регулирование давления проводится изменением давления газа в аккумуляторе мульти пли катора 4.
ПО «Сиблитмаш» изготовлена крупная машина мод. 71115 с усилием запирания форм 20 000 кН. На рис. 3.12 приведена схема механизма прессования этой машины. Механизм состоит из цилиндра / и мультипликатора 4, внутри которых перемещаются пресс-поршень 2 и поршень 5. Для приведения поршней в движение
мод. 71115
служат аккумулятор прессования 9, расположенный рядом со стойкой механизма, и аккумулятор мульти пли катор а 6, размещенный непосредственно на цилиндре мульти пли катор а. Рабочее давление жидкости в этих аккумуляторах одинаково и равно 16 МПа. Регулирование давления мультипликации проводится изменением давления газа в баллоне 3. Для настройки скорости прессования и времени подпрессовки служат регуляторы клапанов 10 и 7.
Перед началом работы механизма переключается гидрораспределитель 15 и рабочая жидкость из насосно-аккумуляторной станции через обратные клапаны 14 и 13 попадает в поршневую полость цилиндра прессования Л Одновременно с началом процесса прессования переключается золотник 12, отсекающий слив жидкости из поршневой полости мультипликатора 4. Пресс-поршень 2, пройдя заливочное окно камеры, дает команду на переключение золотника //, который открывает клапан 10. В конце движения пресс-поршня срабатывает золотник 8 и открывается клапан 7. Жидкость из аккумулятора мульти пли катор а подается в поршневую полость цилиндра 4 и приводит в движение поршень 5. В этот же период времени закрывается обратные клапаны 14 и 73, поршень 5 обеспечивает подпрессовку. Через клапан /6 жидкость сливается в бак машины. На рис. 3.13 приведены осциллограммы параметров работы этого механизма. Их айализ показывает, что при изменении скорости прессования от 1,4 до 5 м/с время подпрессовки остается постоянным и равно 0,028 с.
В механизмах прессования с мульти пли катором инерционность поршня приводит к увеличению времени подпрессовки и повышенным пикам давления при переходном процессе, поэтому были разработаны и изготовлены механизмы прессования без мульти-
Рнс. 3.13. Осциллограммы параметров работы прессующего механизма при скорости прессования 1,4 (а) и 5 м/с (б)
пликатора. В них для выполнения подпрессовки используются аккумуляторы высокого давления. Примером такого механизма может служить механизм прессования фирмы Fries (ФРГ), который изображен на рис. 3.14. На первой фазе жидкость из аккумулятора 5 через клапан 7 по каналу 8 подается в поршневую полость цилиндра прессования /, сообщая пресс-поршню 11 медленное перемещение. Скорость пресс-поршня на этой фазе регулируется клапаном 7. Эта фаза продолжается до тех пор, пока задний торец пресс-поршня /1 не откроет канал /0. После этого
^РГ^ 14 Межаиизм прессования беа мультипликатора машины фирмы Fries^РГ^ 14 Межаиизм прессования беа мультипликатора машины фирмы Fries
^РГ^ 14 Межаиизм прессования беа мультипликатора машины фирмы Fries
^РГ^ 14 Межаиизм прессования беа мультипликатора машины фирмы Fries
Рис. 3.15, Схема механизма прессования с аккумулятором высокого давленияРис. 3.15, Схема механизма прессования с аккумулятором высокого давленияРнс. 3.16. Осциллограмма давления при работе механизма с аякумулято- ром высокого давленияРнс. 3.16. Осциллограмма давления при работе механизма с аякумулято- ром высокого давления
Рис. 3.15, Схема механизма прессования с аккумулятором высокого давления
Рис. 3.15, Схема механизма прессования с аккумулятором высокого давления
Рнс. 3.16. Осциллограмма давления при работе механизма с аякумулято- ром высокого давления
Рнс. 3.16. Осциллограмма давления при работе механизма с аякумулято- ром высокого давления
начинается вторая фаза прессования, которая продолжается до заполнения камеры металлом. По команде от конечного выключателя открывается клапан 6 и пресс-поршень приобретает ускоренное перемещение, так как при открытии новой магистрали на пресс-поршень действует более мощный поток рабочей жидкости. Для регулирования скорости прессования на третьей фазе служит регулятор клапана 6.
Конечный выключатель, который настраивается в зависимости от пути пресс-поршня 11, включает четвертую фазу ——подпрессовку. В это время открывается клапан 2 и жидкость из аккумулятора высокого давления 3 поступает в поршневую полость цилиндра прессования. Закрываются обратные клапаны 9 и 4, и жидкость под высоким давлением из аккумулятора 3 передается в поршневую полость цилиндра /, осуществляя процесс подпрес- еовки. Давление мультипликации регулируется изменением давления в аккумуляторе 3, и для настройки времени подпрессовки служит регулятор клапана 2.
Механизму присущи все те недостатки, которыми обладают механизмы с включением подпрессовочного устройства по пути движения пресс-поршня.
На ПО «Сиблитмаш» также был спроектирован и изготовлен механизм прессования с аккумулятором высокого давления. Принципиальная гидравлическая схема механизма представлена на рис. 3.15. Поршневая полость соединена трубопроводом с аккумулятором 4 через регулируемый обратный клапан 3, а через обратный клапан 8 — с насосно-аккумуляторной установкой. Обратный клапан 3 открвваетея поршнем цилиндра 5, поршне* 66 ■
вая полость которого соединена е напорным золотником 7 и гидрораепределителем 6. Жидкость по напорному трубопроводу через обратный, клапан 8 подаетея в поршневую полость цилиндра /, сообщая скорость пресс-поршню 2. В это время давление жидкости в гидросистеме механизма, действующее на напорный золотник 7, не превышает усилия его пружинв! и он закрыв.
После заполнения формы метал лом прекращается движение пресс-портя, под давлением жидкости ооткрнвается напорный золотник 7 и клапан 3. В этот же момент закрывается обратный клапан 8 и жидкость из аккумулятора высокого давления 4 поступает в поршневую полость цилиндра 1, выполняя подпрессовку.
На рис. 3.16 приведена осциллограмма давления при работе механизма с аккумулятором высокого давления. Осциллограмма была получена при испытаниях машины мод. 711А10 и с программным управлением. Кривая давления показывает, что при скорости прессования 4 м/с время подпрессовки составляет 0；ШЗ с.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПРЕССУЮЩЕГО И ЗАПИРАЮЩЕГО МЕХАНИЗМОВ
Определение параметров прессующего механизма. В практике литья под давлением можно часто встретиться с изготовлением деталей на машинах недостаточной мощности, особенно при использовании многогнездных пресс-форм или при литье крупногабаритных изделий, поэтому при выборе машины, в первую очередь, нужно основываться на расчете необходимых усилий прессования и подпрессовки.
Для определения технологически необходимого усилия Рпр. т прессования примем, что оно должно превышать сопротивление твердой корки металла на стенках камеры прессования. Для корки толщиной бк и площадью /к поперечного сечения, равной зхОпрбн (здесь Опр ——диаметр камеры прессования),
Рпр. т = (^/л)/к^т? (3.1)
где п — коэффициент запаса, п = 1,2~-1,5; п ——коэффициент полезного действия прессующего механизма; для машин с горизонтальной камерой прессования г] = 0,8, с вертикальной камерой п = 0,7, с горячей камерой rj = 0,5—0,6; от —— предел прочности на сжатие заливаемого сплава при температуре, близкой к температуре солидуса.
Значение /к зависит от тепловых условий в камере прессования и продолжительности 名口卩 нахождения в ней заливаемого металла;
/к ~ ^см^^пр (^кр — ^пр)石пр/(ХсмРм『)， (3.2) где 九 см ——коэффициент тепло про водности смазочного материала; /кр—температура кристаллизации металла; ^пр — температура камеры прессования; хсм — толщина слоя смазочного материала
в камере превеования; Рм — илошноеть заливаемого металла; г — удельная теплота кристаллизации сплава.
Усилие прессования, подсчитанное по формуле (3.1), может оказаться недостаточным для преодоления гидравлических сопротивлений в трубопроводах прессующего механизма машины, в литниковой системе и форме. Поэтому после предварительного выбора машины по величине Рпр. т необходимо сделать проверочный расчет, определяя машинное усилие Рпр. м прессования, достаточное для преодоления сопротивлений гидравлической системы И форМБЕ!
尸叩 М =但％Р. ср/2)а {(Пц〃0)%рМц (1+S^o + S 晶 Л)1 + ■ Z—п 一 i=m 1 )
+ Pdnp 2 UfFnp/F?) + 2 (^F^/F1) -f Srnnp/scp , (3.3) где k — коэффициент сложности конфигурации отливки, для простых отливов 々=1,05+1,2, для отливок средней сложности k = 1,5; %р. ср — средняя скорость прессования; °ц — диаметр поршня цилиндра прессования машины литься под давлением; d0 — диаметр подводящего трубопровода; рж — плотность рабочей жидкости;户ц ——площадь поршня цилиндра прессования; 2 ^о — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений на пути рабочей жидкости от аккумулятора до цилиндра прессования; Е&сл — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений в сливном трубопроводе; Fnp — площадь поперечного сечения камеры прессования; &» — коэффициент гидравлических сопротивлений на г-м участке системы литниковые каналы — пресс- форма; Fi — площадь поперечного сечения ьго участка системы литниковые каналы — пресс-форма; /Пцр — масса подвижных частей прессующего механизма; Scp ——средний путь прессующего поршня на второй и третьей стадиях движения; пит — число участков соответственно литниковой системы и пресс-формы.
Средняя скорость прессования
%р・ ср н 4Poтл/伍。口pRan)， (3・4) где Уотл — объем отливки с промывками; Фзап — иродолжитель- ность заполнения пресс-формы.
Значение Ф8ац определяется в зависимости от режима заполнения пресс-формы (сплошном, дисперсным или диеперсно-турбу- лентным потоком).
Следует учитывать, что значения Рцр. т и РПр. м подечиты- ваются для периода перемещения металла в камере прессования, литниковой системе и форме. Технологически необходимое усилие Рпод подпрессовки определяют по давлению рПод подпрессовки, требуемой для обеспечения заданной втепени сжатия газовых включений в отливке:
Рпод ~ т1РпОдЯ^Пр/4, (3.5)
где 加工——коэффицтент потерь давления в камере прессования и литниковой системе, для машин с горизонтальной камерой т — =0,85+0,95, @ вертикальной т = 0,8+0,85, с горячей т = =0,74-0,8.
Значение рпод в формуле (3.5) может быть определено на основании управления, выведенного А. К. Белопуховым для расчета изменения объемов газа в отливке при подпрессовке, в котором при больших значениях рпод можно пренебречь первым слагаемым:
Рпод = [2/(1/鳳 + 1/£м)](АУП0д/У0Тл 一 К/100) + 小GpmRG, (3.6) где 瑰 и 現 一 модуль упругости соответственно жидкого металла и твердого металла при температуре затвердевания;厶卩口^耳— изменение объема газов в отливке при подпрессовке; /отл — объем отливки с промывниками; К — коэффициент объемной усадки при изменении температуры сплава от температуры ликвидуса ^ликв до температуры солидуса ^сол；孔工— отношение объема газов к объему металла; G ― вес жидкого металла; R —— газовая постоянная; — температура газов в форме.
В машинах с мультипликатором давления рпод может в несколько раз превышать усилие прессования. В машинах с одинарным цилиндром прессования эти усилия могут быть равными, так как они создаются давлением рабочей жидкости на единственную площадь поршня в пресс-цилиндре. Один из способов повышения давления рПОд, развиваемого одинарным цилиндром прессования, ——уменьшение сопротивления в гидравлической сети слива, вплоть до соединения ее с атмосферой.
Расчет усилия запирания формы. Усилие запирания формы должно быть максимальным в момент окончания заполнения, оно должно обеспечивать плотное смыкание полуформ в период подпрессовки. В целях сокращения времени достижения максимального усилия запирающий механизм следует снабжать автономным аккумулятором. В машинах, предназначенных для получения крупногабаритных отливок, усилие запирания выравнивается по всем колоннам с помощью гидравлических цилиндров. В противном случае возможно нарушение размерной точности отливок вследствие перекоса пресс-формы при подпрессовке.
Для расчета технологически необходимого усилия Рзац запирания рассмотрим систему соударяемых тел, которая состоит из рабочей жидкости, пресс-поршня, залитого металла и подвижной половины формы. Поскольку подвижная полу форма в момент удара стремится отойти от неподвижной, для системы сил, действующих' по оси х запирающего механизма, согласно принципу ДаЛамбера, справедливо уравнение
Рзап Рф一Д-Р г. у 4~ S т8ап (52х/5т2) = 0, (3.7) где Р® — усилие, передаваемое иа подвижную половину формы через залитый металл, фактически Pg 公 Рпод S ^ф (здесь £Еф —
еумма площадей проекций отливки, элементов литниковой еиетемы, вромшвников и преев-оетатка на плоскость разъема формы); АРту —повышение усилия при гидравлическом ударе, АР0 y = Ар*, у £尸@； Х^зап — еумма масс подвижных частей запирающего механизма.
Интегрируя уравнение (3.7) с заменой РСр — Рпод S ^ф и АРд.у == Арг.у £尸@, получим уравнение перемещения подвижных частей запирающего механизма:
乃=[Аап — Е 尸® (Рпод 一 ДРг. у)1 炉/(2 £ ^эап) + &電 + &• (3.8)
Ооределим иовтоянные интегрирования Сг и С2 из условия, что 痕ри ф — 0 х = х8 (здесь %8 — допустимая ширина зазора между подвижной и неподвижной полу формами, предусматриваемая для улучшения вентиляции формы), а при 名 = 名^ у (здесь 名几 у — время достижения максимальной амплитуды ги др а вл и ческого удара) х = 0:
& = (Рван — £ 尸@ (рпод + Apm у)】 /г* у/(2 £ 加san) —Xs/M у；[
Ci・/)(3.9)
Подставляя Сх и С2 в уравнение (3.8), получим следующую зависимость для перемещения подвижных частей запирающего механизма!
х = [Р8ап — £ 尸ф (рПОд + Apr. у)1 絞/(2 £ 惆ап) +
+ {[Рзап — £ '虫(Рпод + Apr. у)1 F у/2 2 ^зап + &ап/Тг. у}㊄ + /•
(3.10)
Значение %, у равно полупериоду колебаний гидравлического ударя. Если за начало отсчета принять плоскость разъема подвижной полуформы, то усилие должно достигать максимума при % = 0 и в = 2/. у, т. е. продолжительности периода колебаний гидравлического удара. Решая уравнение перемещения с учетом этих значений, получим формулу для Р^ап при заданном допустимом % по плоскости разъема!
зап н £ 尸® (рпод + Арпу) — £ 加зацХз/(3碇.у).(3.11)
Для конкретного парка машин требуется решение обратной задачи^ ф, е. расчет х3 по Р8ап и заданным значениям £ 尸@ и рпод：
也=Зт?, у [工尸ф(Рпод + А%, у)^зап]/(2j ^зап)■(3,12)
Значения фг, у и Ар^.у, входящие в уравнения, определяют по осциллограмме. Анализ этих уравнений показывает, что увеличение допустимой ширины зазора значительно снижает требуемое усилие запирания.
При литье под давлением е низкими скоростями пресвования и использованием двойного поршня, например, при акурад-про- цессе на втенках камера преееования и формы образуется корка
7G
Рис. 3.17. Ргачажныб меканием запирания (а) и осциллограмма изменения давления (б)
металла, препятетвуютцая передаче гидравлического удара. Значение А%, у в уравнениях (3.11) и (3.12) становится равным нулю, а значение требуемого усилия запирания уменьшается. Использование акурад-процесса или подпрессовки двойным поршнем позволяет изготовлять крупногабаритные отливки при сравнительно небольших усилиях запирания. Например, если к моменту достижения максимального давления в пресс-цилиндре затвердевает 80% объема отливки, то усилие запирания снижается на 20—30%.
Запирающее усилие при отсутствии гидравлического удара и влияния инерционных сил Б. Ф. Но го вицин называет статическим усилием Р8ап. с запирания. Для рычажного механизма (рис. 3.17, а)
Рзап. с = (Крщах £ 尸0尸ц. np/尸пр) (1 + 勿@), (3・ 13) где К — коэффициент, учитывающий трение в камере прессования и потери давления при передаче его из камеры прессования в полость формы, К = 0,8+0,9; ршах н (1 — 1,2) рм (рис. 3.17, 6); е — абсолютная величина несовпадения оси симметрии механизма запирания и линии действия усилия Рф раскрытия формы; а —— расстояние от оси симметрии механизма запирания до осей рычагов.
Из формула (3.13) следует, что Р8ап. с снижается при уменьшении е, поэтому отливку желательно располагать в форме таким образом, чтобы направление усилия Рф совпадало в осью запирающего механизма..
Динамическое усилие Рзап. д запирания зависит от давления р「. у в момент остановки пресс-поршня и модуля упругости заливаемого металла. При больших скоростях прессования Рзап. д может преташать значение Р8ап. с, подечитаваемое по формуле
0〃7c0〃7c亿0 6c亿0 6cРис. 3.18. Осциллограммы скорости (/), давления (2) и пути движения подвижной плиты машины (3) /Рис. 3.18. Осциллограммы скорости (/), давления (2) и пути движения подвижной плиты машины (3) /qq
0〃7c
0〃7c
亿0 6c
亿0 6c
Рис. 3.18. Осциллограммы скорости (/), давления (2) и пути движения подвижной плиты машины (3) /
Рис. 3.18. Осциллограммы скорости (/), давления (2) и пути движения подвижной плиты машины (3) /
q
q
На рис. 3.18 приведены осциллограммы, полученные на машине мод. 71111 ПО «Сиблитмаш» для отливки из сплава типа AlSi 12. Отход полу фор мы (зазор) контролировался специальным датчиком, изготовленным на базе серийного датчика ДД-Ю. Осциллограмма на рис. 3.18, а соответствует отходу полу формы на
Pnpj Е%,см"Pnpj Е%,см"МПаМПа5050606070708080%100%10072。72。74074016078020016078020016001600~ 7400~ 7400П0ОП0О700700SO0SO0-20001800-2000180010009008001000900800Рпр=485кН535、——587.—657—690Рпр=485кН535、——587.—657—690740790、8弘70001050 Рпр^1100кН740790、8弘70001050 Рпр^1100кН5007090 100 110 720 130 Dnp^^5007090 100 110 720 130 Dnp^^
Pnpj Е%,см"
Pnpj Е%,см"
МПа
МПа
50
50
60
60
70
70
80
80
%
100
%
100
72。
72。
740
740
160
780
200
160
780
200
1600
1600
~ 7400
~ 7400
П0О
П0О
700
700
SO0
SO0
-2000
1800
-2000
1800
1000
900
800
1000
900
800
Рпр=485кН
535、
——587.
—657
—690
Рпр=485кН
535、
——587.
—657
—690
740
790
、8弘
7000
1050 Рпр^1100кН
740
790
、8弘
7000
1050 Рпр^1100кН
500
7090 100 110 720 130 Dnp^^
500
7090 100 110 720 130 Dnp^^
9,5 77,6 74,0 76,8 19,бтот/17кг
Рис. 3.19. Номограмма для определения Рпр машины мод. OL1000 фирмы Jdra (Италия)
3.1. Значения 九卩 и рот при извлечении стержня из отливки толщиной 3 мм
Сплав
Уклон стержня
/тр
Рф» МПа
Цинковый
20’
0,25
15,0
Алюминиевый
40’
0,25
17,5
Магниевый
20’
0,15
9,5
Медный
I9
0,35
30,0
0,3 мм при %р ~ 3,2 м/с и давлении прессования 15 МПа. Из осцилло1уаммы на рис. 3.18, 6 видно, что при меньшей скорости прессований (ипр = 2,1 м/с) отход подвижной полуформы составляет 0,5 мм под действием высокого давления (19,8 МПа), Создающего в форме усилие, превышающее усилие запирания машины, равное 8000 кН.
Для определения допустимой площади S ^ф для каждой машины рекомендуется строить номограммы, в которых значение £Еф связано с Рпр и Опр, а последний зависит от массы тотл отливки (рис. 3.19). При выборе вместимости камеры прессования следует стремиться к уменьшению значения Q^p, так как при этом уменьшается объем пресс-остатка и повышается давление на металл. В то же время значение Опр не должно быть меньше минимально допустимого Q部"，определяемого из условия раскрытия формы:
屬 п =⑵]/^) /КРирЕП/Р；， (3.14)
где К ——динамический коэффициент, зависящий от скорости прессования в момент окончания заполнения формы: {
Urd，Wc 0,50,7511,522,5
К 11,21,61,952,352,75
Расчет усилий выталкивания и извлечения стержней. При охлаждении и усадке сплава образуется плотный контакт отливки со стержнями. Стержни, расположенные в направлении, не совпадающем с направлением выталкивания отливки, извлекаются до выталкивания. Для этого рассчитывают усилие Рст, требуемое для удаления стержня или нескольких стержней. По значению Рст определяют параметры приводов выталкивающих и стержневых механизмов машины.
Если не учитывать температурный перепад между отливкой и стержнем, то Рст можно рассчитать по формуле
Рст =/трРст 尸 ст, (3.15) где /тр ——коэффициент трения между отливкой и стержнем (табл. 3.1); р'ст ——давление отливки на стержне; FCT —— площадь поверхности соприкосновения отливки со стержнем (площадь обжатия).
КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВО-ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Литниковая вившема иредвшавляет вобой вовокувновть каналов, по котором жидкий металл иовтупает из камери преввовання в оформляющую полость пресс-формБ!. Литниковая система в пресс- формах, предназначенных для установки на машинах в вертикальной камерой прессования, состоит из следующих элементов: превв-остатка /; литникового хода нли конического лнтника 2, соединяющего камеру преввования в плоскостью разъема пресс- формы; подводящего канала 3 (или коллектора), по которому металл подводится к оформляющей половтн, а в многогнездных пресс- формах ко всем оформляющим полостям; питателя 4 (илн впускного канала), являющегося основным элементом литниковой си- етемЕа, определяющим направление и скорость впускного потока (рис. 3.20, а). Литниковая система пресс-форм для машин с горизонтальной холодной камерой преввования не имеет литникового хода; преев-остаток / переходит сразу в подводящий канал 3 (рнс. 3.20, б). Сокращение пути движения металла в литниковой системе 亠 важное преимущество машин в горизонтальной камерой преовования.
Пресе-остаток одновременно является элементом литниковой енстемы пресс-формы н камеры прессования. Его диаметр определяется диаметром камеры прессования. В то же время масса пресс- остатка сильно влияет на условия заполнения и затвердевания отлнвки. Высота пресс-оетатка должна бкггь оптимальной в целях экономии металла, но она должна быггь не меньше диаметра входного отверстия литникового хода для машин с вертикальной камерой и не меньше размера входного отверстия в подводящий канал для пресс-формы на машинах с горизонтальной камерой прессования.
Рис. 3.20. Элементы литниково-веитиляционной системы пресс-форм для машян с холодной камерой прессования
Рис. 3.21. Прямая литниковая сшстемаРис. 3.21. Прямая литниковая сшстема
Рис. 3.21. Прямая литниковая сшстема
Рис. 3.21. Прямая литниковая сшстема
Вентиляционная система пресс-формы представляет собой совокупность каналов и резервуаров, через которые воздух и газы, образующиеся прн сгорании смазочных материалов, вытесняются нз оформляющей полости поступающим металлом. Вентиляционная система состоит нз промывников и вентиляционных каналов. Промывникн 6 (см. рис. 3.20) служат для приема порций металла, загрязненных воздушными и газовыми включениями. Толщину соединительных каналов 5 выбирают равной толщине питателя илн больше для обеспечения одновременного затвердевания металла в сечениях питателя и соединительных каналов. Основным элементом вентиляционной системы являются каналн 7 (илн воздухо- отвода), которые выполняют в виде широких щелей глубиной 0,05—0,30 мм в плоскости разъема, Вентнляционнж каналы могут примыкать непосредственно к полоетн пресс-формы нли, как это показано на рис. 3.20, к нромывнику 6, сообщающемуся с полостью соединнтельным каналом 5.
Литниковая система. В завивимовти от равположения литникового хода или камеры прессования относительно отливкн выделяют три типа литниковых систем； прямые, внутренние, внешние, (боковые).
В прямой лнтннковой системе отсутствует подводящий канал; металл из литникового хода поступает в полость формы. В машинах с вертикальной камерой прессования площадь fnHT соответствует площади поперечного сечення литникового хода (рис. 3.21, а), а в машинах с горизонтальной камерой — площади пресс-остатка (рис. 3.21, б).При наличии в от.1ивке центрального отверстия литниковый ход переходит в кольцевой питатель, расположенный вокруг рассекателя (рис. 3.21, и).
Внутреннюю литниковую систему применяют для отливок, имеющих центральное илн какое-либо другое отверстие, размера которого позволяют разместить внутри полости пресс-формы подводящие каналы н питатели (рнс. 3.22), как для машин g вертикальной (рнс. 3.22, а), так н горизонтальной (рис. 3.22, б) камерой прессования. Внутренняя литниковая система дает возможность уменьшить размеры формы. При установке специального
Рис. 3.22. Внутренняя литниковая системаРис. 3.22. Внутренняя литниковая системаРис. 3.23. Подача металла по круговому питателю / черев специальннб рассекатель 2Рис. 3.23. Подача металла по круговому питателю / черев специальннб рассекатель 2
Рис. 3.22. Внутренняя литниковая система
Рис. 3.22. Внутренняя литниковая система
Рис. 3.23. Подача металла по круговому питателю / черев специальннб рассекатель 2
Рис. 3.23. Подача металла по круговому питателю / черев специальннб рассекатель 2
рассекателя, препятетвующего иредварительному затеканию металла в полость формы, внутреннюю систему можно применять для круговой подачи металла в отливку на машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 3.23).
Внешняя литниковая система — единетвенная система для подвода металла в многогнездные формы (рис. 3.24, а). Для увеличения числа отливок, получаемых в одной форме, используют внешний подвод металла от промежуточных каналов — коллекторов (рис. 3.24, б, в). Коллекторы служат и в качестве дополнительных теплоносителей при необходимости поддержания высокой температуры в питателе. В одногнездных формах коллекторы используют для одновременного подвода металла в различные участки оформляющей полости.
На рис. 3.24, г—о® показаны наиболее распространенные варианты внешней литниковой системы, где Л ——высота подводящего металл канала.
При выборе литниковой системы того или иного типа необходимо стремиться к обеспечению направленного заполнения, которое зависит не только от места подвода питателя, но и от отношения толщины 6nит питателя к толщине 60тл стенки отливки в месте подвода металла. Если отношение бдит/ботл > 1/2, то после удара струи о преграду начинается заполнение полости формы сплошным или дисперсным (с последующим превращением в дисперено-турбулентный) потоком, который движется в направлении, обратном направлению движения металла в питателе, ухудшая качество отливки. При отношении впиТ/вотл < 1/2 возможность создания направленного потока заполнения повышается. В случае подведения металла в утолщенную часть неравностениой отливки после удара струи может образоваться сплошной или дисперсный поток, минующий тонкостенную полость формы, которая в результате будет заполнятьвя в последнюю очередь (рис. 3.25, а) более холодным металлом, при этом появятся поверхностные дефекты в виде неслитин. Для обеспечения заполнения последовательным дисперсно^турбулентным потоком рекомендуется подводить струю к центру утолщенной части (рис. 3.25, б).
Рис. 3.25. Подвод питателя к иеравиостеииой отливке
Для создания сплошного турбулентного потока питатель соединяют g тонкой частью отливки с применением промывника в конце утолщенной части (рис. 3.25, в). В этом случае тонкое сечение заполняется в последнюю очередь, через него можно осуществить подпрессовку всей отливки.
Выбор места подвода питателя зависит от конфигурации отливки. Для отливок типа пластин или крышек с невысоким буртиком металл следует подводить не в буртик, а в основное тело отливки (рис. 3.26, а). При изготовлении коробчатых отливок с центральным отверстием лучше осуществлять прямой подвод металла (рис. 3.26, б), при внешнем подводе металла впускную струю направляют параллельно стенке отливки (рис. 3.26, в). В цилиндрических отливках хороших результатов достигают при подводе металла в торцовую часть (рис. 3.26, г).
Важный фактор, влияющий на конструирование литниковой системы,—— расположение питателя по ширине оформляющей полости. На рис. 3.27 приведены различные схемы подвода питателя, разработанные П. П. Москвиным и Ю. Ф. Игнатенко. К прямоугольной пластине питатель должен подводиться с наименьшей
Рвх. 3.26. Схемы подвода питателя к отливкам различной конфигурации (/, /厶 〃/ — соответственно плохо, удовлетворительно, хорошо)
3ПН9总1/岳工 X QE〕昌：mdo二3ПН9总1/岳工 X QE〕昌：mdo二УепрааильноУепрааильноQnHsugDUEQX^QEOEmu、QnHsugDUEQX^QEOEmu、ПраёимиоПраёимиоРис. 3.27. Скемы подвода питателя к отливкам различной конфигурацииРис. 3.27. Скемы подвода питателя к отливкам различной конфигурации
3ПН9总1/岳工 X QE〕昌：mdo二
3ПН9总1/岳工 X QE〕昌：mdo二
Уепрааильно
Уепрааильно
QnHsugDUEQX^
QEOEmu、
QnHsugDUEQX^
QEOEmu、
Праёимио
Праёимио
Рис. 3.27. Скемы подвода питателя к отливкам различной конфигурации
Рис. 3.27. Скемы подвода питателя к отливкам различной конфигурации
стороны' (рис. 3.27, а), так как в противном елучае сокращается время, необходимое для вытеснения газов, что способствует образованию газовой пористости. Ширина питателя практически равна ширине отливки. К отливкам типа рамки лучше подводить разветвленный питатель (рис. 3.27, б), что исключит лобовой удар впускной струи о стержень, которой может вызвать привар струи и излишнюю дисперсность потока в начале заполнения.
При использовании разветвленного внешнего подвода металла к рамке е узкими волостями (рис. 3.27, б) появляются пориетость и нес плавление потоков как в дальнем вечении, так и между разветвлениями питателя. В целях предупреждения образования этих дефектов лучше применять внутреннюю литниковую вивтему @ подводом питателя по кавашельной.
.К плоским Фонковтенным отливкам веегда лучше подводить один широкий питатель, чем неекольно питателей меньшей ширины (рис. 3.27, г), поскольку столкновение потоков металла в полости формБ! создает неравномерные увловия заполнения, при которых
79
3.2. Зависимость глубины вентиляционных каналов от типа заливаемого сплава
Сплав
6в，ММ
Сплав
бв, мм
Свинцово-сурьмяной
0,05—0,10
Магниевый
0,10—0,15
Цинковый
0,08—0,12
Медный
0,15—0,20
Алюминиевый
0,10—0,12
Сталь
0,20—0,30
Примечание. При заливке жидкотвердыми сплавами значения 6В могут быть увеличены в 2—3 раза.
возникают газовая пористость, нес паи и другие дефекты поверхности отливки.
Для круглой пластинчатой отливки нежелателен подвод металла по касательной (рис. 3.27, 0). Лучшие условия вытеснения воздуха и газообразных продуктов смазочного материала создаются при радиальном подводе питателя, причем его ширина должна быть не менее 0,5 диаметра отливки. Наоборот, если круглая отливка имеет центральное отверстие (рис. 3.27, е), то лучше подводить питатель по касательной, избегая тем самым раздвоения потока заполнения и образования внутренних дефектов в месте столкновения отдельных струй.
При получении коробчатой отливки, имеющей сплошное донышко, металл следует подводить в донную часть (рис. 3.27, м), так как при подводе металла в торец поток дважды изменяет направление движения, теряет кинетическую энергию, что приводит к плохой заполняемости донной части отливки и не дает возможности осуществления качественной подпрессовки. Если высота Н значительно больше диаметра Q, то подвод металла к донной части отливки не обеспечивает заполнения цилиндрической стенки. В этом случае применяют торцевой подвод через дополнительный коллектор (рис. 3.27, з).
Один из главных принципов конструирования литниковых систем ■ принцип сужения каналов от камеры прессования к полости формы. Например, на машинах с вертикальной камерой изменить нежелательное расширение потока в коническом литниковом ходе практически невозможно. На машинах с горизонтальной камерой прессования всегда можно сузить литниковые каналы, что будет способствовать созданию установившегося движения в питателе. Обычно сечение питателя имеет прямоугольную конфигурацию, а сечение подводящего канала — трапециевидную. Площадь поперечного сечения подводящего канала /подв = (1,24-1,5) /пит. Высоту /1подв подводящего канала Е. Брунгубер [88] предлагает определять по эмпирической фор- Муле Адодв = 0,77 V^ninT*
Кромки питателя и подводящего канала, выходящие на плоскость разъема формы, не должны иметь закруглений. Радиусы
Рис. 3.28. Вентиляционные каналюЕ в плоскости расьенд (а), иа специальная вставнаж (б) и подвижны® стержня® (в)Рис. 3.28. Вентиляционные каналюЕ в плоскости расьенд (а), иа специальная вставнаж (б) и подвижны® стержня® (в)
Рис. 3.28. Вентиляционные каналюЕ в плоскости расьенд (а), иа специальная вставнаж (б) и подвижны® стержня® (в)
Рис. 3.28. Вентиляционные каналюЕ в плоскости расьенд (а), иа специальная вставнаж (б) и подвижны® стержня® (в)
остальных углов должни бнггь не менее 1 мм. В целях предотвращения отламывания питателей от отливки при раскрытии пресс- формы рекомендуется делать для них индивидуальные выталкиватели.
Вентиляционная система. Трудность ВБггеснения воздуха и газов, образующихся при сгорании смазочных материалов, из полости пресс-формы в процессе ее заполнения жидким металлом является одной из основных причин образования раковин и пористости в отливках.
Чем сложнее конфигурация отливки, тем труднее создать направленную систему вентиляции формы. Литниковая система и правильное расположение отливки в полости формы должны обеспечивать постепенное вытеснение воздуха и газов к вентиляционным каналам. Последние должны быть такими „ чтобы брызги сплава при распылении струи не могли бы их закупорить. Встречное движение сплава и воздуха не допускается. В этом случае воздух и газы, обладающие значительно меньшей инерцией, чем металл, не успевают уйти через каналы.
Расположение вентиляционных каналов зависит от характера заполнения. При заполнении сплошными потоками их делают в местах, наиболее удаленных от питателя или места образования гидравлического подпора. При заполнении дисперсными или дисперсно-турбулентными потоками желательно иметь вентиляционные каналы на всех участках заполнения.
Вентиляционные каналы чаще всего выполняют в плоскости разъема формы. Они имеют вид прямоугольных проточек, глубина 6В которых зависит от типа заливаемого сплава (табл. 3.2).
3.29. Система вентиляции увкия глубожиж полостей формы
ВенФиляциониБке каналв! могут располагаться как на пло- екоетн разъема (рис. 3.28, а), так и в специальных вставках (рис. 3.28, 6), или же везполняться в виде проточек на подвижных стержнях (рис. 3.28, е). Ширина вентиляционных каналов определяется частнЕям от деления их суммарной площади ^fB на 6В.
Для глубоких н узких полостей рекомендуют делать индивидуальные вентиляционнЕае каналЕа. Их протачивают в элементах вкладышей, которБЕе для этих целей делают составными (рис. 3.29, а). Для уменьшения сопротивления при входе газов в вент иля ди он неай канал применяют пр омежуто чине трапецеидальные полоети (рие. 3.29, б). Такая система вентиляции снижает возможность закупоривания каналов дисперсными частицами расплава или нагара.
Для увеличения суммарной площади вентиляционных каналов рекомендуется устанавливать газовые фильтрнк, изготовленные из пористой металлокерамики или собранные из металлических игл. В отличие от проточек они могут быть расположены в любой части форми, в том числе в глухих поднутрениях. Игольчатые фильтр ей обладают в несколько раз большей пропускной способностью, чем фильтра, изготовленные из металлокерамики. Максимальный зазор между иглами при их плотной упаковке составляет 0,35 диаметра иглы. Диаметр игл не должен превгашать 0,6 мм. Для сплавов в повышенной жидкотекучестью применяют нглея диаметром 0,15 мм. При раекрнитии формы: фильтры необходимо иродуть ежатам воздухом для очистки и охлаждения (рис. 3.30). Фильтрви (рис. 3.30), изготовленные из металлических цилиндричееких игл или етержней /, екрепляют между еобой кольцом 2.
Промывники. Для уменьшения пористости отливок рекомендуется применять перегонные резервуары—промывники, в которое металл попадает вместе с газами9 захваченными высокотур- буленшнш или диеперенЕхм потоком. Промывники также способ-
Рис. 3.30. Пресс-форма с игольчатым фильтромРис. 3.30. Пресс-форма с игольчатым фильтром®фвую® ©охранению оптимального теилового баланва форм叫 оеобен- но ври изгоФовлении тониовФеннах отливок.
Рис. 3.30. Пресс-форма с игольчатым фильтром
Рис. 3.30. Пресс-форма с игольчатым фильтром
,ври умень
шении фолщинш етенки ЦИНКОВОЙ ОТЛИВКИ ОФ 1»52 до 0,76 мм требу- етвя двукрашное увеличение объема йро- МЕХВНИКОВ.
Толщина еоедини- тельнБих каналов между оформляющей полостью и промывником должна быть не менее 0,5 мм;
она зависит от назначения промывника. Если промывник предназначен для удаления загрязненного газами металла, то толщина соединительного канала должна составлять 0,7—0,8 толщины стенки отливки, а если его используют как теплоноситель, то меньше 0,4 толщины стенки отливки. Соединительные каналы также выполняют роль дополнительных вентиляционных каналов. В процессе заполнения пресс-формы часть воздуха и газов удаляется через вентиляционные каналы, а оставшаяся часть попадает через соединительные каналы в промывник вместе с металлом. Если по расчету требуется суммарная площадь сечений вентиляционнЕах каналов ^/в, а площадь вех каналов, расположенных по периметру отливки, меньше и составляет £/；, то эту разницу компенсируют соединительные каналы, суммарная нло・ щадь ^/с.к поперечных сечений которых ^^, н = £% — Е%・ В зависимости от назначения и места установки промывники подразделяют на общие и местные. Общие промывники предусматриваются при проектировании пресс-формы и могут располагаться не только во вкладышах матриц и пуансонов, но и в плитах полуформ. Суммарный объем общих промывников, предназначенных для удаления металлогазовой смеси, составляет 20——40% объема отливки, а объем промывников, предказначенных для стабилизации теплового режима, можно менять от 50 до 100% объема отливки* Местные промывники устанавливают в зоне слияния двух или нескольких потоков расплава. Они имеют небольшой объем (от 5 до 20% объема отливки) и предназначены в основном для дополнительного разогрева формы в местах образования таких дефектов, как неслйтинБи и неспаи.
Типичный пример расположения промывников в пресс-форме для отливки «Основание» приведен на рис. 3.31. В плоскости разъема пресс-формы находятся три промывника, соединяющихся
Рис. 3.31. Расположение промывников в пресс-форме для отливки <основание» с периметром отливки четырьмя соединительнЕами каналами: промывник / — двумя каналами, промывники 2 и 3 ——каждый своим каналом. Хотя резервуары под промывники имеют литейные уклоны, под каждай промгавннк подводят вьтгалкиватели.
На рис. 3.32 показано принятое В. М. Кайновым и В. В. Тру- даевым расположение промывников на крупногабаритной толстостенной отлийке со стенками неравномерной толщины, заполняемой через питатель / толщиной 16 мм, расположенный по длине полоети формы:. В такой отливке отмечается ухудшение механических свойств в зоне Л, соответствующей резкому переходу и повышению гидр а вли чевкого сопротивления полости формни. Промывник 3 толщиной 16 мм сбединен с наиболее узкой полостью каналом 2 толщиной 0,4—0,8 мм. Толщина вентиляционных каналов 4, идущих от промБтвников, 0,2—0,25 мм.
ПромЕавники для удаления металлогазовой емееи можно одновременно располагать по наружному контуру отливки /, выполняющему роль общего промывника, и внутреннему 2, выполняющему роль местного промывника, препятствующего образованию нес литии в теле отливки (рис. 3.33, “). При раеположении литниковой еиб^емш внутри контура отливки (рие. 3.33, б) иаилуч- шид эффекФ иаю! промшвниии /, раеположенн^е ио наружному ионфуру ОФЛИВИИ.
Рис. 3*32. Расположение в пресс-форие промнвников для крупногабаритной толстостенной отливки
Промшвникк-теплоносители, предназначенные для выравнивания температурного поля пресс-формы одновременно служат и для вытеснения в них смеси металла с воздухом и газообразными продуктами смазочных материалов. Их особенно широко применяют в много гнездных пресс-формах (рис. 3.34). В целях создания равномерного распределения металла все промывники соединяют друг с другом дополнительными каналами. Необходимо отметить, что использование системы промывников большого объема в целях регулирования температурного поля пресс-формы приводит к резкому увеличению расхода металла. Бблее рентабельно регулировать температуру созданием систшы направленного охлаждения пресс-формы при одновременном повышении темпа работы.
Рнс. 3.33. Равличшге конструкции промывниковРнс. 3.33. Равличшге конструкции промывниковДля обеспечения одновременного удаления промывников вместе с отливкой под промывник подводят выталкиватель (рис. 3.35, “). Такая конструкция предотвращает отламывание соединительнЕах каналов 3. Если выталкивание в тело отливки недопустимо, то конструируют специальные промывни ки - пр и-
Рнс. 3.33. Равличшге конструкции промывников
Рнс. 3.33. Равличшге конструкции промывников
0)0)Рис. 3,34. Промивниии-теилоносители в двуж- (а) и шестигневдной (б) пресс- формам:Рис. 3,34. Промивниии-теилоносители в двуж- (а) и шестигневдной (б) пресс- формам:1 — отливка； 2 — промЕЗвиик; 3 — подводящие каналы литниковое оивтемЕЗ； 4 — до- поляяФельиые воедиинФельнше канала1 — отливка； 2 — промЕЗвиик; 3 — подводящие каналы литниковое оивтемЕЗ； 4 — до- поляяФельиые воедиинФельнше каналаРис.(3.35. Выталииватели для обычных промывников (а) к промывнкков-прилн- / 一 вшталкиватель； 2 — промывивк； 3 — воединительишfi каналРис.(3.35. Выталииватели для обычных промывников (а) к промывнкков-прилн- / 一 вшталкиватель； 2 — промывивк； 3 — воединительишfi канал
0)
0)
Рис. 3,34. Промивниии-теилоносители в двуж- (а) и шестигневдной (б) пресс- формам:
Рис. 3,34. Промивниии-теилоносители в двуж- (а) и шестигневдной (б) пресс- формам:
1 — отливка； 2 — промЕЗвиик; 3 — подводящие каналы литниковое оивтемЕЗ； 4 — до- поляяФельиые воедиинФельнше канала
1 — отливка； 2 — промЕЗвиик; 3 — подводящие каналы литниковое оивтемЕЗ； 4 — до- поляяФельиые воедиинФельнше канала
Рис.(3.35. Выталииватели для обычных промывников (а) к промывнкков-прилн- / 一 вшталкиватель； 2 — промывивк； 3 — воединительишfi канал
Рис.(3.35. Выталииватели для обычных промывников (а) к промывнкков-прилн- / 一 вшталкиватель； 2 — промывивк； 3 — воединительишfi канал
ливни, через которгае и происходит выталкивание (рис. 3.35, б). Вентиляция таких промывников осуществляется через зазоры между внггалкивателями и пресв-формой.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОЦЕССА
Технологический цикл литья под давлением состоит из процессов заполнения и подпрессовки. Наилучшие условия формирования отливки — заполнение с наименьшим захватом газов из полости формы с последующим уплотнением металла при направленном затвердевании отливки. Теория процессов заполнения и под- йревеовки изложена в трудах Л. Фромера, В. Бранта, X, К. Бар-
тона, А. К. Белоиухова и др. В работах А. К. Белошухова на основе изучения гидродинамических и тепловгах процессов в литниковой еиетеме и форме дая теоретичевкий анализ движения и затвердевания металла на стадиях заполнения и подпрессовки, разработанш аналитические метода расчета технологических режимов литья.
Продолжительность заполнения пресс-формЕа определяется нро- цессом теплообмена между заливаемом сплавом и самой пресс- 4юрмой. Продолжительность заполнения, обеспечивающую свари ваемоеть отдельнЕах потоков металла, определяют из увловия, что температура металла в наиболее удаленном от питателя месте не должна падать ниже температурки окончания затвердевания отливки,①.е. ниже температуры солидуса. Если предположить, что сплошной или дисперсный поток последовательно заполняет оформляющую полость, распространяясь по ней от мевта удара свободной струи, то в зависимости от характера потока продолжительность заполнения чгзап можно рассчитать по формулам.
Для сплошного потока
%аи. с = °」96 (ботпРм/Ьф)* {(% 1口 [('вал — ^ф)/(^лик — ^ф)])2 +
+ (圆 + 〃此 J + (1П [(^лик -Ш^оол 一 ^ф)1)2}>(3」6)
где ботл — толщина стенки отливки; Ьф — коэффициент тешло- аккумуляции формы; с二——удельная теплоемкость заливаемого сплава; /зал ——температура заливаемого сплава; /сф — температура формы (температурный фон, замеряемый на глубине 6——8 мм от рабочей поверхности); г ——удельная теплота кристаллизации сплава; А/Кр — температурный интервал кристаллизации.
В реальных условиях создание сплошного потока возможно только для отливок простой конфигурации, не имеющих локальных утолщений и резких переходов. При этом толщина питателя должна быть равной толщине стенки отливки в наиболее толстом сечении, а скорость впуека металла не должна превышать 0,5 м/с. При заполнении формы: твердожидким сплавом возможно сохранение ламинарного движения при скоростях потока до 10—12 м/с.
Для дисперсного потока
^зап. д = (0,3/Ьф) /(Вотлрм^/Вф (/{с2 1口 [("a1n — ^ф)/(^лик — ‘巾)]产 + +1/(编 + r/A7\p)3 卩 n [(/皿 к — /ф)/&°л — 细]}3).(3.17)
В частном случае для эвтектических сплавов
%ап.н = (0,3/Ьв)/(6°"ЛРм)з/瓦(НА 1П [(歸л — /ф)/0Kp — /ф)]产 + + /[г/«кр—%)「),(3.18)
где. Вф —термичеекая проводимость формы в пределах хараитер- иого размера.
Чаще всего приходится иметь дело с заполнением турбулентными и дисперсными потоками. Поскольку реальные отливки
87
сложной конфигурации имеют локальные утолщения, резкие переходы, отверстия и окна различной формы, нарушающие свободное продвижение потока в полости формы, осуществить дисперсное заполнение практически невозможно. При скоростях впуска 20 м/с и более невозможно осуществить и турбулентное заполнение, так как происходит разрушение свободной струи. Особенно еильное разрушение струи наблюдается в тех случаях, когда екорость прессования и давление в процессе впуска возрастают. Такие режимы заполнения возможны при литье под давлением на машинах с горячей камерой прессования. Возможно нарушение еплошности впускной струи даже при постоянных условиях истечения. Такое нарушение объясняется возникновением в свободной струе возмущающих сил. Один из видов разрушения впускной струи связан с взаимодействием сил инерции и поверхностного натяжения сплава, обусловливающих возникновение поперечных волновых колебаний (зафиксированных скоростной киносъемкой при скоростях 4000——5000 кадр/с). Фиксируемая длина устойчивой части впускной струи
厶=2 К2Сивп /МС, (3.19)
где С —— постоянная, определяемая для различных сплавов экспериментальным путем, С =屮(V); здесь v — кинематическая вязкость; ивп ——скорость впуска или ее среднее значение за период заполнения; 6皿丁 一 толщина питателя, равная толщине свободной впускной струи.
Например, для алюминиевого эвтектического сплава типа АЛ2, заливаемого при температуре 〜630 ℃, при 6ПИТ = i мм зависимость длины устойчивой части струи от скорости впуска принимает вид L — 0,04ивп. Для того же сплава, заливаемого без перегрева при температуре 590 ℃, L = 0,15ивп/т. е. устойчивость впускной струи повышается почти в 4 раза.'
При больших скоростях впуска (выше 40 м/с) возможен другой вид разрушения свободной впускной струи, связанный с возникновением в ней продольных синусоидальных колебаний. Возникновение таких колебаний можно объяснить тем, что сопротивление газов в полости формы становится более существенным, чем поверхностное натяжение сплава. Этому способствует недостаточная вентиляция формы, которая часто имеет место при заполнении крупногабаритных тонкостенных отливок, требующих большого количества смазывающего материала.
Условия движения свободной струи и возможность сохранения еплошноети потока заполнения в значительной степени определяются конструкцией литниковых каналов — струя стремится к сохранению постоянной толщины только при наличии сужающейся литниковой системы. В расширяющихся литниковых системах возможно нарушение устойчивости впускной струи не только из-за волновж возмущений, но и вследствие кавитащии.
Рис. 3.36. Зависимость критической скорости перевода к турбулентному заполиеикю ОТ ОТИОПХвНИЯ бпит^^отл Д^н сплавов в жидком (а) и твердожидком (б) состояния®: / н /' — сплав ЦАМ4-3 при 440 и 395 ℃； 2 н 2' — сплав АЛ2 при 630 и 590 ℃; 3 н 3' — сплав АЛ10В при 630 и 570 ℃
Одним из основных способов повышения устойчивости впускной струи следует считать сокращение ее длины. Питатель желательно подводить к отливке таким образом, чтобы длина устойчивой части струи не превышала значений, определяемых формулой. Если обеспечивается устойчивость впускной струи, то отливка может заполняться сплошным турбулентным потоком. Нижняя граница скорости, при которой возможно турбулентное заполнение, так называемая критическая скорость окр. т турбулентного движения, подсчитывается по следующей формуле!
%р. т = Re v/[26OTa (1 — 6цит/ботл)]> (3.20) где Re ——критерий Рейнольдса, значение которого завиеит от шероховатости поверхности формы и изменяется от 2300 до 10 000; ботп ——толщина стенки отливки в месте подвода питателя.
Из выражения 3.20 и графиков на рис. 3.36 видно, что с увеличением толщины отливки критическая скорость уменьшаетея.
Турбулентное заполнение приводит к захвату крупных газовых включений. Другой недостаток турбулентного заполнения —— малая скорость движения потока, недостаточная для четкого оформления рельефа отливки. Турбулентное заполнение можно рекомендовать лишь для отливок достаточно простой конфигурации, изготовляемых с использованием вакуумирования или замещения газов в форме кислородом.
Отливки сложной конфигурации заполняются при высоких скоростях впуска, вкЕЗивающих дисперсное раздробление впускного потока. Реальная схема заполнения таких отливок представляет собой поеледовательное превращение дисперсного потока, образовавшегося в месте удара впускной етруи о преграду (стержень), в сплошной турбулентный гидравлический подпор. Таким образом, часть полости формы заполняется дисперсным потоком, а удаленные от питателя сечения полости — сплошным турбулентным потоком. Соотношение дисперсных и турбулентиж потоков
зависит от екорости виуека, толщины отливки и сложности ее конфигурации и главнБим образом от числа поворотов потока в полости формой- Такая ехема названа коследовательним диешерено- тУРбуленФним заполнением. Оишимальное значение вкорости ид-т диснерено-турбулентного заиолнения - шодечитшваетея по эмиири- чеекой формуле П. П. Моеквиназ
к = к {[^отл/ботл)К2пП]/К^}， (3.21)
где К ——коэффициент, зависящий от типа еплава, для алюминиевых и медных сплавов К = 0,015-^0,03, для магниевшх К = =0,018+0,035, для цинковых К = 0,0134-0,02; £отл — длина
отливки или расстояние, промывника; £孔 一 числоотливки или расстояние, промывника; £孔 一 числопроходимое потоком от питателя до поворотов потока в иолости формш;
отливки или расстояние, промывника; £孔 一 число
отливки или расстояние, промывника; £孔 一 число
%&и — продолжительность заполнения.
ковых, алюминиевых и магниевых сплавов:ковых, алюминиевых и магниевых сплавов:Критические скорости 陶 начала дисперсно-турбулентного заполнения определяются на основании скоростной киносъемки следующими эмпирическими формулами соответственно для цин
ковых, алюминиевых и магниевых сплавов:
ковых, алюминиевых и магниевых сплавов:
(3.22)(3.23)(3.24)(3.22)(3.23)(3.24)噥pТ = 59VО，42(6g/6。地)。，"；^pT = 0,82v°'46(6nHT/6OT„)0-61；^pT = 0,75v°'52(6BHT/6OTn)0>66.
(3.22)
(3.23)
(3.24)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
Эти формулы выведены для отливок с толщиной стенки 2—4 мм при отношении (^зал — /ф)/(/кр — %) < 12
Так как при последовательном дисперсно-турбулентном заполнении наиболее выгодным, с точки зрения захвата воздуха и газов и распределения газовой пористости, является первый этап —— дисперсное движение, следует стремиться к увеличению его продолжительности .Для этой цели питатель следует подводить в наибольшую по объему полость формы, а наиболее удаленной полостью формы должен служить промывник, объем которого позволяет вывести из отливки турбулентный поток, насыщенный газами и создающий в металле, затвердевающем в промывнике, крупную газовую пористость. Продолжительность тПОсл последовательного дисперсно-турбулентного заполнения определяется при условии, что дисперсный характер движения соответствует первому периоду заполнения, а турбулентный (сплошной) — второму:
^ПОСЛ = (0,3/Ьф)/(ботлрм)3/^ф {См 1口 [(歸口 一 /ф)/%пн '~ /ф)]「+
+ 0,196 {(ботлРм/Ьф) (^ + 〃А/нр)/(1п [%ИН — /ф)/(/сол — /ф)]代
(3.25)
Формула выведена для сплавов, затвердевающих в интервале температур кристаллизации. При заполнении формы эвтектическими сплавами значение ч?ПОСл подсчитывается по следующей формуле:
Тпосл = (0.3/&Ф)К (6°тпРм尸/Вф {儿 1П [(4n — ％)/&p — ％)]产 +
十 0,196 {(6°тлРм/Ьср)+ [〃％ — %)]「•(3.26)
6g、MM6g、MMJJMqAlSZMAlSl 12、^MqAlSZMAlSl 12、^0,01 〃勿〃“ 0,080f1 0,2 0^ T3anCtC0,01 〃勿〃“ 0,080f1 0,2 0^ T3anCtCРис. 3.37* Экспериментальные завнснмости т8ап от ботл для сплошного (а) н дисперсного (б) потоковРис. 3.37* Экспериментальные завнснмости т8ап от ботл для сплошного (а) н дисперсного (б) потоковZnAWulZnAWulJ_LJ_L0,010,010,8 /0,8 /J 4 “0”,мм 炉丿J 4 “0”,мм 炉丿^зап.д, C^зап.д, C敘^ 加州俯%% 0a 4〃〃4 с敘^ 加州俯%% 0a 4〃〃4 с
6g、MM
6g、MM
J
J
MqAlSZM
AlSl 12、^
MqAlSZM
AlSl 12、^
0,01 〃勿〃“ 0,080f1 0,2 0^ T3anCtC
0,01 〃勿〃“ 0,080f1 0,2 0^ T3anCtC
Рис. 3.37* Экспериментальные завнснмости т8ап от ботл для сплошного (а) н дисперсного (б) потоков
Рис. 3.37* Экспериментальные завнснмости т8ап от ботл для сплошного (а) н дисперсного (б) потоков
ZnAWul
ZnAWul
J_L
J_L
0,01
0,01
0,8 /
0,8 /
J 4 “0”,мм 炉丿
J 4 “0”,мм 炉丿
^зап.д, C
^зап.д, C
敘^ 加州俯%% 0a 4〃〃4 с
敘^ 加州俯%% 0a 4〃〃4 с
На практике часто необоснованно увеличивают продолжительность заполнения, особенно при изготовлении крупногабаритных отливок. Анализ формул (3.16)—(3.18) показывает, что продолжительность заполнения зависит от вида потока, толщины отливки и не зависит от ее габаритных размеров. Результаты расчетов по этим формулам подт вер ж даются экс пер иментально. На рие. 3.37 показаны зависимости тзап> с от 60тл для различных сплавов. Экспериментальные значения отличаются от расчетных не более чем на 20%. При дисперсном заполнении с увеличением ботл значение тйап, д становится для алюминиевых сплавов различных типов почти одинаковым.
При литье магниевых сплавов, в отличие от алюминиевых и цинковых, на продолжительность заполнения в значительной степени влияют не только толщины отливки, но и температура пресс-формы (табл. 3.3). Данные, приведенные в таблице, отличаются от данных, не учитывающих возможность дисперсного движения при охлаждении сплава от /лик до f^p на 30 —40% в сторону увеличения продолжительности заполнения.
При определении технологического времени заполнения пресс- формы необходимо также учитывать продолжительность свободного полета впускной струи до момента ее удара о стержень или стенку. Продолжительность свободного полета тсв. 口 с учетом растекания струи определяют по (|юрмуле
◎св. П =(厶СЕ. П + ^ОТЛ — 6пит)/%п,(3.27)
где Lcb. п 一 длина свободного полета.
Значение тсв. п, найденное по формуле (3.27), прибавляют к значениям тзап, определяемым по формулам (3.25) и (3.26).
Технологически необходимая продолжительность заполнения пресс-формы обеспечивается соответствующей скоростью переме-
3.3. Зависимость продолжительностк заполнения пресс-формы магниевым сплавом Mg Al 18ZnO, 5МпО, 4 от ее температуры (температура заливки 640℃)
Температура пресс-формы, ℃
Продолжительность заполнения, с, при толщине стенки отливки, мм
1
1,5
2
3
4
5
50
0,003
0,007
0,010 -
0,021
0,044
0,046
100
0,006
0,009
0,013
0,025
0,048
0,072
150
0,011
0,016
0,019
0,037
0,073
0,095
200
0,019
0,025
0,029
0,054
0,102
0,132
щения прессующего поршня (скоростью прессования) ипр, которую определяют по следующей формуле:
%р = 4Vотл/(^^пр (^зап 十 ％в. п)]>(3.28)
где Уотл — объем отливки с промывниками.
Для многогнездных пресс-форм при подсчете упр в формулу (3.28) подставляют суммарный объем всех отливок и промывников.
После окончания заполнения и до полного затвердевания отливки на металл, находящийся в полости формы, продолжает действовать давление. Этот процес называется подпрессовкой. В какой-то степени подпрессовка всегда имеет место при литье под давлением. Полное ее осуществление возможно только при создании благоприятных тепловых условий, обеспечивающих сохранение жидкотекучести металла в литниковых каналах, и полости формы, особенно в наиболее тонких сечениях. Эффективность подпрессовки повышается при использовании машин с горизонтальной камерой прессования, имеющих более короткую литниковую систему и обеспечивающих наименьшие потери теплоты в ней по сравнению с машинами с вертикальной камерой прессования.
Практически теплота перегрева при литье под давлением отводится от заливаемого сплава в процессе заполнения, поэтому при обеспечении направленного затвердевания отливки продолжительность действия подпрессовки будет совпадать с продолжительностью затвердевания:'
%атв = 0,196 {6°тлРм〃[Ьф «кр — %)]产.(3.29)
В формуле (3.29) под /ф подразумевается средняя температура пресс-формы за период подпрессовки. Эффективность подпрессовки, подтверждаемая повышением твердости структурных составляющих сплава, зависит от толщины стенки отливки. Графические зависимости тзатв = фботл, построенные для различных сплавов по формуле (3.29), указывают на резкое снижение тех-
но логически допустимой продолжительности затвердевания магниевых сплавов (рис. 3.38) по сравнению с алюминиевыми и цинковыми сплавами. Поэтому для изготовления отливки из магниевых сплавов требуются машины с высокой скоростью перемещения поршня и малоинерционным механизмом подпрессовки.
Возможность эффективной подпрессовки определяется тепловыми условиями не только в полости пресс-формы, но и в литниковых каналах, главным образом в питателе, имеющем наиболее тонкое сечение. Температуру металла в питателе в момент начала действия под-
Рис. 3.38. Зависимость продолжительности затвердевания отливок от толщины кк стеной к типа сплава:/ 一 Мл5; 2 — ЛЦ40С; 5 — АЛ2； 4 — ЦАМ42Рис. 3.38. Зависимость продолжительности затвердевания отливок от толщины кк стеной к типа сплава:/ 一 Мл5; 2 — ЛЦ40С; 5 — АЛ2； 4 — ЦАМ42прессовки можно принять равной температуре заливки. В этом случае продолжительность отвода теплоты перегрева Тпер и продолжительность затвердевания ①蹤 металла в питателе рассчитывают по формулам:
Рис. 3.38. Зависимость продолжительности затвердевания отливок от толщины кк стеной к типа сплава:
/ 一 Мл5; 2 — ЛЦ40С; 5 — АЛ2； 4 — ЦАМ42
Рис. 3.38. Зависимость продолжительности затвердевания отливок от толщины кк стеной к типа сплава:
/ 一 Мл5; 2 — ЛЦ40С; 5 — АЛ2； 4 — ЦАМ42
喷；= 0,196 [(6питС；рм)/&ф] [(/зал 一 ^лик)/(^лик - ^пит)]2； (3.30)
隨療=0,196 {(бпитРмГ)/% (% —仆т)]『，(3.31)
где /дит — средняя температура стенок питателя в период под
прессовки, ℃.
Значение /皿丁 можно определить, зная температуру пресс- формы, из следующего уравнения:
(3.32)(3.32)'пит = ^зал — 6nит/ботл (^зад — /ф)・
(3.32)
(3.32)
Максимальный эффект от подпрессовки наблюдается в том случае, если технологически допустимое время обеспечения подпрессовки фпод, называемое также временем срабатывания подпрессовочного механизма, определяется неравенством
田гюн《®ни« {К工[(^зал — ^лик)/(^зал ^пит)] } +田гюн《®ни« {К工[(^зал — ^лик)/(^зал ^пит)] } +После подстановки
田гюн《®ни« {К工[(^зал — ^лик)/(^зал ^пит)] } +
田гюн《®ни« {К工[(^зал — ^лик)/(^зал ^пит)] } +
(3.33)(3.33)+ К2/&Р — ^пит)2} — К/ботр/Снр — /ф)]*
(3.33)
(3.33)
где Ki и % — коэффициенты, зависящие от теплофизических свойств сплава и пресс-формы (табл. 3.4).
При отсутствии перегрева металла
Спон & К2 {[бпит/(^кр — »пит)「— [^отл/(^кр — /ф)]2}・(3.34)
3.4. Зиачеиие коэффициентов ЛГХ и / для стальной пресс-формы
Сплав
&
X.
Сплав
&
К.
Цинковый
0,015
550
Магниевый
0,006
289
Алюминиевый
0,012
1225
Латунь
0,025
2300
Если значение тпод окажется отрицательным или равным нулю, то полное действие подпрессовки становится невозможным. Для таких тепловых условий следует прежде всего увеличить толщину питателя, а если это неосуществимо — повысить температуру пресс-формы и питателя.
Скорость впуска и скорость прессования при условии установившегося движения связаны между собой уравнением неразрывности потока. Средняя за период заполнения формы скорость впуска определяется выражением
(3.35)(3.35)^вп = %卩尸 пр//пит)
(3.35)
(3.35)
где Fnp ——площадь прессующего поршня.
Скорость Увп впуска в момент начала заполнения, пренебрегая потерями в камере прессования и литниковой системе, можно подсчитать, зная скорость ихол холостого хода превс-поршня:
%口 — VX031F пр//пит* (3.36)
Экспериментально значение 脸 можно определить по замеру (например, с помощью скоростной киносъемки) времени, затраченного впускной струей на преодоление расстояния от питателя до места удара. Экспериментальные данные показывают, что действительные значения о：& отличаются от расчетных всего на 10—15%. Для тонкостенных отливок сложной конфигурации хорошие результаты дает приближенный метод расчета средней скорости впуска, разработанный П. П. Москвиным на основе опытных замеров [см. формулу (3.21)].
Определив среднее значение скорости впуска за период заполнения и зная диаметр камеры прессования, можно с помощью выражения (3.35) найти технологически необходимую среднюю скорость Vnp прессования за время Фввв：
«^ = «：И/пиТ/(^пр/4)]. (3.37)
По формуле (3.37) определяют технологически необходимую скорость холостого хода пресс-поршня и записывают ее в технологическую карту отливки. Давление в потоке металла зависит от характера движения: чем выше турбулентность и дисперсность потока, тем больше давление. При входе металла в полость формы
О 0,01 0,02 0,03 О.ОН- 0,05 0,06 0,01 0,08 0.09 0,1 0.11 0J2t,CО 0,01 0,02 0,03 О.ОН- 0,05 0,06 0,01 0,08 0.09 0,1 0.11 0J2t,Cm 二一二二一 亿制初凿6m 二一二二一 亿制初凿6Рис. 3.39. Ивмеиеиие давлеиия металла (а) в процессе ваполнеиия спиралькой пробы (б)
О 0,01 0,02 0,03 О.ОН- 0,05 0,06 0,01 0,08 0.09 0,1 0.11 0J2t,C
О 0,01 0,02 0,03 О.ОН- 0,05 0,06 0,01 0,08 0.09 0,1 0.11 0J2t,C
m 二一二二一 亿制初凿6
m 二一二二一 亿制初凿6
〃
после удара впускной струи о преграду возникает гидравлический подпор. Для определения давления в гидравлическом подпоре, образующемся при турбулентном и дисперсно-турбулентном движении в полости формы, сделаем предположение, что вся вытекающая масса металла остается в подпоре. В этом случае гидродинамическое давление рпод в подпоре рассчитывается по формуле
Рпод — Рм^Пр [^'пр/(/пИТ^'отл)] [1 ™■ (/пит/Fотл)]> (3.38)
где Rm — площадь поперечного сечения отливки.
Расчеты по этой формуле подтверждаются экспериментальными данными. Например, на осциллограмме (рис. 3.39), записанной при заполнении спиральной пробы, видно, что по длине полости от точки / до точки 5 гидродинамическое давление металла значительно снижается от р2 до рб [89 ]. Точки перегиба на осциллограммах означают начало и окончание заполнения того или иного участка. В конце заполнения наблюдается резкое падение давления, фиксирующее процесс уплотнения отливки при подпрессовке.
Разность давлений металла в форме и камеры прессования значительна вследствие гидродинамических сопротивлений в литниковой системе. На осциллограмме (рис. 3.40) видно, что заполнение литниковой системы сопровождается снижением скорости ипр перемещения пресс-поршня на 0,2 м/с и соответствующим повышением давления р^р в камере прессования на 20 МПа по сравнению с давлением рф в форме. В конце заполнения формы зафиксирован пик давления, который происходит в момент внезапной остановки пресс-поршня в результате гидравлического удара в напорном трубопроводе механизма прессования. Пик давления
приводит к резкому ухудшению качевтва отливок, образованию облоя, выбрызгиванию металла по разъему формы, а в некоторых случаях ——к разрыву напорного трубопровода.
“Для уменьшения гидравличес-
”0 4〃 во 12016U ^зап'^с кого удара под действием ки-
Рис. 3.40. Ивмеиение скорости опр н нетической энергии, накоплен- дявления Рпр в камере прессования ной ПОДВИЖНЫМИ элементами й “авлеиия рф в формепресс-поршня и жидкостью в
трубопроводе, передаваемой в полость формы, наибольшее распространение наряду с другими конструктивными мероприятиями нашел способ торможения пресс-поршня в конце его движения. Всеми зарубежными и отечественными фирмами, изготовляющими машины литья под давлением, разработаны механизмы прессования, направленные на снижение гидравлического удара. Подробно это изложено в работах Б. Ф. Ноговицина, Н. Н. Белоусова, А. А. Крейцера, А. А. Мандрика и др.
Разработчики машин литья под давлением пытаются преодолеть нежелательные пики давления, например, путем уменьшения подводящих масс. Новый способ уменьшения динамических пиков основан на уменьшении кинетической энергии путем гидравлической амортизации удара в прессующем плунжере. Особенности системы, разработанной и внедренной фирмой Buhler (Швейцария) (рис. 3.41), заключается в том, что между поршнем и штоком плунжера находится жидкость, которая служит амортизатором и охлаждающей средой.
Рис. 3.41. Схема прессующего плунжера с демпфирующей жидкостью перед заполнением (а) и после заполнения (б) формы металлом:/ ——металл; 2 — демпфирующая жидкость; 3 — прессующий плунжер; 4 一 камера прессования; 5 门 штокРис. 3.41. Схема прессующего плунжера с демпфирующей жидкостью перед заполнением (а) и после заполнения (б) формы металлом:/ ——металл; 2 — демпфирующая жидкость; 3 — прессующий плунжер; 4 一 камера прессования; 5 门 штокДо момента заполнения формы металлом жидкость находится во внутренней полой части прессующего поршня в замкнутом объеме и движется вместе с ним (рис. ЗЛ1, а). Как известно, в конце заполнения полости формы металлом при остановке плунжера
Рис. 3.41. Схема прессующего плунжера с демпфирующей жидкостью перед заполнением (а) и после заполнения (б) формы металлом:
/ ——металл; 2 — демпфирующая жидкость; 3 — прессующий плунжер; 4 一 камера прессования; 5 门 шток
Рис. 3.41. Схема прессующего плунжера с демпфирующей жидкостью перед заполнением (а) и после заполнения (б) формы металлом:
/ ——металл; 2 — демпфирующая жидкость; 3 — прессующий плунжер; 4 一 камера прессования; 5 门 шток
Рис. 3.42. Осциллогр аммы пика давления прк гидравлическом ударе, полученные прн j использовании традиодоииого (а) и нового (б) узлов пресс- плунжераРис. 3.42. Осциллогр аммы пика давления прк гидравлическом ударе, полученные прн j использовании традиодоииого (а) и нового (б) узлов пресс- плунжера
Рис. 3.42. Осциллогр аммы пика давления прк гидравлическом ударе, полученные прн j использовании традиодоииого (а) и нового (б) узлов пресс- плунжера
Рис. 3.42. Осциллогр аммы пика давления прк гидравлическом ударе, полученные прн j использовании традиодоииого (а) и нового (б) узлов пресс- плунжера
происходит гидравлический удар, сопровождающийся увеличением давления. На осциллограмме этот момент фиксируется пиком давления (рис. 3*42, о).
В предлагаемом устройстве в момент заполнения формы металлом происходит перетекание жидкости из полости прессующего плунжера (рис. 3.41, 6). Жидкость выполняет роль демпфера между плунжером и штоком. При этом кинетическая энергия демпфируемой массы прессующего механизма сокращается, благодаря чему уменьшается величина пика давления (рис. 3.42, 6). Шток прессующего поршня продолжает движение, при его остановке происходит некоторое повышение давления. Однако пики давления в этом случае значительно меньше, чем при использовании традиционного прессующего механизма, что обусловливает уменьшение или исчезновение облоя.
Питатели и вентиляционные каналы во многом определяют качество отливки. От площади поперечного сечения питателя зависит скорость впускного потока, а от его толщины — характер заполнения пресс-формы. Удельный расход металла в питателе равен отношению объема 7ОТЛ отливки с промывниками ко времени заполнения 屯ван или же произведению скорости впуска потока ивп на поперечное сечение питателя /пит в самом узком месте. Поэтому можно записать
Уотл/Заи = ^вп/пит* (3«39)
Заменяя объем через массу /иотл отливки с учетом /ипр массы промывников и плотность рм сплава, получим формулу для расчета площади /пит：
/пит =(加 отл + ^пром)/(Рм^в п^зап) • (3.40)
Расчет площади поперечного сечения питателя основан на подстановке в формулу (3.40) значений %口 из формулы (3.21) и значений тзап из формул (3.25) и (3*26).
В практике работы некоторых заводов расчет питателей основан на обобщении производственного опыта:
/пит = (^отл ~1~ ^пром)/(^<Рм)> (3*41) где К ——коэффициент, заменяющий произведение скорости впуска на время заполнения, которое для отливок массой до 0,5 кг и со стенками толщиной до 5 мм считают постоянным (табл. 3.5).
3.5. Завксимость коэффкцкеита М от коифкгурацкк отливкк к типа сплава
Конфигурация ОФЛИЦКИ
К для еплава
цинкового
алюмииие- ВОРО
магниевого
медиого
Простая
2,16
6,09
7,32
1,89
Сложная
1,87
5,25
6,05
1,63
Очень сложная
1,57
4,41
4,78
1,37
3.6. Завксимость коэффкцкеита К от толщкиы стенки отлквки, давления металла а камере прессования к ткпа сплава
Рпр* МПа
К для сплава
цинкового
алюминиевого
магниевого
медиого
20—40
3,37/2,70
3,04/2,43
2,70/2,16
3,00/2,40
40—60
1,69/1,35
1,52/1,21
1,35/1,10
1,50/1,20
60—80
1,35/1,05
1,21/0,97
1,10/0,86
1,20/0,96
80—100
1,02/0,82
0,91/0,73
0,80/0,65
0,90/0,72
Св. 100
0,68/0,54
0,61/0,49
0,54/0,43
0,60/0,48
Примечание. В числителе — значение К для ботл — 1+4 мм, в знаменателе —для ботл = 4+8 мм.
Иногда при существующем парке машин литья под давлением значения коэффициента К выбирают в зависимости от толщины стенки отливки 6ОТЛ и давления металла 卩口卩 в камере прессований (табл. 3.6).
Дальнейшее развитие метода коэффициентов основано на выборе значения средней скорости впускного потока, за которую принята скорость 15 м/с при продолжительности заполнения 0,06 с. Скорость впуска
/口 = J5KJQ (3.42) где К】н К2 ——коэффициенты, учитывающие соответственно конфигурацию отливки и давление металла.
Продолжительность заполнения пресс-формы можно представить в виде произведения среднего времени ее заполнения (0,06 с) на коэффициенты Кз и к&, учитывающие соответственно вид сплава и среднюю толщину стенки отливки:
Ra 口 = 0,06К3/С4. (3.43)
Подставив значения ивп и Ф8ап в формулу (3.40), получим /пит н 1>1 1 (/^ОФЛ + 恤ipoM)/(KlK2KBК4Pм)・ (3.44)
Ниже приведены значения коэффициентов К^, К%, К§ и К&, полученные на основе экспериментальных и статистических исследований для отливок объемом до 1000 см8.
Ткн отливкиKiДавление, МПа К?
Толстостенная простой конфигурации 0,75До 202,50
Коробчатого сечения 1,0020—40 2,00
Сложной конфигурации 1,5040——601,75
Очень сложной конфигурации с тон-60—80 1,50
кими ребрами толщиной0,5™0,8 мм 2,0080—100 1,25
Св. 1001,00
СплавыК&Средняя толщина
стеики, ммК&
Сцинцово-оловя нистаге1,10До 1 0,50
Цинковые 1,001—20,75
Алюминиевые 0,902—4 1,00
Магниевые 0,85461,15
Медные 0,756—9 1,30
Сталь и чугун 0,50Св. 9 1,50
Зная /пит для одного гнезда пресс-формы и ивп, можно, используя уравнение неразрывности, провести поверочный расчет скорости прессования:
%р = %口 [4/пит/(就券 р)].(3.45)
Для многогнездных пресс-форм находят суммарную площадь сечений всех питателей, и если скорость пресования превышает допустимую, то увеличивают диаметр камеры прессования. Для определения площади поперечного сечения питателя можно пользоваться номограммами [88].
.На рис. 3.43 представлена номограмма для определения f^ при заливке алюминиевых и магниевых сплавов в зависимости от толщины стенки отливки 6ОТЛ, ее массы /иотл, а также от скорости впуска /и.
Основные принципы термодинамического расчета вентиляционного режима формы разработаны А. И, Вейником. В основу расчета положено условие, что суммарная площадь поперечного сечения вентиляционных каналов должна обеспечивать удаление газов из формы при заданной величине противодавления [70]. Термодинамический расчет вентиляционных каналов ведется при допущении, что пресс-форма заполнена каким-либо одним газом, в данном случае таким однородным газом является воздух.
Суммарная площадь £/в вентиляционных каналов при условии пренебрежения трением определяется из уравнения неразрывности:
% = GFpFuB £ /в = % £ /в/Уг н const, где д?——максимальный секундный расход газа через вентиляционные каналы; Gr — вес газа; рг — плотность газа; % — скорость истечения газа через вентиляционные каналы; Ур — объем газов.
Рнс. 3.44* Номограмма для определения суммарной олощадн вентиляционных каналовРнс. 3.44* Номограмма для определения суммарной олощадн вентиляционных каналов
Рнс. 3.44* Номограмма для определения суммарной олощадн вентиляционных каналов
Рнс. 3.44* Номограмма для определения суммарной олощадн вентиляционных каналов
Рис- 3.43. Номограмма для оп- ределетая площади поперечного сечення питателей при литье алюминвевых н магниевых сплавов
Исходя из показателя адиабаты k для воздуха, равной 1,4, можно по правилу максимума функции найти отношение % с давления окружающей среды к р。давлению в полости формы В・ Для воздуха Ркр — 0,528, а критическое давление ркр = Ро.СВкр. При давлении окружающей среды, равном атмосферному, рКр= = 0,19 Па. Если противодавление в форме превышает это значение, вентиляционный режим называется закритическим, а если pF < ркр, то режим называется докритическим.
Максимальный расход 夕口皿襲 газов через вентиляхщонные каналы площадью Х，в для закритического режима определяется по формуле (% = 0,528)
% шах ~ 0,4 2 /bPd/V^, (3.46) где 办 一 температура газовой смеси в форме.
Заменяя ^г шах отношением СгргУ0ТЛ/т (здесь т—продолжительность истечения газа, соответствующая продолжительности заполнения формы). Найдем формулу для определения суммарной площади £/в вентиляционных каналов:
£ /в = 2,5бгррУотл р^/г/(трг). (3、47) Для докритического режима вентиляции
£ % = 0,65GrppVотл VtJ(中р? ^"§i，43 — §i"i).(ЗЛ8)
Значения рг, входящие в формулы (3.47) и (3.48), для воздуха при различных температурах приведены в табл. 3.7.
100
3.7. Зависимосгь рг воздуха при нулевой влажности я атмосферной давлеяям от танпературы
℃
кг/ма
а ℃
Рг> 1 кг/мв Л
爲℃
кг/м1
J 6 ℃
Рг> кг/мв
0
оз
100
0,0916 У
500
0,0450
800
0,0325
20
0,1164
200
0,0723 1
600
0,0400
900
0,0290
50
0,1056
300
400
0,0596 I 0,0508
700
0,0361
1000
1400
0,0268
0,0204
“ Значение 4 в формулах (3.47) и (3.48) зависит от характера заполнения полости формы металлом. При заполнении ламинарным или турбулентным сплошным потоком можно пренебречь теплообменом газов о расплавленным металлом и определить 4 по уравнению
fr = A)(%/yJT， (3.49) где % — начальная температура газов в полости формы; 匕— начальный объем газов в полости формы. В условиях дисперсного движения металла газы достаточно' сильно конвертируют с расплавом и температуру можно считать равной температуре заливаемого расплава.
Величина противодавления рр в формулах (3.47) и (3.48) непостоянна, она постепенно нарастает в процессе заполнения, так как нарастают гидродинамические сопротивления. Поэтому при расчете 工/口 следует задавать давление газов форме, ереднее за время заполнения.
Для определения значения 工/в в зависимости от скорости иПр прессования можно использовать номограмму (рис. 3.44), составленную К. Н. Гасселем и другими исследователями для тонкостенных отливок (1—1,5 мм). На номограмме значение 工九 связано со значением выбранного диаметра Опр камеры прессования и скоростью 0цр перемещения пресс-поршня. При вакуумировании полости преее-формы площадь поперечного сечения вентиляционных каналов может быть уменьшена на 50% [21 ].
ЗЛ. СМАЗЫВАНИЕ ПРЕСС-ФОРМЫ
В совершенствовании технологического процесса литья под давлением все большее значение приобретает операция смазывания пресс-формы, которая осуществляется в целях уменьшения усилий, необходимых для удаления отливок из пресс-формы и стержней из отливок, предотвращения образования задиров на отливках и приваривания их к поверхности пресс-формы, т. е. в целях обеспечения бесперебойной работы пресс-формы. Смазочный материал влияет на качество отливок. Обильное смазывание при-
3.8. Смазочные материалы для пресс-формы
Смазочный материал
Способ нанееення
^аранФернетнка
На основе нефтепродуктов нлн жнров с наполнителями, например масло Вапор с 3—10Й графита
Вручную помазком
Внсокая смазшв^ющая способность, сильное выделение гаэов в атмосферу и отлнвку
Растворы остаточны® масел в органическом растворителе с противозадирными добавками, например состав ЛД на основе масла МС-20, растворяемый в керосине
На простые отливин автоматически с помощью форсунок, на сложные вручную распылителем
Хорошая смазывающая способность, среднее выделение газов в атмосферу н отлнвку
Эмульсин остаточный масел в воде с графитом н без него: Графнтолы н Прессолы (Элн- толы)
Удовлетвор нтель ная смазнва- ющая способность, выделение газов ниже среднего, дополнительно охлаждает пресс-форму
На солевой основе (например, 5% фтористого натрия н 95% воды)
Вручную распылителем
Удовлетвор ител ь ная смазывающая способность прн повышенных температурах, отсутствие газотворной способности, затрудняет очистку н снижает стойкость пресс-форм
Комбинированный:
на жировой основе (первый слой)
фтористый натрий в воде
(второй слой)
Первый слой вручную помазком, второй — распылителем
Высокая смазывающая способность при пониженной газо- творностн, снижает производитель ность процесса лнтья
водит к образованию неспаев, узорчатости и пятен на поверхности отливок, а также повышает их пористость, снижает прочность и герметичность [40].
В большинстве отечественных цехов литья под давлением используются смазочные материалы собственного изготовления самых различных составов. В табл. 3.8 приведена характеристика некоторых смазочных материалов. При нанесении на нагретую поверхность пресс-формы смазочных материалов на основе минеральных масел, технических жиров, вазелина и различных фракций нефти выделяется много паров и продуктов окисления, что приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда литейщиков. Кроме того, смазочные материалы этой группы пожароопасны.
В 60-х годах за рубежом более 70% цехов литья под давлением стали использовать водные эмульсии масел, централизованно изротовдяемые фирмами Acheson (Англия), Kliiber Lubrication (ФРГ) и др. Особенность водоэмульсионных смазочноохлаждающих жидкостей (СОЖ) заключается в том, что после испарения воды на горячей поверхности пресс-формы остается тонкий, но достаточный для смазывания слой смазочного материала. Вследствие этого резко уменьшаются расход СОЖ и выброс аэрозолей в атмосферу, осуществляется дополнительное охлаждение пресс-формы. Количество теплоты, отводимой СОЖ, повышается от 15 до 45% в зависимости от конфигурации отливки. Однако следует учитывать, что в новых пресс-формах водяное охлаждение должно быть таким, чтобы доля теплоты, отводимой СОЖ, всегда была бы ниже 45%.
В нашей стране налажено производство водоэмульсионных СОЖ> разработанных Государственным институтом прикладной химии (ГИПХ). Для литья алюминиевых, цинковых и медных сплавов рекомендуется использовать «Элитол Э13М1» и «Элитол Э1ЭМ1-С》， для цинковых отливок любой сложности ——«Элитол 377》. Данные элитолы представляют собой высокодисперсные, концентрированные составы на основе термостойких трудноэмульгируемых компонентов (цилиндровое масло 52, органо- силоксановая жидкость 133—165), в качестве эмульгирующей системы использована система «стеарин—6—керосин», обеспечивающая стабильность состава при хранении до 1 г. Эти Элитолы морозостойки, малотоксичны и пожаробезопасны. Из прежних разработок ГИПХ находят применение «Прессол 374》и «Элитол ЭТ-2Ь.
На отдельные места пресс-форм, приводящие к образованию задиров на отливке, через определенное число циклов дополнительно вручную помазком наносят густые безводные составы. При литье алюминиевых сплавов для этих целей применяют состав «Антивар», разработанный ВНИИПКнефтехим (г. Киев). При использовании «Антивара» на поверхности пресс-формы образуется слой из мальтенов, асфальтенов, карбенов и карбаи- дов. Мальтены — смесь углеводородов, находящихся в жидком состоянии, а асфальтены, карбены и карбаиды — высокомолекулярные соединения, представ л я ющие собой твердые частицы. При смазывании пресс-формы после ее механической обработки эти частицы, заполняя углубления, выравнивают шероховатости поверхности.
При опробовании новых водоэмульсионных СОЖ вначале нередко получали не улучшение, а ухудшение качества поверхности отливок. Одной из причин этого являлось то, что СОЖ типа Графитолов и Элитолов удов л етвор итель но наносятся на поверхность пресс-формы только в определенных интервалах температур. При литье мелких отливок (масса дозы расплава до 0,25 кг), когда заливаемый металл вносит незначительное количество теп-
3.9. Результаты измерений температур пресс-форм при литье лодочного мотора на машинах с вертикальной камерой прессования
Отливаемая деталь
Температура пресс-формы, ℃
Подвижная часть
Неподвижная часть
Корпус ПОМПЫ
155—305
160—260
Патрубок левый
240—300
180—270
Корпус стартера
180—270
180—220
Кронштейн
190—330
180—300
Блок
170—320
170—230
Видт гребной
220—450
205—290
лоты в нетермоетатируемую пресс-форму, нанесение СОЖ приводит к переохлаждению последней. На отливках появляются неслитины и незаливы. При чрезмерно высокой температуре пресс-формы имеет место эффект Лейденфроста. Под действием тепловой радиации образуется паровая подушка и распыленные капли СОЖ* не достигают поверхности горячей пресс-формы. Вследствие этого пресс-форма охлаждается медленно, что приводит к образованию задиров на отливках. За температуру смачивания пресс-формы принимается та минимальная температура ее поверхности, при которой распыленные капли СОЖ растекаются, а не скатываются. При этой температуре разбавитель СОЖ (вода) испаряется, вызывая интенсивное охлаждение пресс- формы, а на ее поверхности остается тонкий сплошной слой смазочного материала. Экспериментально установлено, что температура смачивания для «Прессола 373》, «Прессола Э74» и «Графите л а Э2Ь находится в пределах 165—220 ℃ [151. На практике разброс температур пресе-форм значительно выше. Особенно неравномерным тепловым режимом отличается литье под давлением на машинах с вертикальной камерой прессования. Это связано, в частности, с возникающими перерывами в работе из-за случаев невыталкивания пресс-остатка из камеры прессования или отрыва литника, который приходится выбивать из литниковой втулки. Результаты замеров температуры пресс-форм при литье под давлением деталей лодочного мотора, приведенные в табл. 3.9, показывают, что имеют место отклонения от 士20 до ±75 ℃, а в одном случае ±115 ℃ из-за сильного перегрева (до 450 ℃) центрального стержня пресс-формы гребного винта. Такой разброс температур затрудняет успешное использование водоэмульсионных СОЖ и определяет необходимость предварительного внедрения термостатирования пресс-форм для нанесения равномерного слоя СОЖ， На практике же толстый слой СОЖ образуется на холодных местах пресс-формы, где этого не требуется, а не на горячих местах, где он необходим.
Качество поверхности отливки зависит не только от равномерности нанесения слоя СОЖ, но и от его физического состояния: сплошности и прочности. Если не принять специальных мер, то мельчайшие частички неполярного масла, находящиеся в полярной воде, ухудшат условия смачивания и получится несплошная пленка, как, например, при применении состава ЛД. Установлено, что получение сухих твердых пленок достигается добавлением в СОЖ в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) 0,5% технического желатина сорта II (ГОСТ 4821—77). Можно подобрать ПАВ, которые повысят температуру смачивания СОЖ и изменят скорость охлаждения, что очень важно.
В последнее время наблюдается тенденция отказа от суспензий, содержащих графит, из-за образования значительного количества отложений на поверхности пресс-формы и самой машины литья под давлением, на полу цеха, а также необходимости проведения доророетоящей зачистки всей пресс-формы через относительно короткие промежутки времени. Создающиеся новые водоэмульсионные СОЖ состоят почти из одних органических веществ, которые во время затвердевания отливки и еще при закрытой пресс-форме распадаются или расщепляются. В этом заключается их существенное отличие от графитовых разделительных материалов.
При внедрении СОЖ важно также подготовить средства их нанесения. При литье отливок сложной конфигурации целесообразно применение распылителя по типу английской фирмы Acheson, в котором в выходной трубке перед соплом находится зона распыливания, куда одновременно подаются СОЖ и сжатый воздух.
Рекомендуется соотношение расхода СОЖ и сжатого воздуха 1 : 10. Подачу СОЖ целесообразно осуществлять не самотеком из бачка, а под давлением. Весьма удобным для этих целей оказался краскораспылительный бак вместимостью 20 л с рабочим давлением на жидкость 0,4 МПа. Его применение позволило не только изменять расход СОЖ в требуемых пределах от 5-10-3 до 30-10-8 л, но и повышать скорость ее подачи в зону распыли- вания.
Экспериментально было установлено【141, что при малом расходе СОЖ и низкой температуре пресс-формы необходимая плотность орошения стержней диаметром 6 мм и менее не обеспечивается. Для повышения плотности орошения и полного смачивания стержней при данном расходе СОЖ нужно повысить скорость подачи жидкости в зону распыливания 2 с помощью насадки 1 на трубку, подводящую СОЖ в эту зону (рис. 3.45). При уменьшении диаметра сопла 3 увеличилась дисперсность и повысилась скорость распиливаемого потока, что позволило получать бездефектные литые детали лодочного мотора (брак по раковинам снизился в 1,5 раза), качество их поверхности повысилось в 1,5—2 раза.
Рнс. 3.45. Распылитель смазочного материала
В СССР разработан принципиально новый способ автоматического смазывания пресс-форм в закрытом состоянии, не имеющий аналогов в мировой практике. Способ применяется на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования. На камеру прессования между плитой машины и заливочным окном устанавливается форсунка для подачи смазочного материала. Заданная доза смазочного материала не наносится на рабочую полость пресс-формы, а подается в камеру прессования машины после заливки в нее металла и прохождения пресс-поршнем за- ливочного окна. Под действием теплоты расплава смазочный материал испаряется и по каналам литниковой системы в виде пара поступает в рабочую полость пресс-формы, которую смазывает, конденсируясь тонким равномерным слоем [311. При дальней* шем движении поршня (после прохождения им форсунки) расплав доходит до литниковой системы и заполняет пресс-форму. Обычные стационарные или вводящиеся в разъем пресс-формы форсунки не обеспечивают смазывание труднодоступных зон полости формы и равномерное нанесение слоя смазочного материала на поверхности, находящиеся под углом по отношению к факелу смазочного материала. Затруднено также смазывание подвижных стержней формы.
МВТУ им. Н. Э. Баумана совместно в Молдавским ПО «Точ- литмаш» разработало устройство СПЗС-4, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.46. Устройство работает следующим образом: по сигналу конечного выключателя 70, после перекрытия пресс-поршнем / заливочного окна камеры прессования 3, срабатывает гидрораспределитель 4, обеспечивающий подачу гидрожидкости из системы машины литья под давлением в нештоковую полость П насоса 5. С этого момента начинается вытеснение смазочного материала через форсунку 2 в свободный объем камеры прессования над зеркалом расплава. Масса дозы смазочного материала, вытесняемого насосом за цикл, устанавливается регулировочным винтом 7. Лампочка 9 загорается по сигналу
Рис. 3.46. Принципиальная схема устройства СПЗС-4:/ — пресс-поршень； 2 — форсунка； 3 — камера прессования; 4 ——конечный выключатель； 6 — распределитель; 6 — насос; 7 — бакРис. 3.46. Принципиальная схема устройства СПЗС-4:/ — пресс-поршень； 2 — форсунка； 3 — камера прессования; 4 ——конечный выключатель； 6 — распределитель; 6 — насос; 7 — бак
Рис. 3.46. Принципиальная схема устройства СПЗС-4:
/ — пресс-поршень； 2 — форсунка； 3 — камера прессования; 4 ——конечный выключатель； 6 — распределитель; 6 — насос; 7 — бак
Рис. 3.46. Принципиальная схема устройства СПЗС-4:
/ — пресс-поршень； 2 — форсунка； 3 — камера прессования; 4 ——конечный выключатель； 6 — распределитель; 6 — насос; 7 — бак
реле давления 8, фиксирующего повышение давления смазочного материала в трубопроводе, соединяющем насос с форсункой 2. По истечении времени, заданного реле, гидрораспределитель 4 возвращается в исходное положение, соединяя полость П со сливом, а штоковую полость — с давлением привода машины. Плунжер насоса, возвращаясь в исходное положение, засасывает смазочный материал из бака 6 в рабочую полость насоса 5 для следующего цикла. Работу устройства в цикле работы машины обеспечивает его электрическая часть. Устройство поставляется в комплекте с машинами литья под давлением.
Способ автоматического смазывания пресс-форм в закрытом состоянии успешно используется в производственных условиях при изготовлении простых отливок и отливок средней сложности со стенками толщиной 3—6 мм из алюминиевых сплавов (рис. 3.47). Гидродинамические и тепловые параметры технологического ре- жйма литья не претерпевают изменений. Впервые способ был испытан и применен на КамАЗе, а затем внедрен на Уфимском моторостроительном ПО при литье деталей двигателя автомобиля «Москвич-412» на автоматизированных робототехнических комплексах с усилием запирания 4000 кН [44]. Ежегодно с применением нового способа смазывания отливалось для двигателя «Москвич-412» 950 тыс. отливок крышек (рис. 3.47, а, 6), патрубков (рис. 3.47, в) и корпусов генераторов (рис. 3.47, г), по которым ранее был самый высокий процент брака. Снижение брака при переходе на смазывание в закрытую пресс-форму послужило одним из оснований для внедрения способа. Было установлено, что для успешного его внедреция с обеспечением работы в автоматическом режиме конструкция пресс-формы должна обеспечивать легкий съем отливок за счет достаточных литейных уклонов.
Рнс. 3.47. Отлнвкн, полученные прн нспользованни способа автоматического смазывания пресс-4юрмы в закрытом состоянии
рационального расположения отливок в пресс-форме и эффективной системы выталкивания. В ряде случаев требуется шлифовка вентиляционных каналов. Очень важен постоянный контроль установленной дозы смазочного материала. Оптимальный его расход определяется следующим образом: при наличии задиров увеличивают расход смазочного материала, а при появлении несли- тин — уменьшают. В среднем доза смазочного материала на цикл при литье на машинах с усилйем запирания 4000 кН составляет 0,4——0,6 г. Установлено также, что коэффициент заполнения камеры прессования не должен превышать 60% в целях предупреждения забивания форсунки и обеспечения достаточного времени для перетекания паров смазочного материала в полость пресс-формы.
Эксплуатационные достоинства процесса смазывания пресс- форм в закрытом состоянии характеризуются уменьшением числа отказов литейной машины в результате упрощения конструкции устройства для смазывания по сравнению с устройствами, вводящими форсунки в зону смазывания. Расход смазочного материала уменьшается в среднем в 9 раз, улучшаются условия труда в результате почти полного исключения выбросов аэрозолей в атмосферу цеха. Себестоимость примененного состава ЛД в 5—10 раз ниже себестоимости водоэмульсионных смазочных материалов.
Состав разработан НПО《Маема》(г. Киев) для нанесения распылителем. В настоящее время ведутся исследования по подбору новых смазочных материалов применительно к рассматриваемому процессу. Вследствие резкого сокращения выброса аэрозолей в атмосферу появляется возможность более широкого использования химически активных присадок.
Перед тем как приступить к литью со смазыванием в закрытую пресс-форму, рекомендуется подготовить пресс-форму, используя ее в течение одной-двух смен с противозадирным смазочнвгм материалом «Антивар». Также необходимо проверить и, если потребуется, усилить охлаждение пресс-формы, поскольку состав ЛД в отличие от СОЖ не обладает охлаждающим действием.
8.6. ОСОБЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Вакуумирование полости пресс-формы. В настоящее время существует несколько десяткЪв технологических и конструкторских решений использования вакуума для литья под давлением. Однако недостаточная надежность работы вакуумных устройств в условиях литейного цеха, а также сложность их наладки и обслуживания снижает производительность машин. Поэтому литье с применением вакуума нужно применять только в тех случаях, когда к отливке предъявляют повышенные требования, которые невозможно или очень трудно обеспечить при обычном литье под давлением. Прежде чем применить вакуумирование пресс-формы, следует использовать все возможные технологичеекие приемы улучшения качества отливок, обращая особое внимание на конструкцию литниково-вентиляционной системЕа.
「, Г1рн конструировании деталей следует учитывать дополии- т^ьнне возможности, которые дает вакуумирование пресс- формы: толщина стенки может быть уменьшена на 30—40%, механические свойства отливок, главным образом относительное удлинение, повышаются на 20—50%, улучшается качество поверхности и товарный вид отливок, особенно после полирования, появляется возможность высокотемпературной термообработки отливок, повышается их коррозионная стойкость.
При разработке технологического процесса литья под давлением следует учитывать, что вакуумирование пресс-формы: и камеры прессования дает следующие преимущества: брак отливок снижается до 1% вместо 5—10% при обычном литье под давлением; необходимое давление на металл в пресс-форме умень- щается почти в 2 раза (при той же продолжительноети заполнения и выдержки отливки в пресс-форме, а также продолжительности литейного цикла); создается возможность для автоматизации подачи жидкого металла в камеру прессования путем вакуумного всасывания; параметры литниково-вентиляционной системы меньше влияют на качество отливки, поэтому ее доводка и корректирование занимают меньше времени, что особенно важно
Рис. 3.48. Схема вакуумирования пресс-формы и камеры прессовання с предварительной вакуумной дегазацией расплава в раздаточной печн
при освоении новых отливок; вследствие отсутствия облоя и устранения дополнительной механической обработки значительно снижается себестоимость отливок.
В то же время применение вакуумирования требует соблюдения определенных требований: заливаемый сплав необходимо тщательно очищать от неметаллических и газовых включений; пресс-форму заполнять сплошным, а не дисперсным потоком; обеспечивать быстрое и полное удаление воздуха из полости пресс- формы; осуществлять отсос воздуха и газообразных продуктов, образующихся при нагреве смазочных материалов, смазочных материалов из полости пресс-формы в том месте, куда металл поступает в последнюю очередь.
Конструкции вакуумных систем можно классифицировать по наиболее характерному признаку — месту удаления воздуха. Существует также классификация систем по типу машин литья под давлением или степени автоматизации вакуумных устройств. Подробное описание конструкций различных вакуумных систем, их классификация приведены в работах Н. Н. Белоусова, Л. И. Неверова, Н. Ф. Мухамеджанова, В. Н. Зеленова, В. С. Лех- терова и др.
Система для удаления воздуха из кожуха пресс-формы и камеры прессования с включением вакуума до Начала движения поршня. Существует несколько конструкций таких систем. Система с предварительной вакуумной дегазацией сплава в раздаточной печи представлена на рис. 3.48. Пресс-форма / заключена в обшитый
из алюминиевого еплава кожух 2, который состоит из двух половин, закрепленных на подвижной и неподвижной плитах. Линия разъема ко^Уха 2 совпадает с плоскостью разъема пресс-формы. Кожух герметизируют в местах крепления и по линии разъема прокладками из вакуумной резины толщиной 4 мм. Полости кожуха 2 и кожуха 10 камеры прессования соединены трубопроводами 3 н 8 через клапаны 6 и 9 и трубопровод И с ресивером 12, Воздух откачивает вакуумный насос 13, который по возможности нужио устанавливать в отдельном отапливаемом помещении с температурой окружающей среда 10—30 ℃. Объем ресивера должен быть не менее 1 м8, так как он предназначен для быстрого создания стабильного вакуума в полости пресс-формы и камере прессования.
Заливочное отверстие после подачи порции жидкого еплава закрывается крьппкой 4. Движение крьппки обеспечивает поршень с тягой пневмоцилиндра 5, воздух в которому подается по пневмопроводу 7 от цеховой воздушной магистрали. Дегазация жидкого сплава в тигле 16 раздаточной печи 17 осуществляется созданием вакуума над его поверхностью. Для этого полость тигля соединяется трубопроводом 14 g ресивером 12. Тигель герметизируется водоохлаждаемой крышкой 75. По разъему между бортом тигля и крышкой ставят прокладку из термостойкой резины, которую защищают от сгорания специальными каналами водяного охлаждения. Такая конструкция создает остаточное давление над зеркалом металла 19,4 *102 Па.
Применение вакуумирования при изготовлении нескольких корпусных отливок коробчатого типа из сплава АЛ2 снизило брак по воздушной пористости более чем в 5 раз. Результаты рентгеновского контроля партии отливок показали, что на снятых на рентгеновскую пленку отливок 90% не имеют раковин и пористости. Все отливки были испытаны на герметичность и признаны годными. Отливки подвергались нагреву до 535 ℃. На поверхности 98% отливок дефектов не наблюдалось и только 2% отливок имели небольшие вздутия поверхности размером 0,5 мм. Временное сопротивление разрыву повысилось на 26%, а относительное удлинение увеличилось в 1,5 раза.
Система для удаления воздуха непосредственно из пресс-формы. Такую систему выполняют в двух вариантах: с остановкой прессующего поршня (разработана фирмой Buhler) и без остановки прессующего поршня (система, предложенная Р. М. Калишем, и система, разработанная фирмой Idra). При такой схеме вакуумирования рабочей полости отсутствует специальный кожух, закрывающий пресс-форму и камеру прессования, что упрощает конструкцию вакуумной установки. Воздух отсасывается из полости формы по просверленным в ней каналам.
В системе, предложенной фирмой Buhler, воздушный канал перекрывается запорным клапаном, который приводится в движение от гидросистемы машины. Для соединения полости формы
с вакуумпроводом имеется магнитный клапан, который включается автоматически в момейт подхода металла к питателю. При этом прессующий поршень останавливается. После отсоса воздуха из оформляющей подсети поршень продолжает перемещаться, осуществляя запрессовку. Когда поток металла приближается к запорному клапану, стержень этого клапана по сигналу реле времени перекрывает вентиляционный клапан, препятствуя выбросу металла в вакуум-провод. Недостатками этой схемы являются сложность настройки запорного клапана и необходимость тщательной подгонки пресе-формы по плотности разъема.
Схема фирмы Idra отличается от рассмотренной выше тем, что вакуумирование полости пресс-формы происходит одновременно с движением прессующего поршня. Это упрощает наладку вакуумной системы. Но, еледует учитывать, что воздухоотводные каналы, выполненные в пресс-форме, должны обеспечивать полное удаление воздуха из рабочей полости.
Схема, предложенная Р. М. Калишем, промышленного применения не нашла.
Система для удаления воздуха из кожуха пресс-формы без специального кожуха на камере прессования. Наиболее приемлемы две системы: е вакуумированием после и до смыкания пресс-формы. В первой сиетеме, предложенной Н. Ф. Мухамеджановым, конечный выключатель производит остановку поршня и специальный клапан соединяет полость формы g вакуумпроводом в момент подхода металла к питателю, когда доступ воздуха через заливочное отверстие преграждается не только прессующим поршнем, но и самим металлом. После выдержки, достаточной для полного удаления воздуха из полости пресе-(}юрмы, реле времени включает движение поршня и клапан перекрывает отверстие, соединяющее полость пресс-формы с вакуумпроводом.
Во второй системе, разработанной фирмой Idra, поршень при движении на прессование не останавливается, а воздух из оформляющей полости начинает отсасываться раньше, чем произойдет полное смыкание пресс-формы. Это обеспечивает лучшую вентиляцию пресе-формы. Такую систему широко применяют на машинах е горячей камерой прессования.
В СССР для вакуумного лцфья под давлением Молд. ПО «Точ- литмашж изготовлена машина литья под давлением, где подача металла осуществляется вакуумным веасыванием из тигля электропечи, установленной под камерой пресеования и заключенной в герметичный кожух.
Подача металла вакуумным всашванием осуществлена также в ряде конструкций машин вертикальной компоновки g горизонтальным расположением пресе-формы. Такая машина мод. АЛ72В09 изготовлена Мол. ПО «Точлитмаш>.
Литье в среде кислорода. При литье в среде кислорода воздух в полости пресс-формы замещается кислородом. Исследования по замещению воздуха разами были начата в США М. Эриксеном,
Рнс. 3.49. Система автоматической подачн кислорода в пресс-форму
который установил, что при заполнении пресс-формы магниевым сплавом в среде негорючих газов (SO2, СО2) резко уменьшается пористость отливок. Практикой литья было подтверждено, что в порах отливок из алюминиевых сплавов кислород полностью отсутствует, ибо переходит в Л12О3, остается азот и водород. При этом доля азота составляет до 90% общего объема газов в порах.
Способ литья под давлением е замещением воздуха и газов в пресс-форме реактивным газом (кислородный процесс) был впервые практически реализован А. А. Рыжиковым и С. 3. Злотиным. Однако широкого применения в промышленности не получил.
Кислородный процесс вначале осуществляли на обычных машинах литья под давлением с холодной камерой прессования. Кислород под давлением 0,5 МПа вдувался в полость пресс- формы, вытесняя воздух. В некоторых случаях продувалась и камера прессования, и литниковые каналы.
Кислородный способ был внедрен при литье из сплава АЛ4 корпуса гидротрансформатора трансмиссии легкового автомобиля. Разработка новой технологии была проведена с учетом следующих требований: безопасности процесса, полного вытеснения кислородом воздуха из оформляющей полости и литникових каналов; автоматической подачи кислорода в пресс-форму, применения негазотворных материалов. Гидропневматическая схема процесса приведена на рис. 3.49.
За 50——60 мм до смыкания полуформ срабатывает конечный выключатель / от копира 2, перемещающегося вместе g подвижной полуформой. При движении нижнего поршня пяткой 10 включаются электрозолотники 13 и 72, встроенные параллельно в систему управления 8, //. Кислород подается из баллонов по трубопроводу 5 к распределительному кожуху 6, в котором по пе-
риметру расположено двадцать отверстий диаметром 3 мм. Кожух 6 надет на подвижную полуформу 4 (скользящая посадка), его движение связано с движением плиты выталкивателей 3 так, что при съеме отливки он перемещается к неподвижной полуформе в крайнее правое положение. Во время продувки кислородом кожух перекрывает зазор между полуформами и от упора 14, закрепленного на неподвижной полуформе 7, возвращается в крайнее левое положение при продолжающемся перемещении полуформы. Кислород вытесняет воздух через мундштук при опущенной пятке 10 в камеру 9. При закрытии пресе-формы от упора 16 срабатывает конечный выключатель 15 подачи кислорода, выключающий электрозолотники 13 и 72, а пятка 10 возвращается в исходное положение для заливки металла.
Продувка пресс-формы кислородом не удаийяет литейный цикл и не снижает производительности машины. Перед каждой заливкой на рабочие поверхности оформляющей полости и литниковых каналов наносится водный раствор фтористого натрия. Камера прессования смазывается смесью серебристого графита с глицерином. Практика показала полную безопасность работы установки. В процессе заполнения формы сплав контактирует с газообразным кислородом, превращая его в твердый окисел А12О3. В результате уменьшается пористость в отливках, так как объем твердого окисла во много раз меньше объема кислорода. Эти о кислы находятся в мелкодисперсном состоянии и их удается обнаружить только при увеличении свыше 40 000 раз с помощью электронного микроскопа. Хотя содержание окислов и увеличивается при кислородном литье теоретически в 4,5 раза по сравнению с обычным литьем под давлением, но они находятся внутри твердого раствора в виде мелких локальных включений, не снижающих механических свойств отливки.
Литье внсокотемпературных сплавов. В СССР и за рубежом не ослабевает интерес к литью под давлением высокотемператур- ных сплавов. Широкое внедрение этого процесса сдерживается отсутствием материалов для оформляющих частей пресс-форм, способных длительное время надежно работать при высоких температурах и екорое^ях впуска металла.
Экономическая эффективность производства достигается при переводе на литье под давлением только тех деталей, которые имеют больший объем механической обработки. Это связано с высокими расходами на пресс-формы, рабочие части которых изготовляют из молибденовых или вольфрамовых сплавов. Стойкость рабочих частей пресс-форм составляет от 1000 до 5000 запрессовок в зависимости от конструкции детали. По данным фирмы General Elektric (США), при литье стали 304 в пресс-форму, изготовленную из металлокерамического молибденово-вольфра- мового сплава, достигнута' стойкость 5000 запрессовок, а при изготовлении пресс-формы из литого молибденово-вольфрамового . сплава — более 15 000 запрессовок.
Работы В. М. Белова показали, что при изготовлении оформляющих частей пресс-форм из деформируемого молибденового сплава стойкость составила 4000 тыс. запреесовок.
Исследования, выполненные в СССР, и опыт промышленного производства показали, что этот епоеоб может быть использован для изготовления широкой номенклатура деталей из стали, чугуна, титана и других материалов. По данным В. М. Белова, В. И. Малярова, Э. Н. Кабакова и В. М. Кайнова, стальные отливки должнш иметь толщину стенок 1,0—6,0 мм, литейные уклон® 3——5° и не должны иметь глубоких полостей. Отливки должнш иметь вкругленные урлы радиусом более 1 мм.
Точность размеров отливок, получаемых литьем под давлением, до 10-fO квалитета, а шероховатость их поверхноета еоот- ветвФвует Rz = 20 мкм [641.
В США литьем под давлением изготовляют детали из чугуна @ шаровидном графитом (4,4% С; 0,1% Мп; 0,63% Si и 0,29% Р). Отливки подверраюч? обжигу при 930 ℃ в течение 30 мин. В Японии звездочки для цепных передач, крышки пневматических вентилей и компреееоров получают из чугуна, содержащего 3,8% С; 0,37% Мп; 2,0% Si, 0,07% Р и 0,05% S. Отливки в зависимости оф требований к их прочности отжигают в течение 15—30 мин при 900—1000 ℃.
Для литья под давлением не окисляющихся при плавке на воздухе сталей в СССР применяют машины мод. С71108 и С71109 с горизонтальной камерой прессования. Металл в камеру прессования заливают из порционной поворотной индукционной плавильной печи вместимостью 2 кг жидкого металла. Печь подключена к машинному генератору ВПЧ-100/2400. В нее загружают мерные заготовки, нарубленные из прутка диаметром 30— 40 мм. Время расплавления одного килограмма -металла определяет цикл работы машины. Практически продолжительность цикла в зависимости от массы заготовки колеблется от 1,5 до 2,5 мин. Порционная плавка обеспечивает высокую точность дозирования, уменьшает угар элементов сплава из-за быстроты процесса плавки.
Для сталей и сплавов, окисляющихся на воздухе при плавке, разработана специальная машина мод. ВМЛС-25/350. В пространстве вакуумной камеры этой машины создается разрежение до 4 Па. Рабочий цикл без охлаждения отливки в вакууме составляет 3—4 мин, а при ее охлаждении в вакууме увеличивается примерно в 2 раза.
В СССР организовано производство заготовок размером 300 Х200 хЗО и 300 х200 х50 мм из молибденового сплава. По сравнению со сталью 4Х5МФС, применяемой для изготовления пресс-форм при литье цветных сплавов, молибден имеет в 1,6 раз больший модуль упругости, в 3 раза меньший коэффициент теплового расширения и в 2,5 раза большую теплопроводность. Для повышения стойкости молибденовых пресс-форм требуется их
предварительный подогрев до 370—430 ℃. При подогреве до 480—540 ℃ обеспечивается более высокое качество поверхности отливок. Следует учитывать, что молибденовый сдлад склонен к окислению на воздухе при нагреве выше 500 ℃, поэтому оптимальная температура эксплуатации 400——450 ℃. ；
В целях увеличения стойкоети молибденввых преср-форм применяют также диффузионное азотирование и карбоа?отирование, повышающие в 2 раза поверхностную твердость матриц.
При конструировании пресс-формы недопустимы острые углы в ее рабочих частях, так как они вызывают резкое снижение стойкости. Вкладыши пресс-форм нежелательно изготовлять из отдельных вставок, поскольку в стыки затекает жидкий металл, образуя заливы, поэтому зазоры между подвижными частями пресс-форм из молибденовых сплавов не должны быть больше 0,075 мм. По данным В. М. Кайнова, поверхности оформляющей полости, расположенные пер п енди ку л я р но к плоскости разъема пресс-формы, делают с уклоном 3—5°, а стержни — с уклоном не менее 5°. Металл подводят к утолщенным частям отливки.
При плавке металла в индукционных печах рредусматривают перегрев на 100 ℃ выше температуры ликвидуса (1290—1330 ℃ — для чугунов, 1565 ℃ — для углеродистой стали и 1530—1540 ℃ — для хромоникелевой стали I2X18H9T). Залитая в камеру прессования сталь теряет запас теплоты и поступает в пресс-форму е перегревом всего лишь на 20—30 ℃. Чем ниже скорость прессования и меньше порция металла, тем выше должен быть перегрев,
В процессе заполнения пресс-формы скорость потока должна быть такой, чтобы не было разбрызгивания, которое приводит к образованию в отливке неспаев, а также раковин и пор с окисленной поверхностью.
Для получения плотных отливок с высоким качеством по； верхности нужно предупреждать преждевременное охлаждение металла путем поддержания достаточно высокой температур ы пресс-формы и изоляции поверхности пресс-формы и камеры прессования от непосредственного контакта с расплавленным металлом. Для этого пресс-форму смазывают, а в камеру прессованйя перед каждой заливкой вставляют полуцилиндрическую вставку из асбеста, которая остается в пресс-остатке. В качестве смазочного материала применяют коллоидную суспензию графита или ацетиленовую копоть. Можно применять и дисульфидмолибден. В последние годы в СССР выполнены исследования по литью под давлением титановых сплавов. Однако широкого промышленного применения этот процесс пока не получил.
ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК
Качественная отливка отличается однородностью, сплошностью всех сечений и отсутствием дефектов поверхности. Следует учитывать, что не всякий дефект является браковочным признаком. Дефекты приводят к браку отливок в тех случаях, когда они снй- 116
жают служебные свойства лито* детали. В основном дефекты в отливках возникают в интервале температур кристаллизации сплава, поэтому важно правильно и полно использовать воздействие внешнего давления при формйровании отливки из твердожидкого сплава. Давление способствует однородности внутреннего строения отливки и снижению ее пористости. Необходимо учитывать, что если при одном и том же технологическом режиме возникают различные дефекты, то это прежде всего следствие нестабильности работы машины. Все пустоты в теле отливки заполняются газами. Поэтому при нагреве отливок образуются вздутия на поверхности, что не позволяет производить упрочняющую 田 ермообр абот ку.
Газовая пористость является наиболее чаето ветречающимея дефектом при литье под давлением. Она может образовываться как внутри, так и снаружи отливки, а также располагаться под внешней коркой на небольшой глубине. Главной причиной возникновения порйотоети является воздух и пары смазочного материала, захваченные из полости пресс-формы, литниковых каналов и незаполненного объема камеры прессования. Если поры изо- лированнв друг от друга и размер их не превышает 0,1 мм, то их допустимость оговаривается в чертеже на литую деталь или технических условиях. При скоплении пор отливку забраковывают. Для предупреждения образования дефекта отливку следует изготовлять на машине с более высоким усилием прессования или обеспечить эффективную подпрессовку, увеличить ее выдержку, усилить охлаждение пресс-формы, особенно в области литниковой втулки, снизить температуру заливаемого металла, улучшить вентиляционную систему.
Изолированные поры обычно образуются в сечениях отливки, 6g门ее утолщенных, чем основная стенка, когда подпрессовка недостаточна. Для устранения дефекта следует увеличить толщину питателя и усилие подпрессовки. Кроме того, желательно уменьшить гидросопротивление в полости пресс-формы и за счет плавных скруглений, выравнивания толщины стенок и последовательного вытеснения воздуха к вентиляционным каналам.
Газовая пористость часто проявляется в виде микропористости, вскрываемой только после травления полированного макрошлифа. Многие исследователи считали, что микропористость является результатом пульверизации потока при выходе его из щелевого питателя. Киносъемки процесса заполнения не подтвердили этого даже при больших скоростях впуска. Появление дефекта объясняется прежде всего дисперсностью' скоростного потока жидкого металла при заполнении пресс-формы.
Газовая пористость проявляется чаще в более толстых сечениях отливки. В некоторых случаях она наблюдается в местах локального падения давления в потоке металла, в результате которого газы, попавшие в металл вместе с оксидами, выделяются из раствора. В этих случаях необходимо обеспечить эффективное 117
удаление воздуха и газов за счет создания дополнительных вентиляционных каналов и промывников. Последние сйособствуют выравниванию давления в потоке. Чем мельче и равномернее распределена пористость по сечению, тем меньше ее влйяние на прочность отлнвки. Однако если мелкая пористость незначительно влияет на ав, она сильно уменьшает значение 6. Например, отливки из сплава АЛ9 при наличии дисперсной пористости имеют Ов до 180 МПа и 6 ^ 1,5%, в то время как при отсутствии пористости 6 = 4,5%.
Усадочные раковины имеют острые углы и образуются в наиболее массивных частях отливки и местах резкого перехода от тонких к толстым. Так как усадочные раковины заполняются газами^ то имеют гладкую матовую поверхность, трудно отличимую от поверхности газовых раковин, но в них нередко обнаружив аются дендриты.
Причиной возникновения усадочных раковин является раннее затвердевание питателя или тонкостенного участка на пути потока металла перед утолщением отливки. Предупреждение образования этого дефекта обеспечивает утолщение питателя или изменение конструкции литой детали. Повышать температуру заливки не рекомендуется. Целесообразнее увеличивать скорость потока расплава путем увеличения скорости прессования при некотором повышении температуры пресс-формы и усилия под- прёссовки.
Усадочная пористость может возникать как в утолщенной части отливки, так и в тонкой, особенно если пресс-форма на этом участке перегрета. Этот вид пористости также весьма трудно отличить от газовой пористости по внешнему виду, поэтому изучают характер распределения пор по сечениям отливки. Скопление усадочных пор образует рыхлоту, которая воспроизводится на рентгеновских снимках белыми пятнами. Места их расположения совпадают с местными утолщениями. Их легче удалить подпрессовкой, чем газовую пористость, их появление в меньшей степени зависит от величины гидравлического удара. В целях предупреждения образования усадочной пористости обеспечивают направленное затвердевание и плавные переходы от толстых сечений отливки к тонким, выравнивают толщину стенок отливки и увеличивают усилие подпрессовки.
Несли тины могут быть наружными и внутренними. Наружные представляют собой углубления, возникшие между двумя или несколькими несплавившимися потоками расплава. Их глубина 0,3—1,0 мм. Внутренние неслитины — это разрывы в теле отливки без нарушения поверхностного слоя. Неслитины обнаруживаются наружным осмотром, простукиванием (появление глухого звука), на микрошлифах, при механических испытаниях и испытаниях герметичности.
Причинами образования неслитин являются преждевременное охлаждение и затвердевание металла передних участков, встреч- 118 .
иых потоков, а также противодавление воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала в полости преве- формы.
Устранение неслитин достигается увеличением скорости впускного потока, изменением конструкции литниковой системы с целью ликвидации встречных потоков, увеличением темпа работы, усилия подпрессовки, а также применением оптимальной дозы смазочного материала.
Трещины бывают сиво- ЗНЫМИ И НесКВОЗНБЕМИ, горячи ми и холодными. Обычно при литье под давл ением несквоз ные горячие трещины образуются в эффективном интервале кристаллизации. Они располагаются в местах резкого перехода от толстых сечений отливок к тонким, во внутренних углах и других местах концентраций напряжений при недостаточной под прессовке. Одним из основных средств борьбы с горячими трещинами является сокращение времени выдержки между температурой солидуса и температурой удаления отливки из пресс- формы.
Холодные трещины возникают в пластическом состоя нии мет алл а всл ед- ствие неподатливости металлических стержней и при затрудненной усадке отливки на выступах пресс-
Хов®1мо®нооихащвов3.1мэф86t83se・0-w
BHHB"o"Bd9oaHHhHdu
tf-sn esttsvttn
FLbx&°H
ниаофоохп AdAIBdanwa ЛЁО •§ои GHasgo аютдкод MHHqHwodn внн ■S5ort^ 2*льийьоои CBHHBgoaadn qloodox。IfaLBIn aHHaha。ЙИЕ5да^ Имда8о^л§ои ё§0^ ЛЁЁ5да^ -я®^ кА XBI*FIWdoUMdu ^ия^&ячё qmdoMDA пн留шгвв AdAHBdBnylaL ^Ё§що •s§ о^ощ^отлз qluoH9goп。oiXudoax —QBJ qIHHHOn -2®^«§Ё^да ЕНШЬАУА
M§h.^bsa «ssvpvo qiHhHirsaA rt§®&sa OJOHhomBHO AOB qlrn IqHh” CAWdoghdn лйдао&чосьо CBH —Bqoshdn s BMUAnq ёоломо лёоздаои CFJWdoe—Edn “dAIEdhnmL 41HhHIT9A
■&и §Я^§«Ч5Й й&2«даз«зда dg 纟Ddn«ччльща №ssv§ .&.0OC qluodoxBBHhaLBIUOWH зало^.оо^ли S&V&Q «зщё^й ача rtstt-sBdJBdm
Hwdo4h*dn иьоои^&даои вн6EJ н XABo ^Mo^§ ndn rtK-ssa ss^sa^ зало^.оо^ли иьооя&^даои A rtK-ssa Ks^rt§44rtH0s& BBdLung
Bnw$sвхнфчп ^ss0—「0) BBMHOl имдаячьо HIUOHXaon io BUBBmaBaHBIfoxo хин иэч^да S4S йьо^а XHHHDm •§н^ да BFiHHBSKOiroxnBd cH导 9n.l.ndMonhHHhMHBH н DHHBqod *S4OK §&2KBS&rtm -i g0 *H 力«оноозда HSOHgodaH §M5^<
«яьзлмои xlqHIHgm vssvovssмодаичьо §BSO^S4 —on ^s&2KBS&rtra *i「0——g0 OH9AlM SSBS4 ^зноиячом
qloolBhdomA вхохоп вин
яща^кй
отччйьща ф«щ —BnHBF8Bd
формы. Для предупреждения дефекта следует повышать температуру стержней и выступающих элементов пресс-формы, обеспечивать равномерность выталкивания и легкость е^ема отливки. Сквозные трещины могут возникать при чрезмерной пористости и несовершенстве конструкции отливки.
Дефекты поверхности. Основные виды дефектов поверхности приведены в табл. 3.10. Хорошая поверхность отливки в общем случае не является показателем качества всей отливки. Если для борьбы g пористостью увеличивают п р одол ж итель ность заполнения полости пресс-формы, что позволяет удалить воздух и газы, то для получения качественной поверхности, наоборот, приходится увеличивать скорость потока и сокращать продолжитель - ность заполнения полости пресс-формы при одновременном повышении ее температуры, например, путем увеличения темпа работы. Это следует учитывать при выборе оптимальных значений параметров технологических режимов литья.
Кроме дефектов, указанных в табл. 3.10, к дефектам поверхности относятся задиры, возникающие вследствие привара, иногда к ним причисляют и утолщенный облой по плоскости разъема пресе-формы.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПРЕСС-ФОРМ
Пресс-форма для литья под давлением имеет одну или несколько формующих полостей, очертания которых являются отпечатком отливки. Размеры оформляющей полости пресс-формы должны отличаться от размеров отливки на величину усадки заливаемого сплава. Собранная пресс-форма представляет собой прямоугольный параллелепипед, иногда цилиндр. Обычно она состоит из неподвижной и подвижной частей, в которых смонтированы все остальные детали.
Для того чтобы рассмотреть основные конструктивные элементы пресс-формы, необходимые для дальнейшего анализа, выберем типичную конструкцию, показанную на рис. 4.1. Неподвижную часть двухгнездной пресс-формы с помощью плиты 3 крепят к прессующему блоку машины с горизонтальной камерой прессования 27, а подвижную часть с помощью плиты 15 — к по* стаменту 29, установленному на подвижном запирающем блоке машины.
Расплавленный металл поступает Ь пресс-форму через литниковую втулку 26, ударяется о рассекатель 18 и растекается по литниковым каналам в два гнезда, заполняя рабочую полость пресс-формы, образуя отливки 23. В плитах 2 и 11, называемых обоймами, смонтированы специальные вкладыши, в которых оформляется внешний контур отливки. Подвижной вкладыш 16 прижимается плитой 12 к обойме 11. Неподвижный вкладыш 6 крепят к обойме 2 винтами 4.
При раскрытии пресс-формы отливка остается в подвижной части. Стержни 9, закрепленные штифтами 24 в ползунах 10, в первый момент после раскрытия пресс-формы снимают отливку с неподвижного стержня 5, а затем извлекаются из нее наклонными клиньями-пальцами 7. При перемещении подвижной полуформы плита /4, соединенная с плитой 13 выталкивателей, наталкивается на неподвижные упоры 19 и останавливается. Выталкиватели 17 удаляют отливку. При закрытии пресс-формы обратные толкатели 20 упираются в неподвижную обойму 2 и возвращают выталкиватели в исходное положение. Центрирование неподвижной и подвижной полуформ осуществляется направляющими втулками 21 и колонками /. Привернутые болтами 28
А-А
Подвижная часть Неподвижная часть
замки S служат для предотвращения отхода ползунов 10 и стержней 9 под давлением жидкого металла. Чтобы предотвратить перемещение ползунов 10 при раскрытой преее-форме, применяют фиксаторы 25, иначе при закрытии пресс-формы клин-палец 7 может не попасть в отверстие ползуна 10. Во время работы пресс- форма охлаждается водой, которая поступает по резиновому шлангу к штуцерам 22.
Детали пресс-формы, препятствующие удалению отливки во время ее выталкивания, должны быть подвижными для того, чтобы их можно было извлечь из формы до удаления отливки. Большая часть стержней и выступов, оформляющих внутренние й наружные контуры отливки, располагают в подвижной полуформе таким образом, чтобы отливка при раскрытии пресс-формы всегда оставалась в последней. Поэтому в подвижной полуформе делают устройство для выталкивания или сбрасывания отливки.
Конструкция пресс-формы зависит от конструкции отливки, свойств заливаемого сплава, типа машины и характера эксплуатации оборудования и оснастки. В зависимости от этих факторов пресс-формы классифицируют по схеме, приведенной на рис. 4.2.
В зависимости от заливаемого сплава пресс-формы имеют различные конструкции и размеры литниковой системы, отличаются материалами формос^разующих деталей и их термообработкой, конструкцией вкладышей и других сменных деталей. Пресс-формы для отливок из алюминиевых, медных и черных сплавов изготовляют с запасными формообразующими деталями,
Рис. 4.2. Классификация пресс-форм
отливку с неподвижных стержней 4, 5,отливку с неподвижных стержней 4, 5,ватели 23 и формы "иватели 23 и формы "и14 131211 10 9 814 131211 10 9 8Рис. 4.3. Пресс-форма для литья под давлением корпуса поплавковой камеры карбюратораРис. 4.3. Пресс-форма для литья под давлением корпуса поплавковой камеры карбюратора
отливку с неподвижных стержней 4, 5,
отливку с неподвижных стержней 4, 5,
ватели 23 и формы "и
ватели 23 и формы "и
14 131211 10 9 8
14 131211 10 9 8
Рис. 4.3. Пресс-форма для литья под давлением корпуса поплавковой камеры карбюратора
Рис. 4.3. Пресс-форма для литья под давлением корпуса поплавковой камеры карбюратора
а это требует соблюдения их строгой взаимозаменяемости, поскольку емену запасных частей еледует проводить без дополнительной механической или слесарной обработки в короткие сроки. Пресс-формы для отливок из сплавов на основе цинка, олова и свинца можно изготовлять без запасных частей.
Рае@мотрнм пресс- форму ДЛЯ ОТЛИВКИ корпуса попл авковой камеры карбюратора автомобиля из сплава ЦАМ4-1 (рис. 4.3). Она имеет унифицированный узел удаления стержня 14 с помощью рейки. Неподвижную часть пресс-формы плитой 8, а подвижную плитой 17 крепят к соответствующим плитам машины. Отливка оформляется вкладышами 6 и /3, а также подвижными щеками 1. При раскрытии пресс-формы боковые стержни /2, наклонный стержень 14 и щеки /, 2 выдвигаются с помощью неподвижной рейки 9 и клиньев-пальцев 3, 7. При дальнейшем движении полуформы пли
ты /5, 16 и выгалки-
18、19 снимают 一
выступающей части вкладыша 13. При закрытии пресс- колонками 20, проходящими через подвижную обойму упирающимися торцами в неподвижную обойму /0, выталкиватели возвращакжея в исходное положение. Одновременно
стержни 12 и щеки /, 2 возвратятся в исходное положение. Неподвижная и подвижная полуформы соединяются направляющими втулками 22 и колонками 2/.
4.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПРЕСОФОРМ
Ос новные детал и пресс-формы в зависимости от их назначения подразделяют на три группы: формообразующие, конструктивные и входящие в механизмы пресс-формы (рис. 4.4). Кроме основных деталей пресс-форма имеет ряд вспомогательных крепежных деталей, конструкции и размеры которых определяются стандартами.
Формообразующие детали. Эти детали являются наиболее ответ-
ственными, так как они соприкасаются с жидким сплавом, в той или иной степени участвуют в оформлении поверхностей отливок и
наиболее еильно подвергаются термическому воздействию и механическим нагрузкам. Эти детали изготовляют из жаростойких сталей, обладающих высокими механическими свойствами. Для повышения износостойкости и уменьшения химического взаимодействия с заливаемым сплавом формообразующие детали подвергают термообработке, а их рабочие поверхности —— цианированию, азотированию, фосфатированию и другим методам упрочнения. Марка стали и режим термообработки зависят от температуры плавления заливаемого сплава. В целях умень
шения сопротивления выталкиванию отливок из пресс-формы и црвышения качества поверхности отливок рекомендуется обрабатывать рабочие поверхности формообразующих деталей до шероховатости 0,32 мкм.
Механизмов
nx1sd -qH芟-pouaH
Конструктивные
工
Детали пресс-форпы
I Формообразующие
ZU6E9 qBoxnHEnu
zHn%hdu
nMEDB
DjaifoT a qED-62
a 岂&na 发 2e -
史QuiD-hdl
-q=qu02 兽adu
awEDhHBUKUQ 一3?学 nd?hvhnl
-£*nsouaH\
2-E0Ed0 n-OHDE-大AN
swwaqs 一
---Acad
основных
Вкладыши 〃 вставки. Вкладышами называют детали пресс- форм, имеющие полость, в которой оформляются наружные поверхности отливок. Конструкция вкладышей и расположение в них оформляющих полостей определяют размеры пресс-формы и в какой-то степени влияют на качество отливок. Контур вкладышей определяется конфигурацией отливки. Чаще всего вкладыши имеют прямоугольную или цилиндрическую форму.
Габаритные размеры вкладышей устанавливают исходя из условия, что расстояние от рабочей полости до края вкладыша (толщина стенки) должно быть не менее 20 мм. В мелкосерийном производстве, когда пресс-формы эксплуатируются периодически, допускается уменьшить это расстояние до 10 мм. При определении высоты вкладышей учитывают необходимость устойчивого положения вставок и стержней. С этой целью к размеру глубины оформляющей полости добавляют не менее 15 мм для посадки стержней или вставок. При конструировании вкладышей рекомендуется соблюдать принцип равностенности сечений. Местные утолщения затрудняют термообработку и могут привести к короблению, появлению закалочных трещин и излишних внутренних напряжений, снижающих стойкость вкладышей.
Рис. 4.5. Способы крепленияРис. 4.5. Способы креплениявкладашеЗ в обоймевкладашеЗ в обойме
Рис. 4.5. Способы крепления
Рис. 4.5. Способы крепления
вкладашеЗ в обойме
вкладашеЗ в обойме
Вкладыши крепят в обоймах пресс-форм различными способами. Врезные вкладыши крепят винтами (рис. 4.5, а). Недостатком этого способа является то, что по мере износа резьбы вкладыш может разбалтываться в гнезде. Сквозные вкладыши закрепляют в обоймах с помощью опорного буртика (рис. 4.5, 6), высота которого (6——12 мм) зависит от усилия выталкивания отливки. Этот способ крепления более надежен и прост. Круглые вкладыши (чтобы они не провернулись) фиксируют в обоймах штифтами (рис. 4.5, в) или шпонками (рис. 4.5, а). Оформляющую полость иногда изготовляют не в отдельных вкладышах, а в обойме (рис. 4.5, 5), которую часто называют матрицей. Изготовление таких конструкций пресс-форм экономически нецелесообразно, их используют только для литья сплавов с низкой температурой правления. При литье сплавов с высокой температурой плавления применяют вкладыши, в которых оформляющая полость выполнена с двух сторон (рис. 4.5, е). Эти вкладыши делают сквозными и фиксируют опорными буртиками, р ас полагающимися симметрично относительно плоскостей вкладыша.
Если отливка имеет сложные по конфигурации выемки или отверстия, оформляемые стержнями большой длины или сложной формы, то вкладыши собирают из нескольких вставок. Применение вставок значительно сокращает затраты на механическую обработку пресс-формы. В некоторых случаях вставки де-
d4鲁d4鲁Рис. 4.6. Посадочные размеры и шероховатость поверхностей вкладышаРис. 4.6. Посадочные размеры и шероховатость поверхностей вкладыша
d4鲁
d4鲁
Рис. 4.6. Посадочные размеры и шероховатость поверхностей вкладыша
Рис. 4.6. Посадочные размеры и шероховатость поверхностей вкладыша
лают с целью，замены наиболее быстроизнашивающих- ся деталей оформляющей полости, подверженных непосредственному воздействию струи металла. Вставки должны тщательно подгоняться друг к другу. В противном случае образуются заливы металла, ухудшающие поверхность отливки. Вставки устанавливают таким образом, чтобы облой, возникающий при попадании жидкого сплава в зазоры между вставкой и вкладышем, располагался на отливке в направлении ее удаления. Вставки служат также для дополнительной вен
тиляции пресс-формы. Размеры оформляющих частей вкладышей и вставок выполняют с точностью на один порядок выше, чем допускаемые размеры отливок. Посадочные размеры выполняют с точностью по 7—8-му квалитету (рис. 4.6). Такую же точность применяют для неподвижных стержней и вставок. Отверстия под цилиндрические и трубчатые выталкиватели выполняют по посадке 〃7/d8 для отливок из цинковых, алюминиевых или магниевых сплавов. Неподвижный стержень с трубчатым выталкивателем рекомендуется соединять по скользящей посадке с точностью по 7-му квалитету. Оформляющие поверхности вкладышей и вставок выполняют с шероховатостью поверхности 0,32 мкм, а остальные поверхности — с шероховатостью поверхности 2,5 мкм.
Стержни. Стержни могут быть неподвижными, подвижными^ резьбовыми и другими (см. рис. 4.4).
Неподвижные стержни устанавливают в пресс-форме перпендикулярно плоскости разъема. Для облегчения удаления отливки стержни имеют конусность или уклон. Конусность стержней, установленных в неподвижной полуформе, должна быть больше конусности подвижной полуформы, чтобы при раскрытии пресс- формы отливка осталась на стержнях подвижной части. Для предотвращения коробления и поломки отливок при их удалении около стержней в подвижной полуформе располагают дополнительные выталкиватели.
Неподвижные стержни крепят в пресс-форме различными способами. Наиболее распространен способ крепления стержней буртиком, опирающимся на подкладную плиту / (рис. 4.7, а). Высота Н посадочной части стержня зависит от размера его оформляющей части. При наличии врезных вкладышей стержни опи~ 128
Рцс. 4.7. Способы крепления иеподвижннх стержней в нлнтая пресс-форма
раются на дно обоймы (рис. 4.7, б). Стержни небольшого диаметра рекомендуется пропускать через обойму до упора в подкладную шяиту (рис. 4.7, 8). Если в многогнездных пресс-формах, где центральный стержень является одновременно и рассекателем, дая съема отливок с неподвижных стержней применяют трубчатые выталкиватели 2, то стержни монтируют в дополнительной плите 3 между брусками и плитой основания 4 (рис. 4.7, а). Иногда для крепления таких стержней применяют планку 5 (рис. 4.7, 3) или прижимную гайку 6 (рис. 4.7, е). Для повышения устойчивости стержней и получения в отливках глубоких отверстий небольших диаметров устан авл ив а ют замок 7, что дает возможность выполнять отверстия в отливках без облоя.
На рис. 4.8 показаны различные способы фиксации неподвижных стержней Бо вкладышах.
Неподвижные и. подвижные стержни имеют посадочную, направляющую и оформляющую части. Посадочная часть стержня служит для его закрепления в пресс-форме. Для неподвижного стержня ее выполняют с точностью до 7-му квалитету, для подвижного —по скользящей посадке. Посадочную часть стержня
Рис. 4.8. Способы крепления неподвижных стержней во вкладышах：
а ——двойной лыскоЗ; 6 ——продольной шпонкой (шпилькой); 8 一 поперечной шцонкой чаще всего делают цилиндрической (кроме крупногабаритных стержней). Направляющая часть служит для фиксации стержня в оформляющей полости. Ее выполняют по второму классу точности по ш и р око ходовой посадке при литье сплавов на основе свинца, олова, магния, алюминия или цинка и по теплоходовой посадке при литье латуни и черных сплавов. Направляющая часть стержня должна быть длинней его оформляющей части. Оформляющая часть служит для получения в отливках внутренних полостей е заданной точностью.
Подвижные стержни оформляют все полости и отверстия в отливке, расположенные параллельно плоскости разъема или под углом к ней. Подвижные стержни с помощью различных механизмов извлекаются из отливки до раскрытия или чаще всего во время раскрытия пресс-формы. Требования к оформляющей части этих стержней такие же, как и к оформляющей части неподвижных стержней. Для обеспечения плавного возвратно- поступательного движения в пресс-форме подвижные стержни имеют увеличенную длину направляющей части. Это дает возможность избегать перекосов, заливов жидкого металла и подтеков смазочного материала. Как правило, длина направляющей части подвижных стержней составляет не менее 1,25 их диаметра или высоты сечения.
Наиболее надежно без перекосов работают подвижные стержни /, направляющая часть которых полностью расположена в обойме или вкладыше (рис. 4.9, а). На рис. 4.9, б показан стержень, расположенный в плоскости разъема пресс-формы. Для, устранения перекосов ползун 3 стержня / устанавливают в специальной направляющей втулке 5, закрепленной в обойме подвижной полуформы. В неподвижной обойме сделано углубление под выступающую часть втулки 5. Полость ползуна защищена от попадания в нее грязи и жидкого металла шайбой 2. ［；
При изготовлении отливок из алюминиевых и цинковых сплавов размеры направляющей части подвижных стержней в целях предохранения от попадания брызг и грязи, а также обеспе-
Рис. 4.9. Способы крепления подвижных стержней：4 л* ^^^^* 2 I защитная втулка; 3 — ползун; 4 — штнфт; 6 е направляющая втулкаРис. 4.9. Способы крепления подвижных стержней：4 л* ^^^^* 2 I защитная втулка; 3 — ползун; 4 — штнфт; 6 е направляющая втулка
Рис. 4.9. Способы крепления подвижных стержней：
4 л* ^^^^* 2 I защитная втулка; 3 — ползун; 4 — штнфт; 6 е направляющая втулка
Рис. 4.9. Способы крепления подвижных стержней：
4 л* ^^^^* 2 I защитная втулка; 3 — ползун; 4 — штнфт; 6 е направляющая втулка
чения плавного хода стержня выполняют по широкоходовой посадке, а при изготовлении отливок из латуни — по теплоходовой посадке с точностью по 14-му квалитету. Поверхности посадочных соединений выполняют с шероховатостью 1,25 мкм, а поверхности оформляющей части стержня — 0,63—0,16 мкм.
Щеки. Эти детали оформляют наружные боковые поверхности и поднутрения отливок. Щеками принято называть подвижные детали больших размеров. На рис. 4.10 показан пример оформления подвижными щеками внешних поверхностей блока цилин^- дров двигателя автомобиля «Москвич». К щекам предъявляют те же требования, что и к подвижным стержням. Щеки состоят из оформляющей и направляющей деталей, соединяемых между собой с помощью штифтов, ласточкиного хвоста или хвостовика, входящего в Т-образный паз ползуна. В обойме движение щек также осуществляется по Т-образным пазам.
Литниковые втулки и рассекатели. Литниковые втулки предназначены для сопряжения пресс-формы с камерой прессования машины, рассекатели — для направления струи жидкого металла, поступающего через литниковые втулки, в каналы литниковой системы и далее в оформляющую полость. Литниковые втулки и рассекатели больше других деталей пресс-формы подвержены динамическому, химическому и термическому воздействию жидкого металла, поэтому их всегда делают сменными.
Диаметр отверстий литниковой втулки пресс-формы машины с горизонтальной камерой прессования равен диаметру отверстия камеры прессования, так как втулка является продолжением камеры и в нее входит прессующий поршень (рис. 4.11, а). Рассекатель служит не только для направления потока, но и для защиты подвижной обоймы от действия жидкого металла.
Рис. 4.10. Оформление подвижными щеками внешних понерхвостей отливки блока цилиндров двигателя автомобиля «Москвич»:
a f закрытая пресс-форма; б — пресс-форма в момент раскрытия
Диаметр отверстия литниковой втулки пресс-формы машины с вертикальной камерой прессования (рис. 4.11, б) на 1 мм больше диаметра выходного отверстия мундштука. Это делают для того, чтобы при недостаточно точной установке и несовпадении осей втулки и мундштука или же при износе мундштука литник в момент раскрытия пресс-формы свободно проходил через канал литниковой втулки. Для облегчения удаления литника втулка имеет конусность 3—5°. Поверхность канала вулки полируется до шероховатости 0,16 мкм. Чем лучше обработана поверхность литниковой втулки, тем ниже ее гидродинамическое сопротивление и меньше износ.
Рассекатель для вертикальной камеры прессования представляет собой цилиндрическую деталь, которую ставят в подвижную обойму по скользящей посадке с точностью по 8-му квалитету и закрепляют в ней или во вкладыше буртиком высотой 6——10 мм. Для того чтобы литник после раскрытия пресс-формы оставался в ее подвижной части, на конической части рассекателя делают
рнс. 4.11. Расположение лнтннковых втулок и рассекателей в пресс-форме: / — отливка; 2 — литниковая втулка; 3 —защитная вставка-рассскатель; ' — выталкиватель; 5 — рассекатель
Рис. 4.12. Узел а ал ивки с переходной втулкой, позволяющей использовать на машинах с горизонтальной камерой прессования пресс-формы, предназначенные для машин с вертикальной камерой прессованияРис. 4.12. Узел а ал ивки с переходной втулкой, позволяющей использовать на машинах с горизонтальной камерой прессования пресс-формы, предназначенные для машин с вертикальной камерой прессованияканавку шириной 2—3 и глубиной 1 мм. В некоторых случаях для снятия литника с рассекателя ставят центральный выталкиватель (рис. 4.11, в). Выступающую часть рассекателя, охватываемую металлом, можно выполнять не в виде конуса, а в виде цилиндра.
Рис. 4.12. Узел а ал ивки с переходной втулкой, позволяющей использовать на машинах с горизонтальной камерой прессования пресс-формы, предназначенные для машин с вертикальной камерой прессования
Рис. 4.12. Узел а ал ивки с переходной втулкой, позволяющей использовать на машинах с горизонтальной камерой прессования пресс-формы, предназначенные для машин с вертикальной камерой прессования
Если требуется только одно
стороннее направление потока металла, то рекомендуется применять рассекатели со смещенным центром (рис. 4.11, а). При использовании литниковой системы рассекатель является одновременно неподвижным стержнем, оформляющим центральное отверстие и другие внутренние контуры отливки. С помощью стержня-рассекателя можно получать отверстия диаметром более 6 мм, так как при меньшем диаметре стержень-рассекатель
может отклониться под давлением жидкого металла.
В пресс-формах, предназначенных для работы на машинах с горячей камерой прессования, в целях повышения производи»
Рис* 4ЛЗ* Узел заливки с подвижным рассекателем-вставкдй
тельности литниковая втулка и рассекатель интенсивно охлаждаются водой через специально ввернутые штуцеры. Это имеет важное значение для многогнездных пресс-форм, в которых диаметр литникового хода значительно превышает толщину стенок отливки.
Существуют специальные конструкции заливочных узлов. Например, при необходимости использования на машинах с горизонтальной камерой прессования пресс-формы, спроектированной для машин с вертикальной камерой прессования, в неподвижной полуформе устанавливают переходную литниковую втулку 2, в которой выполнено продолжение литникового хода I (рис. 4.12, а). В момент раскрытия пресс-формы происходит отрыв литника 1 в наименьшем сечении от пресс-остатка 3. Пресс-остаток, удерживаемый на прессующем поршне 6 ласточкиным хвостом, отходит вместе с поршнем и удаляется через заливочное окно 4 камеры прессования 5 специальным штоком. Приспособление для удаления пресс-остатка показано на рис. 4.12, б,
В случае использования пресс-форм, предназначенных для машины с вертикальной камерой прессования, на машине с горизонтально расположенным прессующим узлом можно применять подвижный рассекатель-вставку 2 (рис. 4.13). Перед заливкой рассекатель-вставка 2 плотно прижимается к литниковой втулке 1, перекрывая литниковые каналы, что исключает преждевременный залив жидкого металла под действием собственного веса в полость пресс-формы. Во время запрессовки рассекатель-вставка под действием давления металла сжимает пружину 3 и отходит на расстояние Н* равное глубине литниковых каиалов? освобождая их для прохождения жидкого металла в рабочую полость. При раскрытии пресс-формы выталкиватель 4 возвращает р ассекатель-вставку 2 в исходное перед заливкой положение.
Для литья под давлением применяют также рассекатель- арматуру, который изготовляют чаще всего из сплава отливки. Рассекатель вставляют перед заливкой в специальное гнездо, при заливке он становится частью отливки. В процессе зачистки отливки рассекатель удаляется вместе с литником механической 134
\
обработкой. Такие рассекатели целесообразно применять при центральной Литниковой системе.
Выталкивател и. Эти детали служат для снятия отливки с выступающих элементов вкладышей и стержней, расположенных в подвижной полуформе. Конструкция выталкивателей зависит, в первую очередь, от конфигурации отливки и расположения ее в пресс-форме. Наиболее распростра- нен способ удаления от
ливки цилиндрическими диаметром d выталкивателями (рис. 4.14, а), которые наиболее просты в изготовлении и эксплуатации. Цилиндрические выталкиватели могут иметь диаметр от 1,5 до 20 мм. Выталкиватели большой длины и небольшого диаметрa d рекомендуется делать ступенчатыми с утолщенным ос нованием (рис.4.14,6). Для удаления тонкостенных отливок, глубоко расположенных в подвижном вкладыше, применяют выталкиватели прямоугольного сечения (рис. 4.14, в). Ши-
7234
2)
Рис. 4.14. Выталкиватели:
/ — плита; 2 — выталкиватель; 3 — подвижная половина пресс-формы; 4 — неподвижная половина пресс- формы
А~А
рина выталкивателя а
не должна превышать его толщину Ь более чем в 3 раза. Такие
выталкиватели имеют, как правило, круглое основание. Для снятия отливки с неподвижных цилиндрических стержней диаметром d используют трубчатые выталкиватели наружным диаметром D (рис. 4.14, г), основным преимуществом которых по сравнению с выталкивателями других конструкций является
то, что часть отливки, к которой прикладывается усилие сталкивания, расположена около стержня. В случае, когда поверхность выталкивания отливки представляет собой кольцо большого диаметра или на торце такой кольцевой отливки имеются выступы, не позволяющие использовать трубчатый выталкиватель, применяют сегментный выталкиватель. Последний изготавливают в виде отдельных элементов или втулки, у которой в выталкивающей части вырезаны сегментные выступы (рис. 4.14, 5). Число выталкивающих сегментов зависит от размеров отливки. Основные недостатки этих выталкивателей по сравнению с цилиндрическими заключаются в том, что во-первых, они быстрее изнашиваются при работе вследствие большой поверхности трения и, во-вторых, их значительно труднее изготовить. Для надежной работы любого выталкивающего устройства необходимо, чтобы направляющая часть выталкивателей была достаточной длины (не менее 20 мм). Диаметр отверстий в плитах, через которые проходят выталкиватели, должен быть на 0,5 мм больше диаметра самого выталкивателя. Направляющая часть выталкивателей обрабатывается по широкоходовой посадке 2 с точностью по 7-му квалитету и шероховатостью поверхности 1,25 мкм. Выталкиватели крепят в плитах с помощью буртика. Для упрощения сборки пресс-формы диаметры отверстий в плите выталкивателей увеличивают на 1 мм.
Конструктавные детали. Эти детали служат для установки формообразующих деталей в подвижной и неподвижной полуформах, обеспечения их точного взаимного расположения и направления, а также для крепления пресс-формы к машине (см. рис. 4.4). Конструктивные детали должны быть достаточно прочными, чтобы не деформироваться под действием усилий, передаваемых формообразующими деталями при возникновении гидродинамического давления в процессе заполнения пресс-формы и статистического давления в процессе подпрессовки.
При литье под давлением детали пресс-форм подвергаются воздействию температур, быстро нагреваются и охлаждаются, поэтому стали, применяемые для их изготовления, должны обладать следующими свойствами: высокими твердостью (при нагреве) и ударной вязкостью, сопротивлением тепловому удару, малым коэффициентом расширения, хорошей ковкостью и обрабатываемостью, малой величиной деформации при термообработке, а также не взаимодействовать с заливаемым металлом. В наибольшей степени этим требованиям отвечают стали, содержащие вольфрам, хром, молибден, ванадий, кобальт и некоторые другие элементы (табл. 4.1).
Для повышения стойкости поверхности формообразующих деталей подвергают химико-термической обработке. Чтобы предохранить формообразующие детали от прилипания жидкого металла, их поверхность подвергают воронению. Образующаяся при этом оксидная пленка служит прослойкой между деталью и сплавом.
4.1. Сталя дяг изготовлен ня деталей пресс-форм
Детали
Стали
Термообработка
Матрицы, вкладыши, щеки для отливок из цинковых сплавов
5ХНМ (ГОСТ 5950—73), 40ХН2МА (ГОСТ 4543—71)
Низкотемпературное цианирование на глубину 0,02—0,05 мм, 51— 56 HRC? иа поверхности и 43—47 HRG в сердце- вине
Матрицы, вкладыши, вставки, щеки, стержни особо сложной формы для отливок из цинковых сплавов
То же
Низкотемпературное цна- ннрование на глубину 0,15—0,20 мм; 51— 56 HRC9 на поверхности и 34—37 HRQ в сердце- вине
Стержни, выталкиватели для отливок нз цинковых сплавов
Сталь X (ГОСТ 5950—73)
Закалка на 49—53 HRQ
Литниковые втулки, рассекатели дли отливок из цинковых сплавов
5Х НМ (ГОСТ 5950—73), 40ХН2МА (ГОСТ 4543—71)
Закалка на 43—47 HRCq
Матрицы, вкладыши, вставки, щеки для отлнвок из алюминиевых сплавов
ЗХЗМЗФ, 4Х5МФС (ГОСТ 5950—73)
Низ котемпературное цианирование на глубину 0,02—0,05 мм; 59— 63 HRC3 на поверхности и 46—49 HRCa в сердце- вине; допускается азотирование на глубину 0,3一 0,4 мм; 65——67 HRCs иа поверхности и 38— 42 HRC? в сердцевине
Стержни, выталкиватели, литниковые втулки, рассекатели для отлнвок из алюминиевых сплавов
То же
Ннз котемпературное цна- ннрованне на глубину 0,02—0,05 мм; 59— 63 HR(^ на поверхности н 50—54 HRCs в сердцевине; допускается азотирование с параметрами, указанными выше
Матрицы, вкладыши, вставки щеки, стержни особо сложной формы для отлнвок нз алюминиевых сплавов
Н из котемператур ное цианирование на глубину 0,15 ... 0,20 мм; 59— 63 HRQ на поверхности и 32—37 HRCg в сердцевине; допускается азотирование с параметрами, указанными выше
ДеталиСталиТермообработкаМатрицы, вкладыши, вставки щекн для отливок нз медных сплавовЗХЗМЗФ (ГОСТ 5950—73)Закалка на 43—47 HRCaСтержни, рассекатели, литниковые втулки, выталкиватели для отливок из медных сплавовТо жеЗакалка на 50—54 HRCgКолонки направляющие, втулки к колонкам, толкатели обратные, клннь% вамкн, для отлнвок из любых сплавовУ8, У10А (ГОСТ 1435—74)Закалка на 51—56 HRCgОбоймы вкладышей, плнты подкладные, втулки к ползунам, втулки стержней, рейки, валнкн зубчатые для отливок из любых сплавов40Х (ГОСТ 4543—71)Закалка с высоким отпуском на 29—34 HRCeПолзуны для отливок из любых сплавовТо жеН из котемпературное цна- ннрованне на глубину 0,15—0,20 мм； 51— 56 HRC9 на поверхности и 30—34 HRCs в сердцевинеПлнты для пакетов пресс-форм для отлнвок из любых сплавовСталь 35 (ГОСТ 1050—74)—ДеталиСталиТермообработкаМатрицы, вкладыши, вставки щекн для отливок нз медных сплавовЗХЗМЗФ (ГОСТ 5950—73)Закалка на 43—47 HRCaСтержни, рассекатели, литниковые втулки, выталкиватели для отливок из медных сплавовТо жеЗакалка на 50—54 HRCgКолонки направляющие, втулки к колонкам, толкатели обратные, клннь% вамкн, для отлнвок из любых сплавовУ8, У10А (ГОСТ 1435—74)Закалка на 51—56 HRCgОбоймы вкладышей, плнты подкладные, втулки к ползунам, втулки стержней, рейки, валнкн зубчатые для отливок из любых сплавов40Х (ГОСТ 4543—71)Закалка с высоким отпуском на 29—34 HRCeПолзуны для отливок из любых сплавовТо жеН из котемпературное цна- ннрованне на глубину 0,15—0,20 мм； 51— 56 HRC9 на поверхности и 30—34 HRCs в сердцевинеПлнты для пакетов пресс-форм для отлнвок из любых сплавовСталь 35 (ГОСТ 1050—74)—Продолжение табл. 4.7Продолжение табл. 4.7Рис. 4.15. Клиновые механизма для извлечения стержнейРис. 4.15. Клиновые механизма для извлечения стержней44кость? малую смачивав» мость расплавом и повышенную стойкость против эрозии.В целях улучшения поверхностных свойств формообразующих деталей применяют оксидофосфат- ные и электролитические покрытия, а также подвергают их шлифованию начале их развития.кость? малую смачивав» мость расплавом и повышенную стойкость против эрозии.В целях улучшения поверхностных свойств формообразующих деталей применяют оксидофосфат- ные и электролитические покрытия, а также подвергают их шлифованию начале их развития.
Детали
Стали
Термообработка
Матрицы, вкладыши, вставки щекн для отливок нз медных сплавов
ЗХЗМЗФ (ГОСТ 5950—73)
Закалка на 43—47 HRCa
Стержни, рассекатели, литниковые втулки, выталкиватели для отливок из медных сплавов
То же
Закалка на 50—54 HRCg
Колонки направляющие, втулки к колонкам, толкатели обратные, клннь% вамкн, для отлнвок из любых сплавов
У8, У10А (ГОСТ 1435—74)
Закалка на 51—56 HRCg
Обоймы вкладышей, плнты подкладные, втулки к ползунам, втулки стержней, рейки, валнкн зубчатые для отливок из любых сплавов
40Х (ГОСТ 4543—71)
Закалка с высоким отпуском на 29—34 HRCe
Ползуны для отливок из любых сплавов
То же
Н из котемпературное цна- ннрованне на глубину 0,15—0,20 мм； 51— 56 HRC9 на поверхности и 30—34 HRCs в сердцевине
Плнты для пакетов пресс-форм для отлнвок из любых сплавов
Сталь 35 (ГОСТ 1050—74)
—
Детали
Стали
Термообработка
Матрицы, вкладыши, вставки щекн для отливок нз медных сплавов
ЗХЗМЗФ (ГОСТ 5950—73)
Закалка на 43—47 HRCa
Стержни, рассекатели, литниковые втулки, выталкиватели для отливок из медных сплавов
То же
Закалка на 50—54 HRCg
Колонки направляющие, втулки к колонкам, толкатели обратные, клннь% вамкн, для отлнвок из любых сплавов
У8, У10А (ГОСТ 1435—74)
Закалка на 51—56 HRCg
Обоймы вкладышей, плнты подкладные, втулки к ползунам, втулки стержней, рейки, валнкн зубчатые для отливок из любых сплавов
40Х (ГОСТ 4543—71)
Закалка с высоким отпуском на 29—34 HRCe
Ползуны для отливок из любых сплавов
То же
Н из котемпературное цна- ннрованне на глубину 0,15—0,20 мм； 51— 56 HRC9 на поверхности и 30—34 HRCs в сердцевине
Плнты для пакетов пресс-форм для отлнвок из любых сплавов
Сталь 35 (ГОСТ 1050—74)
—
Продолжение табл. 4.7
Продолжение табл. 4.7
Рис. 4.15. Клиновые механизма для извлечения стержней
Рис. 4.15. Клиновые механизма для извлечения стержней
4
4
кость? малую смачивав» мость расплавом и повышенную стойкость против эрозии.
В целях улучшения поверхностных свойств формообразующих деталей применяют оксидофосфат- ные и электролитические покрытия, а также подвергают их шлифованию начале их развития.
кость? малую смачивав» мость расплавом и повышенную стойкость против эрозии.
В целях улучшения поверхностных свойств формообразующих деталей применяют оксидофосфат- ные и электролитические покрытия, а также подвергают их шлифованию начале их развития.
Для увеличения поверхностной твердсюти одновременно с сохранением вязкой сердцевины применяют азотирование на глубину до 0,5 мм. Для этих же целей используют низ котем пер атур- ное цианирование, заключающееся в одновременном насыщении поверхностного слоя глубиной 0,15——0,20 мм азотом и углеродом. Процесс осуществляется в жидком цианизаторе или газовой среде в интервале температур 540—560 ℃. Цианирование придает стали высокие твердость и сопротивление усталости, устойчивость против отпуска при высоких температурах, высокую износостой- 138
для устранения трещин в самом
Детали механизмов пресс-форм» Возвратно-поступательное движение стержней, щек, а в некоторых случаях выталкивателей и контртолкателей осуществл я ется с помощью специальных механизмов —приводов, которые бывают ручными, полуавтоматическими и автоматическими. Эти механизмы являются сложной
частью пресс-формы. Все подвижные элементы механизма работают в условиях повышенных нагрузок и температур.
Клиновые механизмы. Они предназначены для автоматического перемещения стержней, когда используется обратный ход подвижного стола запирающего механизма машины. Это позволяет совместить процесс удаления стержней с процессом раскрытия пресс-формы.
На рис. 4.15, а приведен простейший клиновой механизм с наклонным цилиндрическим клином-пальцем. По клину-пальцу 1 при раскрытии пресс-формы скользит ползун 2 вместе со стерж-
Рис. 4.16, Реечные механизмы для извлечения стержней
нем 6, который извлекается из отливки. Фиксация ползуна осуществляется замком 3. Угол а наклона клина-пальца / не должен превышать 25°. Длина рабочей части клина-пальца L зависит от максимального хода S ползуна:
L = S/sin а = U + (3+5)]/sin а,
где Z ——длина оформляющей части стержня, мм.
Длина направляющей части стержня /г == / + (6+10) мм, длина ползуна /а — S + (2+3) D, здесь D — диаметр клина- пальца. Длину нерабочей части клина-пальца Лг назначают исходя из конструктивных соображений. В целях предохранения от заедания ползун клинового механизма помещают в специальную гильзу 4, Втулка 5 служит для защиты трущихся частей ползуна от попадания жидкого металла. Механизм с цилиндрическими клиньями-пальцами позволяет извлекать стержни на длину хода не более 90 MM.
Клин-палец с замком используют для удаления стержней диаметром до 15MM. Замковое устройство в виде конуса 7 выполняют на рабочей части клина-пальца в целях фиксации ползуна и стержня в период запрессовки (рис. 4.15, б).
В случае, когда необходимая длина хода стержня превьппает 90 мм$ а также когда нужно извлекать стержни больших попе- 140
Модуль зуба
т
9,42
18,4
12,56
24,6
15,70
30,7
4.2. Значения ^ и Г для рабочего зацепления, мм4.2. Значения ^ и Г для рабочего зацепления, ммречных размеров, применяют механизмы с клином-пальцем прямоугольного сечения. Такой механизм позволяет осуществлять двухступенчатое удаление боковых стержней за счет изменения угла наклона прямоугольного клина 9 (рис. 4.15,6). Один конец клина находится в неподвижной полуформе, а другой при закрытии пресс-формы заходит в
4.2. Значения ^ и Г для рабочего зацепления, мм
4.2. Значения ^ и Г для рабочего зацепления, мм
плиту 8 на подвижной полуформе. Это устраняет перекос клина при запрессовке металла.
Центральное отверстие малого диаметра оформляется в отливке стержнем /4, проходящим через основной боковой стержень 13 большого диаметра. В основном ползуне 10 смонтирован стальной ролик 12. В процессе раскрытия пресс-формы ползун 11 выталкивает малый стержень 14 в результате контакта ролика 12 с участком клина 9, наклоненным под углом 15° к горизонтальной оси пресс-формы. Когда торец малого стержня 14 выйдет из отливки, начнется совместное вытягивание стержней 14 и 13 основным ползуном /0, скользящим по второму участку клина, который имеет наклон 25°. Недостатком этого механизма является сложность изготовления и надежного закрепления клииа в неподвижной части пресс-формы.
Реечные механизмы. Эти механизмы рекомендуется использовать при ходе стержня более 50 мм (рис. 4.16). При раскрытии пресс-формы рейка 3, закрепленная в неподвижной обойме, входит в зацепление с зубчатым валиком 5, который приводит в движение реечный ползун 6 вместе со стержнем / и закрепленным в ползуне штифтом 2 (рис. 4.16, а). Для фиксации положения стержня в оформляющей полости предусмотрен замок 4,
При монтаже пресс-формы необходимо следить за тем, чтобы ось впадины зубчатого валика была параллельна плоскости разъема. При несоблюдении этого правила может произойти поломка рейки. Кроме того, недостаток реечного механизма еще и в том, что усилие раскрытия воспринимается последним зубом: при больших усилиях, необходимых для извлечения стержней, это приводит к его быстрому износу или поломке.
В реечном механизма применяют зубчатую передачу с модулем 3——4,5. При большем модуле увеличиваются размеры пресс- формы. Полный ход S ползуна, который должен на несколько миллиметров превышать длину / оформляющей части стержня, определяют по формуле S = nt + Т, где и — число шагов на рейке ползуна; / ——шаг зубьев рейки, мм; Т ——добавочное расстояние на выход и вход зубчатого валика в зацепление (табл. 4.2).
Длина ползуна L = S + 2九 Расстояние /г от торца ползуна до оси зубчатого валика определяют по эмпирическому выражению 4 = 5+ 1,250, где D — диаметр отверстия для ползуна.
0
Рис. 4Д7. Комбииироваиные неханизмн для извлечения стержней
На рис, 4.16, 6 приведен реечный механизм извлечения трех стержней % расположенных под углом друг к другу в плоскости> параллельной плоскости разъема пресс-формы. Стержни извлекаются одновременно реечным ползуном /2, приводимым в движение зубчатым валиком 〃，который вращается при раскрытии пресс-формы с помощью неподвижной рейки /0. В паз ползуна 12 входит ролик 7, закрепленный в ползуне 8, соединенном со стержнями 9. При движении ползуна 8 ролики 7 перемещаются вместе с ползуном 12 влево, одновременно ролик 7 перемещается в направлении, перпендакулярном ползуну 12 вдоль паза, двигая стержни под углом друг к другу.
Комбинwрованные механизмы. Очень часто для автоматического извлечения стержней применяют комбинированные реечноклиновые механизмы, которые не имеют недостатков, присущих клиновым и реечным механизмам.
На рис. 4.17, а показан комбинированный механизм, в котором нагрузка в момент отрыва стержня воспринимается коротким клином-пальцем 4, закрепленным в неподвижной обойме 3 и входящим в наклонное отверстие реечного ползуна 5. Последний находится в зацеплении с зубчатым валиком 2, вступающим в зацепление с неподвижной рейкой / после отрыва стержня 6 от отливки. Рейка / укреплена в неподвижной обойме 3, а реечный ползун $ вместе со стержнем 6 и валиком 2 расположены в подвижной полуформе.
При раскрытии пресс-формы клин-палец 4 перемещает ползун 5 на небольшое расстояние, обеспечивающее отрыв стержня 6 142
от отливки. Ползун 5 упирается в ограничитель, а клин-палец 4 выходит из наклонного отверстия в ползуне 5. При дальнейшем раскрытии пресс-формы рейка / вступает в зацепление с валиком 2, который перемещает ползун 5 вместе со стержнем 6 до полного его выхода из отливки. Рассматриваемый механизм предназначен для пресс-форм, в которых при извлечении больших боковых стержней (диаметром более 300 мм и с длиной оформляющей части более 50 мм) приходится преодолевать значительную силу сцепления стержня с отливкой.
Если стержни 3 расположены под углом друг к другу и к плоскости разъема пресс-формы, то они могут извлекаться одновременно одним ползуном 6 с полудне ком 7 (рис. 4.17, б). В полудиске 7 закреплены ведущие пальцы 8, которые входят в отверстие ползунов 9. Ползун 6 служит, кроме того, для извлечения основного стержня /, расположенного в плоскости, параллельной разъему пресс-формы.，
Перемещение стержней осуществляется следующим образом. В первый момент после раскрытия пресс-формы клин-палец 2 отрывает все стержни от отливки, после чего неподвижная рейка 4 входит в зацепление с зубчатым валиком 5, который продолжает движение ползуна 6 одновременно с полудиском 7 и пальцами 8. В результате все стержни 3 извлекаются из оформляющей полости по наклонным плоскостям. При этом пальцы 8 не выходят из зацепления с ползунами 9.
Гидравлический привод стержней. Гидравлический привод представляет собой цилиндр двойного действия, установленный чаще всего на подвижной, а в некоторых случаях и на неподвижной полуформе. Цилиндр приводится в действие от золотника машины или специального распределительного устройства. В последнем случае движение стержней не связано с движением пресс- формы, они могут перемещаться в любой момент, а также и при закрытой пресс-форме, что является преимуществом этого привода. В большинстве конструкций современных машин предусмотрен гидравлический привод стержней и выталкивателей.
В гидроцилиндре / поршень 2, снабженный манжетами 3 и сальником 4 (рис. 4.18, а), двигаясь под давлением рабочей жидкости ,вводит стержень S в рабочую зону пресс-формы. При переключении золотника (вручную или автоматически) поршень под давлением жидкости, поступающей в штуцер обратного хода, перемещается влево и выводит стержень 8 из отливки. Поршень гидроцилиндра заканчивается выступающим штоком 5, буртик которого соединяется с буртиком хвостовика стержня или ползуна муфтой 6. Разрезная муфта очень удобна в эксплуатации, так как позволяет легко разъединять стержень и поршень привода. Гидроцилиндр с помощью резьбы ввертывают в кронштейн 7, который, с свою очередь, болтами крепят к обойме пресс-формы.
Если при использовании гидроцилиндров нет надежных запирающих устройств, то возможен отход стержней под давлением
S КМЯ&ФЗЛ8 Ия «5 фяяфк-^ооов 'sac ШОМОФ^Я5Й & *HJ s«фх^&ьо 5msaa kmlushHIf -HBdHHJ ・w JHd
G
w
4^
沦
4
迂
6
ф;е
жидкого металла, что может вызвать нарушение размеров отливки и поломку пресс-формы. Этот недостаток исключается при установке шарнирно-рычажных гидравлических механизмов.
В шарнирно-рычажном гидравлическом механизме (рис. 4.18, б) для фиксации стержней в пресс-форме шток 9 гидроцилиндра 10 двойного действия соединен через регулировочный винт с тягой 17 и через ось 18 с шатуном /6, на другом конце которого посажены на одну ось шарниры 12 и 14. Шарниры соединены с прмощью опорной плиты 15 на пресс-форме. При опускании штока 9 шатун 16 движется вниз. Шарнир 12, жестко закрепленный в корпусе /3, совершает только вращательное движение, а шарнир 14 — вращательное и поступательное движения, перемещая ползун 11 вместе с закрепленным в нем стержнем. При крайнем нижнем положении шатуна 16 шарниры 12 и 14 встают в распор, что Обеспечивает жесткую фиксацию стержня в пресс-форме.
Замковые механизмы. Эти механизмы применяют для надежной фиксации подвижных стержней в рабочем положении во время заполнения- оформляющей полости металлом. В пресс- формах применяют несколько конструкций замковых механизмов. / На рис. 4.19, а показан замковый механизм, помещаемый снаружи и привернутый болтами к пресс-форме. Он имеет установочные штифты и крепится болтами с наружным шестигран-
ником. Угол наклона замка на 1° больше угла а наклона клина. Такие замковые механизмы применяют при малых усилиях вытягивания стержней.
Конический замковый механизм на клине-пальце (рис. 4.19, б) используют при близком расположений деталей и отсутствии места. Рекомендуемый угол наклона клина 12——15°. Конические замковые механизмы применяют в пресс-формах не очень больших размеров при малых усилиях по оси стержня.
Пальцевый замковый механизм (рис. 4.19, в) используют при наличии свободного места для его размещения в неподвижной обойме и ползуне в случае применения реечного механизма извлечения стержня. Пальцевые замки рекомендуется применять при небольших усилиях вытягивания. •
Замковый механизм, выполненный как одно целое с неподвижной обоймой (рис. 4.19, г), применяют при симметричном расположении боковых стержней и ползунов больших размеров по обеим сторонам пресс-формы. Для уменьшения износа наклонных поверхностей таких замков их армируют стальной пластиной.
Врезной замковый механизм (рис. 4.19, 5) следует использовать для длинных плоских ползунов при больших усилиях извлечения стержней. В гидравлическом приводе при больших усилиях вытягивания замковый механизм рекомендуется выполнять за одно целое с подвижной обоймой (рис. 4.19, е).
При реечной подаче стержня под углом к плоскости разъема используют клавишный замковый механизм (рис. 4.19, ж). Угол поворота замка / регулируется винтами 3 и перемещением упора 2.
Механизм для фиксации стержней при раскрытии пресс-формы. Одним из недостатков клиновых и реечных механизмов является то, что клин-палец и неподвижная рейка могут при раскрытии пресс-формы выходить из зацепления с ползунами. Для предотвращения поломки деталей механизмов и применяют различные фиксаторы ползунов в крайнем выдвинутом положении.
При движении ползуна вертикально вниз его фиксация осуществляется кронштейном или упорным винтом в подвижной обойме. Для закрепления ползуна в крайнем верхнем положении при раскрытии пресс-формы можно использовать пружинные фиксаторы (рис. 4.20, а). Эти фиксаторы состоят из элемента /, имеющего сферический или конческий конец, входящий в отверстие ползуна, которые расположены друг от друга на расстоянии хода. Фиксатор поджимается пружиной 2, натяг которой регулируется пробкой 3.
Такие фиксаторы не всегда обеспечивают надежное удержание ползунов во время работы. Дело в том, что при выдвижении ползун приобретает определенную скорость. Для реечной передачи она равна скорости движения стола машины. При клиновой передаче скорость меньше и зависит от угла наклона клина. Чем больше масса и скорость ползуна, тем большую кинетическую энергию он получит после выхода из зацепления с рейкой или 146
Рис. 4.20, Мехаиизмн для фиксации ползунов в раскрытой пресс-форме
с кл и ном- пал ьцем. В результате ползун по инерции проскочит положение фиксации. Если при его обратном движении величина сжатия пружины окажется равной глубине утопаяия головки фиксатора, то ползун проскочит и упадет, повредив оформляющую часть стержня или вкладыша. Для устранения инерционного действия ползуна рекомендуется устанавливать внешние (рис. 4.20, б) или внутренние (рис. 4.20,8)пружины, разжимающиеся при выдвижений ползуна. Фиксаторы такой конструкции можно использовать только для ползунов, имеющих небольшой ход.
Механизм для выталкивания отливок. Механизм выталкивания обеспечивает удаление отливки из полости пресс-формы непосредственно после ее формообразования. Существуют следующие виды выталкивания отливки из пресс-формы: выталкивание Непараллельно движению стола машины, выталкивание с помощью подвижной плиты, выталкивание через специальные приливы и выталкивание после предварительного отвода выталкивателей.
Механизм выталкивания отливки непараллельно движению стола машины применяют в том случае, если стержень (стержни) имеет поднутрения в направлении, перпендикулярном направлению движения пресс-формы. Такое выталкивание возможно при условии, что угол мевду направлением движения и направ
a)少a)少Рнс. 4.21. Способ выталкивания отлнвкн через прнлнвыРнс. 4.21. Способ выталкивания отлнвкн через прнлнвыдля снятия тонкостенных Выталкивание отливок черездля снятия тонкостенных Выталкивание отливок черезлением выталкивания составляет не более 20°. Для того чтобы уменьшить силу трения во время перемещения плит выталкивате- лей, в местах соприкосновения толкателей машины с прижимной плитой помещают ролики.Механизм выталкивания с помощью выдвижной плиты широко применяют в многогнездных и одногнездных пресс-формах отливок с крупных стержней, приливы используют в том слулением выталкивания составляет не более 20°. Для того чтобы уменьшить силу трения во время перемещения плит выталкивате- лей, в местах соприкосновения толкателей машины с прижимной плитой помещают ролики.Механизм выталкивания с помощью выдвижной плиты широко применяют в многогнездных и одногнездных пресс-формах отливок с крупных стержней, приливы используют в том слу
a)少
a)少
Рнс. 4.21. Способ выталкивания отлнвкн через прнлнвы
Рнс. 4.21. Способ выталкивания отлнвкн через прнлнвы
для снятия тонкостенных Выталкивание отливок через
для снятия тонкостенных Выталкивание отливок через
лением выталкивания составляет не более 20°. Для того чтобы уменьшить силу трения во время перемещения плит выталкивате- лей, в местах соприкосновения толкателей машины с прижимной плитой помещают ролики.
Механизм выталкивания с помощью выдвижной плиты широко применяют в многогнездных и одногнездных пресс-формах отливок с крупных стержней, приливы используют в том слу
лением выталкивания составляет не более 20°. Для того чтобы уменьшить силу трения во время перемещения плит выталкивате- лей, в местах соприкосновения толкателей машины с прижимной плитой помещают ролики.
Механизм выталкивания с помощью выдвижной плиты широко применяют в многогнездных и одногнездных пресс-формах отливок с крупных стержней, приливы используют в том слу
чае, когда нет возможности вытолкнуть отливку непосредственно выталкивателем или требования к ее поверхности не позволяют оставлять следы от выталкивателей. В этом случае делают специальные технологические приливы (рис. 4.21, а), которые сое- динены с отливкой перемычкой высотой не более 1,5 мм, укрепленной ребром жесткости /. В других случаях в этом приливе делают поднутрения 2 (рис. 4.21, б). После выталкивания отливку сдвигают с поднутрения и удаляют.
Механизмы предварительного отвода плит выталкивателей применяют в тех случаях, когда боковые ползуны или стержни пересекаются с выталкивателями в момент закрытия пресс-формы. Используют три конструкции таких механизмов.
На рис. 4.22, а показан механизм предварительного отвода плит выталкивателей 11 серьгой 8 с роликом 6. К неподвижной половине пресс-формы крепят болтами 3 и фиксируют штифтами 2 толкач / со скосом 30° на конце. В подкладной плите 12 делают окно, в котором монтируют серьгу 8. Один конец серьги находится в ушке на оси 9. На свободном конце серьги на оси 7 расположены один или два ролика 6. Если серьга имеет два ролика, то один из них соприкасается с толкачом I, а другой — с закаленной планкой 5, укрепленной на плите //. Наличие двух роликов объясняется тем, что во-первых, при работе они вращаются в различных направлениях, во-вторых, при большом ходе выталкивания один из них попадает в прорезь в скобе 4. В случае установки одного ролика он одновременно катится по толкачу / и планке 5. Механизм с одним роликом проще по конструкции, и имеет меньшие размеры. Для предохранения отжима толкача 1 на подкладной плите 12 крепят упорную скобу 4.「
На пресс-форме устанавливают два таких механизма — один против другого (или по диагонали). Если механизм предварительного отвода выталкивателей предназначен для пресс-формы с клиновым механизмом извлечения стержней, то его следует при? менять в том случае, когда расстояние "工 между стержнем и вы-* талкивателем определяется неравенством "工 V lx ctg а, где /х — длина отрезка стержня, на котором он может столкнуться с вы- 148
Рис. 4.22. Механизмы для предварительного отвода плит выталкивателейРис. 4.22. Механизмы для предварительного отвода плит выталкивателей
Рис. 4.22. Механизмы для предварительного отвода плит выталкивателей
Рис. 4.22. Механизмы для предварительного отвода плит выталкивателей
талкивателем; а ——угол наклона клина-пальца.
При использовании для извлечения стержня реечного механизма (рис. 4.22, б) величину "工 определяют из условия "工 V 厶 + "в, где "з ——холостой ход неподвижной рейки в начале раскрытия пресс-формы.
Если %》4 ctg а и нг > 1Х + "з，то форму можно изготовлять без меха-
в) низма предварительного отвода выталкивателей. Расстояние между осями серьги и ролика выбирают исходя из конструктивных соображений. Угол Р наклона оси серьги к подкладной плите должен быть не более 45°, расстояние вылета ролика 尤一не более 4 мм, а ход "2 плиты выталкивателя должен быть на 2——5 мм больше, чем
необходимо для выталкивания. Описанный механизм прост в изготовлении и надежен в работе.
Механизм предварительного отвода плит выталкивателей с помощью ползуна работает следующим образом (рис. 4.22, 8). В неподвижной части пресс-формы установлен толкач 13 со ско-
сом 45° на конце. Длина толкача на 2——8 мм меньше длины всей пресс-формы. В подкладной плите 18 закреплен замок 15 со скосом 45° на конце. Толкач и замок фиксируются шпонками. В гнезде плиты 16 выталкивателей установлен ползун 14 со скосом 45° с двух сторон. В плитах имеются отверстия, соответствующие диаметрам толкача и замка. При закрытии пресс-формы толкач 13 упирается скосом в ползун 14. скользящий по замку 15 и отводит плиту 16 на величину полного хода выталкивателей. При этом боковой стержень входит в полость пресс-формы, не сталкиваешь с выталкивателем. При дальнейшем закрытии пресс- формы плита 16 вместе с прижимной плитой доходит до плиты 17 основания, а ползун /4* соскользнув с замка /5, отодвигается толкачом в сторону. При раскрытии пресс-формы толкач /3, скользя по ползуну /4, заставляет его упираться скосом в замок 75, что исключает возможность перемещения плиты /6. Происходит задержка выталкивания до раскрытия пресс-формы, пока стержень не выйдет из опасной зоны. После этого толкач 13 освобождает ползун 14. Под действием скоса замка 15 он отодвигается в сторону толкача и скользит по нему, а плита 16 вместе с выталкивателями удаляет отливку.
Механизм отвода выталкивателей ползуном рекомендуется использовать при ходе выталкивания до 50 мм. Его изготовляют из нормализованных деталей. Этот механизм можно применять для пресс-форм с клиновыми и реечными механизмами извлечения стержней. При большом ходе выталкивания увеличивается длина толкача, а в результате и размеры пресс-формы, поэтому в указанном случае следует применять механизмы предварительного отвода выталкивателей серьгой с роликом.
Описгшные выше и другие механизмы использованы и в некоторых новых конструкциях пресс-форм. По данным В. М. Кай- нова и др., хорошие результаты получены при внедрении пресс- форм для кронштейнов и крышек из магниевых сплавов. Пресс- формы снабжены гидравлическим приводом стержней с дифференциальной схемой включения. Для удобства обслуживания и повышения стабильности работы подвижный стержень не имеет Т-образных направляющих и закрепляется на штоке стержнеизвле- кателя быстросъемной муфтой. Это позволяет в случае попадания металла под нодвнжннй стержень быстро снять его и удалить металл без демонтажа пресс-формы с машины. Для предотвращения отжима подвижного стержня в момент запрессовки пресс- форма имеет клиновой замок с регулируемым запорным клином (рис. 4,23, а). Запорный клин 3 прямоугольного сечения проходит через матрицу 2 и запирает подвижный стержень / рабочей плоскостью, имеющей уклон 15°. У запорного клина 3 имеется резьбовой хвостовик, на который навинчивается гайка 4. В матрице 2 имеется паз глубиной, равной высоте гайки. Конфигурация паза обеспечивает свободный доступ и поворот гаечного ключа на 90°.
sww«mo&WMSW&§3 sw^§K.m saw .°Hd
Малые диаметры отверстий (4,2 мм) и бобышек (10 мм) предопределили применение стержней и трубчатых выталкивателей специальной конструкции (рис. 4.23, 6). Стержень 9 вводится в паз трубчатого выталкивателя 6 и вставляется цилиндрической частью в посадочное отверстие. Стержень 9 имеет плоский хвостовик, который выступает на 6 мм и служит для закрепления стержня в пресс-форме, препятствуя прогибу внутрь ослабленного пазом участка выталкивателя. Буртик выталкивателя оформляется головкой специального винта 5. В плите 8 расположена втулка 7.
Для крепления подвижной полуформы к машине применяют специальные болты с эксцентриком (рис. 4.23, в). Порядок крепления следующий: болт 12 вводят в паз плиты машины 13 и паз формодер жател я //, на болт навинчивается гайка /0, болт 12 за квадратную головку поворачивают по часовой стрелке до упора в фор- модержатель 11, после чего окончательно затягивают гайку /0.
Пресс-форма, показанная на рис. 4.23, а состоит из подвижной 14 (рис. 4.23, а) и плавающей 15 полуформ, неподвижных плит 16 и /7, стержней /S отрыва литниковой системы, установленных соосно с литниковыми втулками 19. Подпрессовка обеспечивается пресс-поршнем центральной массивной части отливки. Пресс-остаток и литниковая система автоматически отделяются при раскрытии формы. При запрессовке металл, проходя через литниковую втулку 20 по литниковым каналам, образованным стержнем 18 и литниковыми втулками /9, заполняет полость пресс- формы. После кристаллизации металла пресс-форма раскрывается. За счет усилия: передаваемого пресс-поршнем, плавающая полуформа 15 отходит от неподвижной плиты 16. Стержень для отрыва литника, закрепленный между неподвижными плитами /6, /7, удерживает литник фигурным выступом, литник вместе с пресс- остатком отделяется от отливки.
Восьмигнездная форма, разработанная А, А： Щеголевым, показана на рис. 4.23, 0. Стержни 23 и 26, установленные в пуансонах 27 под углом к вертикальной оси и подвижно связанные штифтами 22 и 25 с плитой выталкивателей 24, оформляют в отливках 28 и 29 боковые отверстия, при этом стержень 26 образует еще и внутреннюю фаску. В конце раскрытия пресс-формы под действием упоров постамента или машины плиты выталкивателей 21 и 24 идут вверх, а стержни 23 и 26, перемещаясь под углом, выводятся один наружу, другой внутрь отливки. При этом стержни выполняют еще и функцию выталкивателей. Стержни 23 и 26 устанавливаются в пазах пуансона 27 с максимальным зазором 0,08 мм (на сторону) и перемещаются без изменения этого зазора. Такой зазор устраняет опасность образования задиров, обеспечивает вентиляцию формообразующей полости и предохраняет эту полость от попадания облоя и других мелких твердых частиц. Конструкция пресс-формы должна обеспечивать поступление смазочного материала на штифты 22 и 25 и стержни 21 и 22.
4・2・ РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ОФОРМЛЯЮЩЕЙ ПОЛОСТИ ПРЕСС-ФОРМЫ
Размеры оформляющей полости рассчитывают с целью получения отливок с заданной степенью точности. Методика расчета основана на анализе структурных полей рассеяния размеров отливок. Структурная схема полного поля рассеяния охватываемого размера гнезда пресс-формы приведена на рис. 4.24, а. При построении этой схемы за исходный принят размер гнезда Лф при 20 ℃, являющийся одновременно наименьшим и номинальным для пресс- формы Аф пип и для отливки Аотл,ном (линия О—О), при условии допуска на изготовление размера отливки, направленного《в тело》 согласно системе отверстий. Наибольшее значение размера гнезда формы £фтах при этой же температуре берется по верхнему пределу допуска 6ИЗГ на изготовление и наибольшему допускаемому износу 6ИЗН пресс-формы. Построив от линии О——О поля допусков 6ИЗГ и 6Изн получим наибольшее значение гнезда Аф шах. От линии О——О откладывают также допускаемое отклонение 6др других факторов (уклонов и пр.).
Отложив от Афщдх некоторую величину х, характеризуютцую увеличение размера гнезда в связи с температурным расширением, получим наибольшее (линия /—/) и наименьшее (линия 2——2) значения размера гнезда пресс-формы при заданной рабочей тем- пературе р. Абсолютное значение х принято равным для £ф шах и Аф Ш1П, так как температурное изменение, представляющее собой разность этих размеров, незначительно. По этой же причине можо пренебречь изменением размера гнезда, вызванным колебаниями температуры.
Установив предельные значения размеров гнезда пресс-формы, найдем наибольшее и наименьшее значения охватываемого размера отливки. Наибольшее значение Аотл шах будет при наибольшем размере гнезда и наименьшей действительной усадке; наименьшее значение размера отливки Аотл mln будет при обратном
Рис. 4.24. Структурные схемы полей рассеяния размеров:Рис. 4.24. Структурные схемы полей рассеяния размеров:
Рис. 4.24. Структурные схемы полей рассеяния размеров:
Рис. 4.24. Структурные схемы полей рассеяния размеров:
а 一 гнезда пресс-формы; б ——стержня; в — межосевого расстояния： Л и £ — размеры гнезда (стержня) соответственно при рабочей температуре % н 20 ℃
Продолжение табл. 4.3Продолжение табл. 4.3ЭскизЭскизХарактеристикаразмера отливкиХарактеристикаразмера отливкиФормулаФормулаОхватываемыйразмер отливки, выполняемый в одной части пресс- формы, ие связанной с разъемомОхватываемыйразмер отливки, выполняемый в одной части пресс- формы, ие связанной с разъемом丄ф + ^изг =п ^-ОТЛ. НОМ （ 1 十卜爲）*丄ф + ^изг =п ^-ОТЛ. НОМ （ 1 十卜爲）*Характеристикараамера отливкиХарактеристикараамера отливкиОхватываемый размер сквозного отверстия отливки, связанный с разъемом пресс- формыОхватываемый размер сквозного отверстия отливки, связанный с разъемом пресс- формыФормулаФормула£ф十6蓼зг —^ОТЛ. иом I 1 +£ф十6蓼зг —^ОТЛ. иом I 1 +Охватываемый размер отливки, связанный с разъемом пресс-формыОхватываемый размер отливки, связанный с разъемом пресс-формы丄ф十б^зг ==Lotji. ном [ 1 十丄ф十б^зг ==Lotji. ном [ 1 十_О,76_&_О,76_&Охватывающий размер отливки, оформляемый неподвижным стержнемОхватывающий размер отливки, оформляемый неподвижным стержнем£ф — ^изг —^•отл. ном （ 1 +£ф — ^изг —^•отл. ном （ 1 ++ 0,76+ 0,76Охватывающий размер глухого отверстия отливкиОхватывающий размер глухого отверстия отливкиРазмер между осями отливкиРазмер между осями отливкиРазмер отливки между отверстиями и торцовой частью подвижного стержняРазмер отливки между отверстиями и торцовой частью подвижного стержня£ф — ^ИЗГ -~н 厶。ТЛ. ном （ 1 ++ 盖） + 0,76£ф — ^ИЗГ -~н 厶。ТЛ. ном （ 1 ++ 盖） + 0,76
Продолжение табл. 4.3
Продолжение табл. 4.3
Эскиз
Эскиз
Характеристикаразмера отливки
Характеристикаразмера отливки
Формула
Формула
Охватываемый
размер отливки, выполняемый в одной части пресс- формы, ие связанной с разъемом
Охватываемый
размер отливки, выполняемый в одной части пресс- формы, ие связанной с разъемом
丄ф + ^изг =п ^-ОТЛ. НОМ （ 1 十卜爲）*
丄ф + ^изг =п ^-ОТЛ. НОМ （ 1 十卜爲）*
Характеристикараамера отливки
Характеристикараамера отливки
Охватываемый размер сквозного отверстия отливки, связанный с разъемом пресс- формы
Охватываемый размер сквозного отверстия отливки, связанный с разъемом пресс- формы
Формула
Формула
£ф十6蓼зг —
^ОТЛ. иом I 1 +
£ф十6蓼зг —
^ОТЛ. иом I 1 +
Охватываемый размер отливки, связанный с разъемом пресс-формы
Охватываемый размер отливки, связанный с разъемом пресс-формы
丄ф十б^зг =
=Lotji. ном [ 1 十
丄ф十б^зг =
=Lotji. ном [ 1 十
_О,76_&
_О,76_&
Охватывающий размер отливки, оформляемый неподвижным стержнем
Охватывающий размер отливки, оформляемый неподвижным стержнем
£ф — ^изг —
^•отл. ном （ 1 +
£ф — ^изг —
^•отл. ном （ 1 +
+ 0,76
+ 0,76
Охватывающий размер глухого отверстия отливки
Охватывающий размер глухого отверстия отливки
Размер между осями отливки
Размер между осями отливки
Размер отливки между отверстиями и торцовой частью подвижного стержня
Размер отливки между отверстиями и торцовой частью подвижного стержня
£ф — ^ИЗГ -~н 厶。ТЛ. ном （ 1 ++ 盖） + 0,76
£ф — ^ИЗГ -~н 厶。ТЛ. ном （ 1 ++ 盖） + 0,76
Формулы для расчета исполнительных размеров оформляющей полости пресс-формы
Открытый размер отливкн, не сня- занный с разъемом пресс-формыОткрытый размер отливкн, не сня- занный с разъемом пресс-формы£ф 士 5изг == ^ОТЛ. НОМ （ 1 +十 100 /£ф 士 5изг == ^ОТЛ. НОМ （ 1 +十 100 /
Открытый размер отливкн, не сня- занный с разъемом пресс-формы
Открытый размер отливкн, не сня- занный с разъемом пресс-формы
£ф 士 5изг =
= ^ОТЛ. НОМ （ 1 +
十 100 /
£ф 士 5изг =
= ^ОТЛ. НОМ （ 1 +
十 100 /
условии, т, е. при 丄力 min и наибольшей усадке, равной расчетной усадке хр. При одностороннем расположении допуска 6 《в тело» наибольший размер отливки — номинальны汪. *
Искомый исполнительный размер оформляющего гнезда пресс- фдрмы£
L© == Ьотл> НОМ "4" *р — 5^3* …^изн ― 5др^
°)°)Z-S7Z-S7/产,7叱?/产,7叱?*Q0+lj§'/%7*Q0+lj§'/%744
°)
°)
Z-S7
Z-S7
/产,7叱?
/产,7叱?
*Q0+lj§'/%7
*Q0+lj§'/%7
4
4
Рис. 4.25. Порядон простановки исполнительных размеров пресс-формы
После замены 6ИЗИ + 6ДР = 0,76 и расчетной усадки хр значением расчетного коэффициента усадки Кр имеем
£ф + ®изг = Lot л. иом (1 + Кр/1°°) — 0,76・
Коэффициент 0,7 перед допуском должен обеспечивать получение действительного размера отливки в нижней половине поля допуска, что позволит увеличить срок службы пресс-формы, так как увеличивается допускаемое поле на ее износ.
Построив аналогичные структурные схемы для охватывающих размеров (рис. 4.24, б), выполняемых в пресс-форме стержнями, и для межосевых расстояний (рис. 4.24, в), получим формулы для расчета исполнительных размеров стержня
Аф + 6ИЗГ - Ло.иом(1 + Кр/100) + 0,76
и межосевого расстояния
£ф ± 6h3d = Lq. ном (1 + Кр/1。。)・
Эти формулы выведены для расчета размеров, оформляемых в одной части пресс-формы. При оформлении отливок в обеих полуформах или подвижными стержнями необходимо учитывать дополнительные допуски на зазоры между подвижными частями полуформ 6工 и стержней 6СТ. Формулы для расчета исполнительных" размеров, оформляемых различными частями пресс-формы» приведены в табл. 4.3.
При определении исполнительных размеров полости пресс- формы сначала по чертежу детали делают чертеж отливки, на ко- торрм указывают оптимальные плоскости разъема, места выталкивания, подвода питателей и отвода соединительных каналов 156
к промнвннрм. На обрабатываемых плоскостях отливки допускаются отпечатки от выталкивателей или выступы до 1 мм, а на необрабатываемых — выступы или углубления до 0,5 мм. В последнем случае глубина отпечатков должна быть указана на чертеже. Нормы точности на размеры отливок и коэффициент усадки металла выбирают по таблицам, приведенным в гл. 2.
Сложные по конфигурации отливки имеют большое число размеров, выполняемых несколькими оформляющими деталями, вычерченными на разных листах чертежей. Это создает большие трудности при расчете размеров пресс-форм. Чтобы исключить эти трудности, рекомендуют перед простановкой исполнительных размеров на оформляющих деталях выполнить по чертежу отливки (рис. 4.25, а), так называемый условный литейный чертеж отливки, отображающий полость пресс-формы (рис. 4.25, 6). Размеры в условном чертеже отливки рассчитывают по формулам из табл. 4.3. Затем эти размеры переносят на чертежи оформляющих деталей пресс-формы (рис. 4.25, е).
5
КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
В условиях литья под давлением, когда отливка формируется за период, исчисляемый сотыми и тысячными долями секунды, необходимо осуществлять строгий контроль и запись основных технологических режимов процесса. В этих целях современные машины оснащают датчиками, измерительными или измерительно-запи- сывающими приборами. Так называемая «приборизация» машин позволяет повысить качество отливок, уменьшить процент брака, сократить время, требующееся на освоение новых форм при изменении номенклатуры отливок.
Главным преимуществом приборизации является стабилизация технологических режимов процесса, которая ведет к стабилизации качества продукции, одновременно повышая срок службы форм, машин и вспомогательного оборудования. Контроль режимов дает возможность корректировать значения отдельных параметров заполнения и подпрессовки путем совершенствования литникововентиляционной системы, системы охлаждения форм и схемы управления машиной.
КОНТРОЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И СКОРОСТИ ПРЕСС-ПЛУНЖЕРА
Контроль и регулирование скорости перемещения пресс-плунжер а является важнейшим фактором обеспечения качества отливок, повышения производительности труда и внедрения автоматизации.
Основным классификационным признаком средств контроля скорости прессования можно считать конструкцию датчика, фиксирующего перемещение или скорость движения пресс-плунжера. По принципу действия датчики можно подразделить на 11 групп: фотоэлектрические (инфракрасные) скорости и перемещения; индуктивно-частотные скорости и перемещения; угловые потенциометрические перемещения; магнитоэлектрические линейные скорости; магнитоэлектрические угловые скорости; тахогенераторные скорости; электро- и миллисекундные (в том числе с использованием электросекундомера); емкостный перемещения и скорости; ультразвуковой скорости; реохордный перемещения; механический скорости.
Приборы для контроля перемещения и скорости пресс-плунжера могут быть стационарными, установленными на машине, или переносными. Переносные приббры обычно входят в общий измерительный комплект, которым пользуются технологи и наладчики при освоении технологии изготовления новой отливки или выборочном контроле технологических режимов. Стационарные приборы предназначены главным образом для оператора.
Разнообразие анализируемых конструкций приборов контроля хода прессующего плунжера вызвано стремлением к автоматическому или полуавтоматическому регулированию скорости прессования на отдельных этапах процесса. Системы автоматического регулирования требуют замера перемещения и скорости плунжера.
Переходя к рассмотрению конструкций различных приборов, необходимо учитывать назначение графиков путь — время и скорость ——время, записанных датчиками скорости. Наиболее полную и удобную для анализа картину процесса прессования дает совокупность путевых и скоростных графиков. В этом случае без дополнительных расчетов можно определить значение скорости в любой фиксированной точке перемещения прессующего поршня. Для получения этих данных применяют комбинированные приборы, дающие возможность записывать на ленту осциллографа сразу два графика, или два отдельных датчика перемещения и скорости.
Для исследования изменения скорости прессования в процессе заполнения формы достаточно иметь запись графика скорость— время. По этому графику можно определить взаимосвязь между гидравлическими сопротивлениями в форме и динамическими характеристиками прессующего узла. Для оперативного контроля скорости перемещения плунжера удобен путевой график, для получения которого используют датчики простой и надежной конструкции. Имея эталонный график путь——время, оператор может регулировать по нему работу машийы до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное совпадение графиков, обеспечивающее заданное качество отливки. Абсолютные значения скорости в данном случае не имеют существенного значения. Эталонный график фиксируется после окончания освоения новой формы и установления технологических режимов.
Фотоэлектрические и электросекундные датчики скорости и перемещения. Датчик перемещения и скорости пресс-плунжера, изготовляемый МПО «Точлитмаш» им. С. М. Кирова, имеет два канала. В каждом канале расположен инфракрасный излучатель, который подключен на вход усилителя. Подвижная рейка с прорезями, жестко укрепленная на пресс-плунжере, периоди- дескн перекрывает оптические оси обоих каналов. В зависимости от расстояния между оптическими осями возможны различные режимы работы датчика.
Рис. 5.L Схема прибора дли контроля средней скорости пресс-плунжера фи^жн Wotan (ФРГ)
Электро- и м ил л исекундные датчики скорости основаны на измерении времени прохождения закрепленного на штоке подвижного элемента от одной фиксированной точки к другой. Эта датчики наиболее приемлемы для контроля средней скорости прессования на любом участке хода поршня в производственных условиях. Их собирают из стандартных, серийно изготовляемых дешевых элементов. Электросекундные датчики в виде станкам ных электросекундомеров устанавливают на некоторых машинах, изготовляемых ПО «Сиблитмаш», Электросекундомеры рекомендуется применять при скоростях прессования ниже 2 м/с. Интересна конструкция электросекундомера, смонтированного в одном блоке с круговым датчиком перемещения [34, 35]. Прибор позволяет определить как среднюю, так и истинную скорость перемещения прессующего поршня. Принцип работы прибора заключается в следующем. Шкив прибора тросом соединяется с поводком, укрепленным на штоке поршня. Со шкивом связан барабж, имеющий токопроводящую шину. Цепь замыкается через пру- жи нящий электроконтакт. При вращении шкива изменяется сопротивление потенциометра, записываемое на осциллограмме в виде графика путь—время. Шина и пружинящий контакт используются для включения электро секундомера. При постоянной 160
Рис. 5.2. Сяемы индуктивно-частотны® датчиков к устройств:
/ — датчик; 2 — преобразователь; 3 ——стрелочный прибор; 4 — рейка； 5 ——индуктивный датчик; 6 — шток； 7 — верхняя втулка; 8 •— обмотка; 9 — корпус обмоткн; 10 — магннв; U — элемент крепления магнита; /2 — ннжняя втулка
длине шины средняя скорость прессования будет определяться временем замыкания контакта и шины, которое измеряется электросекундомером.
На рис. 5.1 показана схема прибора Velocator фирмы Wotan (ФРГ) для контроля средней скорости пресс-плунжера. Скорость измеряется на заданном участке хода на расстоянии 15 мм между контактами 2. Импульсы тока, вырабатываемые генератором / с частотой 10 кГц, передаются от контактов 2 на счетчик импульсов 3, 4 н далее на аналого-цифровой преобразователь 5. Эти цифры регистрируются прибором и указываются стрелкой на индикаторе 6 до тех пор, пока оператор не снимет показания или не повторит замер скорости.
Иидуктивно-частотиые датчики. В основу прибора, изготовленного в ПО «Сиблитмаш» для машин, положен частотный принцип измерения максимальной скорости. При движении рейки 4 (рис. 5.2, а) относительносердечника датчика 1 его магнитное сопротивление периодически изменяется, вызывая изменение магнитного поля, охватывающего сердечник датчика, вследствие чего на выходе из него появляется электрический ток, частота которого прямо пропорциональна скорости перемещения прессующего поршня. Максимальное значение скорости с помощью преобразователя 2 фиксируется стрелочным прибором 3.
В связи с тем, что индуктивно-частотные датчики являются механически наиболее жесткими, их рекомендуется применять в системах автоматического регулирования машин.
Прибор для контроля скорости и перемещения ИС-2Т, разработанный и внедренный С. Г. Дьяковым с соавторами [46 ], предназначен для измерения скорости пресс-плунжера в двух произвольно задаваемых точках с цифровой индикацией значений скоростей и толщины пресс-остатка, а также для дискретного измерения. скорости по всей длине контролируемого перемещения с выдачей результатов на регистрирующее устройство либо на ЭВМ. В нем предусмотрена возможность задай ия граничных зна-
чений скорости в контролируемых точках, сравнение заданной скорости с действительной. Результаты сравнения выводятся на световые индикаторы. Датчик работает по принципу индуктосина и устанавливается н епоср едственйо в зоне измерения. Подвижная часть датчика (головка) жестко соединяется со штоком пресс- плунжер а, а неподвижная часть (линейка) крепится кронштейнами на цилиндре. Блок логической обработки может располагаться в стойке с двумя приборами. Предусмотрена работа прибора в двух режимах: однократное и дискретное измерения. В первом режиме определяется скорость в заданном интервале времени, во втором — скорость по всей длине контролируемого перемещения пресс-плунжер а. С началом движения пресс-плун- жера на выходе датчика получают данные о положении подвижной части датчика относительно точки отсчета, установленной с помощью кнопки установки нуля. На рис. 5.2, 6 приведена схема использования индуктивного датчика для автоматического регулирования скорости пресс-плунжера. В схеме использованы четыре головки без подвижных частей и пазы на штоке. Наличие пазов приводит к изменению магнитных характеристик штока, что используется для выдачи сигналов положения и скорости штока и связанного с ним плунжера. Пазы расположены с интервалом 1——2 мм. Число импульсов пропорционально скорости штока. Положение штока отмечается через короткие интервалы путем формирования электрических импульсов. Аналогичные датчики используются в последних моделях отечественных машин.
Магнитоэлектрические датчики линейной скорости. В группу магнитоэлектрических датчиков скорости объединено несколько конструктивных вариантов. Принцип действия датчика основан на явлении электромагнитной индукции, согласно которому при перемещении постоянного магнита вдоль измерительной катушки с сердечником, в результате пересечения магнитными силовыми линиями витков обмотки, в них наводится электродвижущая сила.
За рубежом широко распространены датчики с дифференциально-трансформаторной системой. Пресс-плунжер связан с сердечником, помещенным внутри обмоток дифференциально-трансфор- маторной катушки. Первичный преобразователь и измерительный прибор соединены между собой кабелем. При этом обмотки возбуждения соединены последовательно и питаются от сети переменного тока. Вторичные обмотки катушек включены навстречу друг другу через электронный усилитель. Датчик работает по индуктивному принципу; возникающий сигнал пропорционален скорости перемещения сердечника. На рис. 5.2, 6 приведена схема широко применяемого за рубежом датчика скорости, в котором использован этот принцип. Величина формируемого сигнала пропорциональна скорости перемещения подвижного элемента 一 магнита 10. Ввиду того, что ход датчика с дифференциальнотрансформаторной системой меньше хода пресс-плунжера, было разработано шарнирно-рычажное устройство, которое в 2 раза 162
Рис. 5.3. Схемы датчиков для измерения перемещений (а, б) и скорости (в): / — многооборотный угловой потенциометрический датчик перемещения поршня; 2 — нейлоновая втулка； 3 — шкнвы с нитью к штоку плунжера； 4 — тахогенераторный датчик скорости; 5 —• корпус; 6 ——кронштейн; 7 — троснк; 8 — однооборотный потенциометрический датчик перемещения; 9 — цилнндр прессования; 10 ——магнит： // ——подвижный контакт; /2 — обмотка; /3 — упор; 14 — шкнвы для передачи движения от плунжера; /5 — троснк; 16 — пружина； /7 — круговая шнна
уменьшает длину хода подвижной системы датчика по сравнению с ходом плунжера.
На рис. 5.3, 6 показана схема магнитоэлектрического углового датчика скорости и прибора с вращением ротора в виде магнита 10. При таком конструктивном варианте его удобно применять в одном приборе совместно с угловым потенциометрическим датчиком перемещения. Чувствительность датчика составляет 50 мкА/0,25 В при угловой скорости 42,5 гр аду с/с. Хотя данный датчик пригоден для определения мгновенной скорости, его основные преимущества проявляются при контроле максимальной скорости прессования, причем для этих целей он более удобен, чем другие датчики скорости.
Тахогенераторные датчики скорости. В этих датчиках вращательное движение преобразуется в электрический ток, напряжение которого пропорционально частоте вращения. Эти датчики успешо применяют на машине для литья блоков цилиндра автомобильных двигателей на Заволжском моторном заводе. На их основе во ВНИИлитмаше (г. Москва) был разработан прибор для измерения максимальной скорости прессующего плунжера. Конструкция этого прибора аналогична конструкции комбинированного прибора с угловым потенциометрическим датчиком перемещения (рис. 5.3, 6, 6). В обоих приборах приводной шкив связан
с прессующим плунжером стальной нитью, которая возвращается в исходное положение при обратном ходе поршня специальной пружиной. Тахогенераторный датчик связан со стрелочным прибором, отмечающим максимальную скорость прессования. Тахо- генераторные датчики рекомендуется использовать при высоких скоростях перемещения прессующего плунжера, когда некоторые магнитоэлектрические линейные датчики скорости искажают реальный характер графика скорость——время.
Угловые потенциометрические датчики перемещения. Конструкции таких датчиков для машин литья под давлением впервые разработаны в СССР [34]. Датчик преобразует угол поворота чувствительного элемента в электрическое сопротивление г. Значение г на выходе датчика зависит от положения токосъемного подвижного контакта и определяется зависимостью
г = Rap, где R — радиус контактной рукоятки; a — угловое перемещение токосъемного контакта; р — удельное сопротивление материала проволоки.
Чувствительность датчика определяют по формуле dr/da = Rp.
На рис. 5.3, 6 представлен комбинированный прибор для контроля перемещения плунжера с помощью углового потенциометрического датчика перемещения. Прибор имеет механическую систему для быстрого монтажа на машины разных типов и марок. На корпусе прибора смонтирован переключатель для автоматического включения осциллографа на фотографирование или протяжку пленки в любой требуемый момент времени. На приборе кроме датчика перемещения смонтирован магнитоэлектрический датчик скорости мод. ДОСС-2. Привод датчиков осуществляется через сменные шкивы. Через эти шкивы проходит нить, которую либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо к специальному поводку в виде ножа.Для записи хода плунжера прибор можно модернизировать, добавив устройство типа электрооекун- домера, фиксирующего среднюю скорость.
По сравнению с реохордньши потенциометрические датчики обеспечивают универсальность установки на машины различных типов, более высокую точность и возможность измерения очень длинных ходов с использованием либо многооборотных угловых потенциометров, либо редукторов. Для начала измерения пути могут использоваться быстродействующие герконы (магнитоуправляемые контакты). Флажок с постоянным магнитом крепится на шкиве. Эксплуатация потенциометрического датчика скорости перемещения показала, что при использовании современных электронных преобразователей можно существенно увеличить информацию, получаемую визуальным или графическим способом. Например, данные можно получать в пифровом виде. По величине 154
Рис. 5.4. C^^fA ультразвукового датчика для ишер^ия перемещения и скорости:
/ ——электрический нмпульс; 2 — постоянный магннт； 3 — волновод; 4 — медный стержень； 5 — ультразвуковой нмпульс
перемещения определяют дифференциальную скорость (при этом отпадает необходимость иметь отдельный датчик скорости и ускорения). Одиако в этом случае прибор усложняется.
На рис. 5.3 представлены конструктивные элементы современных приборов с магнитоэлектрическим датчиком скорости и потенциометрическими одно- и многооборотными датчиками перемещения.
Отметим, что использование приборных комплектующих элементов массового производства имеет много преимуществ по надежности и стоимости. Например, перспективно применение автомобильного трехфазного генератора, частота импульсов которого пропорциональна скорости вращения шкива или, другими словами, скорости перемещения пресс-плунжера. При освоении серийного производства данный генератор будет сблокирован с потенциометрическим датчиком, как в приборе, показанном на рис. 5.3, а. В итоге формируется высокоэффективный и дешевый комбинированный датчик и прибор скорости—перемещения. В нем может применяться блок потенциометрических датчиков упрощенного типа, которые изготовляют для систем подготовки топлива в автомобилях.
Ультразвуковой датчик. Действие ультразвукового датчика перемещения и скорости основывается на принципе магнитострикции ферромагнитных материалов [93]. Датчик, показанный на рис. 5.4, состоит из волновода, в середине которого проходит медный стержень, служащий проводником тока; он неподвижно соединен с машиной. Постоянный магнит неподвижно соединен со штоком пресс-плунжера и движется вместе с ним. Если на конец медного стержня поступает импульс тока, вдоль стержня начинает двигаться кольцевое магнитное поле. Когда это поле встречается с продольным магнитным полем постоянного магнита, они образуют спиральное поле и создают на время действия импульса тока эффект скручивания волновода. Это скручивание приводит к возникновению ультразвукового импульса, который р аспростр ан я ется по обе стороны волновода. На приемно-передающей стороне £ волновода ультразвуковой импульс вновь преобразуется в электрический импульс. Импульс на противоположной стороне подавляется. Датчик применяют редко.
КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ
Контроль давления прессования способствует стабилизации технологических параметров прессующего механизма, что улучшает качество отливок, снижает их брак. Кривые изменения давления
рабочей жидкости в цилиндре прессования во muqihx случаях записываются осциллографическими или самопишущими приборами совместно со скоростью прессования. Для измерения давления требуются специальные датчики. По конструктивным признакам все датчики измерения давления можно подразделить на следующие группы: манометры, индуктивные, тензометрические и электрические датчики. Датчики могут подавать сигналы на осциллографические приборы для определения мгновенных значений давления или на малоинерционные самописцы для определения значений давления за какой-либо промежуток времени. При выборе датчиков давления необходимо учитывать их инерционность. Наибольшей инерционностью обладают манометры, наименьшей ——датчики и приборы с осциллографом.
Манометры. Современные машины литья под давлением оборудованы манометрами, указывающими давление в различных точках гидравлической системы. Манометры позволяют регистрировать средние значения давлений, обеспечивая соблюдение технологических режимов и быстрое обнаружение неполадок в системе запирающего и прессующего механизмов. Для крупных машин, а в некоторых случаях и для средних, можно применять самопишущие манометры с записью показаний давления в прессующем цилиндре и мультипликаторе на ленте. Для этих целей можно использовать стандартные самопишущие манометры типа МПЭ-4. Такие манометры установлены на машине ПО «Сиб- литмаш» мод. ЛН-3809 с усилием запирания 30 000 кН.
По кривым измерения давления в прессующем цилиндре можно судить о возрастании гидравлических сопротивлений в процессе заполнения и эффективности работы мультиплицирующих устройств в процессе подпрессовки. Кроме того, по величине давления рабочей жидкости в прессующем цилиндре косвенно определяют давление металла в камере прессования или полости формы.
Индуктивные датчики давления. Очень широко для измерения и записи величины давления рабочей жидкости применяют индуктивные датчики давления. Они обеспечивают высокую точность измерения. Обычно на машинах литья под давлением устанавливают два индуктивных датчика давления типа ДД-10 и ДДИ-20 или датчик ДДИ-21. Датчики устанавливаются в цилиндре прессования и цилиндре мультипликатора. Принцип действия датчика заключается в том, что под давлением рабочей жидкости прогибается мембрана, изменяется зазор и, следовательно, индуктивность „ Рассматриваемые датчики давления для различных диапазонов измерения комплектуют с двухкан альньш индикатором давг ления мод. ИД-2М или ИВП-2. Последний предназначен для преобразования .индуктивности и активного сопротивления датчика в электрическое напряжение, передаваемое на шлейф осциллографа. Каждьш из двух каналов преобразователя можно использовать для записи кривой изменения давления в цилиндре прессования или мультипликатора. Аппаратура обеспечивает точ- 166 .
ность измерения до 2% в диапазоне частот до 500 Гц. В зависимости от величины давления существует 12 типоразмеров датчиков, которые отличаются друг от друга толщиной мембраны. Индуктивные датчики давления данного типа рекомендуется использовать при исследовании процесса или отработке оптимальных технологических режимов.
Тензометрические датчики давления. В настоящее время для измерения и записи величины давления рабочей жидкости в машинах литья под давлением наиболее часто применяют стандартные тензометрические датчики. Поскольку такие датчики требуют менее сложного комплекта аппаратуры, чем индуктивные, они более пригодны для стационарного монтажа на машине и оперативного контроля давления. Датчики конкретной марки выбирают по каталогу в зависимости от диапазона измеряемого давления, Датчики включают в мостовую электрическую схему осциллографа или быстродействующего самописца. Обычно их монтируют совместно с низковольтным усилителем. Для стационарных тензометрических датчиков целесообразно устанавливать дополнительный вентиль, прекращающий доступ рабочей жидкости к датчику, если он не используется.
В НИИСЛе (г. Одесса) разработан и внедрен датчик давления, который применяется для определения натяжения колонн [33]. Он состоит из тензопреобразователя, на упругой части которого расположены деформируемые (рабочие) тензорезисторы, а на утолщенной, не испытывающей деформации,——недеформируе- мые резисторы. На тензолреобразователе закреплены стакан с термокомпенсационными резисторами и корпус. Основным элементом датчика натяжения колонн является гибкая пластина. Деформация пластины фиксируется тензоэлементом. На недефор мир уемом стакане расположены термокомпенсационные резисторы. Усилие на пластину передается через толкатель, жестко закрепленный на гибкой мембране, и шарик.
Моибранный потенциометрический датчик давления. Принцип работы датчика заключается в том, что прогиб мембраны воспринимается рычагом потенциометра или переменного сопротивления. Такие датчики не требуют усилителей напряжения. Для них упрощается или вовсе не требуется тарирование. В то же время точность измерения электрических или, как иногда их называют, потенциометрических датчиков несколько ниже по сравнению, например, с индукционными.
В цеховых условиях можно применять стандартные малогабаритные датчики давления повышенной точности типа МД-Т. Эти датчики предназначены для дистанционного измерения избыточного давления жидкостей. В зависимости от величины измеряемого давления применяют датчики следующих типов: МД-120Т, МД-200Т, МД-400Т.
На рис. 5.5 приведены осциллограммы давления в цилиндре прессования, полученные е помощью электрического датчика на
Рис. 5.5. Осциллограммы перемещения плунжера (/) и изменения давления рабочей жидкости (2) в цилиндре прессования
установленной в СССР машине: мод. CLO85-8 (ЧССР) при исследовании литья под давлением термоупрочняемых сплавов. Одновременно на осциллограммах записаны кривые перемещения прессующего поршня, по которым подсчитывали скорость прессования. Осциллограммы на рис. 5.5, а получены при скорости прессования 0,25 м/с, а на рис. 5.5, б — при 0,5 м/с. При возрастании скорости прессования резко увеличивается гидродинамическое давление в начале заполнения формы. Проверка отливок показала, что характер изменения давления, зависящий и от скорости прессования, влияет на качество поверхности и плотность отливок.
При выборе прибора для контроля и записи давления рабочей жидкости всегда следует учитывать возможность одновременного измерения других параметров и, прежде всего, скорости прессующего плунжера. В качестве единого регистрирующего прибора можно использовать электронно-лучевые трубки с приставкой для фотозаписи, осциллографы с приставкой для быстрого проявления ленты и малоинерционные самописцы.
Контроль давления в рабочей полости пресс-формы. Контроль давления в рабочей полости формы дает наиболее точную информацию об одном из главных факторов, определяющих качество отливки. Однако практически осуществить такой контроль гораздо сложнее, чем в гидравлической системе машины. Первоначально применялись трудоемкие и сложные способы наклейки тензодатчиков на дополнительные выталкиватели или просто стержни, соприкасающиеся с жидким металлом. Затем от наклейки тензодатчиков отказались.
Надежная и оправдавшая себя на практике конструкция датчика фирмы Die Casting (США) приведена на рис. 5.6. Она применяется, в частности, в заводских лабораториях. Давление жидкого металла передается на выталкиватели / с переходной колодкой 2 из закаленной стали. Затем давление передается на малогабаритный датчик давления. На плите 4 с помощью винтов 11 168
крепитвя ограничительное кольцо 10 из закаленной стали. Внутрй этого кольца помещаетея оерийвшй тензо- метричеекий датчик даЕлв аия 12 маржи РВ-200 НТ, который приклеивают эпо- кеидной емолой к упору 9. Упор поджат пружиной, которая вторым концом может упираться в колодку 8 диаметром 25—30 мм. Последняя удерживается в требуемом положении с помощью заглушки 6 с винтами 7. Этим обеспечивается возможность быстрой установки без разбора основных плит. С целью фиксации проводников, идущих к измерительной аппаратуре, используются зажимы 5.
Рис. 5.6. Схема датчика для измерения давления в рабочей полости формыРис. 5.6. Схема датчика для измерения давления в рабочей полости формыДля перемещения выталкивателей используются соединенные между собой плиты 3 и 4.Для перемещения выталкивателей используются соединенные между собой плиты 3 и 4.КОНТРОЛЬ УСИЛИЯ ЗАПИРАНИЯ
Рис. 5.6. Схема датчика для измерения давления в рабочей полости формы
Рис. 5.6. Схема датчика для измерения давления в рабочей полости формы
Для перемещения выталкивателей используются соединенные между собой плиты 3 и 4.
Для перемещения выталкивателей используются соединенные между собой плиты 3 и 4.
Контроль усилия запирания имеет большое значение для обеспечения стабильных условий работы машины и формы, поэтому большую часть современных машин средней и большой мощности оснащают датчиками. На некоторых машинах помимо фиксации усилия запирания одновременно контролируют усилие раскрытия при запрессовке металла.
Приборы для измерения усилия запирания могут быть использованы для контроля и автоматического регулирования натяжения колонн. Для этих приборов используют главным образом механические, индуктивные и тензометрические датчики. Приборы контроля усилия запирания выполняют либо в виде стационарных устройств, являющихся частью конструкции запирающего механизма машины, либо в виде переносных лабораторных приспособлений, монтируемых на машине в случае необходимости. Обычно для переносных приспособлений применяют тензометрические даичцки, которые наклеивают на колонны машины.
Применение приборов для контроля усилия запирания позволяет уменьшить облой по плоскости разъема, что повышает точность размеров отливок и сокращает время на очистку формы. При надежном запирании формы можно использовать более высокие скорость и давление прессования, а это повышает качество
〃丿
Рис. 5.7. Устройство для контроля усилия запирания ПО «Сиблитмаш» (а) и фирмы Die Casting (США) (б): *
/ — индикатор; 2 — обойма; 3 — плита； 4 — пружина； 5 — втулка; 6 — щуп； 7 — направляющие колонны; 9 — составная втулка； 10 — шпонка; 11 — бронзовая гайка; /2 ——установочный кронштейн; /3 — втулка; 14 ——резьбовая втулка; 15 ——кронштейн； /6—18 — элементш индикатора узла
поверхности и плотность отливок. Контроль усилия запирания дает возможность устранить перекосы и перенапряжения отдельных элементов запирающего механизма, что увеличивает срок службы пресс-форм и машин.
Стационарные приборы механического типа. Такие приборы в СССР наиболее распространены. Их преимущества — простота и невысокая стоимость. Недостатки ——невозможность исполь-
зования для автоматического регулирования и графической записи, относительно низкая точность.
На рис. 5.7, а показана конструкция механического устройства для измерения усилия запирания, применяемого на машинах ПО «Сиблипйаш». Устройство вставляют в ступенчатые отверстия каждой из четырех направляющих колонн машин. Индикатор 1 с ценой деления 0,01 мм крепят к проушине втулки таким образом, чтобы его мерительный штифт упирался в стержень 6. Индикатор ставят в нулевое исходное положение вращением обоймы при отсутствии растягивающих напряжений в колонне, т. е. при раскрытой пресс-форме. Стержень 6 через втулку и пружину постоянно прижат к торцу отверстия в колонне через стальной шарик. После закрытия пресс-формы и возникновения в колонне растягивающих напряжений индикатор 1 покажет деформацию Д участка L, являющегося базой измерения. Уеилие Р, воспринимаемое колонной, определяют по формуле
Р = * EF,
где Е — модуль упругости материала колонии; F — площадь поперечного сечения колонны.
Измеряя AL и Р, можно протарировать шкалу прибора, если же такой шкалы нет, то на плите машины должен Находиться тарировочный график перевода делений индикатора в усилие.
Стационарные приборы с датчиками индуктивного типа (рис. 5.7, б) устанавливают на зарубежных машинах, а также на некоторых машинах ПО «Сиблитмаш» в каждой направляющей колонне. Деформации измеряют индуктивным датчиком. Основными элементами датчика являются электромагнитные катушки, а также якорь. Щуп постоянно прижат к торцу стержня, вставленного в глубокое отверстие колонны. При перемещении щупа 6 под влиянием деформации колонны изменяется индуктивность системы, так как изменяется положение якоря относительно катушек. Электрические сигналы поступают на индикаторный прибор, находящийся на панели шкафа электроавтоматики или на рабочем пульте машины. Прибор предусматривает блокировку, а также звуковую или световую сигнализацию, срабатывающую при недопустимых отклонениях от требуемой настройки механизма запирания пресс-формы. Дальнейшим шагом совершенствования машин является создание автоматических самонастраивающихся конструкций запирающих механизмов.
Стационарные приборы с тензометрическими датчиками. Такими приборами* комплектуют современные машины фирмы Wotan (ФРГ). Конструкция прибора предусматривает монтаж группы тензодатчиков на каждой из четырех колонн.
Тензодатчики вставляют в пазы колонн и заливают эпоксидной смолой, в которой укрепляют штеккеры для выводов. Тензодатчики, включенные по мостовой ехеме, соединены @ усилителем
рания машины и операции регулированиярания машины и операции регулированияи источником питания. Растяжение .каждой колонны фиксируется отдельным стрелочным индикатором. Дополнительно к четырем индикаторам (по числу колонн) на панели установлен пятый прибор, на котором отмечается суммарное усилие запирания .При возникновении перегрузки подается световой или звуковой сигнал
рания машины и операции регулирования
рания машины и операции регулирования
На некоторых машинах фирмы Buhler (Швейцария) предупредительный сигнал используется для автоматической подналадки путем затяжки гаек на колоннах. Принцип действия системы авто
матического регулирования усилия запирания Р8ап в зависимости от величины удлинения AL колонн показан на рис. 5.8. В соответствии с изменением усилия запирания Рзап изменяется
диаграмма изменения давления рзап в гидроцилиндре шарнирнорычажного механизма. Максимальные значения регистрируются и записываются электронным прибором, а затем сравниваются с предварительно выбранными эталонными значениями. Запрессовка происходит только при нормальном натяге колонн.
Применение приборов для контроля усилия запирания позволяет сделать следующее:
уменьшить облой по плоскости разъема и за счет этого повысить точность отливок, уменьшить трудоемкость зачистных работ, улучшить условия техники безопасности;
повысить плотность и чистоту поверхности отливки благодаря возможности использования более высоких скоростей и давлений прессования без выброса металла через плоскость разъема формы;
повысить срок службы машин благодаря устранению перекоеов и перенапряжений отдельных элементов. механизма запирания;
уменьшить возможность поломки и повышенного износа деталей пресс-формы и машины из-за перекосов подвижной плиты и формы;
усовершенствовать систему управления участком или цехом путем установки регистрирующих приборов на центральном диспетчерском пункте для централизованного управления.
При использовании дополнительных узлов можно контролировать усилие запирания, число рабочих запрессовок в час? про-
должительно(：ть простоев, момент разрегулировки машины. Последний фактор является особенно важным вследствие того, что корректировку можно осуществить заблаговременно, еще до полной разрегулировки и получения бракованных деталей.
Помимо пёречисленных выше датчиков применяют и другие. Так, может применяться пневмоструйный датчик плотности смыкания полуформ [33]. Однако в большинстве случаев эту функцию, видимо, может выполнять надежно работающий датчик полноты извлечения отливок.
КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРЕСС-ФОРМЫ И ТЕМПА РАБОТЫ МАШИНЫ
Для контроля температуры пресб-формы применяют переносные или стационарные датчики. Переносные датчики выполняют в виде контактных термометров или оптических приборов. Стационарные датчики обычно представляют собой термопары, вмонтированные в стенку формы. Они могут соприкасаться с заливаемым сплавом. Датчики температур можно использовать для визуального контроля и автоматического регулирования теплового состояния формы путем ее охлаждения или обогрева. Иногда променяют датчики для подачи светового или звукового сигнала при повышении установленных пределов температур.
Разработана конструкция датчика температуры, предназначенного для измерения температуры поверхности формы. Последовательность изготовления термопары следующая. Сваривается спай из хромель-алюмелевой проволоки диаметром 0,5 мм. Сваренная проволока вставляется в двухканальную керамическую трубку («соломку»), которая устанавливается в керамический корпус таким образом, чтобы спай был на уровяе его торца. Корпус нагревают в высокочастотной установке и паяют латунью или припоем на основе железа и марганца в соответствующими флюсами. После пайки шлифованием удаляют излишки припоя и покрывают торец корпуса слоем никеля или хрома толщиной 0,05 мм, который затем полируют.
Переносные контактные термопары. Контактные термопары обеспечивают быстрый контроль температуры поверхности формы без каких-либо дополнительных устройств. В этом преимущество контактных термопар, недостатком же является относительно невысокая точность измерения, хотя в большинстве случаев она вполне достаточна для практических целей.
Для быстрого измерения температуры формы весьма удобно применять контактный переносной термоэлектрический цифровой термометр ТТЦ-1-02 (НПО «Термоприбор», г. Львов).
Стационарные термопары, не соприкасающиеся с жидким металлом, Это наиболее практичный способ в условиях литейного цеха. Термопары можно применять для разового измерения температуры преев-форм, а также в уетройетвах для автоматического
прикосновением (б, 8)с жидким металлом:прикосновением (б, 8)с жидким металлом:/ — компенсационный блок; 2 — штепсельные разъемы； 3 — вставка термопары; 4 — припой; 5 ——термопары; 6 — риббоновые элементы термопары; 7 — изоляционный слой; 8 — слюдяные пластины; 9 — спай; /0 — осциллограмма изменения температуры на рабочей поверхности формы за одни цикл： Л ——компенсирующая схема; 6 н В ——соответственно холодный н горячий спаи/ — компенсационный блок; 2 — штепсельные разъемы； 3 — вставка термопары; 4 — припой; 5 ——термопары; 6 — риббоновые элементы термопары; 7 — изоляционный слой; 8 — слюдяные пластины; 9 — спай; /0 — осциллограмма изменения температуры на рабочей поверхности формы за одни цикл： Л ——компенсирующая схема; 6 н В ——соответственно холодный н горячий спаи
прикосновением (б, 8)с жидким металлом:
прикосновением (б, 8)с жидким металлом:
/ — компенсационный блок; 2 — штепсельные разъемы； 3 — вставка термопары; 4 — припой; 5 ——термопары; 6 — риббоновые элементы термопары; 7 — изоляционный слой; 8 — слюдяные пластины; 9 — спай; /0 — осциллограмма изменения температуры на рабочей поверхности формы за одни цикл： Л ——компенсирующая схема; 6 н В ——соответственно холодный н горячий спаи
/ — компенсационный блок; 2 — штепсельные разъемы； 3 — вставка термопары; 4 — припой; 5 ——термопары; 6 — риббоновые элементы термопары; 7 — изоляционный слой; 8 — слюдяные пластины; 9 — спай; /0 — осциллограмма изменения температуры на рабочей поверхности формы за одни цикл： Л ——компенсирующая схема; 6 н В ——соответственно холодный н горячий спаи
регулирования их температуры. В обеих полуформах необходимо предусмотреть места для установки датчика температур мод. ТХК-539. Расстояние от торца термопары до формообразующей поверхности составляет 3——5 мм (рис. 5.9, а).
Если нет опасений поломки формы, можно повышать чувствительность данного метода за счет уменьшения толщины перегородки между торцом термопары и стенкой рабочей полости пресс- формы. Если, например, довести эту толщину до 2 мм, то циклические изменения температуры будут регистрироваться с достаточно высокой точностью. Однако при этом следует обеспечить точность изготовления гнезда, чтобы исключить возможность повреждения пресс-формы, В настоящее время разработаны вполне надежные способы аргонодуговой заварки дефектов пресс-формы, благодаря чему снижается степень риска преждевременного выхода из строя всей пресс-формы.
В цеховых условиях достаточно эффективным оказалось применение малоинерционной термопары диаметром 0,5 мм. Она 174
ветавляетея в еверления, не доходящие до рабочей полоети на 1 мм, благодаря чему обеспечивается довольно точная регистрация цикловйх перепадов температур.
Термопары, соприкасающиеся с жидким металлом. Такие термопары применяют для измерения температуры контакта на рабочей поверхности формы. Вывод спая термопары на поверхность обеспечивает высокую точность и главным образом минимальную инерционность, что особенно важно при осциллографической записи температуры. Основным недостатком этих термопар является низкая стойкость.
Термопары, соприкасающиеся е жидким металлом, применяют для контроля параметров, а также для совмещения операции контроля и автоматического регулирования температуры пресс- форм. В установке для контроля и регулирования температуры преее-формы, разработанной организацией ILZRO (США), поверх- костная термопара связана 6 автоматичееким у ©тройством включения начала литейного цикла, которое происходит только при охлаждении формы перед заливкой. Схема включения термопары (рис. 5.9, 6, 6)состоит из трех элементов: горячего спая В, который фиксируется на поверхноети преее-формы, холодного спая Б, выведенного из пресс-формы, и компенсирующего блока 4. Первые два элемента монтируют постоянно в каждой форме, а компенсирующий блок, подключаемый через штепсельный разъем, является общим для всех форм. Рабочая температура штепсельных разъемов не должна превышать 150 ℃. В качестве датчика использована хромоникелевая термопара е минимальной толщиной изоляции, заключенной в трубочку диаметром 1 мм. На рабочей поверхности формы торец термопары шлифуют вместе со вставкой, образуя спай. Термопары диаметром более 1 мм обладают повышенной инерционностью (1 с и более).
Для монтажа термопары можно использовать обоймы и неподвижные стержни. При отсутствии етержня в форму монтируют специальную вставку. В качестве таких вставок применяют вытал- Кивающйе штифты. Для запайки термопар используют припой порошкообразный, который запрессовывается вместе с термопарой в отверстие вставки. Затем вставки нагревают в печи в среде аргона при 1050 ℃ в течение 5—15 мин и быстро охлаждают в среде аргона.
На рис. 5.9, 8 показана конструкция поверхностного датчика температуры с использованием серийной «риббоновой» термопары фирмы Nanmac (США). Термопара имеет очень малую инерционность (менее 10 мс) благодаря применению ленточных элементов толщиной 0,025 мм. Каждый элемент покрыт слоем изоляции толщиной 0,005 мм. Термопара находится в корпусе из того же материала, что и форма. После установки корпуса его шлифуют заподлицо е рабочей поверхностью формы. В процессе шлифования торцы риббоновых элементов еоединяютея между собой, образуя малоинерционнкай епай.
Рис. 5.10. Схема измерения температуры металла в оформляющей полости ра- вовБши термопарами:
/ ——термопара; 2 — подвижная полуформа; 3 — прокладка； 4 亠 неподвижная полуформа
Разовые термопары, соприкасающиеся с жидким металлом. Методика измерения температуры металла в полости пресс-формы рассмотрена в работе [34 ]. Ввод разовых термопар в пресс-форму не должен нарушать нормального функционирования пресс-формы. Наиболее пригоден для этой цели способ размещения термопар в специальной прокладке, устанавливаемой в плоскости разъема. Такой способ рекомендуется при проведении исследовательских работ и освоении новых отливок. Для оперативного контроля он непригоден, так как установка прокладки изменяет размеры отливки. Спай либо приваривается к исследуемой поверхности вкладышей, стержней или арматуры, либо фиксируется в точках рабочей полости, заливаемых затем жидким металлом. Другие концы термопар соединяют через компенсационную схему с осциллографом. Прокладку толщиной 1—1,5 мм из стального, алюминиевого или латунного листа (рис. 5.10 и 5.11) надевают на направляющие колонки формы по плоскости разъема. В центре пластины вырубают окно размером на 1—2 мм больше, чем размеры оформляющей полости формы. Затем разрезают одну из перемычек от края рамы до центра окна. Рамку слегка разжимают и в образующийся зазор закладывают термоэлектронную проволоку диаметром 0,1—0,2 мм во фторопластовой изоляции. Если требуется дополнительное крепление термоэлектродной проволоки, то в рамке сверлят отверстия, через которые продевают медную《голую》 проволоку.
Вводимые в рабочую полость тонкие малоинерционные термопары можно подключать к 10—15 точкам отливки и рабочей полости. Это позволяет определять температуру металла и температурное поле стержней или армирующих элементов, омываемых жидким металлом. Кривые изменения температуры, построенные по осциллографическим записям показаний термопар системы отливка—арматура в точке Л (на рабочей поверхности), точке Б (на расстоянии 2,5 мм от поверхности арматуры) и точке В (в центре арматуры), приведены на рис. 5.11. Арматуру из электротехнической стали заливали сплавом АЛ2в холодной форме. Температура 176
Рис. 5.11. Схема измерения (а) и кривые изменения темпер атурш (б) отливни и арматурыРис. 5.11. Схема измерения (а) и кривые изменения темпер атурш (б) отливни и арматуры
Рис. 5.11. Схема измерения (а) и кривые изменения темпер атурш (б) отливни и арматуры
Рис. 5.11. Схема измерения (а) и кривые изменения темпер атурш (б) отливни и арматуры
заливки сплава 630—640 ℃. Кривые Л, 5, В получены для отливки толщиной 60ТЛ = 10 мм, а кривые 4‘, 5', В' — для 60ТЛ = 4 мм. Горизонтальный участок кривых Л и Д' соответствует периоду затвердевания отливки. Осциллограммы изменения температуры металла и арматуры позволяют при освоении новой формы установить необходимое время выдержки отливки до ее удаления.
Описанную методику применяют преимущественно при отладке технологических процессов и исследованиях температурных режимов промышленных пресс-форм.
Контроль темпа и ритма работы машин. Темп работы машины ЛПД, т. е. число литейных циклов в единицу времени, определяет, в частности, тепловые условия формирования отливки и тепловую нагрузку формы. Темп работы задают в технологической карте продолжительностью одного цикла литья. Несоблюдение этого параметра приводит к отклонению качества отливки от заданного. Стабильный ритм работы машины способствует стабиль* иости качества отливок и улучшает условия эксплуатации оборудования.
Обычно контроль темпа и ритма работы машин осуществл я ется одновременно самопишущими приборами или другими устройствами. Приборы могут быть либо стационарными, обслуживающими одну или несколько машин, либо нестационарными. Последние чаще всего входят в состав измерительных комплексов. Контроль может быть совмещен с записью какого-либо технологического параметра процесса. Например, прибор для измерения и записи средней скорости прессования фиксирует на ленте самописца ординаты средней скорости и продолжительность каждого литейного цикла. Измерение ритма в производственных условиях пока-
зало, что еро отклонение от заданных величин влияет на скорость прессования даже при одном и том же положении вентиля подачи рабочей жидкости в цилиндр прессования.
Один из приборов контроля и записи ритма создан на базе стандартного самописца ЭПП-06, в схему которого введены электромагниты, срабатывающие при подаче импульса от каждой машины. Импульсы подают от электромагнитных реле, включаемых в момент начала перемещения прессующего поршня. На ленте прибора записываются одновременно показания от шести-восьми машин. При скорости движения ленты 60-мм/ч для записи показаний в течение одной смены требуется около 0,5 м ленты. Данные контроля темпа и ритма работы группы машин помогают технологу выявить причины брака отливок и вовремя внести коррективы в технолоричеекие режимы.
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Датчики для контроля различных технологических режимов ЛПД могут являться частью общей измерительной системы. Сигналы от датчиков поступают, как правило, на комплекс приборов. Поэтому наиболее целесообразно объединять датчики и регистрирующие приборы в общий контрольно-измерительный комплекс (КИК), в котором отдельные узлы выполняют самостоятельные функции. Составными частями КИК являются: чувствительные элементы, датчики, усилители или преобразователи сигналов от датчиков, компенсационные схемы, регистрирующие приборы, а в случае автоматизации е обратной связью — программный вычислительный механизм.
Можно выделить следующие группы КИК： стационарные цеховые (условно-стационарные), передвижные цеховые, передвижные исследовательские, стационарные исследовательские, универсальные (для нерегулярного лабораторно-цехового обслуживания или только исследований). По типу основного прибора различают: электронно-цифровые, осциллографические, осциллоекопические, регистрирующе-перьевые (малоинерционные самописцы), комбинированные КИК. Имеются двухканальные и многоканальные КИК серийного или единичного (макетного) производствй. Некоторые КИК внедрены на заводах, другие — только в лабораториях, третьи находятся на стадии заводского внедрения.
Первый универсальный отечественный КИК промышленного и лабораторно-промышленного типов получил назвавие ЦИКЛ (рис. 5.12) [38]. Он предназначен для автоматизированного сбора информации о технологических режимах литья под давлением, может работать автономно (при наладке машин, внедрении новых отливок и т. д.) или с различными устройствами. Максимальное число измеряемых параметров — десять; для расширения диапазона измерений число блоков можно увеличить. ЦИКЛ измеряет и регистр ирует ©короеть преее-плунжера на первой и вто- 178
Рис. 5.12. Схема цифрового ииформациоииого комплекса <ЦИКЛ>:
/ — блок питания; 2 — регистратор простоев мод. НЗО; 3 ♦ датчик усилия запирания МД-Т; 4 — датчик давления ДД-10; 5 — датчик перемещения и скорости; 6 — аналогово- цифровой преобразователь； 7 — термопара； 8 ——транскриптор Ф5033； 9 ——печатахрщая машина мод. ЗУМ-9; 10 — измеритель скорости прессования ИСП; 11 ——шле^)овый осциллограф К-125； 12 — измеритель времени иарастаиия давления； 13 — цифровой вольтметр Ф204/1; 14 — блок измерения усилия запирания и регистрации простоев; 15 — дискриминатор П-15
рой фазах прессования, время нарастания давления в цилиндре прессования, усилие запирания машины, усилие выталкивания отливки, время выдержки отливки в форме, время цикла, температуры левой и правой полуформ, а также металла в раздаточной печи. Для всех режимов имеется выход на цифровое печатающее устройство, работающее в комплексе с пишущей машинкой или перфоратором. Для скоростей, времени нарастания давления, усилий запирания машины и выталкивания отливки в ЦИКЛе имеется цифровая индикация по три десятичных разряда для каждой величины.
Идеи, воплощенные в ЦИКЛе, частично были использованы в комплекте приборов ПО «Сиблитмаш». Например, им была укомплектована машина с усилием запирания 8000 кН для тонкостенных отливок. Эта и некоторые другие машины оснащены тензометрическими датчиками давления и натяжения колонн, фотоэлектрическими датчиками фиксации скорости прессования, датчиками температуры формы и печи. На нескольких отечественных предприятиях внедрен КИК с датчиками, показанными на
рис. 5.3. Этот комплекс не предназначен для замены микропроцессорных и других электронных блоков, а используется лишь на тех предприятиях, которые эксплуатируют основной парк ранее изготовленного оборудования.
МПО «Точлитмаш» разрабатывает и изготовляет КИК мелкими сериями. На машине мод. СЭ711Б08 установлены КИК, выполняющие чисто информационную функцию. Они измеряют среднюю скорость движения пресс-плунжера в диапазоне от 0,001 до 0,999 с, информация выдается в цифровом виде. В шкафу управления машины мод. ДУ11В08 установлены следующие КИК (индикаторы): модуль индикатора скорости; модуль индикатора времени нарастания давления; три модуля индикатора давления. Модуль индикатора скорости используется не только для информации о скорости движения пресс-плунжера, но и для регулирования скорости в зависимости от заданной программы. Информа- ция выдается в цифровом виде. Цифровой индикатор измеряет время нарастания давления в полости гидроцилиндра в диапазоне от 0,001 до 0,999 с. Имеется возможность перестройки измерения уровней давления для регулирования времени нарастания давления. Информация выдается в цифровом и аналоговом виде; предусмотрена возможность записи светолучевым осциллографом переходного процесса и хранения информации.
В состав ряда комплексов и линий дополнительно может входить индикатор для определения величины натяжения колонн и усилия запирания с выдачей информации в аналоговом и цифровом виде, с возможностью регулирования усилия запирания в процессе работы.
Измерительный комплекс мод. «Гранит» с набором датчиков и комплектов приборов к ним [3] обеспечивает прием и преобразование сигналов датчиков, сравнение измеряемых величин с указанием величин отклонений, выдачу управляющего сигнала на остановку машины при выходе отклонений за пределы допустимых. Комплекс стыкуется с пультом управления основным и вспомогательным оборудованием «Гранит 02-03》, обеспечивая функции управления работой автоматизированного комплекса и контроля технологических параметров (температура пресс-формы по шести каналам, температура металла, давление рабочей жидкости в гидросистеме, максимальное давление рабочей жидкости, время нарастания давления от заданного до максимального, усилие запирания отдельно по колоннам, усилие суммарное запирания, положение пресс-плунжера, максимальная скорость перемещения плунжера, размер пресс-остатка). КИК мод. ИС-2Т и ВНД-1 имеют одинаковые габариты и выполнены на единой элементной базе (микросхемы серии К155), что позволяет компоновать их в единой измерительной стойке и облегчает эксплуатацию и ремонт.
Комплекс, разработанный в Киевском институте автоматики, укомплектован программами измерения технологичееких режимов. 180
Рис. 5.13. Блок-схема измери- тельио-упр авляющей системы Datacontrol (ФРГ):
I — групповой интерфейе; 2 — шкаф измерения режимов и управления печью; 3 — устройство нагрева- охлаждения форм; 4 — заливочио- дозирующее устройство; 5 — смаз- кораспылиФельное устройство; 6 — извлекахель отливки; 7 — устройство контроля натяжения колонн;
8 — блок записи оперативных дай-
ных; 9 — микропроцессор машниш； 10 — блок ввода цифровых данных; I/』цифровой блок, переключающие клапаны, лампы, контакторы; 12 — аналоговый блок, управляющие вентили и клапаны; 13 — блок ввода сигналов перемещения прессующего поршня и перемещения ф°Рма н вшталкивателей; 14 — блок кнопочного ввода; 15 — монитор； 16 — привод кассетной ленты; 17 — блок аналогового ввода данных о давлении; 18 — блок регистрации перемещения поршня; 19 — графический микропроцессор; 20 — графопостроитель; 21 — устройство распечатки технологических режимов
Информационная АСУТП базируется на ЭВМ СМ-1800 при работе с литейными машинами мод. АЛ711Б08. Обеспечивается ввод в систему исходных данных для контроля технологического процесса; сбор и первичная обработка информации, диагностика технологических параметров, контроль времени выдержки отливки в форме и продолжительности цикла, контроль температуры неподвижной и подвижной частей формы, контроль усилия запирания, контроль температуры металла в раздаточной печи, совмещенная обработка скорости плунжера и давления прессования, формирование массива итоговых данных по отливкам.
КИК разработаны в НИИСЛе [33], МВТУ и других организациях. По данным Финка [106], в ФРГ внедрен КИК «Datacontrol» (рис. 5.13). Измерение параметров литья облегчает быстрый выбор оптимальных режимов для данной партии отливок. Это достигается путем использования микропроцессоров в сочетании с квалифицированно составленным программным обеспечением. Принято централизованное размещение группы микропроцессоров. Это позволяет, например, страничный объем полученной информации отправить на распечатку в процессе работы машины, что дает возможность сразу же сопоставить измеренные технологические режимы с установленными. С помощью серийных интерфейсов накапливается информация, поступающая от раздаточной печи, смазкораспылителя, заливочно-дозирующего устройства, обогревающих и охлаждающих авторегуляторов, обрезного пресса.
Во время каждого цикла прессования происходит измерение технологических режимов, которые могут высвечиваться при нажатии кнопки. Измерительный блок является неотъемлемой частью системы управления. На дисплее высвечивается несколько кривых, по которым видна зависимость скорости и давления прессующего плунжера от его положения во время хода. При этом можно получить данные, относящиеся к определенной точке положения плунжера.
Пределы каждой фазы прессования легко можно регулировать во время производства. Каждая фаза может быть ограничена и тем самым измерена с помощью двух линий. Средняя фактическая скорость прессующего плунжера затем вычисляется на основании данных об интервалах времени и хода. Время нарастания давления машины с холодной камерой прессования измеряется по величине давления в третьей фазе подпрессовки. Когда начинаются измерения, интервалы времени обычно заменяют интервалы хода. Достигается возможность точного регулирования фазы ускоренного перемещения плунжера и подпрессовки.
После достижения оптимальных результатов кривые прессования и другие данные вносятся в память ЭВМ. При возобновлении в будущем производства данной партии отливок калибровочные кривые и другие данные запрашиваются из блока памяти ЭВМ. Оператор имеет возможность наблюдать за протеканием процесса прессования.
Цеховой КИК фирмы ВйЫег (Швейцария) включает шкаф, в верхней части которого помещены приборы для измерения скорости перемещения 1：лунжера или времени заполнения формы по продолжительности подачи импульсов на заданном отрезке пути. Сигналы от этих приборов поступают на печатающее устройство для регистрации времени прессования. Нижний блок предназначен для контроля и записи давления рабочей жидкости в цилиндре прессования на базе осциллографа с использованием ультрафиолетовой бумаги, на которой без дополнительного проявления фиксируется кривая давление ― время. Контроль перемещения пресс-плунжера осуществляется емкостным датчиком, который соединен с комплектом Injectrol фирмы Biihler (Швейцария) кабелем со штепсельным разъемом. Перед началом работы производится калибровка измеряемой длины хода плунжера.
Датчик давления, так же как и датчик перемещения, установлен в рабочей полости цилиндра прессования. После присоединения датчика давления к установочному блоку на ультрафиолетовой бумажно访 ленте осциллографа записывается процесс запрессовки, давление и скорость. Одновременно на кривой давление— время видны две ограничительные точки, предварительно выбранные по заданной величине продолжительности запрессовки. Если комплект Injectrol применяется в качестве неавтономного Измерительного комплекса для контроля каждой запрессовки, то при отклонении установленных по технологической карте режимов на приборе включается сигнальная лампочка для того, чтобы отливка была отложена и дополнительно проконтролирована.
Фирма Tymac Controls (США) базирует КИК на ЭВМ для обработки данных о скорости пресс-плунжера, кривой нарастания давления, ходе поршня, нагрузке на каждой колонне, температурах формы и жидкого металла и др. Одновременно обрабатываются данные о положении и срабатывании многочисленных клапанов и вентилей гидравлической системы машины. Одйой 182
из функций системы ЭВМ является автоматическая установка нуля при разрегулировках цепей измерительных приборов.
В измерительно-регистрирующие блоки с ЭВМ поступают данные о предельно допустимых значениях. Система обеспечивает автоматическое сравнение измеренных и заданных параметров с последующей выдачей сигнала об аварии, если выявится недопустимо большое расхождение. Если на колоннах возникнут слишком большие нагрузки, то работа машины прекращается (перегрузка может явиться следствием, например, приварки отливки к одной из полуформ). При возникновении слишком толстого облоя изменяется регулировка кривой нарастания давления в механизме прессования.
Внедренный на ВАЗе КИК CS фирмы Wotan (ФРГ) служит для непосредственного измерения усилия прессования, скорости пресс-плунжера, записи графика давления. КИК CS состоит из следующих блоков приборов. Первый блок предназначен для измерения и контроля усилия запирания, устанавливаемого соответственно для каждого вида отливок. Второй блок контролирует и измеряет усилие запирания или нагрузку, действующую на каждую из четырех колонн. Для этого на каждой колонне в плоских пазах установлены тензометрические датчики, которые объединены в мост Уинстона. Электрический сигнал, пропорциональный напряжению материала колонны, отбирается на диагонали моста и подается к усилителю. Усиленный сигнал поступает в индикаторный прибор, который показывает нагрузку. Эти индикаторные приборы являются измерительными контакторами. Если измерительный контактор сигнализирует о помехе, то рабочий цикл машины прерывается. Третий блок измеряет скорость пресс-плунжера во время второй фазы, т. е. во время заполнения формы. Некоторые электронные измерительно-индикаторные приборы определяют характер кривой запрессовки. По кривой давления можно устанавливать заданное время переключения фаз, значение допрессовки. При каждой запрессовке на экране электронного индикатора настройки появляется истинное изменение кривой запрессовки. Кривая давления удерживается в запоминающем устройстве, производится перезапись каждой новой кривой, если предыдущая кривая не стиралась нажатием кнопки. Для цифрового определения времени нарастания давления в приборе включается электронное отсчетное устройство после уменьшения давления ниже нижнего предела. Счет времени прерывается, когда давление превысит заданное значение.
КИК CS используется в корпусе цветного литья КамАЗа. Он позволяет постоянно контролировать технологические режимы литья, т. е. получать отливки стабильного качества. При любом отклонении от заданных значений поступает звуковой сигнал или машина останавливается. В период освоения новых изделий КИК позволяет в короткий срок найти оптимальные технологические режимы для получения качественных отливок.
66АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ Т EX НОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
6
6
ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
Изменение качества отлнвок связано с колебанием параметров технологического процесса. Нестабильность параметров процесса изготовления отливок приводит к появлению брака [72 ]. Анализ процесса литья под давлением показывает, что брак отливок появляется по двум главным причинам: либо не оптимизированы режимы литья, либо они нарушаются при изготовлении отливок.
Если режимы литья не оптимизированы, т. е. не найдены такие параметры технологического процесса, при которых качество отливок удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям, то необходимо провести исследования, связанные с определением оптимальных режимов. Если же оптимальные режимы найдены, >а брак отливок возникает вследствие нарушения режимов литья, то это может происходить либо по вине литейщика, либо по вине оборудования. Литейщик, работающий на машине литья под давлением, не может в течение всей смены выполнять операции по изготовлению отливок в одном и том же темпе и поддерживать на заданном уровне технологические параметры. Чтобы исключить действие человеческого фактора на технологический процесс, необходимо автоматизировать ручные операции. Для стабилизации переменных параметров, зависящих от работы оборудования в условиях случайных возмущений, необходимо автоматизировать их регулирование.
Таким образом, для повышения качества отливок требуется оптимизация режимов литья, автоматическое поддержание найденных оптимальных параметров и автоматизация ручных операций, выполняемых литейщиком.
Каждое из перечисленных мероприятий является довольно сложной задачей. Так для оптимизации режимов литья необходимо иметь методику выполнения исследования, контрольноизмерительные и регистрирующие средства. Для автоматического регулирования параметров технологического процесса требуются надежные и долговечные датчики, исполнительные органы, включающие следящий привод, а также средства управления и программирования. Для автоматизации ручных операций необходимы заливочно-дозирующие устройства, промышленные роботы или манипуляторы, автоматические устройства для смазывания 184
пресс-формы.и элементов пресс-группы, устройства для охлаждения отливки и контроля полноты извлечения отливки из пресс- формы.
Решение поставленных задач позволяет существенно снизить брак отливок. Однако при работе оборудования в автоматическом режиме по жесткой программе возможны внешние возмущения (пополнение расплавом раздаточной печи, подлив расплава в зазор между пресс-поршнем и наполнительным стаканом и др.), нарушающие оптимальные режимы литья и приводящие к браку. Для нормального хода технологического процесса необходимы контроль качества отливок н корректирование режимов литья. Эти функции обычно выполняет оператор, обслуживающий автоматизированную систему литья под давлением. Он фактически поддерживает обратную связь между входными и выходными параметрами технологического процесса.
Чтобы автоматизировать операции контроля качества отлнвок и корректирование режимов литья, необходимо разработать средства контроля показателей качества отливок, создать математическую модель, связывающую показатели качества отливки с переменными параметрами технологического процесса, разработать алгоритм управления процессом литья и реализовать этот алгоритм на каком-либо управляющем устройстве. Обычно в качестве управляющего устройства используют ЭВМ. Такие автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) получают все большее распространение как в нашей стране, так и за рубежом.
Таким образом, для создания АСУТП литья под давлением требуется решить комплекс задач: оптимизировать режимы литья, разработать автоматические регуляторы параметров, автоматизировать ручные операции, автоматизировать контрольные операции, разработать математические модели процесса и алгоритмы управления процессом. Решение трех первых задач позволяет автоматизировать производство отливок по жесткой программе и добиться снижения брака отливок. Для получения отливок с максимально высокими свойствами необходимо организовать оптимальное управление технологическим процессом, т. е. с первыми тремя задачами требуется решить еще три, связанные с контролем качества изготовленных отливок и созданием алгоритмического и программного обеспечения для управления процессом.
Вопросы автоматизации контроля качества отливок исследованы недостаточно и требуют глубокого изучения в целях создания технических средств.
Созданию математических моделей процесса литья под давлением посвящен целый ряд работ [28, 48, 55, 63 ]. Сложность адекватного описания технологического процесса состоит в многообразии переменных параметров и случайных возмущений, возникающих при изготовлении отливок. Для описания процесс^ литья под давлением могут быть использованы детерминирован-
ные и стохастические математические модели. Детерминированная модель соответствует определенным связям входных и выходных параметров процесса. Стохастические модели используют в случае неполной о пр ед еленности связей переменных параметров и показателей качества отливок, но которые можно оценить статистически.
Детерминированные математические модели обычно применяют для качественного изучения процесса литья под давлением. Для управления технологическим процессом их не применяют из-за недостаточной адекватности описания этого процесса.
Стохастические математические модели учитывают сложные связи переменных параметров и показателей качества отливок. Их получают обычно путем обработки статистических данных методами корреляционного и регрессионного анализов. Эти модели носят частный характер и могут быть использованы для оптимизации режимов литья отливки, при изготовлении которой были получены статистические данные.
Наибольшее распространение для получения стохастических математических моделей получили методы пассивного и активного экспериментов, используемые в работах И. И. Прохорова, Р. М. Калиша, Н. Ф. Мухаметжанова и других исследователей.
Для управления технологическим процессом литья под давлением можно также использовать математическое обеспечение, полученное на основе методов распознавания образов для выбора решений [48 ].
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
Одной из главных задач организации автоматизированного управления технологическим процессом является оптимизация технологических режимов. Для определения оптимальных режимов литья под давлением проводят серии экспериментов, на основе которых устанавливают связи переменных параметров и показателей качества отливок. Обычно это довольно длительный и трудоемкий процесс, включающий большое число экспериментов. Сократить число экспериментов и получить математическую модель позволяет планирование эксперимента. Основы метода изложены в трудах В. В. Налимова, В. Г. Горского, Ю. П. Адлера и др.
Планирование эксперимента. При планировании эксперимента используют методы пассивного и активного экспериментов.
Метод пассивного эксперимента является традиционным. Он заключается в том, что ставится большая серия опытов с поочеред- ным варьированием каждой переменной. К методу пассивного эксперимента относится также сбор статистических данных в режиме нормальной эксплуатации машины литья под давлением.
При освоении изготовления новых отливок оптимизация режимов осуществляется обычно путем варьирования наиболее важными параметрами и регистрации полученного качества отливок.
В зависимости от сложности отливки определение оптимальных режимов ли工ья может продолжаться несколько месяцев.
Сбор статистических данных о параметрах и качестве отливок в режиме нормальной эксплуатации машин литья под давлением и последующая обработка полученных результатов методами регрессионного и корреляционного анализов позволяют сократить сроки оптимизации режимов литья. Однако число опытов при проведении пассивного эксперимента достаточно велико. Сократить их число, а, следовательно, и быстрее установить связь между переменными параметрами литейного процесса и показателями качества отливок позволяет метод активного эксперимента, который проводится по заранее составленному плану. Этот метод предусматривает одновременное изменение всех переменных параметров, влияющих на качество отливки.
Оптимизация режимов литья под давлением с помощью планируемого эксперимента включает следующие этапы: выбор показателей качества отливок и переменных параметров технологического процесса, планирование и проведение эксперимента, обработка результатов эксперимента и получение математических моделей, связывающих показатели качества отливок с переменными параметрами технологического процесса, оптимизация режимов литья, т. е. нахождение оптимальных переменных параметров .для удовлетворения требований к качеству отливок.
Выбор показателей качества отливок и переменных параметров технологического процесса. Для установления связи показателей качества отливки и переменных параметров техЕюлогичгеского процесса по результатам экспериментов, выполненных по методам пассивного или активного эксперимента, получают математическую модель, которая может быть представлена в следующем виде:
p = f （修,%2，…，尤瓦）,
где У — показатель качества отливки; х —- переменный параметр технологического процесса.
При литье под давлением показателями качества отливки обычно являются плотность материала, чистота поверхности, наличие трещин, герметичность, механические свойства. Переменными параметрами технологического процесса чаще всего являются скорость прессующего поршня, давление рабочей жидкости в приводе, температура заливаемого сплава, температура пресс-формы, время выдержки отливки в пресс-форме. При использовании метода активного эксперимента число показателей качества обычно не лимитируется, так как от него не зависит число опытов. Число переменных параметров целесообразно ограничивать из-за сложности реализации многофакторных экспериментов и обработки результатов. Как показывает практика, число показателей качества и переменных параметров технологического процесса редко превышает пять наименований.
Общими требованиями как к показателям качества отливок, так и к переменным параметрам являются их измеряемость и числовая оценка. Диапазоны изменения переменных параметров ограничиваются обычно техническими возможностями машин литья под давлением, типом сплава, имеющимися рекомендациями или опытом технолога. Так, скорость прессующего поршня и давление рабочей жидкости в приводе определяются техническими характеристиками конкретной машины. Большая часть машин литья под давлением, работающих в нашей стране, могут развивать скорость прессующего поршня 0,1—2,5 м/с, давление рабочей жидкости в приводе составляет 0,06——0,3 Па.
Температура заливаемого сплава зависит от типа сплава, а температура пресс-формы — от толщины стенки отливки и типа заливаемого сплава.
Планирование активного эксперимента. Планирование активного эксперимента ——это проведение опытов по некоторому заранее составленному плану, отвечающему определенным требованиям. При небольшом числе переменных параметров (до пяти) для исследования используют полный факторный эксперимент. Число опытов при полном факторном эксперименте N = J, где q ——число уровней переменных параметров; / — число переменных параметров.
Если в эксперименте переменные параметры изменяются только на двух уровнях, т. е.(7 = 2, и при этом осуществляются все возможные комбинации самих переменных, то проведение опытов по такому плану носит название полного факторного эксперимента типа 2Л Если же переменные параметры варьируются на трех уровнях, то мы имеем полный факторный эксперимент tипа 3人
Для эксперимента типа 2/ при трех переменных параметрах число опытов ^ ~ 23 = 8, при четырех N = 2' = 16, при пята N =罢=32. Для эксперимента типа 3^ число опытов для того же числа переменных параметров будет соответственно ^ = З3 = 27, N = 34 = 81 я N = 35 = 243.
Учитывая необходимость проведения повторных опытов (ог 3 до 10 раз в зависимости от стабильности значений переменных параметров), общее число опытов становится достаточно большим. Умножив эти числа на время проведения одного опыта, можно определить время проведения всего эксперимента.
План эксперимента записывается в виде матрицы планирования. Для каждого опыта указываются уровни переменных параметров. Обозначим переменный параметр через 尤〃 где / = 1,2, k ——число переменных параметров. Тогда 尤丁 max, х； mtn и 尤/ осн —— соответсвенно верхний, нижний и основной уровни переменного параметра; Ах；——интервал варьирования.
Основной уровень переменного параметра определяется полусуммой верхнего и нижнего уровней:
打 осн = (“J шах + 勺 min )/2-
Матрица Планирования эксперимента типа 23
Покаеателикачества отливкиПокаеателикачества отливки匕匕Х8Х8Номер опытаНомер опытаПеременные параметрыПеременные параметры11 *1 и 11 *1 *1 *1 *1 ----.++++ tx 11 и 11 *1 *1 *1 *1 --++++-- 11 11 tl 11 11 11 tx 11 -+-+-+-+11 *1 и 11 *1 *1 *1 *1 ----.++++ tx 11 и 11 *1 *1 *1 *1 --++++-- 11 11 tl 11 11 11 tx 11 -+-+-+-+1234567812345678
Покаеателикачества отливки
Покаеателикачества отливки
匕
匕
Х8
Х8
Номер опыта
Номер опыта
Переменные параметры
Переменные параметры
11 *1 и 11 *1 *1 *1 *1 ----.++++ tx 11 и 11 *1 *1 *1 *1 --++++-- 11 11 tl 11 11 11 tx 11 -+-+-+-+
11 *1 и 11 *1 *1 *1 *1 ----.++++ tx 11 и 11 *1 *1 *1 *1 --++++-- 11 11 tl 11 11 11 tx 11 -+-+-+-+
12345678
12345678
Интервал варьирования переменных параметров находят как полуразность верхнего и нижнего уровней:
a尤j -（/ шах 一/ mln）/2・
Для перевода переменных параметров из натурального масштаба в безразмерную форму используют выражение
Xj —（勺一巧 осн）/Ax力 （6・1）
В безразмерной форме верхний уровень переменного параметра равен +1, нижний уровень —1, основной уровень 0. Тогда для эксперимента типа 23, т. е. для трех переменных параметров, изменяющихся на двух уровнях, будем иметь матрицу планирования экспериментов, представленную в табл. 6.1.
Число показателей качества отливки может быть любым, так как оно не влияет на число опытов, а связано с обработкой результатов эксперимента. Чем больше число показателей качества, тем больше времени нужно затратить на определение их значений.
Проведение планируемого эксперимента. Прежде чем приступить к проведению опытов по составленной матрице планирования эксперимента, необходимо установить время выполнения одного опыта, число повторений каждого опыта, последовательность выполнения опытов, а также определить способ маркировки отливок. Необходимо уметь изменять переменные параметры технологического процесса в соответствии с принятыми значениями уровней и иметь средства для их контроля. При проведении опытов варьируемые и неварьируемые параметры не должны отклоняться от установленных значений.
Планируемый эксперимент следует проводить в один день на одной и той же плавке металла, на одной и той же машине, на одной и той же пресс-форме, используя один и тот же смазывающий материал. Число повторений опытов зависит от стабильности установленных переменных параметров. Чем выше стабильность, тем меньше требуется повторений. Как показывает практика, для литья под давлением число повторений может изменяться от 3 до
Однако с увеличением числа повторений увеличидается объем работ как в процессе проведения эксперимента, так л при обработке его результатов.
Отливки целесообразно клеймить в соответствии с нумерацией в матрице планирования. Например, отливки, используемые для первого опыта, повторенного 3 раза, будут иметь номера 1—1, 1—2, 1—3; отливки, используемые для второго опыта, — номера 2—1, 2—2, 2—3 и т. д.
Обработка результатов планируемого эксперимента. После проведения эксперимента результаты обрабатываются.
Лабораторные исследования отливок, В лабораторные исследования отливок входят: определение плотности, оценка чистоты поверхности, герметичности, определение механических свойств, геометрических размеров, химического состава и ряд других испытаний.
Обычно плотность отливок определяют гидростатическим взвешиванием с точностью до 0,01 г. Предварительно отливки освобождают от литников, промывников и заливов. Кроме того, при взвешивании отливок в воде их целесообразно обезжиривать ацетоном или спиртом. При длительном взвешивании необходимо следить за уровнем воды в емкости и равновесием чаш весов. Для поддержания равновесия весов в емкость следует добавлять воду.
Точных методов для оценки чистоты поверхности отливок не существует, поэтому чистоту поверхности определяют визуально с оценкой по 10-балльной системе. Например, отливкам в минимальной шероховатостью присваивают один балл, а деталям с максимальной шероховатостью 10 баллов.
Механические свойства отливок (временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость) определяют при испытании образцов, вырезанных из этих отливок.
Полученные значения показателей качества отливок увред- няют для каждого опыта и заносят в табл. 6.1.
В лабораторные исследования могут входить также и различные технологические операции последующей обработки отливок. Например, травление отливки, термическая и механичевкая обработка, нанесение покрытий. После выполнения этих операций производится оценка дефектов.
Статистическая обработка результатов эксперимента. Зависимость показателей качества отливок от переменных параметров технологического процесса находят, используя при обработке экспериментальных данных принципы регрессионного и корреляционного анализов. Эта зависимость в виде уравнений регрессии представляет собой математическую модель технологического процесса литья под давлением и позволяет определять оптимальные режимы литья лишь для конкретной отливки, поэтому полученная зависимость носит частный характер.
6.2. Матрица цланировавия эксперимента с фиктивной переменной
Номер опыта
爲
Xi
X*
爲
У1
У.
1
2
3
4
5
6 7
8
+ 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1
—1 + 1
+ 1
+ 1
—1 + 1
—1 —1 +1 +1 +1 +1 —1
—1
—1 —1
—1 —1 +1 +1 +1 +1
?=&+若3园+?=&+若3园+* 3“jXmXj+ 2j局 /=1* 3“jXmXj+ 2j局 /=1В общем случае уравнение регрессии, полученное на основании эксперимента, записывается в следующем виде:
?=&+若3园+
?=&+若3园+
* 3“jXmXj+ 2j
局 /=1
* 3“jXmXj+ 2j
局 /=1
где BQ — свободный член; 3」一 линейный эффект; % — эффект взаимодействия; В幫 ——квадратичный эффект.
Для матрицы планирования эксперимента типа 28, представленной в табл. 6.1, линейное уравнение регрессии имеет вид:
У =区 + В/】+ BgXg + В8Х8.(6.2)
Коэффициенты уравнения регрессии (6.2) вычисляют по формуле
3/ = *Х*У2/М(6.3)
где i — число показателей качества отливки.
К столбцам переменных параметров в безразмерной форме в табл. 6.1 добавляют столбец так называемой фиктивной переменной Х@ = +1 (табл. 6.2).
На основании данных табл. 6.2 находим коэффициенты для уравнения (6.2):
888
50= 2 X°Z/8; Вх= 2 XiZ/8; & =5 ХаМ/8;
8
В8 — 2 Х&2匕/8.
Если описывать технологический процесс более полным уравнением регрессии с учетом взаимодействия переменных параметров в виде
夕=& + В]Х] + &х» + &Хв + В1аХхХа + В^Х. +
+ В** 薯 Xg + B^XiX^X9t(6.4)
191
6.3. Матрица планирования эксперимента с учетом взаимодействия перекУенных параметров
Номер опыта
X。
%
хв
Хв
爲爲
匕
+ 1
—1
—1
—1
+1
+1
+1
—1 +1
+ 1
+1
—1
—1
—1
+1
+ 1
—1
+1
~1
—1
+1
—1
+1
+ 1
+1
+1
—1
+1
—1
—1
+ 1
—1
+1
+1
—1
—1
+1
—1 +1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
—1
—1
+1
+1
+1
—1
+1
+1
+1
—1
+1
—1
—1
—1
6.4. Матрица планирования эксперимента для параллельных опытов
Номер опыта
Х(н
Xqz
Хоз
九1
v03
1
2
3
то для определения коэффициентов В12, Вы, З^ и 3工網 необходимо расширить матрицу планирования эксперимента (табл. 6.3).
Используя данные табл. 6.3, находим коэффициенты уравнения (6,4):
68
в12 = 2匕/8； в18 = 2 (ХЕМ 匕/8;
£ТI
88
Зав —(XgXg)» 匕/8; 3工歸=X (XiXgXg)» Y^/8.
Если параллельно с восемью опытами провести опыты на основных уровнях, то можно проверить значимость коэффициентов уравнения, а при наличии степеней свободы —— и адекватность уравнения технологическому процессу.
Для параллельных опытов будем иметь матрицу планирования, представленную в табл. 6.4.
По данным табл. 6.4 находим среднее значение показателей качества
тГо= 2 Уо/т»£=1
где m = 3 ——число параллельных опытов для основных уровней переменных параметров, 192〔
Далее определяем дисперсию воспроизводимости S； и среднее квадратическое отклонение показателя качества Sg по формуле
s；=》.(匕*一%2加一1).
Тогда среднее квадратическое отклонение коэффициентов находим из выражения SBi = Sy/У^. Для эксперимента типа 23 будем иметь N = 8・ Таким образом, квадратические отклонения коэффициентов будут одинаковы.
Значимость коэффициентов В уравнения регрессии оценивается по критерию Стьюдента t:
Табулированное значение критерия Стьюдента tp находим по принятой доверительной вероятности (обычно Р = 0,95) и числу степеней свободы 力 с которым определено Sj.
Если Sj определено по трем параллельным опытам только в одном из восьми опытов эксперимента, то / — ^ (т — 1)= ^ 1 (3 — 1) = 2. Если же параллельные опыты ставятся в каждом из восьми опытов эксперимента, то f ^ N (т — 1) = 8 (3 — —1) = 16.
При Р = 0,95 и / = 2 критерий Стьюдента tp ^ 4,3, а при f = 16 tp ^ 2,12. Если t < fp, то эти коэффициенты из уравнения регрессии можно исключить, а переменные параметры или их взаимодействия, соответствующие этим коэффициентам, считать незначимыми. Если же t > tp, то переменные параметры и их взаимодействие при соответствующих коэффициентах являются значимыми.
Адекватность уравнения регрессии технологическому процессу определяется по критерию Фишера
где Soot — остаточная дисперсия (дисперсия адекватности), S^T = =5 (匕一"产/(№ — Z); здесь Z — число значимых коэффи- циентов в уравнении регрессии.
Табулированное значение критерия Фишера Fp находят по принятой доверительной вероятности (обычно Р — 0,95) и числу свободы 九=斤一I 玄％ = N (т — 1).
7 Заказ 66 193
6.5. Результаты экспериментов, полученных при крутом восхождении по поверхности отклика
Переменные н маршрут восхождения
«1
Xi
费
Переменные н маршрут восхождения
*8
%/ оеи Ах, %，max min
b№i
Шаг
(力 5)n
Опыт 1
Опыт 2
Опыт 3
Если F < FP| то уравнение регрессии адекватно описывает процесс.
Методы оптимизации технологических режимов* Существует несколько методов оптимизации.
Метод крутого восхождения. Этот метод (метод Бокса — Уилсона) напоминает итерационный метод решения задач вычислительной математики. На основе малой серии опытов находится локальное описание поверхности отклика с помощью математической модели линейного вида. Затем двигаются по поверхности отклика в направлении градиента линейного приближения. Если одного линейного приближения оказывается недостаточно, то проводится новая. небольшая серия опытов и находится новое направление для движения по поверхности отклика. Процесс движения продолжается до тех пор, пока не будет найдена почти стационарная область, где линейное приближение окажется уже недостаточным.
Если коэффициенты уравнения регрессии значимы,. а само уравнение адекватно эксперименту, то оно может быть использовано для крутого восхождения по поверхности отклика. Результаты экспериментов заносят в табл. 6.5.
Если какие-либо коэффициенты уравнения окажутся незначимыми, то при проведении опытов соответствующие переменные параметры можно зафиксировать на любом удобном уровне. Если величины bj Ах, в качестве шага по j-му параметру не устраивают экспериментатора, то они изменяются в и раз. При крутом восхождении некоторые так называемые мысленные опыты не реализуются. Крутое восхождение прекращается, когда выходная величина Кг начинает ухудшаться.
Следующим этапом метода крутого восхождения является выбор в качестве центра нового плана лучшей точки проведенных опытов. Далее проводится новый полный факторный эксперимент только для значимых параметров. Процедура крутого восхождения повторяется после проверки адекватности уравнения регрессии эксперименту.
Описанный метод позволяет оптимизировать режима литья под давлением только по одному показателю качества.
Симплексный метод. Симплексный метод планирования эксперимента был разработан для автоматической оптимизации объекта с помощью ЭВМ. Его сущность состоит в том, что, начиная восхождение в целях определения экстремума целевой функции, планируют исходную серию опытов таким образом, чтобы точки, соответствующие условиям проведения этих опытов, образовывали правильный симплекс в многомерном факторном пространстве. Под правильным симплексом понимают совокупность k + 1 равноудаленных друг от друга точек в fe-мерном пространстве. В одномерном пространстве симплексом является отрезок прямой, Для двухмерного пространства симплексом служит равносторонний треугольник, а для трех параметров ——правильная треугольная пирамида.
Задача оптимизации заключается в анализе линейной функции вида У = Bq+ X BjXj, заданной на некотором выпуклом многогранном множестве. Экстремум линейной функции достигается в вершинах многогранного множества. Для решения задачи используется метод линейного программирования — метод последовательного улучшения плана. В его основе лежит идея упорядоченного перебора вершин допустимого многогранника. После проведения первой серии опытов выявляется точка, отвечающая условиям, при которых получаются наихудшие результаты. Эта точка заменяется новой, представляющей собой ее зеркальное отражение относительно противоположной грани симплекса. Гранью называют совокупность k точек fe-мерного симплекса. Указанная точка вместе с оставшимися снова образует правильный симплекс. Это направление не является наиболее крутым, однако оно обращено в сторону повышения качества процесса оптимизации целевой функции.
После реализации опыта в дополнительной точке опять производится сопоставление результатов, снова выявляется наихудшая точка, которая также заменяется ее зеркальным отражением, и т. д. Эта процедура шагового восхождения с последовательным отбрасыванием наихудших точек повторяется до тех пор, пока не будет найдена почти стационарная область целевой функции.
Метод, использующий решение системы уравнений. Если необходимо определить, при каких значениях переменных параметров можно получить отливки с заданными свойствами, то оптимизация режимов литья проводится путем решения системы линейных уравнений регрессии, полученных в результате обработки данных планируемого эксперимента.
Система линейных уравнений решается методом последовательного исключения неизвестных или методом Гаусса, Если число 7*195
6.6. Уровни н интервал варьирования переменных параметров
Перемеааыв параметр
Условное обо- заачение
*J min
xj max
"j OCH
Ax?
Скорость прессующего поршня, м/с
0,2
0,4
0,3
0,1
Температура сплава, еС
*2
590
630
610
20
Температура пресс-формы, ₽С
3
140
200
170
30
Коэффициент
匕
&
17,0
12,1
殳
—2,1
—1,9
邑
0,62
1,9
丛
一2,9
一2,9
6.8. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие взанмосвизь переменных параметров н показателей качества6.8. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие взанмосвизь переменных параметров н показателей качестваНомер опыта爲匕Yi+1+1+1+114+1—1+1+11510+1+1—1+114+1—1—1—113+1+1+1—118+1—1+1—123+1+1—1—113+1—1—1—12512Номер опыта爲匕Yi+1+1+1+114+1—1+1+11510+1+1—1+114+1—1—1—113+1+1+1—118+1—1+1—123+1+1—1—113+1—1—1—125126.7. Кодированная матрица планирования н результатов экспериментов
6.8. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие взанмосвизь переменных параметров н показателей качества
6.8. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие взанмосвизь переменных параметров н показателей качества
Номер опыта
爲
匕
Yi
+1
+1
+1
+1
14
+1
—1
+1
+1
15
10
+1
+1
—1
+1
14
+1
—1
—1
—1
13
+1
+1
+1
—1
18
+1
—1
+1
—1
23
+1
+1
—1
—1
13
+1
—1
—1
—1
25
12
Номер опыта
爲
匕
Yi
+1
+1
+1
+1
14
+1
—1
+1
+1
15
10
+1
+1
—1
+1
14
+1
—1
—1
—1
13
+1
+1
+1
—1
18
+1
—1
+1
—1
23
+1
+1
—1
—1
13
+1
—1
—1
—1
25
12
уравнений равно числу неизвестных, то получаем единственное решение. Анализ значений переменных параметров, полученных
в результате решения системы уравнений, позволяет дать рекомендации по использованию существующего или нового оборудования, доработке оснастки или же дать заключение о невозмож
ности получения отливок с требуемыми, свойствами на существующем оборудовании с помощью используемой оснастки.
Если число переменных параметров превышает число уравнений, то оптимизацию режимов литья можно выполнить путем подбора значений переменных параметров, подстановки их в уравнение регрессии и расчета показателей качества. Расчеты прекра
щаются, как только изменение переменных параметров перестает давать эффект.
Оптимизация режимов изготовления отливки «Фланец». Цель оптимизации режимов изготовления отливки «Фланец» состояла в снижении брака отлнвок и повышении чистоты их поверхности. Предварительное исследование технологического процесса позволило установить основные переменные параметры и интервалы их варьирования (табл. 6.6).
С учетом трех переменных параметрон был Поставлен эксперимент типа 2a (табл. 6.7).
Показатели качества отливок У\ и % характеризовали брак в партии со- отнетстненно общим числом бракованных отливок н числом отлнвок, бракованных по чистоте поверхности.
С помощью выражения (6.3) и данных табл. 6.7 были вычислены коэффициенты уравнений регрессии (табл. 6.8).
6.9. Процедура дутого восхождения при оптимизации режимов
Перемеаиые параметры и маршрут восхождения
片
加
匕
Ya
Коэффициент регрессии
2,1
—0,62
2,9
0,21
—12,4
87
■ ・l・'
—
1Йаг
0,1
—5
40
—
—
Опыт № 9
0,4
600
210
11,4
5,4
Опыт № 10
0,5
595
250
5,8
1,3
6.10. Уровнн н интервал варьирования переменных параметров прн оптимизации режимов
Переменный параметр
Условное обозначение
“J mln
"j max
"j осн
Скорость прессующего пор-
冷
0,50
1,00
0,75
0,25
шня, м/с
Давление в приводе, Па
*2
0,05
0,07
0,06
0,01
Температура, еС: сплава
Хз
620
660
640
20
пресс-формы
/
20
100
60
40
С учетом полученных значений коэффициентов уравнения регрессии, описывающие связь показателей качества и переменных параметров, будут иметь вид
У； = 17 十 2,1 Xf — 0,62Ха + 2,9Хз — 0,6XjXz +
+ 0,lX2Xg-2,lX1X3;
匕=12,1 + l,9Xi—l,9Xz + 2,9X3 —0,37Х1Ха +十 2,6XzXs -й 0,5XiXg<
Так как была поставлена задача снижения процента брака, т. е. отыскания минимума функции, то знаки перед коэффициентами были заменены на противоположные.
Анализ уравнений показывает, что онн не противоречат практическому опыту изготовления отлнвок. Для снижения общего брака отливок Ух н брака отлнвок по чистоте поверхности 广纟 действительно необходимо увеличивать скорость прессующего поршня и температуру пресс-формы и снижать температуру заливаемого сплава.
Для отыскания оптимума был использован метод крутого восхождения по поверхности отклика. В качестве целевой функции был выбран общий процент брака Yf.
Процедура оптимизации режимов изготовлении отливки ^Фланец» представлена в табл. 6.9.
Результаты дополнительных опытов № 9 н 10 показывают, что появляется пробрызгнванне расплава по разъему пресс-формы и возникает принариванне отливки к пресс-форме. За оптимальный принимается режим изготовления отливок, соответствующнй опыту № 10. В целях снижения пробрызгивания сплава необходимо интенсивно охлаждать пресс-форму.
Оптимизация режимов изготовления отлнвкя «Корпус» ・ Целью оптимизации режимов литья является определение значений переменных параметров для получения отливок с максимальной плотностью и минимальной шероховатостью поверхности.
На плотность и чистоту поверхности отлиики наибольшее влияние оказывают скорость прессующего поршня, давление рабочей жидкости в приводе, температура заливаемого сплава и температура пресс-формы. Этн параметры были взяты в качестве переменных для проведения планируемого эксперимента.
Уровни и интервал варьирования переменных параметров приведены в табл. 6.10<
Значения минимальных н максимальных уровней варьирования переменных параметров определялись исходя из возможностей оборудования и с учетом результатов известных исследований.
Отливку «Корпуз из алюминиевого сплава изготовляли на машние мод. 51Б5. Металл в камеру прессования заливали вручную. В качестве плавильио- р аздаточной печи использовали электропечь сопротивления с автоматическим регулированием температуры сплава. Смазывание пресс-формы и камеры прессования осуществляли 4%-ным водным раствором фтористого иатрня путем его валинки в камеру прессонання и запрессовки в полость пресс-формы. Смазыва- ине прово/шли перед каждым циклом нзготонлении отливки. Пресс-форма ие имела автономной системы охлаждения.
Показатели качества отлннок определяли следующими способами. Плотность определяли гидростатическим взвешиванием
Рот л Q ^1Рвод/(^1 — G), где 伪 н % — масса отливки соответственно на воздухе н в воде; рвод 一 плотность воды.
Поверхность отливок контролировали визуально работники цеха. Дефектными считались отлнвки, имевшие на поверхности следы потока металла, не- спаи, отслоения, следы смазки. Перед контролем отливкн зачищали и подвергали пескоструйной обработке. Качество отливок в опыте оценивали в баллах. Балл соответствовал числу дефектных отливок с прибанленнем единицы. Например, если в партии не было дефектных отлнвок, то ей присваивался 1 балл, если же было пять дефектных отлнвок, то — 6 баллов.
При наличии четырех переменных параметров ставят полный факторный эксперимент типа 24. Однако в производственных условиях довольно сложно поставить такой эксперимент из-за необходимости выдерживания на требуемом уроние переменных параметров. Поэтому для упрощении задачи было проведено два эксперимента типа 21 Каждый эксперимент предусматривал проведение восьми опытов с различным сочетанием уровней переменных параметров. В ходе каждого опыта отливали партию из пяти отливок. Таким образом, в результате двух экспериментов типа 2‘ было изготовлено 2х23Хб = 80 отливок.
Матрицы планирования экспериментов представлены в табл. 6.11 и 6.12.
Матрицы планирования экспериментов составлены с учетом удобства изменения н производственных условиях переменных параметров в ходе выполнения опытов. Как показывает практика, наиболее просто и быстро изменять скорость поршня и давление в приводе, а изменения температуры сплава н пресс- формы выполнить быстро невозможно из-за ng большой инерции. Поэтому в верном эксперименте первые четыре опыта проводили для верхнего уровня Хзтах, а последующие четыре — для нижнего уровня x3min. Во втором эксперименте первые четыре опыта ставили для ннжнего уровня x4min* а вторые — для верхнего уровня Хцпах-
Скорость прессующего поршня устанавливали с помощью вентиля расхода рабочей жидкости, протарнрованного предварительно с использованием индукционного датчика скорости и осциллографа К-115. Давление рабочей жидкости в приводе устанавливали с помощью вентиля редуктора давления и контролировали с помощью манометра.
Температуру сплава в раздаточной печи определяли с помощью переиосиой термопары. Необходимая температура сплава поддержи вал ась системой автоматического регулирования, которой были оснащены все раздаточные печн цеха. Так как термопара, задействованная в системе автоматического регулирования, была размещена в печном пространстве, то ее температура не соответствовал а реальной температуре сплава. В связи с этим дополнительно использовали переносную термопару*
6.11・ Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня, давления в приводе и температуры сплава6.11・ Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня, давления в приводе и температуры сплавав.12. Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня* давления в приводе н температуры пресс-формыв.12. Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня* давления в приводе н температуры пресс-формыНомер опыта打制Xi10,50,0566021Q0,0566031,00,0766040,50,0766050,50,0562061,00,0562071Q0,0762080,50,07620Номер опыта打制Xi10,50,0566021Q0,0566031,00,0766040,50,0766050,50,0562061,00,0562071Q0,0762080,50,07620Номер опыта力*制10,50,052021»00,052031,00,072040,50,072050,50,0710061,00,0710071,00,0510080,50,05100Номер опыта力*制10,50,052021»00,052031,00,072040,50,072050,50,0710061,00,0710071,00,0510080,50,05100
6.11・ Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня, давления в приводе и температуры сплава
6.11・ Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня, давления в приводе и температуры сплава
в.12. Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня* давления в приводе н температуры пресс-формы
в.12. Матрица планирования эксперимента с варьированием скорости поршня* давления в приводе н температуры пресс-формы
Номер опыта
打
制
Xi
1
0,5
0,05
660
2
1Q
0,05
660
3
1,0
0,07
660
4
0,5
0,07
660
5
0,5
0,05
620
6
1,0
0,05
620
7
1Q
0,07
620
8
0,5
0,07
620
Номер опыта
打
制
Xi
1
0,5
0,05
660
2
1Q
0,05
660
3
1,0
0,07
660
4
0,5
0,07
660
5
0,5
0,05
620
6
1,0
0,05
620
7
1Q
0,07
620
8
0,5
0,07
620
Номер опыта
力*
制
1
0,5
0,05
20
2
1»0
0,05
20
3
1,0
0,07
20
4
0,5
0,07
20
5
0,5
0,07
100
6
1,0
0,07
100
7
1,0
0,05
100
8
0,5
0,05
100
Номер опыта
力*
制
1
0,5
0,05
20
2
1»0
0,05
20
3
1,0
0,07
20
4
0,5
0,07
20
5
0,5
0,07
100
6
1,0
0,07
100
7
1,0
0,05
100
8
0,5
0,05
100
Температуру пресс-формы контролировали переносной контактной термопарой, а регулировали темпом работы машины и температурой раствора фтористого натрия. Для поддержания нижиего уровня температуры пресс-формы водный раствор фт(фистого натрия имел температуру окружающей среды (20 ℃)< Для установки верхнего уровня температуры пресс-формы водный раствор фтористого натрия подогревали до 100 ℃. Температуру смазочного материала измеряли ртутным термометром.
Результаты экспериментов представлены в табл. 6.13 и 6.14. Далее результаты экспериментов подвергали статистической обработке в целях получения уравнений регресснн вида (6.4), описывающих связи Yf — 'f (*力 *纟，х3) и У2 = =f (打，*2, /)• Длн расчета коэффициентов уравнений необходимо было перевести переменные параметры по формуле (6.1) в безразмерную форму и составить кодированные матрицы (табл. 6.15 и 6.16) планирования с фиктивной переменной Хо и нзаимодействнями переменных параметров ХгХ^ Х^Хз и т. п.
Используя данные табл. 6.15 и 6.16, по формуле (6.3) вычисляли значения коэффициентов уравнений регрессии (табл. 6.17, 6.18).
Подставляя значения коэффициентов в уранненне (6.4), получим выражения, связывающие показатели качества отливки с переменными параметрами процесса лнтья под давлением, выраженными в безразмерной форме. Для первого Экспериментального исследования
У 艮=2,716 — 0,0035Xs — 0,00125Xg +
+ 0,00175Xg 一 0Q225XiXz +
+ 0,00075XfXg + 0,0015XgX窮八=2,0 + 0,25Xi + 0,25Xz — 0,5Xg —
—0,25XjX 宮—0,75XgXw・
Для второго экспериментального исследования
Fs = 2,711 — 0,00587Xs — 0,00437Xa +
+ 0,00312%4 - 0,00437%1%2+ 0,001 62XsX4 +
+ 0,00162X2X4+ 0,00212X1X2X4；
九=3,0 + 0,625Xj + 1,125X2 一 0,375X& +
+ 0,375XiXg — 0,125X1X4 — 0,125X2X4 — 0,375XjX2X&.
Свободные члены 员 уравнения определяют значение показателей качества отливок, которые получились бы при изготовлении их иа основных уровнях переменных параметров, т. е. при X】 = Х^ = Х§ = Х& = 0.
Чтобы представить переменные параметры в полученных уравнениях регрессии в натуральной ф®ме, необходимо подставить в эти уравнения выраже-
6ЛЗ. Результаты первого экспериментального исследования
Номер опыта
Скорость поршня, м/с
Давление в приводе, Па
Температура сплава, 9c
Плотность отливки, 10s кг/м*
Число дефектиыя отливок в партии, шт.
*■
У1
匕
1
0,5
0Q5
660
2,718
2
2
1,0
0,05
660
2,717
2
3
1,0
0,07
660
2,713
1
4
0,5
0,07
660
2,723
1
5
0,5
0,05
620
2,719
1
6
1,0
0,05
620
2,715
2
7
1,0
0,07
620
2,705
4
8
0,5
0,07
620
2,718
3
6.15. Код1фошшяая матрица нланировавия для первого экспериментального исследования
Номер опыта
趴
&及
必X普
n
几
1
hl
—1
-1
+1
+1
—1
—1
+1
2,718
2
2
-1
+1
—1
7
一1
+1
—1
—1
2,717
2
3
-1
+1
+ 1
7
+1
+1
+1
2,713
1
4
-1
—1
+1
7
—1
—1
—1
2,723
1
5
-1
—1
—I
—1
+1
+1
—1
2,719
1
6
-1
"Fl
—I
—1
—1
—1
—1
+1
2,715
2
7
-1
+1
+1
—1
+1
—1
—1
—1
2,705
4
8
hl
—1
+1
—1
—1
+1
—1
+1
2,718
3
6.14, Результаты второго экспериментального исследовании
Номер опыта
Скорость поршня, м/с
Давление в приводе, Па
Температура смазочного материала.
Плотность отливки, г/сма
Число дефектных отливок s партии, шт.
*1
х*
*4
匕
匕
1
0,5
0,05
20
2,713
2
2
1,0
0,05
20
2,713
2
3
1,0
0,07
20
2,688
6
4
0,5
0,07
20
2,716
3
5
0,5
0,07
100
2,718
3
6
1,0
0,07
100
2,705
4
7
1,0
0,05
100
2,715
2
8
0,5
0,05
100
2,719
1
ния (6.1) с учетом данных табл. 6.11 и 6.12. Коэффициенты уравнений регрессии в натуральной форме приведены в табл. 6.19 и 6.20,
Для первого экспериментального исследования
У； = 2,9975 —— 0,056%； —— 0,00425x2 —~
—6,000475的一0,0009х!^2 + °,00015打施十
+ 0,000075хаХз；
У 碧=—152,25 + 33,0x1 + 2,425х2 +
•"f- 0,2375x8 — 0,05%[%8 -~ 0,00375%мg.
Для второго акспериментального исследования
匕=2,636 + 0,148x1+ 0,00159x2+
+ 0,00067^4 — 0,00阮工也一0,001 UiX4 — 0,000011^4 +
+ 0,000021x1x2X4；
Kg = 10,125 —~ 19,25%工——ОДохд —~ 0,15x4 ++ 0,3彳5力工#2 + 0,21% 工#4 + 0,0025х2Х4 — О^ОЗТбххХ^.
Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что наиболее высокая плотность отливок достигается при следующих значениях переменных параметров: 紀=0,5 м/с, хг = 0,06 Па, Хд = 640 ℃ и 丸=100 ℃. При подстановке 200
6.16. Кодированная матрица планирования для второго вкспернментального исследования
Номер опыта
X。
Xi
Xi
X4
X,x*
X足
X*x,
y*
n
1
hl
—1
—1
—1
+1
+1
+1
—1
2,715
2
2
-1
+ 1
—1
—1
—1
—1
+1
+1
2,713
2
3
-1
+ 1
+1
—1
+1
—1
—1
—1
2,688
6
4
-1
—1
+1
—1
+1
—1
+1
2,716
3
5
-1
—1
+1
+1
—1
—1
+1
—1
2,718
3
6
-1
+ 1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
2,705
4
7
+1
—1
+1
—1
+1
—1
—1
2,715
2
8
-1
—1
—1
+1
+1
—1
—1
+1
2,719
1
6.17. Коэффициенты уравнения регрессии для переменных параметров в безразмерной форме для первого аксперимеитального исследования
々
Bo
Bi
A
匕
+2,716
—0,0035
—0,00125
+0,00175
%
+2,0
+0,25
+0,25
—0,5
Bf
Ba
А*.
B*JS
—0,00225
+0,00075
+0,0015
0
匕
0
—0,知
—0,75
0
6.18. Коэффициенты уравнения регрессии для переменных параштров в безразмерной форме для второго экспериментального исследования
Bi
B|
B&
匕
+2,711
—0,00587
—0,00437
+0,00312
+3,0
+0,625
+ 1,125
—0,375
丝
Bn
Bi4
—0,00437
+0,00162
+0,00162
+0,00212
+0,375
—0,125
—0,125
—0,375
6.19. Коэффициенты уравнений регрессии дли переменных параметров в натуральной форме для первого экспериментального исследования
勿bo
61玩
幻
У1 匕
+2,9975
—152,25
—0,056
+33,0
—0,00425 +2,425
—0,000475 +0,2375
勿
6窮
匕
—0,0009
+0,00015
+0,000075
0
匕
0
—0,05
—0,00375
0
6.20. Коэффициенты уравнений регрессии для переменных параметров в натуральной форме для второго эксп^иментального исследования
比
坛
61
3
匕
+2,636
+ 10,125
+0,148
—19,25
+0,00159
—0,15
+0,00067 一0,15
力
如
&14
加4
瓦g4
—0,003
—0,0011
—0,000011
+0,000021
+0,375
+0,21
+0,0025
—0,0375
202
6・21. Уровни и интервал варьировании переменны^ параметров прн оптимизации режимов
Переменный параметр
Условное обозначение
"/шm
”，шах
х/осн
厶另
Скорость прессующего
冲
0,7
2,1
1,4
0(7
поршня, м/с
Давление в приводе, Па
也
0,150
0,300
0,225
0,075
6.22. Матрица планирования н результаты эксперимента при оптимизации режимов изготовления отливки 《Крышка#
Номер опыта
«1
«я
X。
Х1
Xi
Плотность отлнвки, кг/м8
Площадь узорчатой поверхности, %
У1
Yi
1
0,7
0,150
+ 1
—1
—1
1788
80
2
0,7
0,300
+ 1
—1
+1
1791
43
3
2」
0,150
+ 1
+1
—1
1775
13
4
2,1
0,300
+ 1
+1
+1
1790
5
◎тих значений в уранненне плотности отливки для первого эксперимента получим Fj = 2719,5 кг/м3. Если повысить давление до 0,07 Па, то плотность отлнвкн увеличится до Kj = 2720,5 кг/м3. С увеличением скорости поршня до 0,7 м/с прн том же давлении плотность отлнвкн несколько понизится н составит Ft = =2715,9 кг/м3.
Таким образом, для повышения плотности отлнвок «Корпуз необходимо увеличивать давление в приводе н снижать скорость поршня.
По техническим х ар актер нстн кам в приводе машины мод. 51Б5 не рекомендуется увеличивать давление более 0,07 Па. Поэтому целесообразно повышать давление прессования, уменьшая диаметр камеры прессования, что, в свою очередь, снижает скорость впуска металла в форму.
Расчеты показывают, что уменьшение диаметра наполнительного стакана от 40 до 30 мм позволяет повысить давление на металл от 1,0 до 1,8 Па прн давлении в приводе 0,07 Па. Скорость впуска металла в форму прн скорости поршня 0>5 м/с с уменьшением диаметра наполнительного стакана снизится с 2,5 до 1»25 м/с.
Аналогично можно проанализировать и влияние переменных параметров на чистоту поверхности отлнвкн.
Оптимизация режимов изготовления отливки «Крышка» . Целью оптимизации режимов лнтья являлось определение значеннЁ переменных параметров Для изготовления отлнвок с заданными плотностью н чистотой поверхности.
В качестве переменных параметров процесса лнтья под давлением были взяты скорость прессующего поршня н давление в приводе машины. Прн варьировании двух параметров на двух уровнях был проведен эксперимент типа 22, состоящий нз четырех опытов. В каждом опыте было изготовлено по трн отлнвки, а соответственно для всего эксперимента 12 отлнвок.
Уровни переменных параметров представляли границы исследуемой области по данному параметру. Их выбирали таким образом, чтобы любое нх сочетание было бы реализуемо н не приводило бы к абсурду. Значения уровней н ннтервалон варьирования по каждому параметру представлены н табл. 6.21.
Матрица планирования полного днухфакторного эксперимента и результаты эксперимента представлены в табл. 6.22»
203
В безразмерной форме верхний и нижний уровни принимают соответственно значения +1 и —1, а основной уровень 0. Параметр X。является фиктивной переменной и принимается равным +1.
Качество отливок оценивали по результатам измерения их плотности и наличию на их поверхности видимых невооруженным глазом следов несварнв- шихся потоков сплава. Плотность отливок измерялась гидростатическим взвешиванием, а чистота поверхности отливок оценивалась по проценту площади с узорчатой поверхностью.
Отлнвки изготовляли на машине литья под давлением мод. CLOO 250/25. Температура металла в раздаточной печи поддерживалась на заданном уровне с помощью автоматического регулятора. Температура пресс-формы фиксировалась встроенной термопарой и поддерживалась в заданных пределах темпом работы машины. Скорость прессующего поршня изменялась специальным вентилем и регистрировалась прибором на базе тахогенератора. Давление в приводе машины изменялось специальным вентилем и контролировалось манометром.
Связь между показателями качества отлнвки и переменными параметрами будем описывать линейными уравнениями
厶=Bq + + Ваха； 1 (6 5)
Коэффициенты Bj находим по формуле (6.3):
для % В。= 1,786, Bj = —0,0035; В2 = 0,0045;
для 厶瓦=35,25, % = —26,25; В2 = 11,25.
Подставляя полученные коэффициенты в уравнение (6.5), получим систему уравнений, описывающих процесс изготовления отлнвок «Крышка» на машине мод. CL ОО 250/25:
(6-6)(6-6)Yt^ 1,786—0f0035Xi + 0t0045Xa;'
(6-6)
(6-6)
Га = 35,25 — 26,25Xi — 11,25Xa.
Оценка значимости коэффициентов по критерию Стьюдента показала, что коэффициенты Bi и В^ для Р\ оказываются значимыми с вероятностью Р=0,7, а коэффициенты В】н 8纟 для Fa — с вероятностью Р = 0,98. Прнчнной низкой вероятности значимости коэффициентов В【н 8纟 для Yt может быть несовершенство методики определения плотности отлнвок нз магниевых сплавов гидростатическим взвешиванием, так как значения плотностей магниевых сплавов н воды близки.
Проверка адекватности уравнений по критерию Фншера показала, что они адекватно описывают эксперимент с вероятностью Р = 0.99.
Система уравнений (6.6) с параметрами в натуральной форме будет иметь ВИД
Гх = 1,779 — 0,005打 + 0,00006ха;)
Г2= 121,5 —37,5^ —0,15ха. J'
Определим значения х^ и ха, используя уравнения (6.7), если требуется получить отлнвки с плотностью，j — 1800 кг/м^ и площадью узорчатой поверхности Fa = 5%.
Подставляй в систему уравнений (6.7) значения Yf и Г2, получим систему из двух уравнений с двумя неизвестными:
1,8= 1,779 —0,005^ + 0,00006x2,
5= 121,5 —37,5/ —0,15 力.
Решение этоё системы уравнений дает следующие значения неизвестных: 附=1,3 м/с и х2 = 0,46 Па.
Однако по технической характеристике машина мод* CL ОО 250/25 не может обеспечить давление в приводе более 0,33 Па, Для получения в камере прес- 204
сования давлеш!я металла, пропорционального расчетному значению давления в приводе, можно уменьшать диаметр наполнительного стакана и соответственно диаметр пресеующего поршня, Прн этом необходимо выполнить условие равенства усилий прессования
出/出 щах =尸П1/尸口2 = ^П1/^П2>
где Ng = 0,46 Па — расчетное значение давления в приводе; х^щах = 0,33 Па — максимально возможное давление в приводе;尸 1n н Fna ——площади поперечного сечения прессующего поршня соответственно прн х2шах = 0,33 На н %纟=0,46 Па; dm = 70 мм диаметр прессующего поршня прн хашах — 0,33 Па; d^需——диаметр прессующего поршня при & — 0,46 Па,
Из этого условны находим
^П2 = ^П1 "]/尤2 тпах/#2 = 60 ММ.
Однако с уменьшением диаметра наполнительного стакана уменьшается скорость впуска металла в форму. В соответствии с уравнением неразрывности потока будем иметь
尸口0= fn吗
где о 一 скорость прессующего поршня; /п — площадь поперечного сечения питателя; ⑫一скорость впуска металла в форму.
Для сохранения расчетной скорости впуска необходимо выполнить условие
尸 И/1 =尸И2*1，(6，8)
где %〕и х{ — соответственно скорости поршня при давлении в приводе 0,33 и 0,46 Па.
Подставляя в формулу (6.8) известные величины, получим х{ = 1,8 м/с.
Таким образом, для изготовления отлнвок «Крышка» плотностью У[= =1 800 кг/м3 и площадью с узорчатой поверхностью Fa = 5% необходимо выдержать переменные параметры в следующих пределах: х{ = 1,8 м/с; ха = =0,33 Па и dm? = 60 мм,
Оптимизация режимов изготовления отливки «Колесо». Прн оптимизации режимов изготовления отливки «Колесо» использовали симплексный метод. Показателями качества отливок считали плотность У\, временное сопротивление разрыву У2 н чистоту поверхности У3. Переменными параметрами являлись температура сплава х】，скорость прессующего поршня давление в приводе х3. Уровни и интервал варьирования переменных параметров приведены в табл. 6.23.
Матрица планирования эксперимента типа 23 и результаты эксперимента приведены в табл. 6.24.
Плотность отлнвок определяли гидростатическим взвешиванием. Временное сопротивление разрыву образцов, вырезанных нз отливок, определяли на разрывной машине, а чистоту поверхности ——методом экспертных оценок по классификатору: если на поверхности отливки не было дефектов, то присваивали 4 балла; если имелся неглубокий узорчатый рисунок, то присваивали 3 балла, если на поверхности отливки узорчатый рисунок имел значительную глубину, то присваивали 2 балла; когда же на поверхности отливки были видны следы потоков металла и имелись неспан, то качество поверхности оценивалось 1 баллом.
Каждый опыт в эксперименте повторяли трижды, а показатели качества отлнвок оценивали по среднему значению. С помощью данных табл. 6.24 и формулы (6.3) были определены значения коэффициентов уравнений регрессии (табл. 6.25).
Система уравнений регрессии с учетом вычисленных коэффициентов имеет вид
匕=2,624 + “005% + 0,002Ха + 0,014%;'
九=19,875— 0,375% + 0,625爲 十 0,125Xg；
Г3 = 3,138 —0,213& + 0,213Лз + 0,213X&..
6.23. Уровень и интервал варьирования перамеииых иараметров при оптимизации режимов
Переменный параметр
Условное обо- зиачеиие
"/mln
% j шах
”/осн
Ах/
Температура сплава, РС Скорость прессующего порш- ни, деления
Давление в приводе, Па
打
600
660
630
30
也
3
12
7,5
4,5
也
0,160
0,280
0,220
0,060
6.24. Матрица планирования и результаты эксперимента при оптимизации режимов
Номер опыта
也
也
Xi
足
力
Плотность отливки, кг/м*
Временное сопротивление разрыву, па
Чистота поверхности, балл
У1
у*
Уз
1
600
3
160
-1
—1
—1
2605
19
3,0
2
600
3
280
—1
—1
—1
2632
21
2,7
3
600
12
280
—1
+ 1
+ 1
2630
20
4,0
4
600
12
160
—1
+ 1
—1
2611
21
3,7
5
660
12
160
+ 1
+ 1
—1
2620
21
2,0
6
660
12
280
+ 1
+ 1
+ 1
2645
20
3,7
7
660
3
280
+ 1
—1
+ 1
2645
19
3,0
8
660
3
160
+ 1
—1
2607
18
3,0
Так кан на поверхность отливки наносится декоративное покрытие, качество которого определяется качеством поверхности отливки, то целевой функцией была выбрана чистота поверхности отливкн У8. Остальные показатели качества отлнвки были взяты в качестве ограничений: Уч 2,64'Ю3 кг/м3; Г2》 》20 • Ют па.
Таким образом, было необходимо найти 力匕力纟 н хз> при которых достигалась бы максимальная чистота поверхности отливки, временное сопротивление образцов, вырезанных из отлнвок, было бы не менее 20」0т Па, а плотность отлнвок — не менее 2,64-103 г/м3.
Проведя замену переменных и сделав необходимые преобразования, найдем максимальное значение целевой функции
匕=3,138 — 0,213Xf + 0,213^ + 0,213Ха при ограничении»
0,037 — 0,005Х{ — 0,002Х； — 0,014Х；《0; “
0,5 + 0,375% —0,625芻一0,125爲《0;(6.9)
2 - X1>0; 2 — %>0； 2-Xs》0，.
где X「Xj н 芻一переменные параметры, учитывающие введение ограничений на показатели качества У\ и 匕.
6.25. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие связь переменных параметров и показателей качества6.25. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие связь переменных параметров и показателей качества6.26. Матрица условий задачи оптимизации режимов изготовления отливки «Колесо» с максимальной чистотой поверхности6.26. Матрица условий задачи оптимизации режимов изготовления отливки «Колесо» с максимальной чистотой поверхностиКоэффи^ циентПоказатель качества匕hВо2,62419,8753,138齿0,005—0,375—0,213区0,0020,6250,21340,0140,1250,213Коэффи^ циентПоказатель качества匕hВо2,62419,8753,138齿0,005—0,375—0,213区0,0020,6250,21340,0140,1250,213Коэф- фйци* еит ВоКоэффициенты при переменных параметрахХл厶3,138—0,2130,2130,213—1000—1000—10,0370,005—0,002—0,0140,50,375—0,625—0,125Коэф- фйци* еит ВоКоэффициенты при переменных параметрахХл厶3,138—0,2130,2130,213—1000—1000—10,0370,005—0,002—0,0140,50,375—0,625—0,125
6.25. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие связь переменных параметров и показателей качества
6.25. Коэффициенты уравнений регрессии, описывающие связь переменных параметров и показателей качества
6.26. Матрица условий задачи оптимизации режимов изготовления отливки «Колесо» с максимальной чистотой поверхности
6.26. Матрица условий задачи оптимизации режимов изготовления отливки «Колесо» с максимальной чистотой поверхности
Коэффи^ циент
Показатель качества
匕
h
Во
2,624
19,875
3,138
齿
0,005
—0,375
—0,213
区
0,002
0,625
0,213
4
0,014
0,125
0,213
Коэффи^ циент
Показатель качества
匕
h
Во
2,624
19,875
3,138
齿
0,005
—0,375
—0,213
区
0,002
0,625
0,213
4
0,014
0,125
0,213
Коэф- фйци* еит Во
Коэффициенты при переменных параметрах
Хл
厶
3,138
—0,213
0,213
0,213
—1
0
0
0
—1
0
0
0
—1
0,037
0,005
—0,002
—0,014
0,5
0,375
—0,625
—0,125
Коэф- фйци* еит Во
Коэффициенты при переменных параметрах
Хл
厶
3,138
—0,213
0,213
0,213
—1
0
0
0
—1
0
0
0
—1
0,037
0,005
—0,002
—0,014
0,5
0,375
—0,625
—0,125
Система ограничений (6.9) вытекает из условий ограничении переменных параметров интервалами варьирования при проведении эксперимента
—l&XjWl или 0《Xj&2..
Чтобы выполнить условия неотрицательности значений переменных параметров, в неравенстве (6.10) отбрасывается левая часть Х/》0, а правая часть преобразуется: 0《2 ——X/. Далее формируется матрица условий задачи (табл. 6.26).
Решение задачи оптимизации дает следующие значения переменных параметров: Xj = 1; X； = 2; Х& = 2; X] = 0; Х2 — 1； Х3 = 1.
После подстановки значений Х[, X? н Х& в целевую функцию и ограничения н перевода переменных в натуральный масштаб получим, что отлнвкн с чистотой поверхности 3,5 балла, плотностью 2,64-103 кг/м3 и временным сопротивлением разрыву 20-Ю"3 Па можно изготовить прн температуре заливаемого сплава 630 ℃, скорости прессующего поршня, соответствующей 12 делениям на шкале вентиля, и давлении в приводе 0,280 Па,
СТАБИЛИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Причины нестабильности качества отливок. Качество отливок, изготовляемых литьем под давлением, определяется целым рядом факторов, к числу которых, в первую очередь, следует отнести переменные параметры технологического процесса. Это, прежде всего, температуры сплава и пресс-формы, скорость прессующего поршня, давление в приводе.
Получение отливок высокого качества возможно только при оптимальных значениях переменных параметров. Однако на практике, даже при изготовлении отливок на оптимальных режимах, получают значительный разброс показателей качества. Причина этого заключается в том, что установленные оптимальные значения переменных параметров не выдерживаются в процессе изго-
Рис. 6 J ・ Изменение температуры /м цинкового сплава в раздаточной печн в течение рабочей смены (т — время)Рис. 6 J ・ Изменение температуры /м цинкового сплава в раздаточной печн в течение рабочей смены (т — время)товления отливок, ф. е. нестабильность качества отливок является следствием нестабильности переменных параметров технологического процесса.
Рис. 6 J ・ Изменение температуры /м цинкового сплава в раздаточной печн в течение рабочей смены (т — время)
Рис. 6 J ・ Изменение температуры /м цинкового сплава в раздаточной печн в течение рабочей смены (т — время)
В целях установления реальных диапазонов изме- нения переменных парамет- ров, их связи с показателями качества отливок были проведены исследования g
。измерением переменных па
раметров и оценкой качества отливок [72].
Температура сплава. Температура сплава при заполнении формы определяет качество будущей отливки, поэтому очень важно знать, как выдерживается заданная температура сплава в раздаточной печи. Современные автоматические регуляторы позволяют поддерживать в раздаточной печи температуру с точностью ±Ю ℃. Однако фактически температура сплава колеблется значительно больше из-за периодического пополнения раздаточных печей новыми порциями расплава или чушками. Добавление чушек может вызывать также изменение химического состава сплава.
Рассмотрим изменение температуры цинкового сплава в раздаточной печи в течение рабочей смены (рис. 6.1). Температуру сплава измеряли через каждые 5 мин с помощью термопары погружения. Раздаточная печь имела систему автоматического регулирования температуры печного пространства. Литейщик изготовлял отливки на машине мод. 51Б5 и периодически (через 15一20 мин) добавлял в тигель раздаточной печи чушки цинкового сплава. За 3 ч работы происходили колебания температуры сплава в пределах 30 ℃ с заметным снижением средней температуры. Колебания и снижение температуры сплава связаны с автоматическим регулированием, т. е. включением и выключением нагревательного устройства, и добавлением холодных чушек. Последующее повышение температуры сплава в раздаточной печи связано с перерывом на обед литейщика. В это время чушки не добавляли. Температура сплава в процессе дальнейшей работы литейщика поднялась до 440 ℃, несмотря на периодические добавления чушек. Это связано с большой инерцией температуры, которой обладает расплав в тигле раздаточной печи. В конце рабочей смены литейщик загрузил несколько чушек в раздаточную печь, и температура сплава стала резко снижаться. Таким образом, в течение рабочей смены колебание температуры сплава в раздаточной печи составило 60 ℃, что, естественно, отразилось на качестве отливок. При перегреве сплава на отливках стали по- 208
Рнс. 6.2. Изменение температуры £口一ф пресс-формы в вавнснмости от числа ^3 запрессовок, диаметра толкателя с термопарой н места его расположения
являться вздутия, а при низких температурах ухудшалась их чистота поверхности.
Температура пресс-формы. Стабильность температуры пресс- формы зависит от эффективности системы ее охлаждения или подогрева. При отсутствии таких систем стабильность температуры пресс-формы определяется постоянством темпа работы машины, составом и состоянием смазывающего материала, стабильностью температуры заливаемого сплава. При использовании в качестве смазывающего материала пресс-формы водного раствора фтористого натрия, который наносится на рабочие поверхности пресс-формы путем запрессовки, большое значение имеет периодичность смазывания.
Для исследования изменения температуры пресс-формы в процессе изготовления отливок использовали встроенные термопары, установленные в толкателях, и шлейфовый осциллограф. Одна термопара была установлена в толкателе диаметром 16 мм, который расположен в рассекателе (рис. 6.2, а), другая — в толкателе диаметром 8 мм, расположенном в рабочей полости формы (рис. 6.2, б). С помощью термопар различной чувствителькости было определено изменение температуры пресс-формы в разных точках в зависимости от числа циклов работы машины. Эти данные свидетельствуют о том, что изменение температуры пресс-формы носит циклический характер. Максимум достигается к моменту раскрытия пресс-формы, а минимум — к началу заполнения формы расплавом. Кро^е того, от цикла к циклу происходит изменение максимальных и минимальных значений температуры. При установившемся тепловом режиме и равномерном темпе работы машины амплитуда колебаний температуры будет иметь постоянную величину. Различные отклонения от установившегося режима приводят к нестабильности температуры пресс-формы. Особенно существенно дестабилизирует процесс литья под давлением неритмичное смазывание пресс-формы водным ' раствором
Рнс. 6.3, Зависимость числа Л^бр. отл бракованных отлнвок от периодичности смазывания пресс-формы ("см — интервал смазывания)Рнс. 6.3, Зависимость числа Л^бр. отл бракованных отлнвок от периодичности смазывания пресс-формы ("см — интервал смазывания)Рнс. 6.4. Повторяемость nv скорости vnp пресс-поршня в процессе изготовления отлнвокРнс. 6.4. Повторяемость nv скорости vnp пресс-поршня в процессе изготовления отлнвок
Рнс. 6.3, Зависимость числа Л^бр. отл бракованных отлнвок от периодичности смазывания пресс-формы ("см — интервал смазывания)
Рнс. 6.3, Зависимость числа Л^бр. отл бракованных отлнвок от периодичности смазывания пресс-формы ("см — интервал смазывания)
Рнс. 6.4. Повторяемость nv скорости vnp пресс-поршня в процессе изготовления отлнвок
Рнс. 6.4. Повторяемость nv скорости vnp пресс-поршня в процессе изготовления отлнвок
фтористого натрия (рис. 6.3). Увеличение интервалов смазывания приводит к увеличению брака отливок. Уменьшению перепадов температуры рабочей поверхности пресс-формы способствует подогревание водных растворов смазывающих средств.
Скорость прессующего поршня. Скорость перемещения прессующего поршня определяет скорость впуска расплавленного металла в форму, которая влияет на качество формируемой отливки.
Для контроля скорости прессующего поршня в процессе изготовления отливок был использован стрелочный прибор, фиксирующий максимальную скорость. Отливки из цинкового сплава изготовлялись на машине мод. 71107. Вентиль регулирования скорости поршня был открыт на 72/з оборота, что по тарировоч- ному графику соответствовало скорости 1,36 м/с. Одновременно с изготовлением отливок выполнялись замеры скорости прессующего поршня. Было произведено 70 измерений, и по ним был построен график изменения скорости прессующего поршня (рис. 6.4). Из графика видно, что скорость поршня представляет собой случайную величину, которая колеблется относительно среднего значения, равного 1,36 м/с. На графике по оси ординат отложена частота п появления случайной величины. Диапазон колебаний скорости поршня находится в пределах от 1,17 до 1,58 м/с. Такие изменения от цикла к циклу являются причиной изменения качества отливок. Вероятность того, что скорость поршня окажется в пределах 1,3—1,4 м/с, составляет 0,67.
Причинами нестабильности скорости прессующего поршня могут быть нестабильность порций металла, заливаемого в камеру прессования, колебания давления в аккумуляторе, изменение вязкости рабочей жидкости в гидроприводе, утечки рабочей жидкости, сбои в работе элементов гидравлической аппаратуры, состояние прессующей пары.
Рис. 6.5. Изменение скорости опр пресс-поршня в завнснмостн от числа оборотов веитнля 孔口 н давления в аккумуляторе, Па：S т 0,092; 2^0,075Рис. 6.5. Изменение скорости опр пресс-поршня в завнснмостн от числа оборотов веитнля 孔口 н давления в аккумуляторе, Па：S т 0,092; 2^0,075Нестабильность порции заливаемого металла приводит к изменению длины хода поршня в период разгона, что влечет за собой изменение скорости прессующего поршня, если период его разгона не закончился.
Рис. 6.5. Изменение скорости опр пресс-поршня в завнснмостн от числа оборотов веитнля 孔口 н давления в аккумуляторе, Па：
S т 0,092; 2^0,075
Рис. 6.5. Изменение скорости опр пресс-поршня в завнснмостн от числа оборотов веитнля 孔口 н давления в аккумуляторе, Па：
S т 0,092; 2^0,075
К сбоям в работе гидроаппаратуры может быть отнесено запоздалое или пр еждевр еменное включение второй фазы перемещения поршня. Часто причиной этого является ненадежность концевых выключателей.
Очень часто причиной нестабильности скорости поршня бывает изменение трения в прессующей паре. Плохое смазывание, чрезмерный износ поршня и наполнительного стакана или неправильный их тепловой режим приводят к подливам металла в зазор и резкому увеличению сопротивления перемещающемуся поршню.
Давление в приводе. Давление в аккумуляторе влияет как на давление подпрессовки отливки, так и на скорость прессующего поршня, которая, в свою очередь, определяет параметры впуска металла в форму. В процессе работы машины литья под давлением происходят колебания давления и уровня рабочей жидкости в аккумуляторе. То и другое приводит к изменению скорости прессующего поршня.
Для установления влияния давления рабочей жидкости в аккумуляторе на скорость прессующего поршня были проведены измерения скорости поршня при одинаковых положениях вентиля скорости и различном давлении в аккумуляторе (рис. 6.5), Анализ полученных результатов показывает, что уменьшение давления в аккумуляторе на 18% приводит к снижению скорости поршня на 20% •
Основные способы стабилизации параметров технологического процесса. Параметры технологического процесса оказывают сильное влияние на качество отливок, поэтому очень важно их стабилизировать.
Стабилизация температуры металла в раздаточных печах. Одним из важнейших условий стабилизации качества отливок является постоянство температуры металла, заливаемого в камеру прессования машины. Однако в большинстве случаев это условие не выполняется. Заливка алюминиевых сплавов под давлением часто ведется в интервале температур 620—680 ℃. При пополнении раздаточных печей температура металла в раздаточном ковше достигает 720—730 ℃, т. е. превышение температуры доливаемого металла может быть 50—100 ℃. Это привоадт к повышению температуры металла в раздаточной печи и, как следствие, к дестабилизации качества отливок. Возникает необ-
ходимость определения емкости раздаточной пеан, доливаемой дозы и промежутков времени между доливами, чтобй сохранить постоянной заданную температуру металла в раздаточной печи [121.
На практике при определении емкости раздаточной печи температурный фактор не учитывают. Обычно расчет ведется по часовому расходу металла, а основным требованием является быстрый разбор металла. Если учитывать температурный фактор, то падение температуры металла при переливе его из раздаточного ковша в раздаточную печь будет равно
A/ =勾一勾=勾一(加/ -加心)m2, (6.11)
где f2 H f2 — температуры металла соответственно в раздаточном ковше и металла, перелитого из него; m и mx — массы металла в раздаточной печи соответственно после и до перелива; f н & — температуры металла в раздаточной печи соответственно после и до перелива; т2 —■ масса металла, перелитого из раздаточного ковша.
Серия замеров температур f,友 и /2 при различных т, у и т2, проведенная для раздаточных печей вместимостью 800 кг, показала, что падение температуры при переливе металла составляет в среднем 15 ℃.
Если в раздаточной печи температура металла должна быть (630 士 10) ℃, то максимально допустимая температура металла в раздаточном ковше должна составлять 655 ℃. После рафинирования при 730 ℃ металл остывает в раздаточном ковше вместимостью 400 кг до температуры (655 ± 5) °C в течение 30—40 мин. Это является сдерживающим фактором в повышении производительности труда. Ликвидировать необходимость длительного выстаивания можно за счет увеличения емкости раздаточной печи и уменьшения дозы долива.
Массы металла в раздаточной печи до и после перелива определяются из следующих выражений:
加工=[(/2 — Af) ™■ fl mj(t —幻；
加=[加血 + g (为-Af) 1/2
Масса металла, перелитого из раздаточного ковша в раздаточную печь,
т2 = MQq
где М — масса дозы металла, заливаемого в камеру прессования машины; Q — производительность машины; ф — время между доливами металла в раздаточную печь.
Время в должно быть достаточным для охлаждения металла в раздаточной печи до температуры ниже максимальной, заданной по технологии, на 15 ℃. Таким образом, время t равно времени охлаждения металла в данной раздаточной печи до заданной.
Если на； машине изготовляют отливки нескольких наименований, то емкость раздаточной печи определяют по отливке наибольшей массы, принимая минимальное ④.Для отливки с наименьшей массой в будет максимальным.
Стабилизация температуры пресс-формы. Стремление поддерживать^ температуру пресс-формы в заданных пределах в течение всего рабочего дня позволило сформулировать требования к автоматизированной системе, обеспечивающей термостатирование пресс-формы. Прежде всего эта система должна обеспечивать быстрый и равномерный подогрев рабочей полости пресс-формы перед началом работы, а также Интенсивное охлаждение пресс- формы в процессе изготовления отливок. Во время вынужденных перерывов в работе система должна подогревать пресс-форму и поддерживать ее температуру в заданных пределах.
Установлено 116], что во избежание отпуска материала вставок поверхмость пресс-формы не должна нагреваться выше 400 ℃. Распределение температур по элементам пресс-формы должно быть равномерным, чтобы исключить возможность искажения контура рабочей полости и образования холодных зон. Подогрев пресс- формы должен осуществляться в течение 1,0—1,5 ч.
Равномерный нагрев рабочей поверхности пресс-формы обеспечивает использование жидких теплоносителей. Каналы системы охлаждения пресс-формы служат в нужный момент и для нагрева. Важное значение имеет правильный выбор размеров и расположения каналов охлаждения в пресс-форме. Отношение объема каналов к объему формы зависит от рабочей температуры. Чем она выше, тем меньше это отношение. Если нужно отвести значительное количество теплоты, то каналы должны быть расположены ближе к рабочей полости. Вместе с тем необходимо выдерживать требуемое соотношение площади каналов, площади отливки и скорости протекания теплоносителя. При соотношении площадей 1 : 1 достигается максимальная интенсивность охлаждения. Скорость протекания теплоносителя должна быть не менее 2 м/с. Чем выше скорость протекания теплоносителя, тем больше интенсивность охлаждения.
Стабилизация скорости пресс-поршня. Особенность процесса литья под давлением в том, что скорость пресс-поршня при запрессовке металла в форму должна изменяться по определенному закону. Этот закон один и тот же для машин с камерами прессования различных типов (рис. 6.6). Движение пресс-поршня должно происходить в два этапа: медленное перемещение на этапе / и быстрое на этапе //. Медленное перемещение пресс-поршня на первом этапе связано с необходимостью вытеснения фронтом металла воздуха, находящегося в металлопроводе машины с горячей .камерой или в наполнительном стакане машины с холодной горизонтальной камерой. Для машин с холодной вертикальной камерой медленное перемещение пресс-поршня на первом этапе необходимо для плавного и безударного входа в наполнительный
Рнс* 6$6. Закон изменения скорости оПр пресс-поршня в зависимости от его перемещения SnpРнс* 6$6. Закон изменения скорости оПр пресс-поршня в зависимости от его перемещения Snpстакан. Быстрое перемещение пресс-поршня на втором этапе связано с необходимостью приобретения кинетической энергии расплавленным металлом, достаточной для заполнения полости формы и сваривания потоков металла. Нижний и верхний пределы изменения скорости пресс-поршня на первом этапе определяются необходимостью сохранения заданной температуры расплава до его подхода к питателю и обеспечения максимального вытесне
Рнс* 6$6. Закон изменения скорости оПр пресс-поршня в зависимости от его перемещения Snp
Рнс* 6$6. Закон изменения скорости оПр пресс-поршня в зависимости от его перемещения Snp
ния воздуха фронтом металла из камеры прессования. На втором этапе движения пресс- поршня пределы изменения его скорости определяются конфигурацией отливки и временем затвердевания металла. Таким образом, прессующий механизм машины литья под давлением должен обеспечивать перемещение пресс-поршня по определенному закону и с заданными скоростями на первом и втором этапах. Главной трудностью обеспечения заданного закона перемещения пресс-поршня является определение момента начала второго этапа его движения. Если рассматривать процесс литья под давлением на машине с холодной горизонтальной камерой, то этот момент зависит от объема заливаемой в наполнительный
стакан порции металла, так как с изменением этого объема изменяется и ход пресс-поршня на первом этапе. Ход пресс-поршня можно определить по формуле
5叩=（限一Р《）胤
где 乙一объем камеры прессования и'литниковых каналов до питателя; % — объем металла, заливаемого в камеру прессования; Гк — площадь поперечного сечения камеры прессования.
На практике включение высокой скорости осуществляют чаще всего по положению пресс-поршня. Для этого используют концевой выключатель и кулачок, связанный со штоком пресс-поршня. При таком способе включения высокой скорости уменьшение объема заливаемого металла приводит к увеличению объема воздуха, захваченного металлом в камере прессования на этапе 11 движения пресс-поршня (см. рис. 6.6). Увеличение объема порции металла приводит к его входу в рабочую полость формы уже на этапе / движения пресс-поршня. В этом случае вследствие увеличенного времени охлаждения металла в отливке будут наблюдаться неслитины. Поэтому такой способ включения второй скорости может быть использован только при точном дозировании металла.
Оптимальным способом включения высокой скорости пресс- поршня является такой, при котором используется контроль подхода металла в зону питателей. Для этого могут быть применены электрические контакты или термопары.
Не менее важным для стабилизации скорости пресс-поршня является обеспечение заданных скоростей на этапах / и // движения. Наличие при литье под давлением разнообразных случайных возмущений приводит к непредвиденным отклонениям скоростей. Наиболее существенное влияние на скорость пресс-поршня оказывают давление рабочей жидкости в приводе, трение пресс- поршня в камере прессования и гидравлическое сопротивление питателя. Давление рабочей жидкости в приводе изменяется в результате утечек азота из аккумулятора и рабочей жидкости в соединениях, изменения температуры рабочей жидкости, нарушений в работе регулирующих клапанов. Трение пресс-поршня в камере прессования возрастает при плохом смазывании трущихся поверхностей, чрезмерном износе пресс-поршня и камеры прессования, а также при сильном перегреве металла, приводящем к подливу металла в зазор и заклиниванию пресс-поршня. Г идравлическое сопротивление питателя может существенно изменять скорость пресс-поршня при больших колебаниях температуры заливаемого металла, т. к. с изменением вязкости металла изменяется и скорость его прохождения через питатель.
Обеспечить заданный график движения пресс-поршня можно только с помощью автоматических р^уляторов, использующих следящий привод.
Технические средства стабилизации технологических параметров. Стабилизировать параметры технологического процесса можно с помощью различных технических средств.
Устройство для регулирования температуры металла в раздаточной печи. Оно предназначено для работы в автоматическом режиме как автономно, так и в комплексе с другим оборудованием [36], что позволяет автоматически регулировать не только температуру, но и уровень металла в раздаточной печи. Кроме того, данное устройство контролирует обрыв нагревателей печи.
Для измерения температуры металла в раздаточной печи используют хромель-алюмелевые термопары с чехлом. В качестве* датчиков уровня металла применяют концевые выключатели в виде электродов, замыкаемых расплавом.
Работу нагревателей контролируют по наличию напряжения в каждой фазе питания (рис. 6.7). В нормальном режиме с А, В, С снимается напряжение и с помощью токовых приставок ПТ1, ПТ2 и ПТЗ производится его выпрямление. На выходе каждой цепи установлены сглаживающие фильтры RC и пороговые элементы 5/, 32, 53, выдающие логический ноль при наличии, на входе напряжения и логическую единицу при отсутствии напряжения. Отсутствие напряжения в одной из фаз питания преобразуется с помощью конъюнктора & и инвентора / в сигнал управ-
Рис, 6.7. Схема для обнаружения обрыва электронагревателей
ления У, поступающий в ЭВМ, которая отключает раздаточную печь и подает аварийный сигнал.
Для автоматического регулирования температуры металла в раздаточной печи используют тиристорный трехфазный регулятор напряжения. Сила тока управления. тиристором изменяется ступенчато. В цепь управления тиристором подключают один или два резистора, в результате чего обеспечиваются три ступени регулирования. Если оба резистора отключены, то нагрев печи отсутствует. При подключении одного резистора производится частичный нагрев печи, а при подключении двух резисторов — полный нагрев.
Алгоритм управления температурой металла в раздаточной печи позволяет выполнять следующие функции: вызов датчика температуры и запоминание ее значения; сравнение полученного значения с заданным, а также с минимально и максимально возможными; выдача сигнала о невозможности заливки в результате перегрева или переохлаждения металла; выдача сигнала на выключение электронагревателей печи при температуре металла, превышающей заданную на величину большую, чем установленный перепад; выдача сигнала на выключение электр он а гр евате- лей печи при температуре металла, превышающей заданную в пределах установленного перепада в целях дальнейшего нагрева за счет инерции печи; выдача сигнала на включение одной ступени нагрева печи при температуре металла выше заданной, но в пределах установленного перепада и тенденции к охлаждению; выдача сигнала на полное выключение печи при температуре металла выше заданной, но в пределах установленного перепада и тенденции к дальнейшему нагреву; выдача сигнала на включение первой ступени нагрева при температуре металла ниже заданной, но в пределах установленного перепада и тенденции к 216
Рис. 6.8. Схема термостатаРис. 6.8. Схема термостата150—250Маслокомпрессорное60,0250,0030,040,9X0,8X1,9150—250Маслокомпрессорное60,0250,0030,040,9X0,8X1,9ОО 5 5 5 7ОО 5 5 5 7
Рис. 6.8. Схема термостата
Рис. 6.8. Схема термостата
150—250Маслокомпрессорное60,0250,0030,040,9X0,8X1,9
150—250Маслокомпрессорное60,0250,0030,040,9X0,8X1,9
ОО 5 5 5 7
ОО 5 5 5 7
дальнейшему охлаждению^ выдача сигнала на включение обеих ступеней нагрева при температуре металла ниже установленного перейада; вызов пар чика контроля состояния нагревателей печи и выдача сигнала о их неисправности.
Установка для термостатирования пресс-формы. В практике литья под давлением для предварительного разогрева форм используют газовые горелки и электронагреватели. Однако как в нашей стране, так и за рубежом все шире стали ис-
пользовать установки для подогрева и охлаждения форм с помощью жидких теплоносителей. В СССР создана установка термостатирования мод. УТ-1 [16]. Ниже приведена ее техниче
ская характеристика.
Диапазон регулирования температуры теплоносителя, РС
Теплоноситель
Число термостатов в установке, шт
Расход теплоносителя на одни канал, ь^/мин
Давление теплоносителя, Па
Расход воды на охлаждение одного термостата, W/mhh ...
Габаритные размеры, м
Масса установки, кг: без теплоносителя с теплоносителем
Установка представляет собой шкаф, разделенный на два отсека. В одном отсеке размещается электрооборудование. Приборы, регулирующие процесс нагрева и охлаждения теплоносителя, вынесены на панель. На этой панели размещены также сигнальные лампочки и переключатели. В другом отсеке, разделенном на две части, установлено шесть термостатов по три в каждой части. Термостаты связаны с каналами охлаждения — нагрева формы гибкими соединительными рукавами, снабженными быстроразъемными соединениями. Термостаты оснащены термометрами. Вся установка может перемещаться по цеху на колесах.
Наиболее важным узлом установки является термостат (рис. 6.8). Он представляет собой теплоизолированный бак /,
Рис. 6.9. Блок-схема автоматического регулятора скорости пресс-поршня и давления прессования фирмы Sanders (США)
заполненный теплоносителем 4 и закрытый крышкой. В крышку вмонтированы трубчатый электронагреватель 2, температурное реле 3, двухконтурный теплообменник 5, насос 6, поплавковое устройство 7, терморегулирующее устройство % электромагнитный клапан 8 и датчик температуры 10.
Термостат работает следующим образом. Теплоноситель 4, нагретый трубчатыми электронагревателями 2, подается насосом 6 в каналы формы по трубопроводу I, где он отдает свою теплоту и возвращается в бак. Если температура возвращенного по трубопроводу 11 теплоносителя выше заданной, то происходит отключение нагрева и включение подачи холодной воды в теплообменник 5. Охлажденный теплоноситель по трубопроводу III поступает в форму и охлаждает ее. Если же температура возвращенного по трубопроводу IV теплоносителя ниже заданной, то отключается подача воды и включается нагрев. Таким образом, температура формы контролируется косвенным путем по температуре возвращаемого теплоносителя. Контроль и регулирование температуры теплоносителя осуществляется с помощью термометра, установленного на панели, и датчика температуры 10, находящегося в баке термостата.
При разогреве формы до заданной температуры на пульт управления машиной с помощью температурного реле 3 подается сигнал о готовности. При температуре теплоносителя выше 250° С терморегулирующее устройство 9 отключает подачу электроэнергии на нагреватели 2. Установка может регулировать температуру одновременно в шести зонах, т. е. обслуживать одну крупную или несколько небольших пресс-форм,
Л втоматические регуляторы скорости пресс-поршня и давления 6 приводе. Автоматическое регулирование скорости пресс- поршня и давления в приводе можно осуществлять программируемым задатчиком, разработанным американской фирмой Sanders (рис. 6.9), Регулятор включает следующие элементы: программируемый задатчик /, цепь управления скоростью пресс- поршня, состоящую из сервоклапана 2, вентиля расхода жидкости 3 и датчика расхода 4, цепь управления давлением прессования, имеющую те же элементы, а также датчик давления 5, гидроцилиндр механизма прессования 6、
Рис. 6.10. Закон перемещения пресс-поршня и сигналы управления исполнительными устройствами:% —• сигнал управленвв перемещением пресс-поршня; /р — сигнал управления давлением прессова- нвяРис. 6.10. Закон перемещения пресс-поршня и сигналы управления исполнительными устройствами:% —• сигнал управленвв перемещением пресс-поршня; /р — сигнал управления давлением прессова- нвя
Рис. 6.10. Закон перемещения пресс-поршня и сигналы управления исполнительными устройствами:
% —• сигнал управленвв перемещением пресс-поршня; /р — сигнал управления давлением прессова- нвя
Рис. 6.10. Закон перемещения пресс-поршня и сигналы управления исполнительными устройствами:
% —• сигнал управленвв перемещением пресс-поршня; /р — сигнал управления давлением прессова- нвя
Автоматический регулятор обеспечивает перемещение пресс- поршня по заданному закону во время всего литейного цикла. Заданное давление прессования выдерживается в процессе затвердевания отливки. Сигналом для включения цепи автоматического регулирования давления служит остановка пресс-поршня в конце процесса заполнения пресс-формы и резкое увеличение давления в гидроцилиндре.
Закон перемещения пресс-поршня и соответствующие этому перемещению сигналы управления исполнительными устройствами применительно к машине с холодной горизонтальной камерой показаны на рис. 6.10. Участок / движения пресс-поршня состоит из участка /' низкой скорости, необходимой для перекрытия заливочного отверстия и вытеснения воздуха из камеры прессования, и участка Г высокой скорости, которую пресс- поршень приобретает перед заполнением пресс-формы металлом. На участке 11 движения пресс-поршня происходит заполнение формы металлом. Этот участок может начинаться либо с момента разгона пресс-поршня, либо в период разгона, либо после разгона, в период установившегося движения. На участке III пресс- поршень останавливается, что соответствует окончательному заполнению пресс-формы металлом. В этот момент программируемый задатчик автоматически переключается с регулирования скорости пресс-поршня на регулирование давления. Система управления позволяет выдерживать переходное и установившееся давления. Управление давлением осуществляется сервоклапаном давления. На участке IV процесса литья под давлением происходит раскрытие пресс-формы и одновременное перемещение пресс-поршня с целью выталкивания пресс-остатка из камеры прессования. На участке V пресс-поршень возвращается в исходное положение.
Управление движением пресс-поршня на участках /, //, IV и V осуществляется с помощью сервоклапана скорости (рис. 6.11). Сервоклапан 4 регулирует расход рабочей жидкости в гидроцилиндре 2 путем перемещения золотника 6 в вентиле 5. Время перемещения золотника составляет 0,001 с. Расход рабо-
77Рис. 6.11» Схема следящего гидропривода для автоматического регулирования скорости пресс-поршняРис. 6.11» Схема следящего гидропривода для автоматического регулирования скорости пресс-поршняРис. 6.12. Схема автоматического регулятора скорости пресс-поршня машины с горячей камерой прессования
7
7
Рис. 6.11» Схема следящего гидропривода для автоматического регулирования скорости пресс-поршня
Рис. 6.11» Схема следящего гидропривода для автоматического регулирования скорости пресс-поршня
чей жидкости, поступающей к гидроцилиндру, контролируется датчиком расхода 3. Сигнал датчика расхода сравнивается с заданной величиной, в результате чего вырабатывается сигнал, корректирующий работу сервоклапана 4.
Для регулирования давления рабочей жидкости в гидроцилиндре используется двухступенчатый вентиль с чувствительностью до 50 циклов в секунду. Система управления позволяет гасить пики давления и выдерживать его величину в заданных пределах. В большинстве случаев управление давлением во время уплотнения отливки не требуется. Чаще всего необходимо не его изменение в процессе подпрессовки, а поддержание на заданном уровне, поэтому блок-схема автоматического регулятора скорости, приведенная на рис. 6.9, может быть упрощена путем исключения из цепи давления сервоклапана 2 и датчика давления 5. ,
Другим автоматическим регулятором скорости пресс-поршня являетсй система со следящим приводом, созданная для машины с горячей камерой прессования, имеющей гидравлический привод. Автоматический регулятор (рис. 6.12) включает следующие основные элементы: программируемый задатчик /, усилитель 2, датчик перемещения 3, сервоклапан, состоящий из сервомотора 4 и клапана 5, и управляемый гидроцилиндр 6. Пр огр аммиру емый задатчик в соответствии с требуемым законом перемещения пресс- поршня выдает с помощью генератора сигнал в виде пропорционального его скорости напряжения как функции времени. Это напряжение поступает в усилитель, а затем на сервомотор, который через редуктор перемещает золотник четырехходового кла-
пана, управляя расходом рабочей жидкости в гидроцилиндре 6, шток которргр жестко связан со штоком прессующего цилиндра 7.
Если скорость пресс-поршня отклоняется от заданной, то сигнал с датчика перемещения 3, поступающий через усилитель 2 в блок сравнения программируемого задатчика /, позволяет определить разницу напряжений и выдать скорректированный сигнал на сервомотор 4. Сервомотор, приводя в движение золотник клапана 5, изменяет расход рабочей жидкости в управляемом 6 и прессующем 7 цилиндрах, обеспечивая заданный закон перемещения пресс-поршня.
В нашей стране автоматическим регулятором скорости пресс- поршня оснащена машина мод. 71109. Для управления прессующим цилиндром использован следящий золотник, датчики перемещения и скорости пресс-поршня, а также герконовый блок контактов, управляющий работой следящего золотника при перемещении пресс-поршня. Выбор и установка закона изменения скорости пресс-поршня производятся с помощью переключателей на пульте управления машиной. Таким образом, для каждой отливки может быть определен оптимальный график скорости пресс-поршня в зависимости от его перемещения. Выдержка оптимального графика движения пресс-поршня позволяет стабилизировать качество отливок.
6Л. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
Математическое обеспечение АСУТП. Математическое обеспечение АСУТП включает определенный комплект технических документов, основными из которых являются математическое описание технологического процесса, блок-схема алгоритма управления, алгоритм решения задачи оптимального управления, программа на алгоритмическом языке для конкретной управляющей машины.
Для разработки математического описания технологического процесса необходимо изучить этот процесс и факторы, определяющие его поведение, поставить задачу автоматизированного управления процессом, а затем разработать его математическую модель, алгоритм и программу управления.
При разработке математического обеспечения используют различные методы исследования технологических процессов, методы построения математических моделей, приемы структурной теории алгоритмов, программное обеспечение для автоматизации программирования, стандартное программное обеспечение для управления технологическим процессом.
Среди методов исследования процесса литья под давлением наибольшее распространение получили метод проб и ошибок и методы планирования эксперимента.
Построение математических моделей базируется на методах, позволяющих получать стохастические модели, так как детерми-
нированные модели из-за сложных зависимостей качества отливок и переменных параметров не адекватны технологическому процессу. Для получения стохастических моделей применяют методы корреляционного и регрессионного анализов и методы математического планирования эксперимента (п. 6.2). Наиболее эффективным для построения математической модели технологического процесса является метод активного эксперимента. Этот метод отличается от классического метода планирования опытов тем, что при проведении эксперимента варьируются не один, а одновременно все переменные параметры. Это сокращает число опытов и снижает вероятность получения ошибочных результатов.
При построении математических моделей технологического процесса, когда трудно сделать заключение о характере связи между целевой функцией и переменными параметрами, вид уравнений выбирают априори. Так, при корреляционном и регрессионном анализах в качестве моделей при использовании метода математического планирования эксперимента применяют полиномы первой и второй степеней. Например, для двух переменных параметров эти полиномы имеют вид
У =面 + axxi +
у = Og + aiXl +。冰2 + ^12^1^2 + flll^f + Ct22^<
Нелинейность взаимосвязи переменных параметров приводит к тому, что линейная модель обычно имеет малую адекватность для всей области изменения технологических параметров и применяется в основном для описания малых областей факторного пространства, в которых нелинейными зависимостями между переменными параметрами можно пренебречь.
В работах [40, 48 ] для создания математического обеспечения АСУТП литья под давлением использованы методы распознавания образов при выборе решений. Недетерминированный характер связей между показателями качества отливок и переменными параметрами процесса обусловливает применение статистических методов распознавания. Особенно сложными являются распознавание и выбор оптимальных значений таких переменных, как скорость пресс-поршня и давление прессования.
Технические средства АСУТП. Проводимые в течение длительного времени в нашей стране и за рубежом работы по созданию АСУТП литья под давлением свидетельствуют о высокой сложности решаемой задачи. Имеющиеся достижения не позволяют, однако, полностью освободить оператора от участия в процессе изготовления отливок. Решены задачи автоматизации ручных операций технологического процесса, автоматического регулирования параметров пропесса, сделаны первые попытки создания математического обеспечения, промышленность выпускает управляющие вычислительные комплексы, но автоматизированные системы, полностью управляющие процессом изготовления от- 222
ливки, еще не созданы. Не реализована связь ЭВМ низшего уровня — математическая модель процесса — автоматические регуляторы параметров — автоматические контролеры качества отливок. Причиной этого является не только отсутствие средств для автоматического контроля качества отливок, но и сложность создания и реализации алгоритмов оптимального управления технологическим процессом, алгоритмов автоматизированного создания математических моделей при освоении изготовления отливок, невысокая надежность контрольно-измерительных средств, следящих приводов, регулирующих и управляющих устройств.
Наибольшие успехи достигнуты в создании систем автоматического регулирования переменных параметров и информационного обеспечения технологического процесса. Так, на базе автоматизированной линии мод. АЛ711Б08, имеющей заливочно-дозирующее устройство, манипулятор для удаления отливки, устройство для обдува и смазывания пресс-форым, пресс для обрубки литников и облоя, была создана автоматизированная система, включащая автоматические регуляторы температуры металла в раздаточной печи и температуры пресс-формы, датчики контроля переменных параметров и цифровой измерительный комплекс ЦИКЛ-10 [48]. Измерительный комплекс позволяет регистрировать и выводить на печать десять параметров. В число измеряемых параметров входят температура металла, температура подвижной и неподвижной полуформ, усилие запирания пресс-формы, время литейного цикла, время выдержки отливки в пресс-форме, скорость пресс-поршня, давление в приводе машины и пресса для обрубки литников.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ Т ЕХ НОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
Проектирование автоматйзированной системы литья под давлением является сложной технической задачей, которую условйо можно подразделить на проектирование автоматизированного технологического процесса и автоматизированной системы.
При проектировании автоматизированного технологического процесса можно выделить следующие этапы: анализ номенклатуры отливок (классификация их по конструктивно-технологическим признакам, выбор отливок-представителей); анализ технологического процесса (требования к отливке и пресс-форме при автоматизации, определение автоматизируемых операций); выбор технологического оборудования и средств автоматизации; разработка вариантов и выбор транспортно-технологической схемы автоматизированного технологического процесса.
Оптимальная транспортно-технологическая схема автоматизированного технологического процесса служит исходной информацией для разработки автоматизированной системы. Проектирование автоматизированной системы может состоять из следующих основных этапов: разработка вариантов и выбор структурно-компоновочной схемы автоматизированной системы; разработка вспомогательных устройств (технологических, захватных, контрольных); планировка автоматизированной системы; программирование автоматизированной системы; разработка системы управления автоматизированной системы.
Перечисленные этапы представляют собой единый неразрывный процесс проектирования автоматизированной системы, который может дополнительно включать или исключать какие-либо этапы [56].
АНАЛИЗ НОМЕНКЛАТУРЫ ОТЛИВОК
Исходной информацией для разработки автоматизированного технологического процесса литья под давлением служат сведения об объектах производства, т. е. характеристики отливок. Когда номенклатура отливок велика, то целесообразно выделять те или иные конструктивно-технологические признаки и по этим признакам подразделять отливки на группы. Каждая группа отливок определяет типовой автоматизированный технологический процесс.
Отливки
СплавСплавМассаМассаРазмерыРазмерыи丄丄丄丄丄£ТХ1и丄丄丄丄丄£ТХ1［丄丄丄jL丄［丄丄丄jL丄中方工名^ g窑nHnEoil中方工名^ g窑nHnEoill-qganHeow“0000二司§Ll-qganHeow“0000二司§L2 ЗА 三 4^ ззиод2 ЗА 三 4^ ззиод
Сплав
Сплав
Масса
Масса
Размеры
Размеры
и丄丄丄丄丄£ТХ1
и丄丄丄丄丄£ТХ1
［丄丄丄jL丄
［丄丄丄jL丄
中方工名^ g窑nHnEoil
中方工名^ g窑nHnEoil
l-qganHeow“0000二司§L
l-qganHeow“0000二司§L
2 ЗА 三 4^ ззиод
2 ЗА 三 4^ ззиод
Рис. 7.1. Классификационные признаки отливок
При анализе отливок изучают конструкторскую документацию на изделие и условия его эксплуатации, конструкторскую документацию на деталь и пресс-форму, сведения о литниковой системе. На основании полученной информации определяют основные классификационные признаки, по которым отливки объединяют в группы. Основными классификационными признаками деталей являются конструктивно-технологические признаки (рис. 7.1).
Классификационными признаками, характеризующими отливки, являются признаки, связанные с особенностями литниковой системы. Это прежде всего число отливок, получаемых в пресс-форме, жесткость литниковой системы, вид литникового остатка, за который удаляется отливка. На рис. 7.2 показан один из возможных вариантов классификации отливок по названным признакам.
Проектирование автоматизированного технологического процесса и автоматизированной системы ведется для отливки-представителя, выбранного из группы. Переход на производство любой из отливок группы не требует сложных переналадок оборудования, а состоит лишь в перепрограммировании оборудования и замене оснастки.
Классификационные признаки отливки определяют тип и мощность машины литья под давлением и сложность пресс-формы. Тип машины выбирают в зависимости от вида сплава и формы отливкщ а мощность — в зависимости от ее размеров и массы. В свою очередь, сложность пресс-формы зависит от конфигурации отливки. Конструкция пресс-формы и конфигурация отливки определяют траекторию удаления отливки из машины. Если
8 Заказ 66 225
Рис. 7.2. Классификация отливов
литники и облой удаляют в штампе, то конструкция штампа и способы удаления из него отливок также зависят от конфигурации отливки.
Классификационные признаки отливки определяют средства для автоматизации операций удаления отливок из пресс-формы и контроля полноты извлечения, а также средства автоматизации операций удаления литников и облоя.
Для одногнездных пресс-форм существенным при выборе технических средств автоматизации операций технологического процесса является жесткость литниковой системы и наличие конического ходового литника или цилиндрического пресс- остатка. При удалении литников и облоя в галтовочных барабанах жесткость литниковой системы не влияет на обработку, а при использовании прессов деформирование литниковой системы отливки в момент удаления из пресс-формы может привести к нарушению процесса обработки в результате неточной установки отливки в штамп. Конический ходовой литник и цилиндрический пресс-остаток определяют вид захватного устройства манипулятора или промышленного робота (ПР), выполняющего операцию удаления отливки из пресс-формы.
Для многогнездных пресс-форм, кроме рассмотренных признаков, при проектировании автоматизированных технологических процессов и систем следует учитывать также характер расположения отливок в пресс-форме. Для систематизированного рас- 226
положения отливок наиболее характерно круговое и прямолинейное расположение их относительно литника. Несистематизированное расположение отливок и получение неодинаковых отливок в одной пресс-форме встречается довольно редко, но требуют более сложных технических решений при автоматизации операций контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы и удаления литников и облоя на прессах.
При систематизированном расположении отливок в пресс- форме могут быть использованы типовые и стандартные решения автоматизации операций удаления литников.
Таким образом, классификация отливок и подразделение их на группы по характерным признакам позволяют типизировать технические решения при проектировании автоматизированных технологических процессов и систем.
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Автоматизированный технологический процесс литья под давлением может разрабатываться для изготовления как новых, так и уже освоенных отливок.
Для изготовления новых отливок процедура проектирования начинается с выбора типа машины литья под давлением по изве* стным параметрам детали, анализ которых был проведен на предыдущем этапе. Затем начинается проектирование отливки, литниковой системы и пресс-формы. При проектировании необходимо учитывать требования, которые к ним предъявляет автоматизация операций технологического процесса. При проектировании автоматизированного технологического процесса изготовления уже освоенных отливок также следует учитывать требо- вания к конструкции отливок, литниковой системы и пресс-формы и производить при необходимости их доработку.
Требования, предъявляемые к отливке и пресс-форме при автоматизации технологического процесса. Если удаление литниковой системы осуществляется на прессах в штампах, то отливки должны иметь жесткую литниковую систему (питатели, литники, коллекторы, промывники), не деформирующуюся при удалении отливки из пресс-формы. Если же отделение литников происходит в галтовочных барабанах, то их высокая жесткость может усложнить и удлинить процесс обработки. При отделении литников в пресс-форме параметры литников практически не влияют на производительность обработки [41].
Для обеспечения беспрепятственного автоматического выталкивания и удаления отливки из пресс-формы поверхности отливки, перпендикулярные к плоскости разъема, должны иметь большие, чем при ручном удалении, уклоны.
Если удаление отливки из пресс-формы осуществляется с помощью манипулятора или ПР, то в целях упрощения операций целесообразно, чтобы конфигурация отливки пс^воляла ей зависнуть после выталкивания из пресс-формы на стержнях, толка-
8* 227
телях или рассекателе. Когда же этого достичь не удается, то усложняют рабочий орган ПР и обеспечивают его синхронное перемещение с системой выталкивания отливки.
Если удаление литниковой системы при последующей обработке отливок производится на прессах, то в целях фиксированной укладки в штамп отливки должны иметь базирующие отверстия или выступы. Часто для этого используются существующие элементы отливок, а при их отсутствии специально делают технологические выступы или отверстия.
Конструкция отливок по возможности должна упрощаться, так как использование для изготовления сложных отливок подвижных стержней и армирующих элементов усложняет автоматизацию операций по очистке пресс-формы, установке арматуры и удалению отливки.
Литниковую систему для однотипных отливок и особенно отливок, изготовляемых в многогнездных пресс-формах, целесообразно выполнять унифицированной. Цилиндрический пресс- остаток и конический литник, за которые обычно удаляют отливки из пресс-формы, необходимо располагать ближе к центру отливки по оси симметрии, если таковая есть, чтобы обеспечить равномерность усилий, прикладываемых к отливке при ее извлечении. Вместе с тем цилиндрический пресс-остаток и конический литник не должны загораживаться выступающими частями отливки, так как это будет препятствовать захвату отливки манипулятором или ПР.
Цилиндрический пресс-остаток отливки, изготовляемой на машине с холодной горизонтальной камерой прессования, должен иметь толщину, равную примерно одной трети диаметра, что позволяет схвату манипулятора или ПР надежно захватывать и беспрепятственно удалять отливку из машины. При чрезмерно малой толщине пресс-остатка манипулятор или ПР могут не захватить отливку, что приведет к сбою работы автоматизированной системы. При увеличенной длине пресс-остатка для удаления отливки может не хватить рабочего пространства между полуформами. Толщина пресс-остатка зависит от дозы заливаемого металла и количества выхода (пробрызгивания) его через плоскость разъема пресс-формы при недостаточном усилии запирания.
Конический литник отливок, изготовляемых на машинах с горячей камерой прессования, должен иметь длину, позволяющую схвату манипулятора или ПР надежно захватить и беспрепятственно удалить отливку из машины. Чрезмерно короткий литник может привести к незахвату отливки и сбою работы автоматизированной системы. При увеличенной длине литника может не хватить рабочего пространства между полуформами для беспрепятственного удаления отливки. Изменение длины литника связано с нарушением теплового режима пресс-формы, мундштука и раздаточного тигля.
Пробрызгивание металла по плоскости разъема пресс-формы приводит к образованию облоя на отливке. Облой препятствует удалению отливки из пресс-формы, поэтому при изготовлении отливки необходимо создавать такие условия, чтобы облой был минимальном или отсутствовал вообще. В связи с этим при запирании машины полуформы должны плотно и равномерно прилегать по плоскости разъема.
Часто в сложных и изношенных пресс-формах металл при запрессовке попадает в зазоры между подвижными стержнями, толкателями и неподвижными вставками, создавая дополнительные трудности при извлечении отливки из пресс-формы. Поэтому сопряжения подвижных и неподвижных элементов пресс-формы необходимо выполнять с учетом тепловых и гидродинамических параметров литейного процесса, не допуская чрезмерно больших зазоров.
Для облегчения удаления отливки пресс-форма не должна иметь выступающих частей (колонки, клинья, приводы стержней) на пути перемещения руки манипулятора или ПР. Ее конструкция должна обеспечить фиксированное зависание отливки после выталкивания в целях обеспечения надежного ее захвата манипулятором или ПР. Это особенно важно для отливок с коническим литником, когда смещение отливки при выталкивании из пресс-формы изменяет усилие зажима литника схватом. Чрезмерное усилие может привести к раздавливанию незастывшего литника, а уменьшенное ——к неудалению отливки.
Затрудненное удаление отливок происходит при их изготовлении в пресс-формах, на рабочих поверхностях которых имеются глубокие трещины, царапины, эрозия, приводящие к привариванию отливки.
Если для удаления отливки не используется манипулятор или ПР, то конструкция пресс-формы должна обеспечить надежное выталкивание отливки, чтобы она могла выпасть на приемный лоток, расположенный под пресс-формой. Иногда для этой цели используют механизм двойного выталкивания или сталкиватель.
Определение автоматизируемых операций. Разнообразие технологических процессов литья под давлением связано, в первую очередь, с различными типами камер прессования и расположением механизма прессования относительно пресс-формы в машине. Наибольшее распространение получили технологические процессы, выполняемые на машинах с горячей и холодной горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Не получили широкого распространения машины с горячей горизонтальной камерой прессования и машины вертикальной компоновки.
Кроме того, различие технологических процессов литья под давлением обусловлено многообразием сплавов, из которых изготовляются отливки. Наряду с цинковыми, магниевыми и алюминиевыми сплавами, широко используемыми в производстве, все шире начинают применять сплавы меди, железа, титана,
7Л. Технологические процессы изготовления отливок на машинах с различными камерами прессования
Операция
Степень автоматизации операций» выполняемых на машнне
с горячей камерой
с холодной горизонтальной камерой
с холодной вертикальной камерой
Очистка н смазцванне*
пресс-формы
Р
Р
пресс-камеры
Р
пресс-поршня
Р
контрпоршня
Закрытие пресс-формы
Заливка металла в пресс-камеру
Заполнение металлом пресс-формы
Выдержка отливки в пресс-форме
Возвращение пресс-поршня в исход-
ное положение
Отрезка пресс-остатка
А
Удаление пресс-остатка
Р
Раскрытие пресс-формы
А
А
А
Выталкивание отливки
А
А
А
Удаление отливки из пресс-формы
Р
Р
Р
Условные обозначения: Р — вручную; П — полуавтоматически; А — автоматически.
жаропрочные сплавы. Специфику в технологические процессы вносят и специальные условия заполнения пресс-формы расплавом, к которым относятся вакуумирование и продувка кислородом.
Цель анализа технологического процесса состоит в определении операций, которые необходимо автоматизировать. В табл. 7.1 приведены технологические процессы изготовления отливок на машинах с горячей, холодной горизонтальной и холодной вертикальной камерами прессования. При анализе технологических процессов устанавливается степень автоматизации операций: вручную, полуавтоматически, автоматически.
При изготовлении отливок на машине с горячей камерой прес^ сования вручную выполняются две операции технологического процесса: очистка и смазывание пресс-формы и удаление отливки из пресс-формы. Полуавтоматически выполняется одна операция — закрытие пресс-формы. Под полуавтоматическим выполнением операции понимается выполнение операции в результате нажатия кнопки или педали. Все остальные операции технологического процесса выполняются автоматически машиной. Общее число операций в технологическом процессе составляет 9 наименований.
При изготовлении отливок на машине с холодной горизонтальной камерой прессования вручную необходимо выполнять 230
пять операций технологического процесса. К операциям очистки и см азывааия пресс-формы и удаления отливки из пресс-формы доб авляютея операции: очистки и смазывания пресс-камеры и пр есс-поршяя и заливки металла в пресс-камеру. В полуавтоматическом режиме выполняются две операции: закрытие пресс- фо рмы и заполнение пресс-формы металлом. Остальные операции технологнческого процесса выполняются автоматически. Весь технологический процесс состоит из 11 операций.
Если изготовление отливок производится на машине с холодной вертикальной камерой прессования, то число операций, выполняемых вручную, возрастает до семи. Кроме операций, перечисленных для машин с холодной горизонтальной камерой, необходимо выполнить вручную операции очистки и смазывания контрпоршня и удаления пресс-остатка. Полуавтоматически здесь выполняются те же две операции, что и для машин с холодной горизонтальной камерой. Остальные операции технологического процесса выполняются автоматически. Всего в технологическом процессе содержится 14 операций.
Анализ трех технологических процессов литья под давлением показывает^ что они имеют различное число операций, выполняемых вручную. Наименьшее число таких операций (две) имеется в технологическом процессе изготовления отливок на машине с горячей камерой прессования. Для полной автоматизации этого технологического процесса необходимо автоматизировать две ручные и одну полуавтоматическую операции, т. е. всего три операции. При изготовлении отливок на машине с холодной горизонтальной камерой прессования: требуется автоматизировать семь операций. Наибольшее число операций (девять) требуется автоматизировать в технологическом процессе изготовления отливок на машине с холодной вертикальной камерой прессования.
Таким образок, анализируемые технологические процессы будут иметь различную сложность автоматизации. Легче всего автоматизировать изготовление отливок на машинах с горячей камерой прессования, сложнее — на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования и весьма сложно ——на машинах с холодной вертикальной камерой прессования.
Отливки, изготовленные на машинах литья под давлением, требуют дополнительной обработки — удаления литников и облоя ・ Для этого используют различные технические средства. Наибольшее распространение получили прессы и галтовочные барабаны. Реже используют ленточные пилы, токарные и фрезерные станки.
Отливки небольших размеров с тонкими питателями обрабатывают в галтовочных барабанах. При галтовке происходит обломка литников и облоя. Для отделения отливок от отходов в барабанах существуют отверстия, в которые проваливаются либо отходы, либо отливки.
Удаление литников и облоя у отливок средних размеров и с тонкими питателями производится вручную или на прессах. При обработке вручную сначала обламывают литники, а затем с помощью напильников удаляют остатки литников и облой. При обработке отливок на прессах литники и облой удаляются одновременно в штампах.
Удаление литников и облоя у отливок с толстыми питателями выполняют только на прессах, ленточных пилах и металлорежущих станках.
Таким образом, размеры отливки и питателя определяют способ удаления литников и облоя. Каждый способ обработки содержит то или иное число операций, выполняемых вручную, полуавтоматически и автоматически. Определение этих операций является целью анализа технологических процессов удаления литников и облоя.
Технологические процессы изготовления отливок и удаления литников и облоя включают различного рода контрольные операции. При этом одни операции выполняются автоматически, а другие ——литейщиком либо с помощью приборов, либо визуально по косвенным признакам. Контролируются режимы литья, качество отливок, правильность работы оборудования.
Среди параметров, определяющих режимы литья, контролируются давление прессования, скорость пресс-поршня, температуры сплава и пресс-формы, время выдержки отливки в пресс- форме, порции заливаемого сплава, объемы наносимых на поверхности пресс-формы и камеры прессования смазочных материалов и др.
При оценке качества отливок контролируются чистота поверхности ,недоливы, плотность, геометрические размеры, твердость, прочность, герметичность и другие параметры.
Для проверки правильности работы оборудования контролируются уровень сплава в раздаточной печи, полнота удаления отливки из пресс-формы, удаление пресс-остатка, удаление отливки из штампа и другие операции.
Неавтоматизированные операции контроля при разработке автоматизированного технологического процесса подлежат автоматизации. “
Для функционирования автоматизированных систем литья под давлением необходимы их обеспечение материалами и оснасткой, а также вывоз готовой продукции, отходов и отработанной оснастки • Поэтому при разработке автоматизированных технологических процессов литья под давлением учитывают транспортные операции, связанные с материально-техническим обеспечением. Разработка самих транспортных систем проводится при проектировании гибких автоматизированных производств и в настоящей главе не рассматривается. Транспортные операции должны учитываться при разработке планировки автоматизированной системы 232
с тем, чтобы обеспечить обслуживание входящего в нее оборудования транспортными средствами.
При изготовлении отливок в цехах литья под давлением выполняются следующие транспортные операции: доставка расплава из плавильного отделения к раздаточным печам; транспортирование отливок к оборудованию для удаления литников и облоя; транспортирование обрубленных отливок на промежуточный склад или в цех для последующей обработки; транспортирование отходов в плавильное отделение; транспортирование пресс-форм, штампов и другой литейной оснастки, тары для отливок и отходов.
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
После определения операций технологического процесса, которые необходимо автоматизировать, приступают к выбору технологического оборудования и средств автоматизации. При этом разработчик автоматизированного технологического процесса должен учитывать, что набор технологического оборудования и средств автоматизации определяется прежде всего видом сплава отливки и типом камеры прессования машины литья под давлением.
Концепции автоматизации литья под давлением. Существующая практика производства отливок литьем под давлением предопределила применение машин с различными типами камер прессования в зависимости от используемых сплавов. Например, отливки из цинковых сплавов изготовляют на машинах с горячей камерой прессования, хотя нет препятствий для их изготовления и на машинах с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Отливки из магниевых сплавов получают на машинах с горячей и холодной горизонтальной камерами прессования. В то же время нет особых причин, препятствующих изготовлению магниевых отливок на машинах с холодной вертикальной камерой прессования. Отливки из алюминиевых сплавов производят на машинах с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Попытки использовать для производства алюминиевых отливок машины с горячей камерой прессования не дали на практике положительных результатов.
Каждый тип машины, вследствие специфики прессующего узла, оснащается различными наборами технических средств, необходимых для автоматизации технологических операций (рис. 7.3). Любой вариант набора технических средств представляет ту или иную автоматизированную систему литья под давлением: гибкий производственный модуль (ГПМ), гибкую автоматизированную линию (ГАЛ), роботизированный технологический комплекс (РТК), роботизированную технологическую линию (РТЛ).
Под ГПМ понимается такой набор технических средств, который позволяет автоматически изготовлять отливки. ГАЛ включает
Тип сплаваТип сплаваВид пашиныВид пашиныТил автопати зироданной системыТил автопати зироданной системыНабор технических средствНабор технических средств3工4工53工4工57工27工2224455445588
Тип сплава
Тип сплава
Вид пашины
Вид пашины
Тил автопати зироданной системы
Тил автопати зироданной системы
Набор технических средств
Набор технических средств
3工4工5
3工4工5
7工2
7工2
2
2
4
4
5
5
4
4
5
5
8
8
〃""
12|/2
Рис. 7.3. Набор технических средств для различных технологических процессов:
1—4 — устройства для очистки и смазывания пресс-формы, пресс-поршия, пресс-камеры и контрпоршня; 5 — заливочно-дозирующее устройство； 6 — промышленный робот; 7 — устройство для контроля полноты извлечения отливки; 8 — устройство для удаления пресс-остатка； 9 — пресс для обрезки литников и облоя; 10 ——устройство для приема отливок; 11 — конвейер для отливок; 12 — галтовочный барабан
набор технических средств, позволяющий изготовлять отливки и выполнять другие технологические процессы, например удалять литники и облой, механически обрабатывать отливку. РТК представляет собой набор технических средств, включающий один или несколько ПР, с помощью которых отливки изготовляются автоматически. РТЛ также имеет в наборе технических средств один или несколько ПР, которые позволяют автоматически производить отливки и осуществлять их последующую обработку.
Выбор конкретной автоматизированной системы связан с принятой концепцией автоматизации. Можно выделить две принципиально； отличающиеся концепции автоматизации литья под давлением* Первая концепция состоит в использовании для автоматизации простейших средств, неперепрограммируемых при переходе на. изготовление новых отливок. Такими средствами являются механизмы двойного выталкивания отливок, сталкива- тели отливок, работающие по жесткой программе манипуляторы для удаления отливок, устройства для смазывания пресс-формы, ковшовые заливочно-дозирующие устройства и др.
Вторая концепция предполагает включение в набор технических средств для автоматизации операций технологического процесса перепрограммируемого оборудования. Это, прежде всего, легко перепрограммируемые ПР, пневматические, вакуумные и. электромагнитные заливочно-дозирующие устройства, устройства для очистки и смазывания пресс-форм по заданной программе или адаптивные очистные устройства, оснащенные системой технического зрения, и другие высокоинтеллектные средства.
Неперепрограммируемое оборудование используется преимущественно в массовом производстве при изготовлении простых отливок, к которым предъявляют невысокие технические требования . Перепрограммируемое оборудование применяется преимущественно в серийном производстве при изготовлении сложных отливок, которые должны соответствовать высоким техническим требованиям.
Минимальные комплекты средств автоматизации имеют ГПМ и РТК, построенные на базе машин с горячей камерой прессования, а максимальные — ГАЛ и РТЛ, использующие машины с холодной вертикальной камерой прессования. Каждая автоматизированная система литья под давлением включает устройство для очистки . и смазывания пресс-формы и устройство для контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы. Состав остальных технических средств определяется типом камеры прессования машины, выбранной концепцией автоматизации и операциями последующей обработки отливок.
Выбор конкретных моделей технологического оборудования и средств автоматизации проводится с учетом требований, предъявляемых автоматизацией, и особенностей технологических процессов.
Требования, предъявляемые к технологическому оборудованию при автоматизации технологического процесса. К технологическому оборудованию в автоматизированных системах литья под давлением относят машины литья под давлением, раздаточные печи, прессы, токарные и фрезерные станки для обрезки литников и облоя, галтовочные барабаны, ленточные пилы и другое оборудование для последующей обработки отливок.
Машины для литья под давлением должны, прежде всего, иметь электрическую или электронную систему управления.
Машины, имеющие чисто гидравлическую систему управления, сложно связывать со средствами автоматизации из-за отсутствия электроавтоматики. Число типов и моделей машин, установленных в цехе, должно быть минимальным. Это упрощает обслуживание автоматизированных систем, вследствие унификации систем управления и стандартизации средств автоматизации, повьйпает надежность работы оборудования.
Машины должны работать непрерывно в течение двух смен. Сбои в их работе снижают эффективность применения автоматического оборудования. Ход подвижной плиты машины при раскрытой пресс-форме должен обеспечить рабочее пространство для беспрепятственного выноса отливки манипулятором или ПР. Положение подвижной плиты машины должно регулироваться с точностью ±1 мм, что позволяет уменьшить число переналадок в манипуляторах и ПР при использовании пресс-форм различной толщины.
Ход плиты толкателей в пресс-форме или ход гидротолкателя машины должны регулироваться с точностью ±1 мм. Это необходимо для обеспечения зависания отливки в фиксированном положении на стержнях, толкателях и других выступающих элементах пресс-формы, что важно для надежного захвата и извлечения отливки манипулятором или ПР. При аварийном сигнале «Стоп» машина должна остан авл и ват ься в любом положении механизмов. Это требование снижает вероятность поломок средств автоматизации, оснастки и элементов машины.
Раздаточные печи в автоматизированных системах литья под давлением применяются либо в сочетании с ковшовыми заливочно- дозирующими устройствами (ЗДУ) в виде заливочных манипуляторов или роботов-заливщиков, либо с ЗДУ пневматического, вакуумного или магнитодинамического типа в виде отдельных устройств. Размеры тигля раздаточной печи должны обеспечивать ковшовому ЗДУ вычерпывание не менее трех четвертей расплава. Чтобы сократить расстояние до заливочного отверстия машину и уменьшить габариты ковшового ЗДУ, габаритные размер^ раздаточной печи должны быть минимальными. Теплоизоляция раздаточной печи должна обеспечивать нормальные условия работы ковшовых ЗДУ и другого оборудования, установленного рядом. Объем металла в ее тигле должен быть рассчитан не менее чем на двухчасовую работу машины. Раздаточные печи должны иметь средства автоматического регулирования температуры расплава и автоматического контроля уровня металла в тигле.
Для обрезки литников и облоя в автоматизированных системах литья под давлением чаще всего используют прессы. Ход их пуансонов должен обеспечивать такое расстояние между плитами, чтобы при установленном штампе можно было беспрепятственно устанавливать отливку в матрицу с помощью манипулятора или ПР.
Пресс должен иметь систему автоматического выталкивания отливок из пуансона. Иногда целесообразно иметь систему выталкивания в матрице. Без системы выталкивания использование прессов менее эффективно; они должны иметь возможность работы в режиме одиночных ходов. Скорость ползуна должна регулироваться при холостом и рабочем ходах. Время обрезки литников и облоя должно быть меньше времени изготовления отливки. Прессы должны работать непрерывно в течение двух смен. При аварийном сигнале «Стоп» пресс должен останавливаться в любом положении механизмов.
Требования к средствам автоматизации. Так как параметры технических средств, используемых в автоматизированных системах литья под давлением, влияют как на работу технологического оборудования, так и на качество отливок, то весьма важно установить их пределы. В первую очередь, необходимо выработать требования к ЗДУ, ПР, устройствам для очистки и смазывания пресс-форм и средствам контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы.
При создании автоматизированных систем литья под давлением следует учитывать как общие требования, предъявляемые технологическим процессом к ЗДУ, так и специальные требования, предъявляемые к конкретным типам ЗДУ.
ЗДУ прежде всего должно обеспечивать постоянство дозы расплава. Уменьшение дозы снижает качество отливок и затрудняет их удаление за пресс-остаток из пресс-формы с помощью манипулятора или ПР. Увеличение дозы удлиняет время затвердевания пресс-остатка, а соответственно цикл изготовления отливки.
ЗДУ также должно обеспечивать постоянство времени выдачи дозы расплава. Если время выдачи дозы по каким-либо причинам возрастает, то происходит более сильное охлаждение расплава и соответственно изменение режимов литья. Кроме того, с увеличением времени выдачи дозы возрастает время изготовления отливки, т. е. падает производительность машины. Если время выдачи дозы расплава сокращается, то может возникнуть ситуация, когда машина будет не готова к приему расплава. Время нахождения расплава в камере прессования машины должно быть минимальным, чтобы снизить потери теплоты. Поэтому должно быть минимальным и время заливки металла в камеру прессования.
При использовании ЗДУ ковшового типа конструкция ковша и способ зачерпывания должны предотвращать попадание в него оксидных плен с поверхности расплава в тигле раздаточной печи. Материал ковша или покрытие не должны позволять расплаву налипать на внутреннюю и наружную поверхности ковша. Налипание или намораживание расплава на внутреннюю поверхность ковша приводит к изменению дозы. Намораживание расплава на заливочном отверстии ковша удлиняет время его за-
полнения или сокращает объем дозы. Намораживание расплава на наружной поверхности ковша увеличивает его массу и габаритные размеры, что создает неудобства при заливке расплава в камеру прессования и ухудшает динамику движений заливочного манипулятора.
Заливочный ковш должен плавно опускаться в ванну с расплавом и подходить с расплавом к камере прессования, не вызывая его разбрызгивания.
Заливочный ковш не должен опускаться в расплав ниже допустимого значения. Чрезмерное погружение заливочного ковша приводит к налипанию расплава на поворотных цапфах и затруднению или препятствию работы механизма поворота ковша.
При использовании ЗДУ пневматического, вакуумного или магнитодинамического типа нужно следить за тем, чтобы расплав не намораживался на стенках металлопровода, так как это ведет к сужению проходного сечения и уменьшению расхода жидкого металла, т. е. к сокращению заливаемой дозы.
Расстояние от сливного отверстия ЗДУ до камеры прессования должно быть минимальным, чтобы снизить потери теплоты рас“ плава, протекающего по заливочному лотку, угол наклона которого должен обеспечивать плавное и спокойное заполнение камеры прессования расплавом без выплескивания.
Чтобы плены оксидов не замешивались в металл, необходимо оптимизировать режим подачи и сброса давления для пневматических и вакуумных ЗДУ и режим движения расплава при индукционном подогреве в электромагнитных ЗДУ.
В автоматизированных системах литья под давлением ПР обслуживают машины, станки и разнообразное вспомогательное оборудование, например устройства для охлаждения отливки и контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы, устройства для установки арматуры в пресс-форму и др. ПР выполняют транспортные и техно логические операции и функции управления. В соответствии с многообразием выполняемых функций к ПР предъявляют различные требования. Прежде всего они должны обеспечивать необходимую точность позиционирования, которая определяется выполняемыми функциями. Так, при установке отливки в штамп пресса или патрон станка, после извлечения ее из пресс-формы машины, требуется более высокая точность позиционирования, чем при контроле полноты извлечения и сбросе отливки в тару.
, ПР должны иметь повышенную жесткость конструкции, чтобы обеспечивать надежное извлечение отливки из пресс-формы при ее заклинивании или подливах металла. Время удаления отливки из пресс-формы с помощью ПР не должно превышать времени выполнения этой операции вручную. Это требование необходимо для повышения производительности изготовления отливок.
Схват ПР должен обеспечивать надежный зажим конического литника, либо цилиндрического пресс-остатка, исключающий 238
перемещение отливки как при извлечении ее из пресс-формы, так и при транспортировании. В противном случае не будет обеспечена Точная установка отливки в штамп пресса, патрон станка или другое оборудование.
ПР, используемые в цехах литья под давлением, должны быть защищены от пыли и теплового излучения. Их система управления должна быть защищена от радиопомех и электро- магнитньГх наводок. Всё это повышает надежность работы ПР и производительность автоматизированной системы.
Для бесперебойной работы автоматизированной системы весьма важно состояние пресс-формы, т. е. ее подготовленность к новому циклу. Смазыванию пресс-формы обычно предшествует очистка пресс-формы от продуктов сгорания смазочного материала, остатков облоя или частей отливки. Поэтому устройства для смазывания пресс-формы должны иметь средства для ее очистки.
Форсунки, используемые для смазывания пресс-формы, должны распылять смазочный материал в виде аэрозольного тумана, так как это позволяет достигать удаленных глубоких и труднодоступных полостей. Форсунки должны иметь средства для регулирования угла распыла и расхода смазочного материала и сжатого воздуха. Устройства для очистки и смазывания пресс-формы должны иметь средства для регулирования времени подачи сжатого воздуха и смазочного материала. Расход смазочного материала в процессе работы устройства должен быть стабильным и минимальным. При смазывании пресс-форм в закрытом состоянии необходимо предусматривать специальные устройства для очистки пресс- форм в раскрытом положении.
Выбор технологического оборудования. При разработке автоматизированных систем литья под давлением особое значение приобретает выбор технологического оборудования (машины, прессы, станки и т. д.), от которого зависит производительность системы и качество отливок. Разработчик должен оценить возможность применения действующего оборудования в условиях автоматической работы и принять решение либо о его использовании, либо о замене новым, более прогрессивным. Действующее технологическое оборудование оценивают в соответствии с требованиями автоматизации, а также с учетом физического состояния оборудования (степень изношенности, ремонтопригодность) и его технических показателей (производительность, надежность, совместимость со средствами автоматизации и др.). Если действующее в цехе технологическое оборудование не удовлетворяет требованиям автоматизации и его характеристики не соответствуют требованиям производства, то необходима его замена на новое, более прогрессивное.
Новое технологическое оборудование должно обеспечивать большую пр о и зводител ь ноет ь 4 более высокое качество отливок,
большую гибкость при переходе на новую отливку, лучдае условия труда.
Выбор технических средств для автоматизации операций технологического процесса. Вследствие многообразия технических средств, используемых для автоматизации литья под давлением, выбор оптимального варианта связан со значительными трудностями. Поэтому целесообразно привести некоторые рекомендации по выбору такого оборудования. Прежде всего это относится к выбору ЗДУ, ПР, устройств для очистки и смазывания пресс- форм, средств контроля полноты извлечения отливки.
Выбор оптимального варианта средств автоматизации, так же как и выбор нового технологического оборудования связан с необходимостью увеличения объема выпуска и повышения качества отливок, снижения затрат на производство и повышения его гибкости, улучшения условий труда и обеспечения безопасной работы.
Выбор ЗДУ. В автоматизированных системах литья под давлением ЗДУ применяют для заливки металла в машины с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Применение ЗДУ того или иного типа определяется рядом факторов: типом камеры прессования машины, массой отливки, видом сплава, чистотой сплава, точностью дозирования, временем выдачи дозы, расходом электроэнергии, безопасностью работы, стойкостью сменных элементов и др.
Среди отечественных и зарубежных ЗДУ можно выделить две принципиально отличающиеся группы: ЗДУ, совмещенные с раздаточной печью (пневматические, вакуумные, магнитодинамические, поршневые, с вытеснителем), и ЗДУ, не совмещенные с раздаточной печью, использующие манипулятор, оснащенный ковшом (встроенные, напольные, портальные). ЗДУ любого типа имеет различные модификации. Многообразие вариантов создает трудности при выборе ЗДУ.
Как показывает практика, если для машин с холодной горизонтальной камерой прессования могут быть использованы ЗДУ любого типа, то для машин с холодной вертикальной камерой прессования целесообразнее применять ЗДУ ковшового типа, так как с помощью последних можно заливать металл непосредственно в камеру прессования без промежуточного лотка, который загромождает зону камеры прессования и препятствует удалению пресс- остатка. При этом для заливки расплава в машины с холодной вертикальной камерой прессования предпочтительнее использовать встроенные или напольные ЗДУ. Портальные ЗДУ не пригодны для обслуживания таких машин из-за сложности доступа заливочного ковша к камере прессования.
Ковшовые ЗДУ позволяют заливать практически любые дозы расплава, в то время как ЗДУ, совмещенные с раздаточной печью, имеют ограничение по минимальной дозе. Для пневматических и магнитодинамических ЗДУ с уменьшением дозы растет погрешность дозирования? что затрудняет их использование при изготов- 240
лении мелких отливок. Только ковшовые ЗДУ можно использовать для заливки сплавов в твердожидком состоянии.
Большая часть ЗДУ предназначена для заливки алюминиевых сплавов. Д“я цинковых сплавов ЗДУ специально не изготовляют, так как отливки из цинковых сплавов получают главным образом на машинах с горячей камерой прессования. Если же для изготовления отливок из цинковых сплавов используются машины с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования, то для автоматической заливки могут быть применены ЗДУ, предназначенные для алюминиевых сплавов. Для магниевых сплавов разрабатывают специальные ЗДУ. Находят применение пневматические дозаторы с использованием в качестве рабочего органа инертных газов, а также ЗДУ поршневого типа.
Если к отливкам предъявляют высокие требования по чистоте сплава, то задача выбора ЗДУ является довольно сложной. С точки зрения наиболее высокой чистоты сплава предпочтение следует отдать ЗДУ поршневого типа, которые работают по принципу прессующего узла машин с горячей камерой. Расплав забирается из' середины тигля без оксидных плен и шлама. В ковшовых ЗДУ возрастает вероятность попадания оксидных плен в заливочный ковш. Если ковш имеет специальные отверстие или щель, то расплав из тигля забирается ниже зеркала металла. В этом случае попадание оксидов в ковш возможно в момент погружения. В случае зачерпывания металла через край ковша объем попавших оксидов возрастает.
В пневматических ЗДУ забор металла производится из середины ванны. Однако вследствие сильного окисления поверхности металла из-за притока свежих порций влажного воздуха при колебаниях уровня металла в процессе работы дозатора происходит замешивание оксидов в расплав и попадание их в отливку. В магнитодинамических ЗДУ из-за непрерывного движения металла в тигле происходит интенсивное и равномерное замешивание оксидов. Причем их объем возрастает с увеличением температуры и времени нахождения расплава в тигле. Герметизация тигля позволяет уменьшить окисление поверхности металла..
Точность дозирования расплава наиболее высока у ковшовых ЗДУ, так как доза металла зависит только от объема ковша, Колебания дозы из-за намораживания металла на внутренних стенках ковша и расплескивания во время транспортирования невелики. Уровень металла в тигле не влияет на величину дозы.
Пневматические и магнито динамические ЗДУ имеют меньшую точность дозирования. Так как объем дозы определяется временем течения расплава по мета л лопр оводу, то с размыванием или зарастанием последнего будет изменяться и выдаваемая доза металла. Наибольшей производительностью или минимальным временем выдачи дозы обладают магнито динамические ЗДУ. Пневматические ЗДУ имеют несколько большее время выдачи дозы из-за продолжи-
тельности нарастания давления сжатого воздуха на зеркало металла.
Ковшовые ЗДУ по сравнению с магнито динамическими и пневматическими затрачивают на выдачу дозы металла Существенно больше времени из-за необходимости транспортирования ковша от раздаточной печи к машине и выливания металла в камеру прессования.
С другой стороны, наибольшее количество электроэнергии потребляют магнитодинамические ЗДУ, а наименьшее ——ковшовые. Если же учесть, что ковшовые ЗДУ работают в паре с раздаточной печью, то общая потребляемая мощность может превосходить мощность, потребляемую магнитодинамическим ЗДУ. Это связано с тем, что раздаточные печи имеют открытое зеркало металла, а следовательно, и большие потери теплоты. Магнитодинамические и пневматические ЗДУ выполняют с крышками, закрывающими зеркало металла и теплоизолирующими его от окружающей среды.
С точки зрения безопасности работы ЗДУ каждого типа имеют достоинства и недостатки. Наличие подвижных частей у ковшовых ЗДУ представляет опасность из-за возможности возникновения пожара в случае выплескивания металла при транспортировании. Опасность возникновения пожара сохраняется в случае прорыва трубопроводов в машине и попадания масла на зеркало металла раздаточной печи. В свою очередь, у магнитодинамических и пневматических ЗДУ из-за отказа системы управления возможно вытекание неограниченного объема расплава, что связано с серьезными последствиями^ включая пожар и длительную остановку машины.
Надежность работы ЗДУ связана прежде всего с работой сменных элементов. Долгое время низкая стойкость металлопро- вода в магнитодинамических и пневматических ЗДУ не позволяла их успешно эксплуатировать. С увеличением срока службы метал- лопроводов эти дозаторы стали все шире использовать для автоматизации заливки металла. Причина успеха кроется не только в свойствах материала металлопровода, но и в режимах работы ЗДУ. Постоянство температуры металлопровода в течение всего срока эксплуатации является необходимым условием. Разрушение металлопровода обычно происходит при выключении печи, а особенно интенсивное — при затвердевании неслитого металла. Поэтому нецелесообразно выключать эти ЗДУ ни на выходные, ни на праздничные дни, ни тем более на ночь при двухсменной работе цеха.
Стойкость ковшей, изготовленных из чугуна, зависит от качества краски. Если краска надежно предохраняет внутреннюю и наружную поверхности ковша, то срок службы ковша достаточно большой. Простота замены ковшей в ЗДУ позволяет довольно часто производить их окраску.
Ковши нз керамических материалов обладают низкими теплопроводностью и смачиваемостью, что уменьшает намораживание и налипание расплава. Однако повышенная хрупкость керамики приводит в результате колебаний температуры к снижению стойкости таких ковшей, поэтому чугунные ковши долговечнее.
Выбор ПР, Как уже отмечалось, ПР в автоматизированных системах литья под давлением выполняют транспортные и технологические операции и осуществляют функции управления оборудованием. К транспортным операциям относятся удаление отливки из пресс-формы, подвод отливок к устройству для контроля полноты извлечения, укладка отливок в штамп пресса или установка в патрон токарного станка, укладка отливок в тару или на конвейер .Технологическими операциями являются очистка и смазывание пресс-формы с помощью устройств, установленных на руке робота, установка арматуры в пресс-форму, охлаждение отливок в баке с водой или под распыленной струей воды. К функциям управления следует отнести команды устройствам иа очистку и смазывание пресс-формы, камеры прессования, прессующего и контр поршней; команду машине на закрытие пресс-формы; команду прессу на выполнение операции обрезки литников и облоя; получение подтверждений от машины о закрытии пресс-формы и выталкивание отливки; получение подтверждений от устройства о полноте извлечения отливки и др.
Выбор промышленного робота проводят в три этапа: определение технических характеристик ПР; формирование множества вариантов ПР; оценка ПР по комплексному показателю качества.
Определение технических характеристик ПР. Выбор ПР проводится в соответствии с его функциями в автоматизированной системе. Так, для удаления отливки из формы и укладки ее в тару может быть использован ПР с цикловой системой управления. Если же перечень операций и функций достаточно велик, а ПР с цикловой системой управления не может их выполнить, то применяют ПР с позиционной или контурной системой управления.
Важным этапом при выборе ПР является определение его технических характеристик. Гр у зо подъемность ПР определяется массой отливок, изготовляемых на машине, а также массой захватного устройства с учетом различных приспособлений, смонтированных на руке ПР для выполнения технологических или контрольных операций. Рабочая зона ПР или величины перемещений его руки определяется типоразмерами машины, пресса и другого обслуживаемого оборудования. Скорости перемещения руки ПР выбираются, исходя из времени литейного цикла, чтобы время выполнения ПР необходимых операций не увеличивало время изготовления отливки. Весьма важной характеристикой ПР является точность позиционирования. Чем точнее требуется выполнить операции, тем выше должна быть точность позиционирования.
При выборе ПР следует учитывать, что плоские неглубокие отливки легко удаляются ПР из пресс-формы путем поворота руки
в горизонтальной плоскости на небольшой угол. Корпусные же отливки, глубоко расположенные в пресс-форме, не могут быть удалены с использованием только поворота руки ПР в горизонтальной плоскости. Для их удаления необходимо перемещение руки ПР вдоль оси машины. Такие движения выполняют ПР с модулями сдвига, либо ПР с контурной системой управления, позволяющие выполнять одновременно движения по нескольким координатам. Альтернативным вариантом удаления корпусных отливок является управляемое раскрытие пресс-формы, предполагающее, что после предварительного раскрытия пресс-формы, выталкивания отливки и захвата ее роботом производится дополнительное перемещение подвижной плиты машины, позволяющее снять отливку с пресс-формы.
Технические характеристики ПР являются показателями его качества. Показатели качества могут быть единичными и комплексными. Единичные показатели качества относятся только к одному свойству изделия, а комплексные ——к нескольким. Для оценки качества изделий используют методы квалиметрии [18].
К единичным показателям 4订 качества ПР (где i = 1, 2, п — число моделей ПР; / = 1, 2, ..., /и ——число показателей качества) могут быть отнесены все технические характеристики, проявляющиеся как при его создании, так и при эксплуатации. Это, прежде всего, гр узоподъемность, число степеней подвижности, точность позиционирования, величины и скорости перемещений, типы привода и системы управления, время безотказной работы, стоимость и др.
Показатели качества должны иметь числовые значения. Если какие-то характеристики ПР не имеют числовых значений, то им присваиваются экспертные оценки в виде баллов. Все показатели качества должны быть приведены к такому виду, чтобы качество ПР повышалось, например, только с ростом или только с уменьшением каждого из них, т. е. необходимо выбрать и обеспечить принцип повышения качества ПР.
В соответствии с требованиями автоматизированного технологического процесса на единичные показатели качества ПР вводятся ограничения А^ > [А^]. Каждое из ограничений [Д^ ] рассматривается как существенно необходимое. ПР считается непригодным, если он не удовлетворяет хотя бы одному ограничению.
Б. Формирование множества вариантов ПР. Цель формирования множества вариантов ПР — определение таких моделей ПР, которые по своим техническим х ар а ктер исти кам удовлетворяли бы требованиям автоматизированного технологического процесса. Определение некоторого множества » моделей ПР с числом / показателей качества по ограничениям [А^ ], установленным в соответствии с требованиями автоматизированного технологического процесса, ведется путем отбора ПР из банка данных. Банк данных по ПР формируется на основе каталогов, справочников,
рекламных' проспектов, паспортов, а также расчетных и экспериментальных данных и экспертных оценок.
По конструктивно-компоновочному исполнению ПР можно подразделить на две группы: напольные и портальные. Каждая группа, в свою очередь, включает четыре подгруппы, отличающиеся исполнительными механизмами. Первую подгруппу представляют ПР стреловой конструкции с консольным расположением руки. Во вторую подгруппу входят ПР стреловой конструкции с подвижной кареткой для перемещения руки. К третьей подгруппе относятся ПР шарнирно-стреловой конструкции. Четвертую группу составляют ПР шарнирной конструкции.
Пр едвар ительный отбор моделей ПР ведется по одному важнейшему показателю качества. Обычно таким показателем является гр у зо подъемность. Далее проводится усечение множества вариантов в соответствии с ограничениями [А^ ] показателей качества 4订.ПР исключается из дальнейшего рассмотрения, если он не удовлетворяет хотя бы одному ограничению. В результате усечения остается такое множество моделей ПР, в котором все ПР удовлетворяют требованиям автоматизированного технологического процесса.
Оценка ПР по комплексному показателю качества. Комплексный показатель качества ПР
4 =工 Е，(7.1)
где У订——нормированный единичный показатель качества ПР; S『 —— весовой коэффициент единичного показателя качества ПР.
Нормированное значение единичного показателя качества ПР представляет собой отношение единичного показателя качества этого ПР к сумме единичных показателей качества всех выбранных ПР:
匕尸&А“.(7⑵
Весовой коэффициент единичного показателя качества ПР может быть определен как отношение экспертной оценки этого показателя качества в баллах к сумме экспертных оценок всех показателей качества, принятых в качестве единичных при выборе ПР:
S尸 Ej EEj・(7.3)
/
Метод экспертных оценок, связанный с учетом мнений группы специалистов, нашел наибольшее распространение для определения весовых коэффициентов сравниваемых разнородных величин.
Пример. Выбрать ПР напольного исполнения для роботизированной линии на базе машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования н усилием запирания 4000 Н.
7.2. Варианты моделей ПР с единичными показателями качества
Модель ПР (страна-изготовитель)
&
4
4
л8
Л4
点
G9
1
РКТБ (СССР)
8
1,0
1,0
600
Ц
10
2
Versatran Е-302 (Япония)
9
1,0
1,0
762
п
3
Kuka-Nachi 4000 (Япония—
10
0,5
2,0
760
к
ФРГ)
НМ-500Р (Япония) Cons!arm II (Япония) Uniman 1000 (Япония) Uniman 4000 (Япония) Robolang 15 (Франция) Versatran Е (Япония) POI (Италия)
Cons!arm СР (Япония) «Циклои-5.01» (СССР) «Циклон-5.02» (СССР) КМ10Ц.42.31 (СССР) «Бриг-10» (СССР) ПР-ЮИ (СССР) ПР-ЮМ (СССР) 117А (СССР) RE-10 (Япония) Einfach-Hand (ФРГ) PR-16P (ЧССР) МПУС-10 (СССР) Matbak IRB-10 (Япония) Robot-Welder (Италия) «Универсал-15» (СССР) ИЭС-690 (СССР) УМ・1Т (СССР) ТУР-ЮК (СССР)
10
10
10
10
15
18
20
20
10
10
10
10
10
10
10
10
12
16
10
10
13,6
15,4
20
10
10
1,0 1,0 1,0 0,5 0,1 0,7 0,2 1,0 0,1 0,1 0,5 0,3 0,3 0,3 0,4 0,5 0,3 0,2 0,3 0,75 1,0 1,0 1,0 1,0 0,5
1,0 1,0 1,0 2,0
10,0 1,4 5,0
1,0 10,0 10,0
2,0 3,3 3,3
3,3
2,5 2,0
3,3 5,0
3,3 1,5 1,0 1,0
1,0 1,0 2,0
700 1000
760
760
700
760
750
1000
600
600 700
600
600
600
800
750
1000
1000
600
800
882
1000
1000
700
600
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Условные обозначения： 1. Тип привода: Э ——электрический, Г — гидравлический, П — пневматический. 2. Тип системы управления: Ц — цикловая, П — позиционная, К — контурная.
При выборе ПР нужно учитывать следующие единичные показатели качества: грузоподъемность число степеней подвижности Д2» точность позиционирования А% линейное горизонтальное перемещение руки Д4, тип привода 貝&, тип системы управления 46. Показатели качества ПР должны удовлетворять следующим требованиям: 8 & 4】《20 кг,从纟》4, 4?《1 мм, 1000》4,》6Q0 мм.
На остальные показатели качества ограничения не накладываются. Качество ПР считается тем выше, чем больше значения показателей качества.
В соответствии с принятым принципом улучшения качества ПР при анализе точности позиционирования необходимо использовать обратные значения этих величин, т. е. принять = 1/43.
Так как типы привода и системы управления ие имеют числовых оценок, то им присваиваются экспертные оценки в баллах： 人=4|, 4= 4|.
Множество вариантов моделей роботов, предварительно отобранное из банка данных, с удовлетворением требований по грузоподъемности включает 96 моделей, с учетом числа степеней подвижности ——78, с учетом точности позиционирования —66, с учетом линейного перемещения — 28 моделей (табл. 7,2),
Номер модели пр (см. табл. 7.2)
Zf
Ранр
Номер модели ПР (см. табл. 7.2)
Zf
Ранг
Номер модели пр (см. табл. 7.2)
%
Ранг
1
0,0256
XXVHI
11
0,0400
VI
21
0,0495
III
2
0,0279
XXV
12
0,0487
IV
22
0,0360
XII
3
0,0301
XXI
13
0,0503
II
23
0,0297
ххп
4
0,0274
XXVI
14
0,0293
ххш
24
0,0334
XV
5
0,0309
XVHI
15
0,0360
XI
25
0,0365
X
6
0,0286
XXIV
16
0,0344
XIV
26
0,0190
VIH
7
0,0308
XIX
17
0,0360
хп
27
0,0265
XXVI
8
0,0543
I
18
0,0331
XVI
28
0,0302
XX
9
0,0371
IX
19
0,0330
XVII
10
0,0461
V
20
0,0396
VII
С учетом принципа повышения качества ПР приняты следующие экспертные оценки показателей качества. По типу привода: пневматический Д| = 10 баллов, электрический Д® = 7 баллов, гидравлический 4^=4 балла. По типу системы управления: цикловая Af = 10 баллов, позиционная Д| = 7 баллов, контурная Д® = 4 балла.
Сумма экспертных оценок значимости показателей качества
6
2 Е, = Ei + 品 + Еа+ & +Ев + Е& = 10 + 9 + 7 + 8 + 4 + 2 = 40.
Весовые коэффициенты показателей качества ПР рассчитываются по формуле (7.3):
S] = 0,250; $2 = 0,225; Sa = 0,175; S4 = 0,2; Sb = 0,1; Sg = 0,05.
По формуле (7.2) определяются нормированные значения показателей качества ПР. Ниже приведены суммарные вначеиия единичных показателей качества:
282828
12 41n 336： 12 42 nl38; 2 4э==81,7т /=1Г=1I
282828
2 乙4 = 21 384; 2 閃5 = 187； 2 А；6 = 211.
В результате расчетов нормированных показателей качества получают таблицу данных размером 6义28, которая в примере опущена.
Значения комплексных показателей качества выбранных моделей ПР, вычисленные по формуле (7.1)，представлены в табл. 7*3.
Полученные результаты комплексных показателей качества позволяют определить уровень качества (ранг) ПР по использованным для сравнения шести единичным показателям качества. Наиболее высокий уровень качества из отобранных роботов имеют роботы мод. Robolang-15 (Франция), «Циклон-5.02» (СССР), PR-16P (ЧССР), «Циклои-5.01> (СССР), POI (Италия), Conslarm СР (Япония).
С' увеличением числа единичных показателей качества, используемых для сравиеиия, объективность оценки уровня качества ПР возрастает. Рассмотренный метод может быть применен и при выборе других средств автоматизации, например ЗДУ.
Выбор устройства для смазывания пресс-форм- Для автоматизации процесса смазывания пресс-форм находят применение устройства, отличающиеся как способом нанесенры разделительного состава, так и конструктивным исполнением. По способу нанесения разделительного состава различают устройства для смазывания открытой и закрытой пресс-форм. По конструктивному исполнению устройства для смазывания открытой пресс-формы делятся на устройства со стационарно расположенными форсунками и устройства с подвижным блоком форсунок. Последние могут быть с одно- и двухкоординатным перемещением. Блок форсунок может быть установлен на руке ПР.
Смазывание пресс-форм в закрытом состоянии является новым способом [29], разработанным в целях защиты окружающей среды от загрязнения, уменьшения потерь смазочного материала и улучшения условий труда в цехах литья под давлением. Этот способ позволяет наносить разделительный состав на сложные поверхности, глубоко расположенные в пресс-форме, не применяя манипуляционных устройств. Однако данный способ пока не нашел широкого применения.
Основным же способом является смазывание пресс-форм в открытом состоянии. Для этого машины литья под давлением оснащаются как стационарными форсунками, так и манипуляторами с подвижным блоком форсунок.
Смазывание пресс-форм с помощью стационарно установленных форсунок используется обычно при изготовлении плоских отливок. Такие пресс-формы не имеют глубоких полостей. При получении отливок сложной конфигурации с тонкими стенками и глубокими полостями для смазывания пресс-форм применяют подвижные блоки форсунок с одно- и двухкоординатными манипуляторами. Если же смазывание пресс-формы должно вестись по сложной траектории перемещения блока форсунок, то последний устанавливается на руку ПР, имеющего позиционную или контурную систему управления.
Выбор устройств для смазывания элементов прессующей группы. К элементам прессующей группы относятся прессующий поршень и наполнительный стакан машин с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования и контр поршень машин с холодной вертикальной камерой прессования. Устройства для смазывания прессующих поршней машин с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования отличаются друг от друга вследствие различных условий работы поршней.
Устройства для смазывания наполнительных стаканов машин с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования имеют сходные конструкции. Сходны устройства для смазывания цилиндр ических повер хностей прессующего и контр пор ш- ня, соответственно машин с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования.
Специальное устройство требуется для смазывания прессующего поршня машин с холодной вертикальной камерой прессования, так как их поршень в исходном положении не сопряжен с наполнительным стаканом, а находится от него на некотором расстоянии. Поршень и на пол нител ь ный стакан смазываются независимо друг от друга. При смазывании прессующего поршня разделительный состав необходимо наносить на торцовую и цилиндрическую поверхности поршня.
Выбор устройства для удаления пресс-остатка. Удаление пресс-остатка с нижнего пор шня машин с холодной вертикальной камерой прессования может осуществляться как автономными устройствами, так и устройствами, использующими привод машины. В качестве приводов автономных устройств служат пневмо- и гидроприводы. Используют также устройства, работающие от привода механизма запирания машины. Сталкиватель пресс- остатка обычно имеет линейное или угловое перемещение. Сталки- ватели с угловым перемещением выполняют в виде консольноповоротного рычага или двухопорной поворотной рамы. Последние получили наибольшее распространение в машинах фирмы Triulzi (Италия) и Polak (ЧССР).
Выбор устройства для контроля полноты извлечения отливки. Для контроля полноты извлечения отливки применяют электромеханические, струйные, инфракрасные и весовые устройства. Устройства первых трех типов могут устанавливаться либо на руке робота, либо автономно рядом с машиной. Весовые устройства всегда автономны и обычно используются в автоматазироваиных системах без ПР. Устройства, установленные на руке ПР, менее инерционны, чем автономные. Весовые устройства, хотя они наиболее инерционные, позволяют наиболее точно контролировать полноту извлечения отливки. Электромеханические, струйные и инфракрасные устройства реагируют лишь на число извлеченных отливок и не учитывают их целостность.
РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ И ВЫБОР
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Транспортно-технологическая схема (ТТС) роботизированного технологического процесса представляет собой номенклатурный и количественный состав оборудования и его функциональную связь. ТТС может быть изображена в виде графа, вершинами которого служит оборудование, а дугами — функциональная связь оборудования. Многовариантность ТТС связана с разнообразием те х но л о ги чески х процессов литья под давлением и последующей обработки отливок, разнообразием исполнения технологического оборудования и средств автоматизации, различием их производительности и функциональных возможностей.
Выбор из многообразия ТТС оптимального варианта является сложной задачей и включает три этапа: разработку вариантов
а)а)Рис. 7.4. Варианты ТТС роботизироваииого технологического процесса иа базе машии с горячей камерой прессованияРис. 7.4. Варианты ТТС роботизироваииого технологического процесса иа базе машии с горячей камерой прессования
а)
а)
Рис. 7.4. Варианты ТТС роботизироваииого технологического процесса иа базе машии с горячей камерой прессования
Рис. 7.4. Варианты ТТС роботизироваииого технологического процесса иа базе машии с горячей камерой прессования
ТТС, выбор критериев оптимизации и разработку математической модели целевой функции, выбор оптимального варианта ТТС.
Разработка вариантов ТТС. Варианты ТТС могут быть изображены как в виде отдельных графов для каждого варианта, так и в виде общего графа, включающего все многообразие вариантов. В первом случае разрабатываются ТТС с конкретным набором оборудования и его связям^. Во втором случае разрабатывается обобщенная ТТС, где указывается только тип оборудования и направленность связей. В первом случае оптимизируется конечное число вариантов ТТС, а во втором — число вариантов ТТС неограниченно, поэтому необходимо вводить ограничения на число единиц оборудования каждого типа.
Наиболее простая ТТС (рис. 7.4, а) состоит из машины М литья под давлением с горячей камерой и "Р, который производит удаление отливки. В схеме на рис. 7.4, 6 ПР обслуживает машину и пресс ", где он удаляет отливку из пресс-формы и укладывает ее в штамп пресса. Этот вариант представляет собой роботизированную систему с двумя различными технологическими процессами: литье и прессование. Если после обрезки литников и облоя отливки обрабатываются в галтовочном барабане (ГБ), то ТТС будет иметь вид, показанный на рис. 7・4,仇 Отливки из пресса с помощью
специального транспорта отливок ТО и промежуточного накопителя (на рисунке не показан) направляют в галтовочный барабан. В схеме на рис. 7.4, г ПР обслуживает две машины и два пресса. На машинах изготовляют-
с? различные отливки и Рис^ 7.5. Обобщенная ТТС роботизированного обрезка литников ведет- технологического процесса ся на разных прессах.
При изготовлении одинаковых отливок на трех машинах обрезка литников может производиться на одном прессе. В этом случае "Р обслуживает три машины и пресс (рис. 7.4, d). Схема на рис. 7.4, е отличается от схемы на рис. 7.4, 8 тем, что ПР обслуживает две машины и два пресса. Схема на рис. 7,4, ж представляет собой роботизированную систему, связанную на входе с плавильными печами ПП с помощью транспорта металла ТМ, а на выходе со складом отлйвок СО с помощью транспорта отливок. ПР в этой схеме обслуживают по две машины и два пресса.
Принципы построения ТТС на базе машин с холодной горизонтальной камерой те же, что и на базе машин с горячей камерой. Отличие схем заключается в наличии ЗДУ.
Выше отмечалось, что многообразие вариантов ТТС роботизированной системы может быть представлено обобщенной схемой в виде одного графа. На рис. 7.5 изображена обобщенная схема роботизированной линии, в которой может быть использовано I различных типов оборудования и k единиц оборудования каждого типа. С учетом этих ограничений определяется матрица вариантов. Чем больше вариантов ТТС, тем сложнее выбрать оптимальный вариант. В целях упрощения и ускорения процедуры выбора оптимального варианта ТТС разрабатывают математическую модель целевой функции, представляющую собой критерий оптимизации, и с помощью ЭВМ просчитывают все возможные или избранные варианты. Обобщенная ТТС позволяет найти новые технические решения» которые традиционно не используются в производстве. Например, в цехах литья под давлением не используются схемы, в которых ПР обслуживает более двух машин. Если же параметры робота позволяют обслужить большее число машин, то это сулит определенную. экономию материальных средств и площадей.
Критерии оптимизации и математическая модель целевой функции. В качестве критериев оптимизации ТТС роботизированной системы используют полные затраты на производство отливок, производительность, гибкость и площадь системы, численность обслуживающего персонала. Чаще всего за целевую функцию,
подлежащую оптимизации, принимают полные затрату на произ- водство отливок [50].
Если целевую функцию обозначить через Ф, то она может быть представлена в следующем виде:
①= У(Ки, Кв, Кс), где Ки — исходные параметры роботизированной системы, включающие производительность, надежность, стоимость оборудования, занимаемую им площадь, численность обслуживающего персонала, и др.; Кв — параметры выпуска отливок, включающие производительность PC или годовую программу выпуска, время производства отливок; Кс ——параметры структуры ТТС, представляющие число единиц оборудования каждого вида.
Так как Ки и Кв обычно заданы, то целевая функция будет изменяться только с изменением параметров структуры ТТС. Опуская индекс «с» при К, получим
①= У(Кс) = У(К1, К2,К),
где К,——число единиц /-го типа оборудования; / ——число типов оборудования в роботизированной системе.
Задача оптимизации целевой функции сводится к определению параметров К】,К2, •…，Kz，при которых полные затраты на производство отливок минимальны. Число вариантов ТТС, подлежащих оптимизации, определяется произведением параметров структуры: 九 ~ К1К2К3 Kz・
Математическая модель целевой функции для участка или цеха литья под давлением может быть представлена в виде
6 = N ЕЗ&,(7.4)
где N —— число роботизированных комплексов или линий на участке или в цехе; 3^ ——стоимость оборудования, затраты на его эксплуатацию, производственную площадь и содержание рабочих; Kt — число единиц i-го типа оборудования.
С учетом составляющих
3» = & + 3立 + Зп/ + 3pj,(7.5)
где Ci ——стоимость единицы, оборудования i-го типа； Зэ； — затраты на эксплуатацию единицы оборудования, 39i = бС^, здесь 6 — доля стоимости оборудования, расходуемая в год на его эксплуатацию (обычно 6 — 0,1); т0 — время производства отливок, лет； 3ni — затраты на производственную площадь, занимаемую единицей Z-го оборудования, 3亩=Yn〃打()，здесь 〃》——площадь, занимаемая оборудованием; хп ——стоимость единицы производственной площади за год; 3pi —— затраты на содержание рабочих, обслуживающих единицу i-го оборудования, Зрг = хр2гт0, здесь хр — заработная плата рабочего за год; zf — число рабочих, обслуживающих единицу i-го оборудования.
Рис. 7,6. Маршрутный технологический процесс роботизированной лнннн
Окончательно выражение (7.5) примет вид
+ 6CjT0 + 乂п〃》То + 乂 pZ"o，
а целевая функция (7.4) с учетом выражения (7.5) будет представлена уравнением
①=2 N (& + З&т。+%ц〃江о + хрггт0) к»(7.6)
Число роботизированных линий N может быть определено отношением общей годовой производственной программы Ао к годовой производительности одной линии А:
(7.7)(7.7)N = Д0М.
(7.7)
(7.7)
Производительность одной линии определяется минимальной производительностью входящего в нее оборудования, а также производительностью, надежностью и числом единиц каждого оборудования в этой линии. Предлагается следующее выражение для определения производительности одной линии:
(7.8)(7.8)% — Omin / [ 1 + Omin 耳(&/3Ki))
(7.8)
(7.8)
где Ogn ——минимальная общая производительность z-ro типа оборудования, amln = агКь здесь а；——производительность единицы /-го типа оборудования;第 ——характеристика потока отказов /-го типа оборудования.
Таким образом, математическая модель целевой функции Ф включает уравнения (7.6) —— (7.8).
Пример.
Постановка задачи. Рассмотрим оптимизацию структуры ТТС роботизированной с нстемы на базе машины лнтья под давлением с горячей камерой прессования [50]. Маршрутный технологический процесс (рис. 7.6) роботизированной системы включает плавку цинковых сплавов в плавильной печи ПП, изготовле- нне отлнвок на машине М, удаление отлнвок нз пресс-формы с помощью промышленного робота 〃Р, охлаждение отлнвок в баке с водой УО (устройство охлаждения), обрезку лнтннков на прессе П н удаление заусенцев в галтовочном барабане ГБ. Роботизированная система (PC), построенная с использованием нескольких технологических процессов, представляет роботизированную линию (РЛ). Несколько роботйзнроваиных лнннй образуют участок нлн цех лнтья под давлением.
В соответствии с маршрутным технологическим процессом обобщенная ТТС роботизированного участка (РУ) показана на рис. 7.7. Необходимо выбрать оптимальную структуру РЛ, т. е. определить значения параметров структуры Ki, К2, Кз，%,危 прн минимальном Значении полных затрат на производство отлнвок. Кроме того, необходимо определить число РЛ, обеспечивающих выполнение годовой производственной программы.
Рис. 7.7. Обобщенная ТТС роботизированного участка литья под давлением
&&®4Щ^
Рис. 7.8. Варианты
ТТС роботизированной линии
Рис. 7.9„ Траектория перемещения руки роботаРис. 7.9„ Траектория перемещения руки роботаС целью уменьшения числа вариантов ТТС, подлежащих оптимизации, принимаем максимальное число единиц оборудования каждого типа (кроме галтовочных барабанов), равное четырем. В процессе оптимизации ТТС будем варьировать отношением числа плавильных печей к числу машин литья под давлением. Связи машина—робот—пресс изменению не подвергаются, т. е. во всех вариантах робот обслуживает одну машину и один пресс. В каждом варианте один галтовочный барабан. Кроме
Рис. 7.9„ Траектория перемещения руки робота
Рис. 7.9„ Траектория перемещения руки робота
того, число плавильных печей не должно быть больше числа машин f С учетом изложенных ограничений оптимизации будут подвергнуты десять вариантов ТТС, представленных на рис* 7.8. При & = 4, К? = Кз = К& = 4 s Кь = 1 максимальное число вариантов ТТС n = КМ2KB =4X4X1 = 16. Но с учетом последнего ограничения
4
п = КММв-工(Kf — t) = 16 — [(4-1) + (4 — 2) + (4-3) + (4-4)] = 10. 3
Расчет Производительности оборудования* В соответствии с маршрутным технологическим процессом роботизированной системы выбрано следующее оборудование: плавильная печь САТ-0,15, машина литья под давлением с горячей камерой прессования А-40, промышленный робот Циклон-5.01, кривошипношатунный пресс КД-2118, специальный галтовочный барабан с криогенным охлаждением.
Для плавильной печи
@1 = См/(тпл/71м) = 0,56 шт/с,
где Gm = 200 кг — масса металла, загруженного в печь; тпл = 1 ч — время плавления металла; тм — 0,1 кг — масса металла, необходимого для изготовления одной отливки с литниковой системой.
Для машины лнтья под давлением
@2 ^^ г/Ротл — 0,31 шт/с*
где г = 4 — число одновременно изготовляемых отливок; т0ТЛ = 13 с — время изготовления куста отливок.
Для расчета производительности ПР целесообразно изображать траекторию перемещения его руки (рис. 7.9) в соответствии с маршрутйым технологическим процессом, изображенным на рис* 7.6:
% = ——口= 0,21 шт/с.
2 (e[")卜+闻(0 *Xл + уe
где L^^ L^^ L3 =： 500 мм —— длина линейных гори зонт альны х перемещений руки ПР при обслуживании соответственно машины литья под давлением, устройства охлаждения и пресса; и = 300 мм/с — линейная скорость горизонтального перемещения руки ПР; а = 180° — угол поворота руки ПР относительно вертикальной осн; со = 90 град/с — угловая скорость поворота рукн ПР относительно вертикальной оси； тохл == 2 с ——время охлаждения отлнвок; Твс = 1 с——время выстаивания ПР при взаимодействии с оборудованием.
Если ПР кроме линейных и угловых горизонтальных перемещений выполняет вертикальные перемещения руки, вращает руку относительно горизоиталь-
7.4" Исходнне давнне для расчета целевой функции
Параметр
Оборудование
ПП
м
ПР
п
ГБ
Производительность, шт/с
0,56
0,31
0,21
1,3
2,4
Поток отказов
0,03
0,10
0,15
0,05
0,05
Стоимость, тыс. руб.
1,0
21,0
25,0
3,0
1,0
Площадь, м2
2,0
5,0
6,0
2,0
4,0
Численность рабочих, чел.
1/15
2/9
1/3
1/9
1/9
ной оси или имеет другие перемещения, а также осуществляет технологические задержки, например, для контроля полноты извлечения отливкн, то все это необходимо учитывать при расчете его производительности, вводя соответствующие члешл.
•Для пресса
图 = г/тОб = 1,3 шт/с,
где %б = 3 с — время обрезкн литников.
Для галтовочного барабана
。6 — ^г/[^отл (^гал + gar + Qur)] = 2,4 шт/с, где Gr = 80 кг — масса всех отливок без литников в галтовочном барабане; тотл — масса одной отливки без литиика; тгал = 300 с, тзаг = 120 с, твыг = =120 с — время галтовки, загрузки и выгрузки отливок.
Определение надежности оборудования. Надежность работы оборудования может быть определена на основании эксплуатационных данных т| = =Тц/(Тн + Тр), где тн — среднее время наработки оборудовавня на отказ; тр — среднее время восстановления или ремонта данного оборудования.
Надежность работы оборудования характеризуется также потоком отказов
Исходные данные для расчета целевой функции. Исходные данные, характеризующие оборудование PC и необходимые для расчета целевой функции, представлены в табл. 7.4.
Кроме данных, приведенных в табл. 7.4, для расчета целевой функции необходимы следующие параметры: 6 == 0,1; хп = 90 р/(м2*год); х0 = 2500 р/год; %。= 22-106 шт/год; т0 = 15 лет.
Результаты расчета целевой функции. Для оптимизации структуры ТТС рассматриваемой PC были выполнены расчеты целевой функции по десяти вариантам (см. рис. 7.14). Результаты расчетов представлены в табл. 7.5.
Расчетное число РЛ, необходимых для выполнения годовой программы, округляется до целого числа в сторону увеличения. Полученные в результате расчетов данные показывают, что. минимальные затраты соответствуют 3 варианту ТТС. В то же время 1, 2, 3, 5, 6 и 8 варианты имеют сравнительно небольшое различие полных затрат. Так, затраты 1 варианта превосходят затраты 3 варианта всего на 6% , поэтому для этих вариантов окончательный выбор структуры РЛ можно провести, руководствуясь простотой технического решения. Самым простым является 1 вариант, который и был принят для реализации на производстве.
Зависимость структуры роботизированной системы от парат метров ПР. Исследования влияния параметров ПР на структуру PC, применительно к рассмотренному выше примеру показывают, что наиболее существенно на нее действуют линейные и угловые скорости перемещения руки ПР. Стоимость ПР влияет
7.5. Результаты расчета целевой функции
7.6. Зависимость структуры роботиэировавной линии от параметров промышленного робота
только на полные затраты (табл. 7.6). С увеличением скорости перемещения руки робота возрастает число единиц оборудования, обслуживаемых им, что приводит к появлению новых оптимальных ттс.
РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ И ВЫБОР
СТРУКТУРНО-КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ
Как уже отмечалось, исходной информацией для разработки структур но-компоновочной схемы (С КС) автоматизированной или роботизированной системы служит оптимальный вариант ТТС технологического процесса. CRC является основой для разработки планировки автоматизированной или роботизированной системы. Проектирование автоматизированных систем базируется на тех же требованиях, которыми руководствуются и при проектировании
роботизированных систем: PC должна обладать гибкостью и автономностью, иметь возможность развития и встраивания в другие системы, иметь унифицированные и взаимозаменяемые элементы, оптимальную структуру, высокую надежность, производительность и эффекта вность.
Гибкость и переналаживаемость PC обеспечивают ее биструю и простую перестройку на производство новых отливок заданной номенклатуры. Автономность PC выражается в ее возможности работать в автоматическом режиме независимо от режимов работы других систем на входе и выходе. Встраиваемость PC в другие системы более высокого уровня должна обеспечивать ее синхронную или асинхронную работу с другими PC на входе и выходе. Развиваемость предусматривает возможность усовершенствования системы, т. е. повышения эффективности ее работы за счет применения новейших технологических, робототехнических, вспомогательных, транспортных и контрольных средств. Унификация и взаимозаменяемость составных элементов упрощают обслуживание и сокращают простои системы при выходе элементов из строя. Оптимальность структуры PC х ар актер изуется минимальными простоями, площадями, стоимостью и максимал ьными надежностью, производительностью и безопасностью.
PC к л ассифи ци р уют по характеру операций технологического процесса, выполняемых роботом; количественному составу технологического оборудования и роботов; компоновке технологического оборудования и роботов.
По первому признаку все PC подразделяют на две большие группы: роботизированные технологические системы (РТС) и роботизированные производственные системы (РПС). В РТС роботы выполняют вспомогательные операции технологического процесса, главным образом транспортные. В РТС литья под давлением к таким операциям относятся удаление отливки из пресс-формы, ее укладка в штамп пресса, заливка металла в камеру прессования. В РПС роботы выполняют основные операции технологического процесса. К ним относят операции по очистке и смазыванию пресс- формы, установке армирующих элементов, контроль целостности и качества отливок. На практике чаще всего используются РТС либо комбинации РТС и РПС.
В зависимости от набора технологических процессов и состава оборудования PC могут быть представлены в виде роботизированных технологических комплексов (РТК), линий (РТЛ), участков (РТУ) или роботизированных производственных комплексов (РПК), линий (РПЛ), участков (РПУ). Например, РПК литья под давлением может быть создан на базе машины с горячей камерой прессования с использованием ПР для выполнения только технологических операций, а удаление отливки из пресс-формы может быть проведено без применения ПР. Чтобы создать РПЛ из предыдущей PC, необходимо добавить в нее, например, систему автоматизированного удаления литников и облоя на базе галтовочного бара- 258
баиа. РТУ и РПУ образуют путем объединения РТ К, РТЛ, РПК и РПЛ в PC, изготовляющие отливки определенной номенклатуры.По второму признаку PC можно подразделить на четыре типа: первый тип — один ПР обслуживает одну единицу технологического оборудования; второй тип — один ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования; третий тип — несколько ПРбаиа. РТУ и РПУ образуют путем объединения РТ К, РТЛ, РПК и РПЛ в PC, изготовляющие отливки определенной номенклатуры.По второму признаку PC можно подразделить на четыре типа: первый тип — один ПР обслуживает одну единицу технологического оборудования; второй тип — один ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования; третий тип — несколько ПРПРПР用np2丿用np2丿勿勿Рис. 7.10. Варианты СКС PC на базе машины с горячей камерой прессованияРис. 7.10. Варианты СКС PC на базе машины с горячей камерой прессования
баиа. РТУ и РПУ образуют путем объединения РТ К, РТЛ, РПК и РПЛ в PC, изготовляющие отливки определенной номенклатуры.
По второму признаку PC можно подразделить на четыре типа: первый тип — один ПР обслуживает одну единицу технологического оборудования; второй тип — один ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования; третий тип — несколько ПР
баиа. РТУ и РПУ образуют путем объединения РТ К, РТЛ, РПК и РПЛ в PC, изготовляющие отливки определенной номенклатуры.
По второму признаку PC можно подразделить на четыре типа: первый тип — один ПР обслуживает одну единицу технологического оборудования; второй тип — один ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования; третий тип — несколько ПР
ПР
ПР
用np
2丿
用np
2丿
勿
勿
Рис. 7.10. Варианты СКС PC на базе машины с горячей камерой прессования
Рис. 7.10. Варианты СКС PC на базе машины с горячей камерой прессования
обслуживают несколько единиц технологического оборудования; четвертый тип —— несколько ПР обслуживают одну единицу технологического оборудования.
Примером PC первого типа может служить РТК, в котором ПР удаляет отливку из пресс-формы. PC второго типа представляет РТЛ, в которой ПР удаляет отливку из пресс-формы и укладывает ее в штамп пресса. В PC третьего типа ПР обслуживает две машины и один пресс, а роботы-заливщики обслуживают машины. В PC четвертого типа ПР и робот-заливщик обслуживают одну машину.
По третьему признаку PC различают по конструктивно-компоновочному исполнению робота и взаимному расположению технологического оборудования и роботов. По конструктивно-компоновочному исполнению ПР могут быть встроены в оборудование, быть напольного, подвесного, портального, мостового или подвижного исполнения.
По расположению технологического оборудования и роботов PC бывают трех типов: первый тип —— технологическое оборудование расположено по окружности, а ПР установлен в центре; второй тип — технологическое оборудование и ПР расположены в линию; третий тип — ПР расположены по окружности, а технологическое оборудование — в центре.
СКС PC представляет собой состав и взаимное расположение оборудования, входящего в ТТС. Для одной и той же ТТС может быть разработано несколько вариантов СКС, поэтому встает вопрос о выборе оптимального варианта. Многообразие вариантов GKC определяется качественным и количественным составом ТТС. Наименьшим разнообразием вариантов отличаются СКС для PC на базе машин с горячей камерой, а наибольшим ——СКС для PC на базе машин с холодной горизонтальной камерой. Некоторые варианты СКС для различных ТТС PC литья под давлением представлены на рис. 7.10—7.12. Данные СКС построены по принципу усложнения, т. е. увеличения числа единиц оборудования, обслуживаемых ПР. Так, в схеме на рис. 7.10, а ПР обслуживает только
N2七卤卤"N2七卤卤"44к)к)0’0’и)0，@’и)0，@’"丿""丿"
N2
七卤卤"
N2
七卤卤"
4
4
к)
к)
0’
0’
и)
0，@’
и)
0，@’
"丿"
"丿"
Рис. 7.11. Варианты (а——ж) СКС PC на базе машины с колодной горизонтальной камерой прессования:
/ — машина; 2 — ЗДУ, совмещенное с раздаточной печью; 3 — ПР; 4 — пресс; 5 — раздаточная печь； 6 — ЗДУ ковшового типа
машину, в схемах на рис. 7.10, б, в — две единицы оборудования (две машины или машину и пресс), в схеме на рис. 7.10, а — две машины и пресс. СКС, показанные на рис. 7.11, кроме того, отличаются типом ЗДУ. Одни варианты используют ЗДУ, совмещенные с раздаточной печью, а другие — ЗДУ ковшового типа с несовмещенными раздаточными печами. Характерной особенностью компоновочных схем PC на базе машин с холодной горизонтальной камерой является то, что ЗДУ может быть расположено параллельно машине с двух сторон. СКС PC для машин с холодной вертикальной камерой (рис. 7.12) содержат ЗДУ только ковшового типа. Это связано с тем, что конструкция узла прессования машины затрудняет использование ЗДУ, совмещенных с раздаточной печью. Другой особенностью СКС PC для машин с холодной вертикальной камерой является установка раздаточной печи по оси машины.
Рис. 7.12. Варианты (а — е) СКС PC на базе машины с колодной вертикальной камерой:
/ —машина： 2 — раздаточная печь; 3 — ЗДУ ковшового типа; 4 — ПР; 5 — пресс
Это связано g кратчайшим расстоянием от тигля с расплавленным металлом до заливочного отверстия камеры прессования.
На рис. 7.10——7.12 изображены СКС как для различных, так и для одинаковых ТТС PC. Например, схемы на рис. 7.11, в, а построены для одной и той же ТТС: ЗДУ—М—ПР—П. В схеме на рис. 7.11, в ЗДУ, ПР и пресс расположены по одну сторону машины, а в схеме на рис. 7.11, г ЗДУ находится с одной стороны машины, а ПР и пресс ——с другой. Возможны и другие комбинации относительного расположения оборудования по этой ТТС.
После выбора ТТС разрабатывают варианты СКС. Оптимальный вариант СКС выбирают по какому-либо критерию. Например, в качестве критериев часто принимают площадь, занимаемую оборудованием PC, удобство обслуживания оборудования, протяженность материальных потоков (расплав, отливки, отходы, оснастка).
Оптимальный вариант может определяться как по одному критерию, так и по комплексному показателю, учитывающему несколько критериев. Для количественных оценок различных вариантов СКС целесообразно каждому варианту давать экспертные оценки в виде баллов. Далее выбор оптимального варианта СКС может быть проведен аналогично выбору ПР.
РАЗРАБОТКА ВСПОМОГАТЕЛЕН ЫХ УСТРОЙСТВ
К вспомогательным устройствам автоматизированных и роботизированных систем литья под давлением относят нестандартное технологическое оборудование, загрузочные захватные, транспортные и контрольные устройства.
В виде нестандартного технологического оборудования разрабатывают или модернизируют заливочно-дозирующие устройства, устройства для смазывания пресс-формы, пресс-камеры, пресс- поршня и контр поршня, устройства для вталкивания пресс- остатка.
Загрузочные устройства в PC литья под давлением применяют, например, для поштучной выдачи ориентированных деталей, используемых в качестве арматуры в отливках.
Захватные устройства, которыми оснащают ПР и манипуляторы, обычно выполняют в виде клещевых механизмов с угловым перемещением рычагов. Так как отливки захватываются главным образом за цилиндр и чес ки й пресс-остаток (в машинах с холодной горизонтальной камерой) или за конический ходовой литник (в матннах с горячей и холодной вертикальной камерами), конструкция захватных устройств отличается в основном формой и размером губок. Поэтому сокращение числа диаметров камер прессования или ходовых конических литников ведет к сокращению числа захватных устройств.
Транспортные устройства в виде подвесных, напольных, подземных цепных и ленточных конвейеров используются для подачи как отливок от машины или пресса к галтовочному барабану, так и отходов от них в плавильное отделение.
Контрольные устройства как средства автоматизации применяют главным образом для контроля полноты извлечения отливок. Они выполняются как автономными, так и встроенными в ПР или манипулятор. В первом случае отливка, захваченная ПР, подносится к контрольному устройству для проведения операции контроля, а во втором случае операция контроля выполняется во время транспортирования отливки. Встроенные контрольные устройства повышают производительность PC, но делают более громоздким рабочий орган ПР, что ограничивает его манипуляцион» ные возможности. Автономные контрольные устройства могут быть более сложными, чем встроенные, но для проведения контрольных операций с их помощью требуется дополнительное время, что снижает производительность PC. Кроме того, они занимают дополнительную площадь.
77 ПЛАНИРОВКА PC
После разработки вспомогательных устройств можно приступать к планировке роботизированной системы. Исходной информацией на этом этапе служит СКС, размеры оборудования и устройств, рабочей зоны ПР и манипуляторов. Оптимизация размещения оборудования выполняется с учетом обхода ПР препятствий и максимальной производительности роботизированной системы.
Пример планировки роботизированной линий литья под давлением на базе машины с холодной горизонтальной камерой показан на рис. 7.13. Площадь, занимаемая линией, составляет 30 м®. Для планировки была использована СКС, показанная на рис. 7.11,仇 262
Рис. 7.13. Планировка роботизиро- ваииой линии иа базе машины с холодной горквонтальиоб камерой: / — машина мод. А71107; 2 — ЗДУ мод. Д-63М; 3 — промышленный робот мод. УМ-1Т； 4 — пресс мод. ДБ-2424; 5 — злек- 庫рошкаф машвнк; 6 — электрошкаф ЗДУ;
7 — трансформатор ЗДУ; 8 — пульт управления машина; § — гидростанция ПР; /О — электрошкаф н пульт управления ПР； 11 — электрошкаф цехового пнтання; 12 — тара для отлнвок; /3 — тара для лнтннков； 14 — ловок
Несмотря на компактность размещения оборудования, планировка имеет серьезные недостатки, связанные с неудобством обслуживания оборудования и вывоза отливок и литников.
Одной из причин использования такой компактной СКС послужила необходимость размещения средств автоматизации в действующем цехе литья под давлением с ограниченными площадями. Во вновь
строящихся цехах используют схему, показанную на рис. 7.11, г, которая позволяет создать более благоприятные условия для обслуживания оборудования, вывоза отливок и литников. Большое значение при разработке планировки имеет оптимизация размещения оборудования. Целью оптимизации является определение кратчайших траекторий перемещения руки ПР. Наиболее эффективно эта задача решается с помощью моделирования на ЭВМ перемещений ПР. Программное обеспечение моделирования должно учитывать размеры ПР, технологического и вспомогательного оборудования PC. При использовании ПР для выполнения сложных программ часто требуется моделирование кинематики ПР в целях определения достижимости заданных точек и выполнения необходимых операций. Предварительное моделирование позволяет оптимально разместить оборудование PC и избежать в дальнейшем его перестановки, добиться максимальной производительности оборудования за счет эффективного использования ПР.
ПРОГРАММА РАБОТЫ PC
Программа работы автоматизированной или роботизированной системы состоит из нескольких программ работы оборудования, входящего в эту систему. Для разработки программы PC в качестве исходаых данных используют ТТС, циклограмму операций техно-
263
Рис. 7.14. Циклограмма технологического процесса РК на базе машина с горячей камерой прессования:
7 — смазаванве пресс-формв; 2 — закрытие Пресс-формы； 3 — запрессовка металла； 4 — выдержка отлнвкн в пресс-форме; 5 — возвращение пресс-поршия в исходное положенве; 6 ——пополнение камеры прессования металлом; 7 — раскрытие пресс- формы; 8 — выталкивание отливки из пресс-формы; 9 — удаление отливки из пресс-форма ПР; 10 — контроль полиоты извлечения отлнвкн; // ——укладка отлнвкн в тару; /2 — возвращение ПР в исходное положение
логического процесса, блок-схему взаимосвязи оборудования, траекторию движения рабочего органа ПР (см. рис. 7.9).
Циклограмма операций технологического процесса. Она определяется типом PC и составом входящего в систему оборудования. Основными отличительными признаками PC литья под давлением являются машины, на базе которых созданы системы, и технологические процессы, используемые при изготовлении отливки. Циклограммы технологических процессов роботизированных комплексов (РК) и линий (РЛ), созданных на базе машин различных типов, имеют определенные отличия. Прежде всего, циклограммы для РК имеют меньше операций, чем циклограммы для РЛ, так как последние включают, кроме процесса литья, процессы обрезки литников, удаления заусенцев, механической обработки и др. С учетом типа машина меньшее число операций будут иметь циклограммы PC на базе машин с горячей камерой и большее — на базе машин с холодной вертикальной камерой. С увеличением числа операций возрастает сложность разработки программы работы PC.
Циклограммы, представленные на рис. 7.14—7.16, являются типовыми и носят принципиальный характер, так как в них не отражен масштаб времени. Однако они могут служить основой для разработки реальных циклограмм, создаваемых PC. Изменение состава технологических процессов, оборудования, последовательности выполнения операций и учет времени выполнения операций приводит к большему разнообразию циклограмм.
В приведенных примерах циклограмм показано несколько циклов изготовления отливок, чтобы видеть параллельность работы оборудования. Циклограммы PC определяют состав программ работы определенных видов оборудования. Так, для циклограммы, изображенной на рис. 7.15, операции № 1——3 выполняются устройствами смазывания (УС), операции № 4, 6—10 — машиной (М), операция № 5 — ЗДУ, операции № 11, 13—15 — ПР, операция № 12 — устройством контроля (УК), операция № 16—20 — прессом. Каждый вид оборудования работает по своей программе. В свою очередь, эти программы могут иметь различные подпро- 264
Второй циклВторой циклНомер операцииНомер операцииПервый циклПервый цикл4457757787158715““/2/2/з/з7474XX窜窜XXXX
Второй цикл
Второй цикл
Номер операции
Номер операции
Первый цикл
Первый цикл
4
4
5
7
7
5
7
7
8
7
15
8
7
15
“
“
/2
/2
/з
/з
74
74
X
X
窜
窜
X
X
X
X
/5
16
77
18
.19
2。
Рис. 7.15. Циклограмма технологического процесса РЛ на базе машннн с холодной горизонтальной камерой прессования:
/ — смазывание пресс-формы; 2 — смазывание пресс-поршня; 3 — смазывание камеры прессования; 4 — закрытие пресс-формы； 5 — заливка металла в камеру прессования ЗДУ; 6 — запрессовка металла; 7 — выдержка отлнвкн в пресс-форме; 8 — раскрытие пресс-формы; 9 — возвращение пресс-поршня в исходное положение; 10 — выталкивание отливкн нз пресс-формы; 〃一 удаление отлнвки из пресс-формы ПР； /2 — контроль полиоты нзвлечеиня отливки; /3 — охлаждение отливкн в воде; 14 — укладка отливки в штамп пресса; 15 — возвращение ПР в исходное положение; 16 — обрезка литников и облоя; 17 — возвращение пуансона в исходное положение; 18 — ввод лотка для приема отливки; 19 — выталкивание отлнвки из пуансона; 20 — сбрасывание отлнвки с лотка в тару
граммы (рис. 7.17). В рассматриваемом примере программа РЛ состоит из отдельных программ УС, М, ЗДУ, ПР, УК и П. Программа УС, в свою очередь, содержит подпрограммы смазывания пресс-формы, пресс-поршня и пресс-камеры, а программа ПР имеет модификации М——УО——П, по которой 〃尸 обслуживает машину, устройство охлаждения отливки и пресс; М——П, когда ПР обслуживает машину и пресс, и Mt когда 〃Р обслуживает только машину.
Машина, пресс, устройство для смазывания пресс-формы и другое оборудование, входящее в РЛ или другую PC, могут иметь и другие различные подпрограммы и их модификации.
Блок-схема взаимосвязи оборудования. Блок-схема взаимосвязи оборудования PC составляется на основе ТТС и циклограммы технологического процесса. Из блок-схемы на рис. 7.18 видно, что наибольшую функциональную нагрузку несет 〃尸，который взаимодействует с машиной, устройствами смазывания и контроля и прессом. ПР не только взаимодействует с оборудованием, но и выполняет манипуляционные операции @ офливкоЗ.
Рис. 7.16. Циклограмма техиологического процесса РК на базе машины с холодной вертикальной камерой:
/ — вмааываиие превв-форма; 2 — вмааываиие превв-порш ия； 3 — аакрвтие пресв- форма; 4 — возвращение нижнего поршня в исходное положение; 6 — смаавваиие нижнего поршня; 6 — вмааавание камера прессования； 7 —— заливка металла в камеру прессования ЗДУ; 8 — аапрессовка металла; 9 — выдержка отливки в пресс-форме; 10 — возвращение преое-поршия в исходное положение; 11 — отреака и выталкивание Пресе* остатка; 12 — раскрытие пресс-формы; /3 — сталкивание пресс-остатка с коитрпорш- ня; 14 ——выталкивание отливки； 15 ——удаление отливки на превс-формн ПР： 16 ——контроль полнот а иавлечеиия отливки; /7 — укладва отливки в тару; 18 — воавращение ПР в исходное положение
Работа РЛ начинается с команда 〃Р устройству смазывания УС. Выполняются операции смазывания пресс-формы, пресс- поршня и пресс-камеры. После выполнения операций смазывания У© подает команду М на выполнение операций изготовления отливки, т. е. выполнения программа М. Выполняется операция закрытия пресс-формы. Далее машина подает команду ЗДУ иа выполиеиие операции заливки металла. По окончании заливки 3〃У подает команду машине иа продолжение выполнения программы М. Производится запрессовка металла в пресс-форму, выдержка, раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки. После этого машина подает команду 〃Р иа выполнение операции удаления отливки из пресс-формы и повледующих операций программка 〃Р. После удаления отливки из пресс-формы ПР взаимодействует с УК, определяя полноту извлечения отливки. При полном извлечении отливки 〃Р подает команду УС иа повторение цикла изготовления отливки, а сам продолжает выполнение своей программы. При неполном извлечении отливки выполнение программы РЛ приостанавливается до устранения неполадок. Далее 〃Р транспортирует отливку к прессу, укладагвает ее в штамп и подает команду прессу П иа ввполиеиие операций обрезки литии-
Рис. 7.17. Состав программы РЛ
ков. После выполнения операции обрезки литников 〃Р возвращается в исхсУдйое положение, ожидая команду от машины о выталкивании отливки из пресс-формы.
Программа промышленного робота. Программа ПР составляется в трй этапа: словесная запись программы, запись программы в условных обозначениях, запись программы с помощью технических средств.
Словесная запись программы. В PC робот взаимодействует с технологическим и вспомогательным оборудованием и выполняет манипуляционные операции. Для удобства разработки программы робота манипуляционные операции записывают сначала в виде макроопераций. В блок-схеме, показанной на рис. 7.18, ПР выполняет следующие макрооперации: удаляет отливки из пресс- формы; устанавливает отливку в У«; укладывает отливку в штамп пресса; удаляет литник из штампа пресса; укладывает литник в тару; возвращается в исходное положение. Каждая макрооперация, выполняемая ПР, содержит перемещения, ориентацию и положение схвата. При разработке программы ПР с целью определения перемещений охвата вычерчивают траекторию его движения (рис. 7.19).
В приведенном примере ПР из исходного положения /, подав команду машине М иа выполнение литейного цикла, перемещает
Рис. 7.18. ТТС (а) и блок-схема взаимосвязи оборудования (б) РЛ (стрелками показана последовательность взаимодействия оборудования)
Рис. 7.19. Траектория движения схвата ПР при обслуживании оборудования РЛ:
М — машина литья под давлением; П — пресе; УК — устройство контроля полнота извлечения отливкн; Т — тара для отлнвок; / —16 — точки по- зицноннроваиня ПР
свою руку последовательно в точки 2 и 3. Далее рука опускается вниз в точку 4 и после укладки отливки в штамп пресса П подни
мается вверх в точку 5. Для выполнения прессом операции обрезки литников ПР отходит в точку 6, после чего подается команда прессу. Далее ПР перемещает руку в точку 7, опускает ее в точку 8 для захвата в штампе отливки без литников и вновь поднимает вверх в точку 9, откуда транспортирует отливку в точку 10 и укладывает в тару Т в точке 〃• В точке 12 ПР ждет? команду от машины о выполнении операции удаления отливки из пресс-формы. Получив команду, ПР перемещает руку последовательно в точки 13 и /4, захватывает отливку и перемещает ее в точки 15 и 16. В точке 16 проводится контроль полноты извлечения отливки с помощью устройства контроля УК. В случае полного извлечения отливки ПР перемещается в точку / и подает команду машине для повторения .литейного цикла, а сам транспортирует отливку к прессу. При неполном извлечении отливки выполнение программы приостанавливается до В1яяснення причин и их устранения.
Пример 1. Программа для робота УМ-IT с позиционной системой управления. Для обслуживания оборудования PC литья под давлением применяют роботы с позиционной и цикловой системами управления. Первые выполняют сложные программы с большим числом точек позиционирования. Вторые исполь* зуются для выполнения более простых программ с ограниченным чкслом точек позиционирования.、
Для РЛ, ТТС и блок-схема взаимосвязи оборудования которой показаны на рис. 7.18, программа работы робота в словесной записи будет иметь вид:
Исходное положение. Горизонтальное перемещение руки X — —350 мм, вертикальное перемещение руки У — —230 мм, поворот руки относительно вертикальной осн 屮 = 60°, схват закрыт и повернут вертикально, команда УС.
X = 0, схват повернут горизонтально.
У = 30 мм.
ф = 89° 50。
X = 330 мм.
У = —35 мм.
Схват раскрыт (отливка в штампе).
X = 0.
Команда П (пуансон вниз).
У = —42 мм, команда П (пуансон вверж).
X = 330 мм>
Скват закрыт (литник в сквате).
У =^f30 мм.
X =电丁 команда от УК (контроль литника в сквате).
У =二230 мм, ф = 60°.
X 士 二350 мм, схват раскрыт (литник в таре).
<р=-^8®, сжват повернут вертикально, команда от М (отлквка вытолкнута).
X =
Х= мм.
ф = 10°.
Скват ванрат (отливка в сквате).
ср 士 —6°.
X = 0.
X = ——350 мм, команда от УК (контроль полноты извлечения отливки).
Далее программа повторяется. Степень детализации словесной записи программы определяется квалификацией программиста, который записывает программу в условны® обозиачеиияк. Иногда в словесной записи программы в скобках могут приводиться комментарии.
Пример 2. Программа для робота ПР-10И с цикловой системой управления.
РК включает машину литья под давлением с холодной вертикальной камерой, ЗДУ, устройства для очистки и смазывания пресс-формы и пресс-группы, контроля полноты извлечения отливки. ТТС и блок-схема взаимосвязи оборудования отличаются от тех, что показаны на рис. 7.18, отсутствием пресса.
Словесная запись программы работы робота выглядит следующим образом:
ПР принимает команду отМо том, что отливка вытолкнута из пресс而рмн.
Перемещение кисти ПР по оси X вперед.
Перемещение кисти ПР по оси У влево.
Зажим схвата.
Перемещение кисти ПР по оси У вправо.
Перемещение кисти ПР по оси X назад.
ПР принимает команду от УК о том, что отливка в сквате.
ПР подает команду УС.
Поворот руки ПР влево.
Вращение кисти ПР влево.
Раскрытие схвата.
Вращение кисти ПР вправо.
Поворот руки ПР вправо.
ПР отключает команду УС.
Далее программа повторяется.
Запись программы 8 условных обозначениях. Использование условных обозначений для записи программы позволяет не только сократить объем записи, но и использовать в дальнейшем технические средства для механизированного набора или нанесения программы на носитель. В Качестве условных обозначений чаще всего используют буквенные, буквенные с индексами и буквенно-цифровые; используют буквы как русского, так и латинского алфавитов.
Пример 1. Программа робота УМ-IT с позиционной системой управления.
Зацись программы выполняется в коде ВЦК-5 (буквенно-цифровой код для перфоленты с пятью дорожками: К— Кадр, Н — конец кадра, В — технологическая команда, Е, Д, ЯЕ — координаты X, У, ср):
К001 Е2350 Д2230 Я Е106000 В1200 В0800 Н000 К002 Е1000 В0101 Н000 КООЗ Д1030 В0001 Н000 К004 ЯЕ108950 Н000 К005 Е1330 Н000 К006 Д2035 нооа К007 В2000 Н000 К008 Е1000 В0001 Н000 К009 В0040 Н000 кою Д2042 В0400 Н000 КОН Е1330 Н000 К012 В0200 Н000 К013 Д1030 В0001 Н000 К014 Е1000 В0011 Н000 К015 Д2230 ЯЕ206000 Н000 К016 Е2350 В2000 Н000 К017 ЯЕ200800 В1080 Н000 К018 Е1000 В0001 Н000 К019 Е1190 Н000 К020 ЯЕ100010 Н000 К021 В0200 Н000 К022 ЯЕ2000600 Н000 К023 Е1000 В0001 Н000 К024 Е2350 В0010 Н000
Кадр программы начинается с буква К, после которой записывается его номер в виде трекзиачного числа. Конец кадра программы обозначается буквой Н
О 1 2345 67 8g КН ЕДЯ ВО 1 2345 67 8g КН ЕДЯ ВРис. 7.20. Система кодирования программы на перфолентеРис. 7.20. Система кодирования программы на перфолентеи тремя нулями. Координаты X м У ваписываются аеалопмио. Сначала пишется буива условного обозначения, обозначающая координату, затем циф< pa 1 или 2, обозначающая направление перемещения, а потом величина пере- мещения в миллиметрам в виде треж- значной цифры. Координата <р начинается с написания двук 6//в 只Е, за-
О 1 2345 67 8g КН ЕДЯ В
О 1 2345 67 8g КН ЕДЯ В
Рис. 7.20. Система кодирования программы на перфоленте
Рис. 7.20. Система кодирования программы на перфоленте
тем указывается направление поворота руки ПР цифрами 1 и 2 и ваписы-
вается угол поворота в градусах и минута®. Для граммов выделено три разряда, а для минут — два. Текиологические команда, включая работу рхата,
ротацию кисти и ускоренное прохождение нуля, записывются словами, которые начинаются буквой В. Далее выделены четыре разряда для записи номера команды. Таким образом, код БЦК-5 позволяет записать программу длиной в 999 кадров.
Пример 2. Программа робота ПР-ЮИ с цикловой системой управления.
Программа робота, записанная ранее словесно, в условных обозначениях будет выглядеть следующим образом：
к (ПР принимает от машины команду о том, что отливка вытолкнута из пресс- формы) .
Лвкл (перемещение кисти ПР по оси X вперед).
Евнл (перемещение кисти ПР по оси У влево).
Двкл (зажим захвата).
Еотк (перемещение кисти ПР по оси У вправо).
Лотк (перемещение кисти ПР по оси X назад).
и (ПР 限нннма^т команду от УК о том, что аглнвка в схвате).
авкл (ПР подает команду УС).
"кл (поворот руки ПР влево).
Гвкл (вращение кисти ПР влево).
Дотк (раскрытие схвата).
Готк (вращение кисти ПР вправо).
Вотк (поворот руки ПР вправо).
аотк (ПР отключает команду УС).
Условные обозначения, используемые при записи программы робота ПР-ЮИ: А —линейное горизонтальное перемещение кисти ПР по оси X; В ——линейное вертикальное перемещение руки ГЙР по оси Z; В — поворот руки ПР вокруг оси X; Г ——вращение кисти ПР вокруг оси X; Д ——работа схвата; Е — линейное перемещение руки ПР в горизонтальной плоскости по оси У; а — е—— технологические команды на оборудование; ж, и——и ——технологические команда от оборудования. Все команды имеют два значения: включено (вкл) и отключено (отк).
Запись программы с помощью технических средств. В качестве технических средств для записи программ на носитель используют перфораторы, магнитофоны, накопители на магнитных дисках, оперативные запоминающие устройства с клавиатурным вводом текста. Для записи программ ПР с цикловой системой
управления используют коммутационные поля, барабаны и дис
кретные потенциометры.
мер 1. Набивка программы иа перфоленту.
Программа ПР, записанная в коде 5口賞-5, набивается на перфоленту с помощью телеграфного аппарата. Перфолента имеет пять значащих дорожех и одну синхронизирующую (рис. 7.20). Для программирования букв и цифр принята определенная система пробивки отверстий. Отверстия на перфоленте пробиваются св亩ху и снизу синхронизирующей дорожки таким образом, что сверху образуются три, а внизу две значащих дорожки. Отверстия пробиваются строго по линиям, перпендикулярным синхронизярующей дорожке и проходящим через ее
Внеимнее оборудованиеВкл.Внеимнее оборудованиеВкл.aaо 0гпк^~ ®Ю+о 0гпк^~ ®Ю+++++66+++++儿++儿+22%%++++гг+++W4-+W4-+++++浒+浒+++旬卡+旬卡++ПодтверждениеПодтверждение50-Ь50-ЬВкл,Вкл,Отк.Отк.Вкл.Вкл.Отк.Отк.жжии夕夕ммWW+++位++位+700 +700 +110110+ 720 牛+ 720 牛+乃叶+乃叶уу4厂+ ++ + +4厂+ ++ + +++5+5+牛牛++++++++44++++++++5+5+б+б+7+7+8+8+g+g+¥1¥1++++++++++++++++++++++%%++++++++++++++Движение+ + ++ + +Движение+ + ++ + +++++++++++++8+8++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++4+ ++44- Е+4- Е+++++
Внеимнее оборудование
Вкл.
Внеимнее оборудование
Вкл.
a
a
о 0гпк^~ ®Ю+
о 0гпк^~ ®Ю+
+
+
+
+
6
6
+
+
+
+
+儿+
+儿+
2
2
%
%
+
+
+
+
г
г
+
+
+W4-
+W4-
+
+
+
+
+浒
+浒
+
+
+旬卡
+旬卡
+
+
Подтверждение
Подтверждение
50-Ь
50-Ь
Вкл,
Вкл,
Отк.
Отк.
Вкл.
Вкл.
Отк.
Отк.
ж
ж
и
и
夕
夕
м
м
W
W
+
+
+位+
+位+
700 +
700 +
110
110
+ 720 牛
+ 720 牛
+乃叶
+乃叶
у
у
4厂+ ++ + +
4厂+ ++ + +
+
+
5
+
5
+
牛
牛
+
+
+
+
+
+
+
+
4
4
+
+
+
+
+
+
+
+
5+
5+
б
+
б
+
7+
7+
8
+
8
+
g
+
g
+
¥
1
¥
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
%
%
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Движение
+ + +
+ + +
Движение
+ + +
+ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
8
+
8
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+4
+ +
+4
4- Е
+
4- Е
+
+
+
+
+
Ркс. 7.21. Коммутационное поле для набора программы
отверстия. Диаметр отверстий синхронизирующей дорожки меньше диаметра отверстий значащих дорожек.
Отсутствие пробивных отверстий на значащих дорожках обозначает цифру 0. Отверстие на первой дорожке соответствует цифре 1, иа второй ——цифре 2, на третьей —— цифре 4 и иа четвертой —— цкфре 8. Сочетание отверстий на первой и второй дают цифру 3, на первой и третьей — цифру 5, на второй и третьей —— цифру 6, иа первой, второй и третьей —— цифру 7, а на первой и четвертой —— цифру 9.
Характерным признаком букв на перфоленте являются отверстия иа пятой дорожке. Сочетание отверстий иа третьей и пятой дорожках дают букву К, иа первой и пятой — букву Е, на второй и пятой — букву Д, на второй, четвертой н пятой — буквы ЯЕ, иа четвертой и пятой — букву В. Если отверстие пробито только иа пятой дорожке, то это обозначает букву Н.
Ввод записанной иа перфоленту программы ПР в управляющее устройство осуществляется с помощью фотосчитывающего устройства. Для многократного повторения программы перфолента склеивается в кольцо.
мер 2. Набор программы иа коммутационном поле.
Робот ПР-10И имеет для набора программы коммутационное поле в виде матрицы, состоящей из 150 тактовых гнезд, расположенных 15-ю рядами по 10 гиезд в каждом ряду (рис. 7.21). Временной интервал между двумя соседними гнездами в ряду соответствует 0,1 с.
Для связи с внешним оборудованием иа коммутационном поле выполнено шесть пар гиезд, обозначенных буквами a—е. Одни столбед гиезд предиазиачен для включения виешизго оборудования, а другой ——для отключения.
Еще шесть пар гнезд на коммутационном поле предназначены для подтверждения о срабатывании внешнего оборудования. Онц обозначены буквами %, и—я.
Для выполнения ПР движений на коммутационном поле размещено шесть групп гнезд, каждая из которых соответствует одному движению: А—Е.
Программирование робота ПР-ЮИ производится путем соединения определенных гнезд коммутационного поля с помощью специальных электропроводов. Для удобства и хранения программы ПР ее заносят в специальную карту (табл. 7.7). Первая строка карты представляет кадры программы. Для набор а первого кадра программы необходимо соединить гнездо к (вторая строка) с гнездом 2 тактовой матрицы (четвертая строка). Для программирования второго кадра нужно соединить гнездо Авкл с гнездом 4 и т. д. Между первым и вторым кадрами установлена временная задержка 0,2 с, а между вторым и третьим кадрами— 1,1 с (третья строка).
7.9. ЭЛЕКТРОСХЕМА СТЫКОВКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ PC
Электросхема стыковки систем управления оборудования PC литья под давлением синхронизирует работу всего оборудования системы и превращает набор систем управления различного оборудования в единую систему управления PC. Обычно функции управления PC возлагаются на ПР. Вместе с тем получают распространение системы с управлением оборудованием от ЭВМ.
Если управление роботизированной системой возлагается на ПР, то он, кроме выполнения функций по манипулированию и транспортированию отливки, обеспечивает связь с технологическим оборудованием и контрольными устройствами. ПР подает команды на включение оборудования и получает подтверждения о выполнении команд.
При разработке электросхемы стыковки используется блок- схема взаимосвязи оборудования PC, схемы систем управления оборудования и устройств, входящих в PC, и программа работы PC.
В качестве примера рассмотрим электросхему стыковки систем управления оборудования РЛ ва базе машины с холодной гори зон-
Рис. 7.22. Электросхема стыковки системы управления оборудованием РЛ:
/ — закрвгтяе пресс-формы; 2 — удаление отлявки; 3 — обрезка литников; 4 — возвращение пуансона в исходное положение; 6 — контроль наличия пресс-остатка в схвате (С — охват)
тальной камерой мод. А71107, ПР мод. УМ-IT, ЗДУ мод. Д-63М и пресса мод. ДБ-2424.
Исходя из программы работы ПР, последний, занимая исходное положение в соответствии с первым кадром, подает команду УС. Далее ПР должев принять подтверждение от машины о том, что отливка вытолкнута. О наличии отливки в схвате ПР получает подтверждение от УК. Для обрезки литников в прессе ПР подает команды на перемещение пуансона вниз и вверх* Реализация этих действий роботом показана на электросхеме стыковки (рис. 7.22). Электросхема стыковки состоит из отдельных цепей, связывающих систему управления ПР с системами управления машины, пресса и устройства контроля. Связь электросхем ЗДУ и машины выполнена отдельно, независимо от системы управления ПР.
Операции смазывания пресс-формы и пресс-группы выполняются специальными устройствами по команде от ПР. Фотосчитывающее устройство, приняв с перфоленты эту команду, передает ее в систему управления ПР, срабатывает реле Р48, в результате чего блокируется пусковая кнопка машины КнЗ, что приводит к запуску в работу устройства очистки и смазывания. О выполнении команды робот получает подтверждение. По завершении операций очистки и смазывания происходит закрытие пресс-формы. При полном закрытии пресс-формы срабатывает реле PS и в систему управления ПР идет сигнал о выполнении команды.
Сигнал о полном закрытии пресс-формы поступает также в ЗДУ, которое приступает к выполнению операции заливки металла в камеру прессования. После выполнения операции заливки ме・
273
талла ЗДУ подает команду машине на запрессовку металла в пресс- форму. Далее машина работает по своей программе.
Команда В0080 (см. с. 273) является для робота подтверждением о выполнении машиной операции выталкивания отливки из пресс-формы. В системе управления машины срабатывает реле РН и замыкает соответствующие контакты в системе управления робота. Получив сигнал, робот приступает к выполнению операции удаления отливки из пресс-формы.
Команда В0010 является подтверждением для робота о наличии отливки в схвате. Эта команда используется в программе работы РЛ дважды: один раз — при удалении отливки из пресс-формы, а другой ——при удалении литника из штампа. Получив сигнал от контрольного устройства, робот продолжает выполнять свою программу. При отсутствии сигнала робот останавливается, останавливая тем еамт« работу РЛ. /
Для выполнения операции обрезки литников на прессе используются две команда. Команда В0040 предназначена для перемещения пуансона вниз. ФотовчитБивающее устройство, приняв g перфоленты команду, передает? ее в сивтему управления робота, срабатывает реле Р34, в результате чего блокируются кнопки《Ху и 5КУ пресса для выполнения рабочего хода пуансона. После отделения отливок от литника пресс посылает роботу подтверждение о выполнении операции. Срабатавает реле ЗРК, и робот получает сигнал подтверждения. Далее робот подает прессу команду В0400, которая предназначена для подъема пуансона вверх. В системе управления робота срабатывает реле Р47 и его контакты блокируют кнопку 7КУ в системе управления пресса, предназначенную Для подъема иуансона. Поеле возвращения пуансона в исходное положение врабатавает? реле 1РК и робот получает от пресса подтверждение о выполнении операции. Далее робот начинает выполнять операции по удалению литника из штампа и укладке его в тару.
) АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
)И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫX КОМПЛЕКСОВ
Постоянное совершенетвование машин литья под давлением и интенсификация литейной технологии обусловили создание и использование в промышленности высокопроизводительного оборудования с последовательной автоматизацией операций технологического процесса. Однако околомашинные операции (заливка металла, смазывание пресс-формы, съем отливок) еще мало механизированы.
Автоматизация литья под давлением обеспечивает повышение стойкости деталей формы и камеры прессования за счет стабильного теплового режима и регулярного смазывания рабочих и трущихся поверхностей, повБтшение качества поверхности и плотности Отливок путем регулирования и стабилизации теплового режима и режима смазывания пресс-формы и камеры прессования, снижение потерь в результате угара металла, повышение производительности за счет совмещения нескольких операций в цикле литья, снижение затрат мускульной энергии литейщика и повышение безопасности его труда.
Автоматизация операций должна внедряться после тщательного анализа всех преимуществ и недостатков автоматизации. Средства механизации и автоматизации должны быть технологически и экономически выгодны для условий данного производства (табл. 8.1). Конструкции механизированных узлов, разработанные в условиях опытного производства, при внедрении нужно проверять в условиях цехов серийного производства.
Машины литья под давлением чаще всего работают в полуавтоматическом режиме. Механизации и автоматизации требуют, главным образом, околомашинные операции, т. е. те технологические приемы, которые не всегда входят в цикл работы машины и выполняются вручную.
Механизируют и автоматизируют следующие операции: смазывание форм камеры прессования и машины, подогрев или охлаждение полуформ, извлечение отливки и транспортирование ее от машины к обрезному прессу, подача порции жидкого сплава в камеру прессования, пополнение тигля жидким металлом (для машин с горячей камерой прессования), установка арматуры в форме. Полная автоматизация процесса литья под давлением должна предусматривать применение блокировочно-предохранитель-
Основные q^crea механизации и автсмматизации технологических операций литья под давлением'
Комплекс работ
Операция
Средства мех^внзацнн и автоматизации
Подготовка пресс- формы
Транспортирование пресс-формы, ее установка иа машину, предварительный подогрев иа стендах, если отсутствуют другие средства подогрева
Регулировочный стенд, электрокары с подъемником, подъемники, смонтированные иа машине, монорельсы, поворотные и мостовые краны
Эксплуатация пресс-формы
Очистка пресс-формы по-4 еле снятия
Очистка пресс-формы в процессе работы на машине
Смазывание пресс-формы
Установка арматуры в пресс-форме
М ехаиические дробеметные кабины, химические и пароочист- иые устройства
Механические щетки с пневматический или гидравлическим приводом, комбинированные пуль вер изаторы с обдувом Автоматические лубрикаторы, простые и комбинированные пульверизаторы
Механизированные загрузочные устройства, приспособления для установки арматуры, роботы
Приготовление и заливка сплава
Транспортирование отходов
Разделка шихты и загрузка в плавильную печь
Перемешивание жидкого металла в плавильной печи
Слив жидкого металла из стационарной плавильной печи в ковш Определение химического состава сплава и отливок
Транспортирование жидкого металла от плавильных печей к раздаточным
Нанесение огнеупорной обмазки на чугунные и стальные тигли раздаточных печей Регулирование температуры жидкого металла в раздаточной печи Заливка металла из раздаточной печи в камеру прессования
Конвейеры, монорельсы, электрокары.
Эксцентриковый пресс, бункер, конвейеры, саморазгружающие- ся бадан, роботы
Мешалка с электрическим приводом
Насосы
Автоматические спектрографы с непосредственным отсчетом содержания элементов иа шкале Монорельсы t электрокары с поворотно-подъемным ковшом, наклонные желобы, мостовые краны.
Специальные приспособления, в том числе для вращения тигля в процессе обмазки
Комплекс приборов авторегу- лироваиия, сблокированных с системой иагрева печи 3аливочио-дозирующие устройства
Продолжение табл. 8.1
Комплекс работ
Операция
Средства мекаиизацнн н автоматизации
Приготовление и заливка силава
Непрерыииая подача металла в тигель машины с горячей камерой прессования
Система наклонных желобов, самотечная труба с автоматической регулировкой уровня, автоматическое устройство для опускания чушки, поворотный ковш с автоматическим транспортным устройством
Формирование и выталкивание отливок
Удаление пресс-остатка на машинах с вертикальной камерой прессования
Привод подвижных стержней и выталкивателей
Снятие отливки с выталкивающих устройств, удаление ее ва пределы машины, охлаждение
Вывинчивание резьбовых колец и стержней из отливок
Регулирование температуры пресс-формы
Пневматический или гидравлический сбрасыватель
Гндромеханические устройства, входящие в комплектацию машины, универсальный постамент с гидравлическим приводом выталкивателей, гидравлические приводы, механизмы пресс- формы
Роботы, бак с водой, оснащенный конвейером, механические и автоматические съемники отливок, скребковый или ленточный конвейер, расположенный под пресс-формой
Приспособления гидравлического или механического типа
Вентили водяного охлаждения с приводом от регулятора температуры воды, масляные термостаты или автотерморегуляторы, соленоидные вентили водяного охлаждения с электроуправлением в зависимости от температуры пресс-формы, автоблокировка системы терморегулирования с системой управления машиной, электрообогрев с автоматическим регулированием
Обрубка и зачистка отливок
Отделение литников и облоя
Обрезные и ножевые штампы, фрезы или ленточные пилы (для очень толстых литников), обрезные устройства, совмещенные с пресс-формой или машиной
Продолжение табл. 8.1
Комплекс работ
Операция
Средства механнзации и автоматнЗАцнн
(трубка и эачист- ка отливок
Удаление облоя и окончательная вачнстка отливок
Отделение отливок от остатков облоя после ва- чнсткн
Вибрационные и гндроабразнв- ные устройства, галтовочные барабаны, станочное оборудование облегченного типа для обработки резаннем, термические н криогенные установки Механнческне снта
Технологический контроль и упаковка отлнвои
Контроль плотности отливок Маркировка
Упаковка в тару для отправки потребителю
Автоматические весы, рентгеновские аппараты
Пневматическое ударное при = способление, специальные мар- кнровщикн
Скобочные н тарные машниы, работающие совместно с непрерывным н перноднческнм транспортом
ных устройств для прекращения работы машины при возникновении неполадок.
Для ряда отраслей качество отливок является решающим фактором. В связи с этим интересна работа [1061 об уменьшении процента брака при увеличении темпа работы машины, что достигается во многом благодаря автоматизации технологических операций. На группе отливок, получаемых обычно с браком, было установлено, что при производительности 25 запрессовок в час брак составил 28%, при 50 запрессовках —— 14%, при 100 запрессовках —7%, а при 200 запрессовках …一3,5%. Большое значение имеет резкое (иногда в 1,5—2 раза) повышение стойкости пресс- форм. .
Классификация автоматизированных комплексов. Для процесса литья под давлением сложилось определенное понятие «ручной вариант». При использовании ручного варианта жидкий металл в камеру прессования заливает черпаком литейщик, снятие отливки или куста отливок с выталкивателей формы осуществляется вручную (щипцами), формы и пресс-пары смазывают вручную, настройка машины и все машинное операции осуществляются нажатием кнопки или педалей.
Устранение ручного труда являетвя ключевм направлением повЕппения качества отливок и увеличения втойкости пресв-форм.
Замену доли ручного труда машинным можно раввматривать либо как автоматизацию данной операции (например, заливки), либо как механизацию всего комплекса литья под давлением. Поэтому понятие «механизированнБ1Й комплекв (машина) ЛПД»
AK
Рис. 8.1. Классификационная схема АК
аналогично понятию «частично автоматизированный комплекс». Если мы говорим о комплексно-механизйрованном оборудовании ЛПД, то подразумеваем, что число механизированных операций по сравнению с предыдущим вариантом увеличено. В полностью автоматическом комплексе весьма большое число циклов осуществляется непрерывно и без участия оператора. В настоящей главе в качестве базового принят термин «автоматизированный комплекс» (АК) литья под давлением. АК включает в себя многочисленное оборудование, начиная от оборудования для автоматизации какой- либо одной операции (например, заливки) до оборудования для полной автоматизации процессов заливки металла в камеру прессования, получения отливки и обрезки литников (рис. 8.1). АК оснащены ввевозможными манипуляторами и роботами. Иногда
используют термин «линия литья под давлением». В линию входит оборудование и оснастка для удаления литников и облоя. Следует иметь в виду, что существует немало машин, в которых операции обрезки составляют часть общего цикла и тогда комплекс образует линию. Имеются комплексные линии, которые включают дополнительное оборудование для финишных операций.
Ниже рассмотрена классификация АК.
В зависимости от массовости производства различают АК для серийного производства, АК для крупносерийного производства, АК для массового производства. Оборудование отличается преимущественно степенью ун и вере ал ьн ости применяемых средств механизации и автоматизации, а также требованиями к программному управлению отдельными элементами АК. Если для серийного производства вБщвигаегся требование максимальной универсальности и возможности относительно быстрой переналадки, то для массового производетаа этого не требуется. Любое повышение универе альности неизбежно влечет за собой большие затраты. В массовом производстве оптимальным решением чаще всего является стабильная программа работы элементов комплекса применительно к партии отливок, изготовляемых в течение весьма длительного времени или постоянно.
Базовая литейная машина и средства автоматизации в той или иной степени оказывают влияние на структуру АК (см. рис. 8.1).
Операция обрезки может производиться на АК или вне его (на обрезном участке). В первом случае можно выделить АК с автономным горизонтальным обрезным прессом, с автономным вертикальным обрезным прессом и неавтономным обрезным узлом (моноагре гатные А К). Объединить в одном АК литье и обрезку можно лишь при ориентированном извлечении куста отливок и подачи в обрезной пресс без промежуточного складирования. Такие АК являются наиболее сложными для внедрения, но достигаемые при этом преимущества максимальны. АК с ориентированным извлечением отливок и обрезкой можно разделить на две группы: АК с горизонтальным обрезным прессом, АК с вертикальным обрезным прессом.
Системный подход позволяет учитывать совокупность факторов при выборе типа обрезного пресса, так же как и других элементов АК・ Каждый из двух типов прессов имеет свои преимущества и недостатки. Вертикальный пресс требует меньшей установочной площади и существенно облегчает попадание куста отливок в обрезной штамп благодаря использованию силы тяжести. В то же время выгрузка отливок и отходов на вертикальном прессе требует дополнительных приспособлений. Имеются различия и в конструкции робота (манипулятора) для работы в паре с обрезным прессом того или иного типа. /
Классификация АК по способу снятия и транспортирования куста отливок охватывает несколько конструктивно технологических решений, как это частично показано на рис. 8.1.
По тину используемого заливочно-дозирующего устройства различают АК на базе ковшового, пневматического или магнито- динами ческого дозаторов.
По типу привода и системы управления различаются АК с управлением всех элементов от единого пульта и общего привода, с индивидуальным приводом и управлением, с комбинированным управлением. Для массового производства преимущественно применяют АК первого типа.
В зависимости от комплектации средствами автоматизации существуют АК, укомплектованные средствами автоматизации на заводах-изготовителях и поставляемые в виде единого комплекса; А К, средства для которых поставляют в виде отдельных узлов для эксплуатируемых машин ранних выпусков. Такой принцип классификации отражает существующее распределение поставок литейного оборудования отечественным предприятиям.
В качестве основного классификационного признака в данной главе принято сочетание способа удаления отливки (ориентированное или неориентированное) и мощности машин.
АК СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ
В настоящее время оборудование для литья под давлением изготовляется преимущественно не в виде отдельных машин, а совместно со средствами механизации и автоматизации (рис. 8.2). Основные данные о серийных отечественных комплексах и линиях малой и средней мощности приведены в табл. 8.2 и 8.3. Несмотря на то, что часть приведенных машин либо сняты с производства, либо изготовляется по специальным заказам, сведения о них представляют интерес для анализа основных тенденций развития литейного машиностроения. По вполне понятным причинам ежегодно происходит -частичное обновление парка машин, что фиксируется соответствующими каталожными данными заводов-изготовителей, перечисленных в настоящей работе.
АК базируется на использовании современных машин, многие из которых характеризуются высокой степенью автоматизации. Из готов л я емые в настоящее время машины являются весьма сложными агрегатами, для обслуживания которых требуются высококвалифицированные наладчики различных специальностей, включая электромехаников.
Технический уровень машин для автоматизированных комплексов определяется наличием широкого диапазона регулирования скорости перемещения пресс-поршня (0,02—5—7 м/с), раздельного регулирования скоростей на каждой фазе, включая скорость мультипликации при подпрессовке, регулирования величины усилия прессования и подпрессовки, регулирования времени включения отдельных фаз прессования в момент начала мультипликации, малоинерционной системы прессования и других элементов. Важна также продолжительность срабатывания гидроклапанов машин (10 мс и ниже).
82 Технически характеристика машии литья под давлением с холодной гсфизон
Машина
средняя
Параметр
Ш
о
V
9
К
Усилие запирания, кН
1000
1600
1600
1600
2500
2500
Наибольшая скорость холостого хода
3
——
7
5
5
пресс-плунжера вперед, м/с
Масса заливаемой порции алюминие-
1,4
2,1
2,5
2,5
3,6
3,6
вого сплава, кг
Расстояние между колоннами по го-
380
450
450
450
530
530
ризонтали и вертикали (в свету), мм Толщина пресс-формы, мм:
500
500
600
600
наибольшая
420
500
наименьшая
190
220
220
220
260
260
Ход подвижной плиты, мм
320
380
380
380
450
450
Усилие прессования, кН
132
200
200
200
300
300
Смещение второй позиции вниз от
100
100
100
100
160
160
оси машины, мм
Число холостых циклов в час при
300
250
400
400
200
250
непрерывной работе
Время одного холостого цикла, с
4,8
6
6
6
7,5
5
Наибольший ход гидровыталкивате-
一
80
80
80
100
100
ля, мм
130
Выход пресс-плунжера за плоскость плиты, мм Установленная мощность, кВт
85
ПО
ПО
НО
130
16
—
—
—
—
Габаритные размеры, мм: длина
4170
5490
5735
5315
5950
5950
ширина высота
1290
1470
2650
2640
1540
1540
1650
1700
2285
2285
1900
1900
Масса, кг
4870
8100
8000
7660
10 650
10 650
讶氯戏4盾◎商 камерой прессования
крупная
уникальная
о
©
g
71Ш
71112
71113
71114
71115
71116
71117
7111с
>00
4000
6300
8000
10000
12 500
16 000
20 000
25 000
30 000
35 GOO
5
7
5
5
—
一
5
5
5
5
4,0
6,0
10
13
18
24
32
—
42
50
530
630
750
850
950
1060
1180
一
1330
1320
—
600
710
850
950
1060
1180
1320
1500
1500
1800
260
320
380
420
480
530
600
800
80G
450
530
630
710
800
900
1000
1120
П20
1000
100C
300
450
670
800
950
1200
1500
1900
160
160
220
220
—
320
260
30(.
360
250
90
80
63
50
50
32
30
27
6
9,5
10
13,2
15
17
17
21
20
25
20
i00
125
160
一
200
200
250
250
200
200
130
—
170
—
250
—
320
320
—
•—
5G
-
37
50,45
61
63,5
—
65
—
75
6420
7255
8700
8930
9300
12 000
12 350
13 200
14 500
13 700
14 '
1700
1920
3500
2300
2400
2450
2950
3100
3500
3900
39й
2300
2380
3150
3190
3350
3500
3800
4500
4600
46c
10 450
17 000
28 000
55000
60 000
82 000
100 000
13 000
150 000
167 000
167 -尺
Весьма актуален переход от горючего масла на трудновоспла- меняющиеся жидкости. В США, например, более 90% машин работает на этих жидкостях, в СССР — считанные единицы. По данным В. М. Рябошапки, длительность эксплуатации негорючей водно- гликольной жидкости «Промгидрол» (ТУ 6-02-1140) в гидроприводах машин ЛПД. показала ее преимущества по сравнению с заменяемым маслом И-20А. Обеспечивается пожарная безопасность при удовлетворительной работоспособности элементов привода. Наряду с фильтрами тонкой очистки типа Ф-7М для периодической очистки рабочей жидкости «Промгидрол» в баках гидросистем рекомендуется использовать передвижные стенды очистки гидрожидкостей .
Улучшены параметры среднего АК мод. ДУ711В08. Его система управления выполнена на базе однобитного программируемого контроллера. Имеется дистанционное регулирование технологических 282
параметров процесса прессования и подпрессовки: скорость первой фазы равноускоренная; скорость второй фазы 0,303—7 м/с (скорость регулируется дискретно, число скоростей 63); время набора мультиплицированного давления 10—300мс (с автоматической стабилизацией давления и цифровой индикацией их действительных величин). Регулирование скорости запрессовки на сливе из цилиндра прессования привело к упрощению конструкции механизма прсе- сования и стабилизации процесса запрессовки. Применение в гидроприводе механизма запирания гидропневматичеекого аккумулятора малой емкости (в паре с аксиально-поршневым насосом) позволило увеличить быстродействие механизма запирания 弘 снизить установленную мощность основного привода.
Насосная установка имеет аксиально-поршневой насос, служащий для нагнетания рабочей жидкости через систему фильтрации и охлаждения. В составе насосной установки имеются также
g t:.3・ Обеспечение AK средствами автоматизации
Средства автоматизации операцнн
Модель комплекса
доэнроваиия, транспортирования и за лнвкн сплава
съема и транспортирования отливок
контроля полноты извлечения отливок
обдува н смазывания пресс-формы
смазывания пресс-пары
охлаждения отлнвкн
обрезки литников н облоя
А711А07
ДМ-4
Нет
Нет
Восемь стационарных форсунок
Есть
Нет
Нет
А711Б07
ДМ-4
Манипулятор
»
Подвижный блок форсунок
»
»
»
А711А08
ЛМ5Ц.82.04
»
»
То же
Нет
»
»
А711Б08
ЛМ5Ц.82.04
»
»
Есть
»
»
А711Б09
ЛМ5Ц.82.04
»
»
»
»
»
»
АЛ711Б07
ЛМ5Ц.82.04
Робот мод. РМЗА
Есть
»
»
Есть
П16А
АЛ711Б07С
МДН-6А
То же
»
»
»
»
П16А
АЛ711Б09
ДМ-4
»
»
»
»
»
П20
ДУ711В08
М5Ц.82.04
»
»
»
»
»
П16А
Рис. 8.2. Скема АК средней мощности: / — дозатор; 2 — машниа; 3 — вредвтва механизации пресса； 4 — обреавой прево; 5 — охлаждающее устройство; 6「робо*
павелн настройки давления, управления механизмом запирания и насосом для смазывания рычажного механизма и др.
Охлаждение отливки происходит при движении руки манипулятора вниз до окунания отливки в воду. Время охлаждения отливки регулируется с помощью реле времени.
В комплексе мод. ДУ711В08 заимствован ряд агрегатов и узлов из лннии мод. АЛ711Б08. Базовой машиной является машина мод. 711Д08. В приводе механизма запирания использован гидро- пневматический аккумулятор малой емкости с разделением сред, работающих в паре с аксиально-поршневым насосом с регулируемой по давлению производительностью с обеспечением постоянства отбора из сети мощности. Это позволило при снижении установленной мощности электродвигателя главного привода с 22 до 15 кВт снизить машинное время цикла машины с 20 до 9 с (производительность комплекса возросла в 1,25—1,5 раза), а также предотвратить запирание формы при возникновении нагрузок, способных повредить форму. Было введено дискретное изменение скорости на второй фазе прессования. Вместо ручного дросселя для установки скорости использованы калиброванные шайбы, включаемые в работу с помощью серийных гидрораспределителей малой мощности (типа ВЕ6), управляемых электронным программатором. Это позволило повысить стабильность процесса прессования; автоматически поднялаживать ее при монотонном изменении условий работы; дистанционно (с пульта микропроцессорного управления) устанавливать скорость второй фазы прессования, постоянно получать информацию в цифровом виде о действительной величине этой скорости. Микропроцессорное, управление позволяет оперативно изменять цикловую программу, а также гибко управлять технологическими параметрами. На рассматриваемом АК осуществляется контроль положения всех подвижных частей комплекса и управление с ЧПУ пресс-плунжером, подвижной плитой, плитой пресса, манипулятором съема, дозатором и т. д.
Перспективная работа проведена МПО «Точлитмаш» им. С. М. Кирова совместно с фнрмой MGP (Швейцария). Были изготовлены первые образцы машин с усовершенствованной электронной системой управления и новыми узлами надежного обеспечения автоматического цикла. От опытных образцов перешли к серийному производству.
В МПО 《Тотлитмаш》 разработана специальная линия мод. АЛ727В09 на базе машины вертикальной компоновки с усилием запирания 4000 кН. В состав линии входят машина /, пресс 3 для обрезки литников и облоя, установка для вакуумирования пресс- формы, устройство для контроля и извлечения отливок; бак 2 для охлаждения отливок (рис. 8.3).
Машина может работать в режиме с заливкой расплава механическим ковшовым дозатором и в режиме с заливкой расплава в камеру прессования вакуумным всасыванием. При работе с вакуумным всасыванием пресс-форма устанавливается в вакуумную ка- 286
Рис. 8.3. Схема АК вертииальной иомпоновки
меру, а при работе с ковшовым дозатором вакуумирование пресс- формы должно производиться непосредственно через канал в ней. Механизм прессования может подпрессовывать жидкий металл в результате внедрения внутреннего поршня в пресс-остаток после образования корки определенной толщнны,吋。снижает усадочную пористость [45].
Перспективной моделью является комплекс мод. ГМ711Б08. Ведущий разработчик — НИИСЛ (г. Одесса) отмечает следующие особенности комплекса: безударный, механизм прессования, обеспечивающий увеличение усилий запрессовки до 300 кН при сохранении максимального усилия подпрессовки 300 кН; регуляторы усилия запирания и регулирования дозы сплава, обеспечивающие контроль и регулирование параметров в автоматическом цикле; регулятор времени кристаллизации, позволяющий рассчитывать время в автоматическом цикле; программный привод запирания, обеспечивающий ускоренное смыкание формы, касание полуформ при незначительном усилии запирания, контроль полноты смыкания; двухпозиционный поворотный приемник отливок с тарой на каждой позиции для охлаждения отливок и выноса тары с отливками за рабочую зону; средства бессупенчатого регулирования усилия подпрессовки и времени нарастания усилия подпрессовки; устройство для автоматической фиксации н расфиксации нагретых форм с одновременным автоматическим подключением коммуникаций; регуляторы температуры сплава и температуры пресс-формы (в режиме охлаждения); средства метрологического измерения основных параметров технологического процесса (скорости прессования, давления подпрессовки, температуры формы и сплава, дозы металла, давления гидропривода, усилия запирания).
Отдельные комплекты для автоматизации процессов литья под давлением изготовляет ПО ЛО (г. Пинск). Комплект 1,25Э предназначен для автоматизации действующего парка отечественных и зарубежных машин с усилием запирания 1600—4000 кН.
Рис. 8.4. Схемы АК средней мощности иа базе вертикальных Обрезных прессов с пиевматическим (а) и механическим (б) дозаторами:
/ — заливочио-дозирующее устройство пневматического типа; 2 — совмещенный съемник отливок и смазкораспылитель; 3 ——обрезной пресс; 4 ——охлаждающее устройство; 5 ——машина усилием 5400 кН; 6 — механический дозатор мод. Dosal-3; 7 — раздаточная печь; 8 — машина фирмы Triulzi ( Италия) усилием 2800 кН; 9 — промышленный робот; 10 — узел контроля извлечения отлнвок
Комплект оборудования для автоматизации машин мод. АЛД1К (совместная разработка ХЦКТБ и СКВ ЛО) предназначен для работы с литейными машинами с усилием запирания 1600—2500 кН при дозе заливки (по алюминию) до 1 кг. В состав комплекта входят манипулятор для заливки металла, система стационарных форсунок для смазывания форм и плунжера, механизм удаления отливок и электрооборудование. Эти комплекты успешно эксплуатируют на ряде предприятий. На одном из заводов с помощью комплектов АЛД1К один оператор обслуживает две машины.
Рис. 8.5. Схемы АК на базе вертикальных обрезных прессов (а, 6) и схема робота мод. Unii;nate 2000 (s):
/ — механический дозатор; 2 ——смазкораспылитель с подвижным блоком форсунок; 3 — робот типа Unimate; 4 — охлаждающее устройство; 5 ——вертикальный обрезной пресс; 6 — шкаф управления; 7 — робот типа Versatran; 8 — машина фирмы BUhler усилием 1600 кН
Рассмотренные выше отечественные АК базируются на использовании вертикальных обрезных прессов.
Зарубежные АК с вертикальным обрезным прессом и подвижным блоком форсунок показаны на рис. 8.4, а и 8.5, а [37]. В АК универсальный робот типа Unimate (США) обслуживает обрезной пресс, который расположен между машиной и охлаждающим устройством. Для заливки используется ковшовый манипулятор.
В АК, показанном на рис. 8.5, б, для обслуживания обрезного пресса используется робот тапа Versatran, мощность которого меньше мощности робота типа Unimate.
Один из вариантов планировки АК с использованием робота «Циклон-5С» приведен в работе [38]. Следует отметить, что данная планировка имеет недостатки: требует больших площадей, не обеспечивает свободного доступа к оборудованию. В частности, бросается в глаза слишком большая площадь, занимаемая охлаж-
10 Заказ 66 28g
Рис. 8.6. АК с двумя литебннми машинами (а), одной лнтейн曲 машиной и позициями финишной обработки (б):
/, 2 — лнтейнае машины; 3 — робот; 4 — охлаждающее устройвтво; 5, 8 — тара для отлнвок; 6, 9 — обрезные прессы； 7 — тара для отходов； /0, /J — места складирования отлнвок; 12 — многопознцнониый поворотный вгол для финишных операций; 13 — ков- вейер нлн другое устройство для подачн отлнвок на очистку нлн базирование
даемым устройством (одно из современных направлений — переход от водяного душа к водяной ванне, обеспечнвающнй лучшее охлаждение отливок). Планировку можно рассматривать как ориентировочную, требующую дальнейшего уточнения.
Упомянутый выше робот типа Unimate, но в упрощенном варианте, применен в АК для номенклатуры латунных отлнвок от сантехнической арматуры до раднаторных элементов и специальных деталей двнгателей (рис. 8.5, в). Для данной номенклатуры отлнвок потребовалась модернизация конструкции схвата робота. Для контроля полноты извлечения куста отливок с литниковой системой нспользуется датчик, базирующийся на инфра- красном излучении. После извлечения куста отливок осуществляется поворот руки робота на 180° и охлаждение куста отливок в холодной воде с последующей укладкой в автоматический обрезной пресс. Для заливкн (920—940 ℃) и дозирования фирма модернизировала конструкцию механического устройства с использованием ковша н желоба.
На рис. 8.6, а приведена одна из возможных схем АК, отличающаяся тем, что однн робот обслуживает две машнны ЛПД. Такая схема предъявляет особо большие требования к роботу. В частности, необходимо обеспечить его повышенную производительность.
Перечисленные выше преимущества современных вертикальных обрезных прессов сделали данный вариант АК основным. Иногда к недостаткам АК «лнтье — обрезка» относят то, что обрезной пресс имеет большую производительность, чем литейная машнна, поэтому значительную часть времени пресс простаивает. Хотя это частично справедливо, следует учитывать, что стоимость обрезного пресса относнтельно невелика (особенно по сравнению с литейной машиной), обрезной пресс с самостоятельным загрузочным приспособлением можно нспользовать не только для обрезки литнн- ков и облоя, но и для выполнения других операций (пробивка
Рис. 8.7. Схемы АК на базе горнаонтал'мшм обрееных прессов агрегатного (а) и многокомпонентного (б) типов:
7 ——раздаточная печь с навесн&м механические дозатором; 2 ——пульт управления; У —— охлаждающее устройство; 4 — устройство транспоргнровання и обрезкн мод. Trimmat 402； 5 — литейная машина; 6 — раздаточная пе^ь с консольным механическим дозатором; 7 — манипулятор мод, РМ-1 МПО «Точлетмаш» нм. С. М. Кирова; 8 — душнрующее устройство; 9 — обрезной пресс
пазов, прошивка и т. п.). В будущем возможна организация таких производств, когда обрезной пресс будет связан непосредственно с оборудованием автоматизированной зачистки. Современные обрезные прессы дают возможность осуществлять несколько финишных операций. В Японии и США внедряются, например, прессы с вращающимся столом, с помощью которого отливки проходят большое число обрезных и очистных операций, а также подвергаются дальнейшей обработке, например обточке, сверлению, нарезке резьбы и т. д. Поэтому создается возможность изготовлять детали непосредственно литьем под давлением. На рнс. 8.6, 6 приведена одна из возможных схем такой организации производства.
АК с горизонтальным прессом, внедренный в ФРГ и США, показан на рнс. 8.7, а [84 ]. Первым средним отечественным АК с ориентированным извлечением отливки и обрезкой без промежуточного складировання н использования ручного труда обрубщика был АК мод. АЛ711А09 (рис. 8.7, б).
АК мод. АЛ711А09 был спроектирован и изготовлен в МПО «Точлнтмаш». Его разработка была важным шагом в развитии отечественного литейного машиностроения. Большое значение имело то» что внедрение этого АК осуществлялось высококвалифицированной группой специалистов [65]. Были получены весьма ценные данные о необходимых направлениях дальнейшей модернизации АК.
В некоторых случаях оптимальный вариант А К включает горизонтальный обрезной пресс с самостоятельным загрузочным манипулятором (приспособлением), который работает в паре с основным
роботом, снимающим отливку из формы. Преимущества такой системы в сокращении продолжительности цикла работы основного робота и упрощении его конструкции, повышении темпа работы всего АК. В этом случае проще решается важная и нелегкая задача укладки отливки в обрезной штамп. К недостаткам данной системы можно отнести некоторое усложнение АК и повышение его стоимости. Следует отметить, что комплектация горизонтального обрезного пресса загрузочным приспособлением позволяет успешно эксплуатировать его в двух вариантах: в составе АК и при ручной укладке отливок в загрузочное приспособление пресса.
Горизонтальные обрезные прессы входят также в состав АК с ориентированным транспортированием отливок на всех этапах цепным конвейром с заливаемым транспортирующим стержнем. Следует отметить, что многолетняя эксплуатация таких АК показала достаточно высокую эффективность, хотя они и имеют ряд существенных недостатков. Цепные АК пригодны, в частности, для заливки роторов и статоров электродвигателей.
Средние и малые АК с неориентированным извлечением отливок иногда имеют различные манипуляторы (роботы) с дополнительным движением вдоль оси машины (или с незначительной кривизной) с целью снятия отливки с выталкивателей. Часть комплексов базируется только на устройствах с двухступенчатым выталкиванием отливок из пресс-формы. Для выноса отливки из рабочей зоны литейной машины применяют пластинчатые конвейеры с с системой водяного охлаждения, лотки или поворотные столы, манипуляторы, специальные навесные приспособления.
Для малых и средних машин весьма распространены АК со свободным падением отливок в водяной бак с конвейером. Это обусловлено следующими преимуществами: простота конструкции, минимальный производственный цикл, надежность в эксплуатации и низкая стоимость. К преимуществам данных АК следует также отнести возможность изменения планировки, например располагать бак с конвейером в любом положении, даже опускать его под машину, сокращая тем самым общую производственную площадь. В то же время эти АК имеют и недостатки: укладка отливок в обрезной штамп производится вручную, требуется некоторое усложнение формы для создания в ней системы двухступенчатого выталкивания. Наиболее широко АК со свободным падением отливок после двухступенчатого выталкивания применяют при изготовлении отливок из цинковых сплавов, хотя накоплен положительный опыт и при получении отливок из алюминиевых сплавов, когда производительность достигает 140 циклов в час. По рассматриваемой схеме автоматизации в СССР была изготовлена партия АК мод. 71107-1. Однако предприятия, которые закупили эти АК, в большинстве случаев не подготовили формы для работы в режиме двухступенчатого выталкивания, а без этого успешное применение данных АК невозможно. Имеющийся на машине сбиватель отливки был пригоден лишь для ограниченной номенклатуры отливок и не смог заме-
a)
Рнс. 8.8. Схемы АК с водяным баком н конвейером, установленным ниже уровня пола (а) и выше него (б):
/ — конвейер водяного бака; 2 — обрезной пресс; У — смазкораспылнтель с подвижным блоком форсунок; 4 ——ленточный конвейер
нить двухступенчатого выталкивания. Недоиспользование возможностей АК было связано и с тем, что заранее не была подобрана соответствующая номенклатура отливок, не были созданы условия автоматизированной эксплуатации. Были и другие причины, зависящие от выбора типа заливочно-дозирующего устройства для малых доз.
АК мод. 71107-1 базируется на машине с холодной горизонтальной камерой прессования и усилием запирания 1600 кН, которая укомплектована сбивателем отливок, дозирующим устройством, ленточным конвейером, смонтированным под углом в баке с водой, стационарной системой смазывания. Для сброса отливки было применено устройство, которое представляет собой пневматический цилиндр, установленный на кронштейне, смонтированном на подвижной плите запирания. На штоке цилиндра укреплен угловой съемник.
На рис. 8.8 показаны схемы АК с водяным баком и конвейером. В отношении планировки отметим, что система водяного бака с конвейером позволяет в ряде случаев лучше использовать имеющиеся площади за счет того, что транспортер располагается параллельно машине или соосно с ней. Если конвейер машины располагается перпендикулярно оси машины, то устройство фундамента наиболее простое. Однако при этом занимаемая площадь является максимальной. Иногда целесообразна не стационарная конструк-
Рис. 8.9. АК с манипуляторами и конвейерами (а) и замкнутым конвейером (б) для транспортирования отливок:/, 5 — литейные машины малой мощности; 2 — передающий желоб; 3 — печь； 4 — робот： 6 — насос; 7 — желоб для возврата отходов： 5 — поворотный стол; 9 — бункер под барабаном; 10 — пульт управления; 11 •— питающий конвейер; /2 ——конвейер с изменяемым направлением движения; /3 — бункер для возврата; /4 — подъемный конвейер; /5 — конвейер для отходов; 16 — охлаждающий бак; /7 — нижний конвейер; 18 —~ машина с горячей камерой прессования усилием 1000 кН； 19 — кольцевой конвейер; 20 — манипулятор; Л — кусв отливок с лнтннками； В — отливки; С — переплавляемае отходыРис. 8.9. АК с манипуляторами и конвейерами (а) и замкнутым конвейером (б) для транспортирования отливок:/, 5 — литейные машины малой мощности; 2 — передающий желоб; 3 — печь； 4 — робот： 6 — насос; 7 — желоб для возврата отходов： 5 — поворотный стол; 9 — бункер под барабаном; 10 — пульт управления; 11 •— питающий конвейер; /2 ——конвейер с изменяемым направлением движения; /3 — бункер для возврата; /4 — подъемный конвейер; /5 — конвейер для отходов; 16 — охлаждающий бак; /7 — нижний конвейер; 18 —~ машина с горячей камерой прессования усилием 1000 кН； 19 — кольцевой конвейер; 20 — манипулятор; Л — кусв отливок с лнтннками； В — отливки; С — переплавляемае отходы
Рис. 8.9. АК с манипуляторами и конвейерами (а) и замкнутым конвейером (б) для транспортирования отливок:
/, 5 — литейные машины малой мощности; 2 — передающий желоб; 3 — печь； 4 — робот： 6 — насос; 7 — желоб для возврата отходов： 5 — поворотный стол; 9 — бункер под барабаном; 10 — пульт управления; 11 •— питающий конвейер; /2 ——конвейер с изменяемым направлением движения; /3 — бункер для возврата; /4 — подъемный конвейер; /5 — конвейер для отходов; 16 — охлаждающий бак; /7 — нижний конвейер; 18 —~ машина с горячей камерой прессования усилием 1000 кН； 19 — кольцевой конвейер; 20 — манипулятор; Л — кусв отливок с лнтннками； В — отливки; С — переплавляемае отходы
Рис. 8.9. АК с манипуляторами и конвейерами (а) и замкнутым конвейером (б) для транспортирования отливок:
/, 5 — литейные машины малой мощности; 2 — передающий желоб; 3 — печь； 4 — робот： 6 — насос; 7 — желоб для возврата отходов： 5 — поворотный стол; 9 — бункер под барабаном; 10 — пульт управления; 11 •— питающий конвейер; /2 ——конвейер с изменяемым направлением движения; /3 — бункер для возврата; /4 — подъемный конвейер; /5 — конвейер для отходов; 16 — охлаждающий бак; /7 — нижний конвейер; 18 —~ машина с горячей камерой прессования усилием 1000 кН； 19 — кольцевой конвейер; 20 — манипулятор; Л — кусв отливок с лнтннками； В — отливки; С — переплавляемае отходы
ция транспортирующего узла, а использование, например, опорных роликов для откатывания устройства или изменения его положения.
Во всем мире широко применяют АК с водяным баком н конвейером в сочетании с другими средствами автоматизации, иногда и для изготовления отливок из алюминиевых сплавов, например на относительно крупных машинах с усилием запирания 4000 кН. Для особо быстроходных автоматов с горячей камерой прессования схема АК с водяным баком и транспортером была и еще надолго останется основной, так как при темпе работы, например, 600 запрессовок в час [такую производительность развивает одна из машин фирмы Buhler (Швейцария) 1 манипулятор обычного типа уже не успевает извлекать отливку.
Основным способом извлечения и транспортирования отливок в средних АК с горячей камерой и неориентированным извлечением отливок были и остаются системы двухступенчатое выталкивание из формы — свободное падение в водяной бак — конвейер. Тем не менее в последние годы начали применять быстроходные манипуляторы и роботы, что в некоторых случаях расширяет возможности АК. В качестве примера рассмотрим плани-
Рис. 8.10. Схема АК с ручной укладкой отливок в обрезной пресс:
/ __ машина типа Wotan (ФРГ); 2 — раздаточная печь; 3 — ковшовый дозатор навесного типа фирмы Schmitz—Apelt (ФРГ); 4 — маннпулятор-съемннк; 5 — бак с водой; 6 一 пластинчатый конвейер; 7 — установка для смазывания пресс-формы; 5 — обрезной пресс; 9 — шкафы управления
ровку, показанную на рис. 8.9, а, где манипуляторы работают в режиме неориентированной укладки отливок на ленточный конвейер. Кроме того, на участке используется несколько конвейеров для транспортирования кустов отливок с литниками, отливок и литников. Смонтированы три машины 1 {типа Lester (США) ] с усилием запирания 1250 кН. Отливки с литниками от этих машин по конвейеру поступают к охлаждающему баку, а затем на обрезку. Для ажурных тонкостенных отливок, полу-
Рис. 8.11. Схема АК фирмы Biihler:
』—литейная машина усилием 1600 кН； 2 — заливочно-дозирующее устройство; 3 ― раздаточная печь; 4 一 съемник; 5 — шаговый конвейер; 6 — обрезной пресс; 7 — тара для отходов; 5 — проход
чаемых на машине 5, предусмотрен робот 4 типа Versatran-500. Поворотные столы 8 отделяют отливки от литников Cryotrim- процессом с использованием жидкого азота, подаваемого внутрь барабана, где создается температура ——140 ℃, при которой литники из-за хрупкости легко обламываются. Отходы переплавляют в двух газовых тигельных печах с пневмоцилиндром для поворота. Чушки плавят в раздаточно-подогревательных печах 3, входящих в комплект АК. Для передачи жидкого металла из плавильных печей к машинам используют насос 6 и пару коротких желобов 8. Одна плавильная печь обслуживает две машины. Плавильные печи загружают с помощью системы конвейеров и поворотного сортировочного стола. Рассматриваемые А К с горячей камерой прессования типа Z-100 иногда комплектуются манипулятором Pickmat (Швейцария) и другими устройствами (рис. 8.9, б). Отливки укладываются на кольцевой конвейер для промежуточного хранения.
К устройствам для неориентированного извлечения отливок отнесены съемники упрощенного типа, которые либо совершенно не приспособлены для работы с обрезным прессом без промежуточного складирования отливок, либо при выполнении этой операции не обеспечивают требуемой надежности, что является главным в работе АК. К ним же мы условно относим те манипуляторы и роботы, которые работают в сочетании с тарой или конвейером, где не требуется ориентированной укладки отливок.
Типичным примером АК с неориентированным извлечением отливок являются комплексы, эксплуатируемые в цветно-литейном цехе КамАЗа (рис. 8.10). Металл из раздаточной печи заливается в камеру прессования машины с использованием ковшовых навесных дозаторов 3. Манипулятор 4 переносит отливку от формы в бак с водой 5. После охлаждения пластинчатый конвейер подает ее к обрезному прессу 8. Установка 7 используется для смазывания формы.
На рис. 8.11 показана планировка АК фирмы Buhler (Швейцария), применение которой целесообразно при недостатке площадей. На участке устанавливается заливочно-дозирующее устройство, съемник отливок, конвейер к обрезному прессу, на котором вручную обрезается отливка. На конвейере куст отливок охлаждается перед обрезкой в штампе обрезного пресса.
В направлении автоматизации литья под давлением в СССР обнадеживающие результаты дает выполнение программы по освоению производства АК с программным управлением параметрами технологического процесса на базе литейной машины с усилием запирания 2,5 МН, с использованием устройства для смазывания формы и пресс-плуйжера, автоматизированной за- ливочно-дозирующей установки, устройства для регулирования температуры формы и параметров технологического процесса производительностью 100 отливок в час.
АК БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
АК с ориентированным извлечением отливок и их обрезкой. Если ранее рассматриваемые АК имели, как правило, несколько конструктивных решений, то для крупных АК с обрезкой отливок без их промежуточного складирования имеется только одно конструктивное решение: Использование мощного универсального или специального автономного робота. Все другие конструктивные решения здесь неприменимы из-за значительных габаритных размеров оборудования, тяжелых условий эксплуатации, специфики финишных операций и т. п. Необходимо отметить, что АК на базе крупных машин без промежуточного складирования отливок следует рассматривать в настоящее время в качестве уникальных конструктивно-технологических решений, применимых, пожалуй, только для машин усилием до 10 МН.
Крупный АК ПО «Сиблитмаш» базируется на машине мод. 711А10 (рис. 8.12). Дозатор мод. АН-18А предназначен для работы совместно с раздаточной электропечью 3189 или САТ-0,25-Х1. По особому заказу в состав комплекса включены измеритель параметров и автотерморегулятор пресс-форм. В полуавтоматическом или автоматическом режиме комплекс обеспечивает выполнение следующих операций: смазывание формы и пресс-плунжера, закрытие пресс-формы; дозированную подачу расплавленного металла из раздаточной печи в камеру прессования, прессование, кристаллизацию сплава, извлечение отливки роботом-манипулятором и передачу её через установку охлаждения на обрезной пресс, укладку отливки в матрицу штампа, обрезку отливки и сбрасывание ее в тару, автоматическое терморегулирование пресс-формы с помощью обогрева и охлаждения или систему водяного охлаждения пресс-формы с ручным управлением, контроль основных параметров [1, 63].
Система сигнализации и блокировок предупреждает о возможных поломках и выходе из строя агрегатов. По сравнению
Рис. 8.12. Схема крупного АК：/ — измеритель параметров; 2' — дозатор мод.АН-18А; 3 — пульт управления; 4 — шкаф управления; 5 — охладитель отливок; 6 — смазкораспыли- вепь пресс-формы; 7 — смазкоагрегат пресс-пары; 5 — роботРис. 8.12. Схема крупного АК：/ — измеритель параметров; 2' — дозатор мод.АН-18А; 3 — пульт управления; 4 — шкаф управления; 5 — охладитель отливок; 6 — смазкораспыли- вепь пресс-формы; 7 — смазкоагрегат пресс-пары; 5 — робот
Рис. 8.12. Схема крупного АК：
/ — измеритель параметров; 2' — дозатор мод.
АН-18А; 3 — пульт управления; 4 — шкаф управления; 5 — охладитель отливок; 6 — смазкораспыли- вепь пресс-формы; 7 — смазкоагрегат пресс-пары; 5 — робот
Рис. 8.12. Схема крупного АК：
/ — измеритель параметров; 2' — дозатор мод.
АН-18А; 3 — пульт управления; 4 — шкаф управления; 5 — охладитель отливок; 6 — смазкораспыли- вепь пресс-формы; 7 — смазкоагрегат пресс-пары; 5 — робот
с предыдущими моделями улучшена конструкция комплекса: использованы модернизированные с учетбм опыта эксплуатации робот-манипулятор и заливщик, применены более надежные пневмоцилиндры и более совершенная микроэлектрон и ка для управления электроавтоматикой, повышена надежность, сокращено число электрошкафов системы управления комплекса, в результате чего уменьшилась площадь и стало легче обслуживать комплекс; обеспечена автоматическая диагностика отказов электроавтоматики, расширились возможности изменения или введения дополнительных технологических программ управления; повышена производительность труда на 25%. Комплекс имеет цикловую производительность (при массе заливаемого алюминиевого сплава 3,5 кг и работе без гидравлических стержнеизвлека- телей) 70 отливок в час.
АК мод. А71111М и А711118 предназначены для производства отливок блок-цилиндров двигателей автомобиля «Москвич-412», однако они могут быть использованы для изготовления других крупногабаритных отливок. В состав комплекса входят: машина мод. 711117, манипулятор отливок, вспомогательный агрегат, включающий площадку обслуживания, ограждения и систему автотерморегулирования, дозатор мод. МДН-6А-0,4. Для установки крупногабаритных пресс-форм предусмотрены быстрая вытяжка и установка в прежнее положение колонн с помощью гидрорычажного механизма. Подналадка машины на различную толщину формы осуществляется механизмом подналадки вручную. Для контроля усилия запирания предусмотрены специальные индикаторные устройства на каждой из четырех колонн. Преду- 298
Рис. 8.13. Схема ирупного АК фирмы Fiat на базе робота UnimateРис. 8.13. Схема ирупного АК фирмы Fiat на базе робота Unimate
Рис. 8.13. Схема ирупного АК фирмы Fiat на базе робота Unimate
Рис. 8.13. Схема ирупного АК фирмы Fiat на базе робота Unimate
смотрено автоматическое отключение основных насосов при чрезмерном загрязнении фильтров. Манипулятор отливок служит для удаления отливки из рабочей зоны машины и передачи ее на кон- вейер или в цеховой накопитель. Агрегат терморегулирования пресс-форм имеет монтажную площадку, на которой крепят бак с тепл ообмен н и ком и основное оборудование системы термостатирования пресс-формы. На площадке установлено защитное ограждение зоны разъема пресс-формы.
АК мод. А71111М предназначен для изготовления отливок станин электродвигателей и других отливок с несколькими разъемами. Комплекс создан на базе машины мод. 71111М. В состав комплекса также входят: дозатор мод. М10Ц.82.06, предназначенный для работы с раздаточной печью САТ-0,25-Х1 или 3189; смазкораспылитель мод. 3189 для форм; робот, обрезной пресс, гидропостамент с подвижными частями, охладитель отливок, укладчик отливок, гидро-, электро- и пневмооборудование. Осуществляются следующие операции: обдувка и смазывание пресс- формы и пресс-пары, закрытие и запирание пресс-формы, дозированная подача расплавленного металла из раздаточной печи в камеру прессования, запрессовка металла в форму, выдержка отливки в пресс-форме, раскрытие пресс-формы и отвод пресс- плунжера, выталкивание отливки, извлечение отливки из пресс- формы роботом, передача отливки в установку для охлаждения и ее охлаждение, контроль полноты извлечения отливки, перенос охлажденной отливки из литейной машины в матрицу штампа, обрезка отливки, извлечение отливки из пресса и передача ее в укладчик отливок, укладка отливок в поддон, водяное охлаждение формы, контроль основных параметров. Управление комплексом дистанционное. Система сигнализации и блокировок предупреждает о возможных поломках агрегатов.
Современные достижения в области роботизации позволили создать надежный робот типа Unimafe (США). На рис. 8.13 показана схема АК на базе такого робота. Здесь используются сле-
дующие устройства: подогревательно-раздаточная печь 1， обо- рудованаая пневматическим дозирующим устройством системы SFEAT; машина 2 большой мощности с холодной камерой прессования; робот 3，который извлекает отливку из полости пресс- формы, охлаждает ее в ванне g водой и подает на обрезной пресс; ванна 4 е водой для охлаждения отливок; гидравлический обрезной пресс 5, оснащенный подвижным разгрузочным устройством 6. Для охлаждения пресс-формы служат каналы в полуформах, по которым циркулирует вода, очищенная от примесей. В рассматриваемом АК применено дополнительное устройство для автономного терморегулирования. Оно состоит из нагревательного контура, в котором теплоносителем является масло, и охлаждающего контура с водой. Температура пресс-формы измеряется с помощью термопар в нескольких точках. Регулирование расхода масла и воды осуществляется с помощью электромагнитного клапана.
Последовательность циклов определяется запрограммированными электрическими и электронными приборами. Операции, повторяющиеся в каждом цикле, схематически сводятся к следующим действиям. Робот находится в положении ожидания перед закрытой пресс-формой, в то время как отливка затвердевает. После частичного открытия подвижной (со стороны ВБТгалкива- теля) полуформы схват робота перемещается в открытую полу- форму, отливка выталкивается и за пресс-остаток захватывается схватом. Подвижная часть пресс-формы полностью открывается. Манипулятор извлекает отливку из полости пресс-формы; пресс- форма опрыскивается через жестко установленные сопла раствором вода и смазочного материала в запрограммированной последовательности. Частицы облоя с грязью выдуваются сжатым воздухом. Пресс-поршень перемещается в обратном направлении и при этом автоматически смазывается. Робот погружает отливку в ванну с водой для охлаждения, схват также для охлаждения погружается в ванну. Одновременно смыкается пресс-форма и жидкий металл в отмеренном количестве заливочным устройством подается в камеру прессования; после этого выполняется впрыскивание металла в пресс-форму. Манипулятор берет отливку за пресс-остаток, вынимает из охлаждающей ванны и подает в штамп обрезного пресса. Робот включает обрезной пресс. Отходы подаются на ленточный конвейер, который доставляет их к - печам Для переплавки. В это же время манипулятор опять оказывается в положении ожидания перед пресс-формой. Обрезной штамп открывается, и загрузочное устройство перемещает салазки под обрабатываемую отливку и принимает ее при выталкивании. Разгрузочное устройство подает отливку в контейнер.
Предусмотрены узел контроля полноты извлечения отливки и группа блокировочных узлов у обрезного пресса. Внедрение АК позволило улучшить технико-экономические показатели литья под давлением.
Рис. 8.14. Схемы крупные АК с роботами и манипуляторами, работающими с группой шнвеберов (а) нля с одним охлаждающим конвейером (б):
/ — вытеснительное заливочио-дозирующее устройство; 2 ——съемник отливок; 3 — раздаточная печь; 4, 6 — конвейере!； 6, 9 ——машниы с холодной горизоитальиой камерой прессования усилием 5400 кН； 7 — машиив усилием 8100 кН； 8 — съемник типа Rimrock (США) с ходом 1525 мм; /0 — охлаждающий иоивейер； // — оператор обрезного пресса； /2—обрезной пресс; 13 一 Фара (СФрелкамн покавано перемещение отливок)
Рассмотренный крупный АК базируется на использовании универсального программируемого робота, который успешно эксплуатируется в десятках стран, в том числе и в СССР. Отечественная промышленность изготовляет подобные мощные роботы, например «Универсал-50М», «Универсал-15». Однако на машинах литья под давлением эти роботы пока еще широко не внедрены.
ПО «Сиблитмаш» в течение нескольких лет проводило доработку АК рассматриваемого типа на ПО «Ижмаш». Теперь есть основания считать, что первые крупные отечественные АК с обрезкой без промежуточкого складирования уже частично внедрены, хотя требуют дальнейшего усовершенствования.
АК с неориентированным извлечением отливок. Схемы АК на базе крупных машин приведены на рис. 8.14. АК работают в режиме неориентированного транспортирования отливок к обрезным прессам. Характерен опыт внедрения АК в цехе фирмы Die Casting (США), насчитывающем около 30 машин. Этот цех работает как центролит. В номенклатуру выпуска входят детали счетных и вычислительных машин, автомобильных двигателей и т. п. Первоначально была использована модернизированная машина е усилием запирания 5400 кН, укомплектованная съемником отливок Rimrock 180, заливочно-дозирующим уетройетвом типа 205, охлаждающим конвейером Rimroek (рис. 8.14, а). Съемник отливок навешивался на колонны машины. На этой машине отливали крышку газового ечетчика маесой 2,27 кг, которая проходила испытание на герметичность. Функции оператора сводились к следующим: снять отливку @ охлаждающего конвейера, обрезать литники в штампе и уложить отливку в тару.
Успешное внедрение этого АК позволило продолжить работц по автоматизации на машине с усилием запирания 8100 кН для изготовления корпуса газового счетчика массой 3,63 к「； Еще одна машина с усилием запирания 8100 кН была автоматизирована для изготовления клапанной плиты массой порции 3,17 кг. Здесь была использована двухгнездная пресс-форма. На третьей машрне отливались корпуса газовых счетчиков. Обе машины были снабжены съемником отливок мод. 180 и залнвочно-дозирующим устройством мод. 205. На автоматических машинах уже на* первом этапе было отлито 1,5 млн. деталей в режиме трехсменной работы. Длительность цикла для данных отливок довольно велика, что объясняется особенностями их конструкций и очень жесткими требованиями по герметичности.
На машине с усилием запирания 10 800 кН было установлено ковшовое заливочно-дозирующее устройство мод. Lester/209, а до этого применялось вытеснительное устройство на базе индукционной печи. Ковшовый дозатор также базировался на индукционной печи, но без крышки и заливочного желоба. Максимальная вместимость дозатора Lester/209 составляла 8,6 кг. На втором этапе автоматизации литья под давлением были использованы устройства для автоматического смазывания рабочих полостей пресс-форм мод. Rimrock/006 с подвижным блоком форсунок и четыре дозатора мод. 205.
На рис. 8.14, 6 приведена планировка модуля для литья с последующей обрезкой облоя и литников. Внедрение АК дало значительные результаты.
Крупные АК с неориентированным извлечением отливок внедрены на ряде отечественных заводов, в том числе на КамАЗе, Уфимском моторном заводе, Барнаульском моторном заводе, ПО «Ижмаш».
В США фирма Ех-Се11-0 разработала и изготовила комплект оборудования и приборов для полной автоматизации литейной машины фирмы В and Т (США) с усилием запирания 27 000 кН. В него входят автоматический дозатор металла, автоматический извлекатель отливок, устройства для вытягивания колонн, смазывания пресс-формы и ее крепления, приборы для измерения в автоматическом режиме 12 параметров. Автоматический дозатор рассчитан на порции алюминиевого сплава массой до 45 кг. Он смонтирован на С-образной раме. Его положение можно регулировать с помощью рычагов, что позволяет осуществлять заливку при любом положении камеры прессования. Ковш изготовляют из керамического или специального материала Fibre— Fax, что обеспечивает повышенный срок службы. Предусмотрены устройства для быстрой смены ковша, что сокращает простои. Пульт управления дозатора установлен таким образом, чтобы исключить его нагрев от печи. Обеспечена компактность конструкции.
工 пи工 пи-—…-Lh-—…-LhПЛПЛ
工 пи
工 пи
-—…-Lh
-—…-Lh
ПЛ
ПЛ
Рнс. 8.15. Схема жрупного АК: '
/ — машина усилием 20 000 кН; 2 — промашленняй робот g шевФью степенями свобода; 3 — установка для охлаждения форм; 4 — обрезной пресс усилием 400 кН； 6 — контейнеры для транспортароваиия отливок; 6 ——комбинированная плавяльно-раздаточиая печь; 7 — устройство для нагрева форм; 5 ——ааливочно-дозирующее устройство
Извлекатель отливок установлен над передней плитой машины. При раскрытии пресс-формы захваты вводятся в пространство между частями формы и поворачиваются на 15°. Надежность работы захватов обеспечивается двумя гидравлическими цилиндрами. Извлеченный куст отливок укладывается на конвейер или желоб. Навесная конструкция извлекателя отливок позволяет экономить площадь, простота исполнения обеспечивает надежность эксплуатации. При необходимости можно запрограммировать цикл охлаждения куста отливок водой. Смазкораспылитель крепится с двух сторон передней плиты, форсунки установлены на шарнирном рычаге. Блок форсунок может перемещаться с помощью гидравлических цилиндров в нескольких направлениях. Избыток смазочного материала удаляется при обдувке.
Для крепления пресс-формы используются гидромеханические зажимы, что позволяет экономить время при частых перестановках пресс-форм. Первоначально зажимы устанавливают вручную, а затем при раскрытии пресс-формы они автоматически приводятся в рабочее состояние.
Крупные АК изготовляются также в Японии. Так, например, машина фирмы Ube с усилием запирания около 20 000 кН полностью автоматизирована в пределах одного литейного цикла. На этЬй машине отливают, в частности, четырехцилиндровые блоки автомобильного двигателя. Для лучшей подпрессовки отливок с целью повБппения их плотности заливочно-дозирующее Устройство работает в режиме макеимально возможных температур заливки.
В Швеции внедрен АК (рис. 8.15) на базе машины с усилием запирания 20 000 кН. В него также входит промышленный работ с шестью степенями свободы [72]. /
Фирма Buehler—Miag (Канада) изготовила АК на базе машины, разработанной в США, с усилием запирания 7,2 МН (мод. Н-630В). Был использован смазкораспылитель фирмы AVollin (ФРГ), программируемый ковшовый дозатор фирмы Sha in (США) и система управления в реальном масштабе времени типа Watacess с программируемым контроллером типа Bosh (ФРГ) [391. Имеете я возможность задавать программу с 15 переменными параметрами. В цехе фирмы САЕ Magnesium (США) установлены четыре машины фирмы Prince с усилием запирания 10,8 МН. Онц работают в паре с горизонтальными обрезными прессами (литье--~обрезка). Управление адаптивное. Машина и обрезной преср усилием 450 кН обслуживается гидравлическим роботом тцпа RX-800 с пятью степенями свободы.
АК МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Отличительной особенностью АК на базе мини-автоматов с горячей камерой прессования являются: особо быстрый темп работы, достигающий нескольких десятков запрессовок в минуту, малые габариты и масса отливок (иногда около грамма), ограниченная номенклатура сплавов (преимущественно используются сплавы на основе цинка и свинца). Следует отметить исключительно низкую себестоимость отливаемых деталей, что обусловило широкое распространение этого оборудования за рубежом. В СССР такие АК до настоящего времени не изготовляются. АК на базе мини-автоматов подразделяют на две группы:
первая ——по способу транспортирования отливок от одной позиции к другой (с помощью заливаемого элемента, с помощью выносных пресс-форм); вторая — по компоновке роторного стола (горизонтальной компоновки, вертикальной компоновки).
Успешно эксплуатируемый АК фирмы Minicast (США) выполнен в виде автоматической линии литья и обрезки с роторным шестипозиционным передаточным устройством. Из формы отливка переносится в пункты охлаждения, прошивки, обрезки и выполнения и т. д. Имеется эффективная система сброса отходов обратно в плавильно-раздаточную печь. Предусмотрена особая система прессования с уменьшенным захватом воздуха, благодаря чему достигается улучшение чистоты поверхности и плотности отливок.
В АК фирмы Fisher Gauge (Канада, США) обеспечивается получение изделий высокой точности. У некоторых отливок образуются литники и облой, так что из автоматической машины выталкиваются уже готовые детали. Отливки без облоя получают в одногнездных или многогнездных пресс-формах. В последнем случае обеспечивается отделение отливок от литниковой си- 304
стемы. Получение отливок без об- 厶。式 в мндгогнездных пресс-формах сложнее и дороже, нежели в од- ногн^здныхч Доказана экономическая цел есообр азность использования технологии литья под давлением вместо штамповки, механической обработки и других процессов. Типичным примером эффективного внедрен^ процесса является перевод на ^нтье вентильных деталей газовой Горелки, которые ранее вытачивалась из латуни. Себестоимость был^ снижена в 6 раз, были исключены операции механической обработки. По старой технологии в стружку уходило 40——50% латуни.
Для р ад ио п р омышл ен ности отливают корпус поворртного миниатюрного переключателя. Центральное отверстие получают без литейного уклона с зеркальной поверхностью. Снаружи оформляется литая резьба в нескольких вариантах (в зависимости от назначения изделия). Высокая точность обеспечивает соосность вала с барабаном. Для изменения размеров резьбы используют сменные вставки [99].
Примером комплексной автоматизации может служить линия Anvet Machinery (США). Схема этой линии приведена на рис. 8.16. Процесс начинается с плавки чушек и отходов в специальной двухкамерной плавильно-раздаточной печи. После расплавления жидкий металл проходит через отверстие из правой камеры 丿 в левую 2. Из камеры 2 жидкий сплав переливается автоматическим ковшом 3 в раздаточную печь машины литья под давлением с горячей камерой прессования. Движение ковша осуществляется при срабатывании датчика уровня жидкого металла в раздаточной печи. Как и все элементы линии, машина работает в автоматическом режиме.
Отливки, удаленные из пресс-формы двухступенчатыми выталкивателями,, падают в бак 4 с водой, который укомплектован конвейером. Конвейер передает отливки в галтовочный барабан 5, который разгружается автоматически. Содержимое барабана постушет на вибрационное сортировочное устройство 6,откуда облой передается по желобу 7 в плав иль но- раздаточную печь. После сортаровки отливки поступают на весы 8 и далее в пункт упаковки. Один оператор успевает обслуживать четыре такие линии. Производительность каждой линии составляет 10—20 отливок 声 минуту. Фирма Gries/Dynacast (Канада) использует систему Multyslide, которая базируется на том принципе, что несколько плоскостей разъема пресс-формы обеспечиваются преимущественно самим мини-айтоматом. Достигается возможность с помощью относительно простой оснастки получать весьма сложнее отливки. Например, печатная плата размером 4 х4 х2,5 см для формирования электросигнала ранее собиралась из нескольких деталей из стального проката, литой же узел имеет даже монтажные элементы, включая выступы слитой резьбой. Финишные операции исключены. О мизерной массе одной из крепежных деталей длиной 2,2 мм говорит тот факт, что четверть миллиона штук весит всего 0,45 кг. Толщина стенок получаемых отливок иногда достигает 0,2 мм. Налажено производство литых шарнирных узлов с использованием принципа последовательной заливки, которые ранее изготовляли из многих механически обработанных деталей. Зазоры между отливками образуются за счет смещения периодов кристаллизации, что достигается с помощью высокой точности системы управления прессованием. Первоначально полученная отливка является как бы частью формы, на которую наплавляется следующая отливка. Стоимость сборки уменьшается на 75%. Для управления производством используются ЭВМ.
Фирма American Hydracast (США) начала изготовление новой модели упрощенного литейного автомата. Для его обслуживания не требуется рабочих высокой квалификации. Камера прессования отливается из легированной стали Н-13, часть ее поверхности покрывается слоем керамики, а часть азотируется. Автомат имеет усовершенствованную систему автоматического обогрева мундштука, мощность электронагревателя составляет 850 Вт. Использована система устранения капл еобр азовани я за счет автоматического возврата остатков жидкого металла после прессования. Продолжительность литейного цикла 3 с. Для увеличения производительности формы-вставки монтируются в постоянные обоймы за весьма короткое время непосредственно на машине. Расход жидкого металла на литниковую систему уменьшен на 55—25%.
При анализе других линий, например роторных с группой пресс-форм для мелких отливок, в первую очередь внимание следует обращать на достигаемые технико-экономические показатели. Современные сверх&ьгетроходные АК на базе машин с горячей камерой прессования могут работать на одной обычной 306
npgc-форме со скоростью 100 циклов в минуту. Стойкость этой пр^с-(|юрмы, по зарубежным данным, достигает 0,5 млн. запрессовок и более. Таким образом, во многих случаях на всю партию мелких отливок расходуется лишь один комплект многогнездных пресс-форм, которые имеют, как правило, высокую стоимость. Если же на роторную линию требуется, например, 10—15 пресс- форм, то ресурс работы пресс-форм не будет использован и дополнительные расходы на оснастку вполне вероятно превысят дохода в результате некоторого повышения производительности по сравнению со св ер хбыстр сходными автоматами.
В ПО «Автоприбор» (г. Владимир) созданы автоматические машины с горячей камерой прессования для ЛПД мелких (до 15 г) и средних (до 150 г) отливок из сплава ЦА4. Новая конструкция мундштука позволила ликвидировать подливы металла благодаря цельному выполнению мундштука с буксой, сэкономить металл иа изготовление мундштуков и сохранить расход электроэнергии. Мундштук подогревается трансформатором мощностью 320 Вт с первичным напряжением 220 В и вторичным 2 В. Один человек может обслуживать несколько автоматов.
ДРУГИЕ АК
Все описанные выше машины с холодной камерой прессования относились к наиболее распространенному в настоящее время варианту горизонтального расположения камеры. На рис. 8.17 показана схема АК завода Vihorlat (ЧССР) на базе машины с вертикальной камерой мод. CLVA-250. Эта машина — модернизированный вариант машины мод. CLPO 250/36-В2. Новыми в ней являются система с пропорциональным регулированием давления и расхода рабочей жидкости, механизм прессования, обеспечивающий плавное регулирование давления прессования, независимо от скорости наполнения, устройство для автоматического сброса пресс-остатка, система предохранительных устройств (для повышения безопасности труда). Система управления машиной выполнена на интегральных схемах.
Тенденции развития литья под давлением во всем мире примерно одинаковы. Это нашло свое выражение в том, что некоторые отечественные и зарубежные АК комплектуются элементами, изготовленными в двух и более странах.
АК фирмы Anderson Die Casting (США) базируется на машине с усилием прессования 8,1 МН. После сопоставления различных вариантов структуры АК был выбран комплект оборудования, включающий ковшовый дозатор и возвратно-поступательный смаз- кораспылитель типа Rimrock (США), робот и электронный измерительный блок режимов прессования типа Reis (ФРГ), устройство контроля полноты извлечения отливки, устройство для отбивания пресс-остатка; управляющий модульный контроллер; программируемый обрезной пресс вертикального типа усилием 600 кН,
г
Рис. 8.17. Схема АК иа базе машины с вертикальной камерой прессования:
z 58g
I — литейная машина; 2 — робот; 3 — манипулятор для смазывания пресс-форм; 4 —— устройство; 8—/0 — шкафы управления; I/ — устройство для смаеывания
обрезной пресс; 5 - электрошкаф печи; 6 — печь САС-200; 7 - залнвочно-доенрующее
Рис. 8.18. Схема гибкого проиаводственногоРис. 8.18. Схема гибкого проиаводственного
Рис. 8.18. Схема гибкого проиаводственного
Рис. 8.18. Схема гибкого проиаводственного
разгрузочное устройство к прессу, охлаждающее устройство, обрезной штамп с тремя разъемами. Система управления и измерения включает контроллер Aleen Bradley мод. PLC 2/30 (США). С учетом удобства обрезки робот захватывает не пресс-остаток или литник, а саму отливку. Робот мод. Reis 625 с электроприводом постоянного тока имеет шесть степеней свободы и занимает небольшую площадь [98].
Отметим новую разра-
модуляботку гибких производ
ственных модулей (ГПМ) предприятия Litos troy (СФРЮ) [24]. Здесь освоен выпуск гаммы ГПМ на базе автоматических машин с горизонтальной холодной камерой прессования, с усилием запирания 1000— 40 000 кН. На рисунке 8.18 представлена схема ГПМ, в состав которого входит следующее оборудование: машина / литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования; пневматический дозатор 6 металла или электропечь 7 с манипу
лятором 8 для заливки металла; устройство 9 Для смазывания пресс-формы и устройство 10 для смазывания пресс-плунжера. Поддержание постоянной температуры формы осуществляется устройством 2 для термостатирования. Модуль оснащен роботом /3, который извлекает отливку из формы, опускает ее в ванну 11 и устанавливает отливку в обрубочное устройство /2. Обрубочное устройство снабжено механизмами для обдува инструмента и контроля параметров отливок. Для ускорения пресс-форм ГПМ оснащен устройством для вытягивания колонн, быстродействующим зажимом, устройством 5 для замены форм. В состав ГПМ входит также автоматизированный склад 4 с роботом для перемещения пресс-форм 3.
Технологический процесс получения отливок на ГПМ осуществляется в следующей последовательности. Вначале проводится очистка и смазывание пресс-формы. Форсунки вводятся в разъем пресс-формы, после чего к ним подводится смазочный состав, который разбрызгивается с помощью сжатого воздуха. Парал
лельно аналогичным образом осуществляется смазывание пресс- плунжера. Далее происходит смыкание частей пресс-формы. С помощью устройства для термостатирования контролируется и автоматически поддерживается температура пресс-формы, что
позволяет повысить стабильность теплового режима. После закрытия пресс-формы автоматически включается пневматический или ковшовый дозатор. По окончании заливки проводится запрессовка жидкого металла в пресс-форму, начинается кристаллизация. По окончании кристаллизации происходит раскрытие пресс- формы. Затем выталкиватель выдвигает отливку из гнезда на расстояние, необходимое для ее захвата роботом-съемником. Последний удаляет отливку из зоны пресс-формы, поворачивает ее на 90° для контроля полноты извлечения отливки. В случае брака отливка направляется в специальный желоб, происходит остановка цикла, необходимая для устранения дефекта. Если брак не обнаружен, то отливка погружается в ванну для охлаждения, одновременно начинается новый цикл. Из ванны для охлаждения отливка подается на обрезной пресс. После удаления руки робота из рабочей зоны пресса происходит обрезка. Отливки падают на желоб, который направляет их на весы. Остатки металла попадают на другой желоб и удаляются. Если после срабатывания пресса отливка не попадает на весы, это свидетельствует о том, что ее часть осталась в зоне обрезки, пресс останавливается, и поступает сигнал о его отключении. По окончании цикла обрезки с помощью сжатого воздуха кромки инструмента очищаются от остатков отливок.
Замена пресс-формы осуществляется следующим образом. Б ыстр од ей ств ующи й зажим раскрывается и выталкивает пресс- форму на стол, далее с помощью устройства для замены она удаляется из машины, а на ее место устанавливается другая. В случае, когда необходимо установить громоздкую пресс-форму, используется устройство для вытягивания колонны, с помощью которого верхняя колонна удлиняется на расстояние, необходимое для монтажа пресс-формы с помощью крана.
Робот-манипулятор перемещает пресс-формы на автоматизированный склад, имеющий секции, оснащенные датчиками, определяющими наличие пресс-формы в определенной ячейке.
ГПМ нескольких типоразмеров комплектуются устройствами для быстрой перестановки пресс-форм, складом пресс-форм, устройствами для компьютерной связи с ЭВМ верхнего уровня и другими элементами, характеризующими современное оборудование. Все модели имеют соответствующее вентиляционное оборудование.
Типичным примером АК с вакуумным устройством может служить АК фирмы Freeh (ФРГ), показанный рис. 8.19. В сотрудничестве с заказчиком был разработан проект, который позволил создать АК для литья и обрезки клапанного рычага из медистого силумина с заливаемой чугунной втулочной арматурой. Для повышения производительности используется многогнездная пресс-форма. Подача жидкого, металла в камеру прессования холодного типа осуществляется ковшовым заливочно-дозирующим устройством. Обрезка литников и облоя механизирована с по-
Рис. 8.19. Схема А К фирмы Freeh (ФРГ) с дополнительными агрегатами загрузки арматуры н вакуумирования: (
/ — раздаточная печь с механическим дозатором; 2 — устройство загрузки арматуры; 8 — пульт управлений; 4 ——устройство термостатироваиия; 5 — машина усилием 1600 кН; 6 — установка для вакуумирования пресс-формы; 7 — робот; 8 — тара для отливок; 9 ——тара для отходов; /0 — обрезной пресс; /J ——транспортирующее устройство; /2 — шкаф управления
мощью вертикального обрезного пресса с гидравлическим приводом. С помощью специальных приспособлений и обрезного штампа особого устройства осуществляется загрузка литников и отходов в две различные тары, которые затем транспортируются электрокарой. Улучшение качества отливок достигается тщательным контролем за равномерным темпом работы, устранением неполадок и использованием соответствующих пультов управления. Откачка воздуха при вакуумировании осуществляется через группу про- мывников-литников с периодически срабатываемым запирающим стержнем. Если обнаруживаются какие-либо неполадки, цикл автоматически прерывается. Продолжительность цикла при использовании четырехгнёздной формы составляет 27 с.
ОСНОВНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
К основным средствам автоматизации относятся прежде всего устройства для смазывания пресс-формы (рис. 8.20, а, б), извлечения и транспортирования отливок (рис. 8.20, в,联 дозирования жидкого металла (рис. 8.20, г), раздаточные печи, обрезные прессы, устройства контроля полноты извлечения отливки.
Смазкораспылители пресс-формы. Из большого разнообразия способов смазывания можно выделить шесть групп: инжекционным распылителем типа краскораспылителя-пульверизатора; распылителем методом вытеснения; устройствами, сочетающими операции смазывания и обдувки; автоматическим стационарным блоком смазкораспылительных или вытеснительных форсунок; авто- 312
Рис. 8.20. Элементы АК:а 一 устройство для смазывания пресс-формы; 6 — форсунка; е — манипулятор отливок; е— устройство для смазывания пресс-плуижера и дозирования металла; / ——бак;2— форсунка; 3 — плита прессования; 4, 6 — плиты; 6 — ось; 7 — фиксатор-предо хранитель； 8 — кронштейн; 9, 10 — реечная передача; // — цилиндр; 12 — предохранитель; /3 ——гибкий шланг; 14 — гайка; 15 — пружина; 16 —— контргайка; /7 ——поршень; }§ 一 игла; 19 — транспортный рычаг в исходном положении; 20 —— каретка; 21 — камера прессования машины; 22 — схват; 53 — рука; 24 — траектория перемещения отливки; 25 — транспортный рычаг; 26 — литейиая машина; 27 — съемник; 28 — устройство для смазывания пресс-плуижера; 29 ——заливочное устройство; 30 — устройство для смазыванияРис. 8.20. Элементы АК:а 一 устройство для смазывания пресс-формы; 6 — форсунка; е — манипулятор отливок; е— устройство для смазывания пресс-плуижера и дозирования металла; / ——бак;2— форсунка; 3 — плита прессования; 4, 6 — плиты; 6 — ось; 7 — фиксатор-предо хранитель； 8 — кронштейн; 9, 10 — реечная передача; // — цилиндр; 12 — предохранитель; /3 ——гибкий шланг; 14 — гайка; 15 — пружина; 16 —— контргайка; /7 ——поршень; }§ 一 игла; 19 — транспортный рычаг в исходном положении; 20 —— каретка; 21 — камера прессования машины; 22 — схват; 53 — рука; 24 — траектория перемещения отливки; 25 — транспортный рычаг; 26 — литейиая машина; 27 — съемник; 28 — устройство для смазывания пресс-плуижера; 29 ——заливочное устройство; 30 — устройство для смазывания
Рис. 8.20. Элементы АК:
а 一 устройство для смазывания пресс-формы; 6 — форсунка; е — манипулятор отливок; е— устройство для смазывания пресс-плуижера и дозирования металла; / ——бак;
2— форсунка; 3 — плита прессования; 4, 6 — плиты; 6 — ось; 7 — фиксатор-предо хранитель； 8 — кронштейн; 9, 10 — реечная передача; // — цилиндр; 12 — предохранитель; /3 ——гибкий шланг; 14 — гайка; 15 — пружина; 16 —— контргайка; /7 ——поршень; }§ 一 игла; 19 — транспортный рычаг в исходном положении; 20 —— каретка; 21 — камера прессования машины; 22 — схват; 53 — рука; 24 — траектория перемещения отливки; 25 — транспортный рычаг; 26 — литейиая машина; 27 — съемник; 28 — устройство для смазывания пресс-плуижера; 29 ——заливочное устройство; 30 — устройство для смазывания
Рис. 8.20. Элементы АК:
а 一 устройство для смазывания пресс-формы; 6 — форсунка; е — манипулятор отливок; е— устройство для смазывания пресс-плуижера и дозирования металла; / ——бак;
2— форсунка; 3 — плита прессования; 4, 6 — плиты; 6 — ось; 7 — фиксатор-предо хранитель； 8 — кронштейн; 9, 10 — реечная передача; // — цилиндр; 12 — предохранитель; /3 ——гибкий шланг; 14 — гайка; 15 — пружина; 16 —— контргайка; /7 ——поршень; }§ 一 игла; 19 — транспортный рычаг в исходном положении; 20 —— каретка; 21 — камера прессования машины; 22 — схват; 53 — рука; 24 — траектория перемещения отливки; 25 — транспортный рычаг; 26 — литейиая машина; 27 — съемник; 28 — устройство для смазывания пресс-плуижера; 29 ——заливочное устройство; 30 — устройство для смазывания
матическим блоком смазкораспылительных или смазковытесни- тельных форсунок с возвратно-поступательным движением; автоматическим блоком подвижных форсунок, совмещенных с устройством для удаления отливки.
Смазкораспылитель МПО «Точлитмаш» для средних машин предназначен для нанесения смазочного состава на рабочие поверхности пресс-формы путем его распыления сжатым воздухом. Рекомендуемые марки смазочных составов: ЛД, графитол Э21, Э22, прессол Э1, Э12, Э19, Э28 и др. Смазкораспылйтель весьма прост. В его состав входит подвижный бак / (см. рис. 8.20, а), в нижней части которого встроены форсунки 2. Бак закреплен на штоке пневмоцилиндра, который с помощью кронштейна 8 устанавливается на верхней плоскости плиты прессования машины. Положение пневмоцилиндра в вертикальном направлении регулируется реечной передачей 9, 10 в горизонтальном направлении —плитами 4, 5. От пневмосети к баку по гибкому шлангу подводится сжатый воздух. При отсутствии воздуха в пневмосети предусмотрен автоматический фиксатор-предохранитель 7.
При ремонте или смене пресс-формы или в других случаях остановки машины во избежание опускания бака его дополнительно закрепляют предохранителем 12. Для удобства смены пресс-форм манипулятор можно поворачивать влево вокруг оси 6. Смазкораспылитель имеет шесть форсунок, которые вместе с баком перемещаются на 300 мм. Область распыления по высоте достигает 300 мм, по ширине — 240 мм. Время смазывания регулируется в пределах 1—5 с. На некоторых отечественных АК блок форсунок смонтирован на поворотном кольце, к которому подается смазочный материал от бака емкостью 40 л. Однако надежность работы таких смазкораспылителей невысока.
Некоторые смазкораспылители устанавливают на верхней задней колонне. Предусмотрен блок форсунок с подвижными в трех плоскостях форсунками. Форсунки имеют возможность изменять положение и направление струи смазочного материала, что расширяет их возможности и область применения. В новой гамме машин МПО «Точлитмаш» предусмотрены узлы для смазывания пресс-форм в закрытом состоянии. В этой же гамме имеется узел смазывания прессующей пары графитом (преимущественно при литье латуни, а в особых случаях и при литье других сплавов).
Смазкораспылитель ПО «Сиблитмаш» для машин мод. А711А10 имеет 12 неподвижных форсунок. Для тяжелых машин этот смазкораспылитель применяют крайне редко. Емкость резервуара для смазочного материала 60 л, расход 5 л/ч. Для машины модели А71111М используют смазкораспылитель с десятью подвижными форсунками. Время ввода подвижного блока форсунок в разъем пресс-формы не более 3 с.
На рис. 8.21 показана схема манипулятора для смазывания типа ЛМС. В комплект установки входит агрегат подачи смазочного материала с напорным резервуаром, распределительной кон- трольно-регулирующей аппаратурой и узлом подготовки воздуха. Предусмотрен также шкаф управления с пультом.
Система управления обеспечивает возможность автоматической работы манипулятора для смазывания пресс-формы в про- 314
Рис. 8，L Схема маяявулятора для смаэы- ванвя гаммы, ЛПС:
/ — стойна; 2 — вертннальиая пнноль; 3 — гораеонтальнаа пааодь; 4 ——приводной пиевмо- цилаадр； 6 — фааватор авходиого положения □одважиого блоаа; 6 — распределительная панель; 7 — блок форсунок; 8 — сопла для обдувка воздухом; 9 — редуктор регуларованая высоты; 10 — машнка
цессе движения с обдувкой при холостом ходе, во время остановки подвижного блока форсунок или при их перемещении. В системе управления предусмотрен задатчик периодичности нанесения смазки. С помощью этого средства автоматическая работа манипулятора может быть задана в пределах от одного до шести циклов.
В СССР и за рубежом в массовом
производстве все шире применяют централизованную систему изготовления и подачи смазки. Такие установки изготовляет ПО ЛО (г. Пинск). Опыт показывает, что эффективность смазывания зависит как от качества смазочного материала, так и от тщательности их приготовления (особенно фильтрации) и нанесения. Отметим, что отдельные зарубежные фирмы не гарантируют надежность автоматического режима работы из-за плохого качества некоторых смазок. Но имеются и другие примеры, когда из-за плохой фильтрации нельзя внедрить эффективные современные смазки.
Смазкоагрегаты пресс-пары. Типовая конструкция МПО «Точ- литмаш» включает плунжерный насос и бачок для смазочного состава, снабженный шариковым обратным клапаном. При ходе плунжера вправо смазочный материал через отверстие, обратный клапан и трубопроводы подается в канавку камеры прессования. Доза смазки зависит от длины хода плунжера и регулируется винтом. Объем смазочного материала, подаваемого за 1 цикл,— 0,6—8,0 см8; емкость бака 2,0 л, точек смазки две. В конструкции ПО «Сиблитмаш» используется единый резервуар для смазки, от которого выходят два трубопровода к форсункам на камере прессования.
Манипуляторы отливок. Они предназначены для извлечения отливок из пресс-формы, выноса их из рабочей зоны машины через устройство контроля полноты извлечения отливок из 'формы и укладки в тару или на конвейер. Эти манипуляторы иногда называют съемниками. Манипуляторы для средних АК имеют следующие параметры: номинальная грузоподъемность 6,3 кг, три степени подвижности, одни захват на руку# усилие схвата 600 кН, усилие съема 500 кН, гидропневматический привод, цикловое устройство управления, две программируемые коор-
динаты, максимальный радиус зоны обслуживания 44Q мм, угол поворота транспортного рычага 90°, угол поворота руки 30°, угол поворота охвата 90°.
Работу манипулятора отливок можно проследить по кинематической схеме (см. рис. 8.20, в). При поступлении команды от машины четырехзвенный транспортный рычаг 25 поворачивается против часовой стрелки и вводит руку в разъем формы. После чего каретка перемещает руку 23 вправо к отливке с траекторией 24. При подходе схвата к пресс-остатку подается команда на гидровыталкиватель машины. После выталкивания отливки схват захватывает отливку за пресс-остаток и по истечении определенного времени каретки 20 с ходом s перемещается влево, т, е. происходит извлечение отливки из пресс-формы. Затем транспортный рычаг поворачивается по часовой стрелке и возвращается в исходное положение, схват поворачивается на 90° и разжимается. Отливка под действием силы тяжести падает на конвейер или в накопитель, схват возвращается в исходное положение.
Роботы для транспортирования отливок отличаются от манипуляторов более сложной программой работы, включающей укладку отливок в штамп обрезного пресса. Например, робот мод. РМЗА с гидравлическим приводом для средних машин имеет следующие параметры: номинальная грузоподъемность 5 кг; пять степеней свободы, один захват на руку, позиционное устройство управления, пять программируемых координат, погрешность позиционирования ±0,5 мм, наименьшая высота руки от уровня пола 865 мм, ход руки 800 мм, ее подъем 400 мм, ход каретки 360 мм, угол поворота схвата 90°, угол поворота руки 180°, потребляемая мощность 2,7 кВт, габаритные размеры 1950 X 1340Х X1750 мм. Конструкция робота парольная . с горизонтальной подвижной рукой и консольным механизмом подъема.
Робот для съема отливок мод. МТЛ-10 предназначен для средних машин, его грузоподъемность до 10 кг, ход руки 590— 630 мм, привод механизмов гидравлический, установленная мощность 4 кВт, производительность 180 циклов в час, система управления цикловая, электронйая. Для крупных машин изготовляется робот мод. М20Ц.4603 с улучшенными техническими характеристиками.
Дозаторы. В СССР применяют дозаторы трех типов: механические или ковшовые, электродинамические и пневматические. Каждый из указанных типов имеет свои преимущества и недостатки.
Механические дозаторы (заливочные манипуляторы) установлены на большей части АК. Многолетние усилия предприятий по совершенствованию дозаторов типа АЛД и 1.25Э (изготовитель ПО ЛО) для малых и средних машин привели к тому, что* последние модернизации обеспечивают высокую надежность эксплуатации и возможность широкого внедрения. Решена проблема изготовления огнеупорных заливочных ковшей.
Дозатор мод. ДМ4 имеет электромеханический привод, регулируемые скорости транспортирования ковша и заливки. В отличие от него дозатор мод. ЛМЦ5.82.04 (см* рис. 8.20, г) более быстроход^, лучше встраивается в машины, легко переналаживается Йод способ литья, удобен в обслуживании, имеет меньше габариты.
Дозатор" предназначен для дозированного транспортирования металла и заливки машин с усилием запирания 1600, 2500, 4000 кН, а также для кокильных машин. Дозатор имеет электромеханический привод. Система управления обеспечивает регулирование скоростей рабочих органов в широком диапазоне и работу в полуавтоматическом (начало цикла от кнопки) и автоматическом режимах. Дозатор устанавливается на станине машины. Его грузоподъемность не менее 5,0 кг, время переноса расплавленного металла от печи к машине (регулируемое) 3——6 с, производительность в автоматическом режиме не менее 250 заливок в час, погрешность дозирования ±2%, установленная мощность 0,98 кВт, габаритные размеры 1190х580х 1115 мм, масса 460 кг.
Для крупных машин изготавливают дозатор мод. М10Ц.82.06, масса дозы составляет 1—10 кг.
Электродинамический дозатор мод. МДН-6 (дозатор-печь) сочетает электромагнитный принцип заливки металла с индукционным способом его нагрева. Основные параметры установки следующие: доза заливаемого металла (алюминия) 0,5——50 кг; вместимость тигля 150 кг; скорость заливки 0,3——3 кг/с; потребляемая мощность 15——25 кВт; напряжение на обмотках электромагнитных систем 30—80 В; ток в обмотках электромагнитных систем 150—400 А; габаритные размеры 1740х600х 1450 мм; масса 1200 кг. В комплект дозатора мод. МДН-6 кроме насоса входят пульт управления, шкаф управления, силовой шкаф с понижающими трансформаторами.
Пневматические дозаторы алюминиевых сплавов мод. Д63М, Д250, Д630М, Д630М1 предназначены для автоматизации заливки жидкого сплава в машины с холодной камерой прессования и кокильные магйннн в крупносерийном и массовом производстве.
Раздаточные печи, входящие в состав АК・ Помимо печей, изготовляемых заводами электротехнической промышленности, предприятия, Производящие литейное оборудование, поставляют с комплексами печи собственных конструкций. Например, тигельная печь сопротивления мод. ЭСТ250 МПО «Точлитмаш» имеет следующие параметры: установленная мощность 63 кВт; число электрических зон 1; вместимость тигля (по алюминию) 250 кг; масса электропечи 1136 кг; массй футеровки 830 кг. Указанное предприятие изготовляет также раздаточно-заливочный комплекс мод. М31, включающий печь ЭСТ250 и механический дозатор мод. ДМ4. Как правило, этот комплекс используется
совместно с малыми или средними машинами, но может применяться и для другого литейного оборудования.
Обрезные прессы. Обрезные прессы вертикального типа g четырьмя колоннами предназначены дая обрезки литников и облоя с отливок из алюминиевых и цинковых сплавов. Типовой пресс для .средних машин состоит из следующих узлов: станины» колонн, плит, механического лотка, гидровыталкивателей отливок, электрооборудования, насосной установки с подачей рабочей жидкости от гидробака литейной машины. Пресс выполняет следующие операции: обрезку литников и облоя при укладке отливки в штамп роботом или оператором, выталкивание отливки из подвижной части штампа на механический лоток, сброс отливки с лотка в тару. Литники и облой удаляются в тару, расположенную под нижней плитой пресса.
Устройство контроля полноты извлечения отливки. Переход к автоматическим комплексам невозможен без надежно действующих устройств контроля полноты извлечения отливок. Если отливка извлечена не полностью, то автоматическое включение следующего цикла может привести к поломке сразу или через несколько циклов. При отсутствии таких надежно работающих устройств приходится использовать оператора.
Различают три основных группы устройств контроля полноты извлечения отливки: электромеханические (щуповые), весовые, инфракрасные. Прочие группы [пневмоструйные, оптические (ви-у димого диапазона), индукционные, электрические] распростраС- нены гораздо меньше. Помимо указанных могут применяться и комбинированные устройства. Электромеханические или щуповые имеют следующие преимущества: простота конструкции, надежность и низкая стоимость. К недостаткам относится «точечный» характер контроля с пропуском промежуточных зон, трудность применения для отливок небольшой массы или малых размеров. Данные устройства подразделяют на одноконтактные и многоконтактные (многощуповые). Последние могут включать в себя как щупы (обычно 12 штук), так и антенно-проволочный датчик. С их помощью можно контролировать полноту извлечения нескольких участков литниковой системы и отливки, например извлечение высокого прилива, который иногда застревает в пресс- форме. Многощуповые устройства, так же как и инфракрасные, применяют обычно в сочетании с роботом, так как куст отливок должен подводиться точно к определенному участку траектории, где установлено контрольное устройство.
Весовые УКПИ имеют следующие преимущества: контролируют всю массу отливок, надежны, относительно просты, могут в определенных условиях контролировать не только полноту извлечения, но и плотность отливок. Недостатки весовых устройств следующие: малая чувствительность некоторых моделей, инерционность, сложность применения для крупных отливок, транспортируемых роботом или манипулятором. Они подразделяются 318
на электромеханические лотковые с конечным выключателем, электронное, электропневматические.
Инфракрасные устройства контроля полноты извлечения отливки позволяют контролировать всю массу отливок, что является их главным преимуществом. Они срабатывают быстро, нет ограничений по массе отливок. К недостаткам относятся сложность конструкции, относительно высокая стоимость, непригодность для мелких отливок.
ЭЛЕМЕНТЫ АК И ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ
Установки для терморегулирования пресс-форм изготовляются серийно в СССР и за рубежом. Без них невозможно получить отливки высокого качества и полностью автоматизировать процесс.
Анализ отечественных и зарубежных тер мор егул ятор ов пресс- форм позволяет выделить следующие группы:
автономные установки для автоматического регулирования путем изменения темпа работы и (или) автоматического раскрытия пресс-форм;
автономные масляные установки для автоматического регулирования нагревом и охлаждением;
неавтономные устройства для автоматического регулирования расходом охлаждающей воды с датчиками температуры на пресс- форме;
автономные и неавтономные устройства для автоматического регулирования расходом охлаждающей жидкости с датчиками от температуры жидкости;
устройства для автоматического регулирования путем комбинированного изменения темпа работы машины и расхода охлаждающей воды;
комбинированные терморегулятор^.
Технические характеристики установки термостатирования мод. УТ-1 [12] приведены ниже. Новый вариант установки мод. УТ-2 имеет вместо шести секций три, в результате чего значительно уменьшились ее габаритные размеры (за счет уменьшения числа зон регулирования). Усовершенствована также система управления и некоторые другие узлы. Вариант установки терморегулирования с масляным теплоносителем разработан и внедрен в г. Волгограде. Автоматическая система обеспечивает нагрев (охлаждение), доставку теплоносителя в каналы пресс- формы и температурную стабилизацию теплоносителя в каналах по заданной программе. Схема выполнена на базе логических элементов серии «Логика Т» и обеспечивает контроль и регулирование температуры в шести каналах формы в баке, автоматически переводит установку из режима предварительного нагрева в режим заливки и обратно.
По данным работы [27 ], внедрение установок термостатирования мод. УТП-1 на нескольких заводах отрасли позволило
повысить производительность майзин на 15^-20%, стойкость пресс- форм в 1,3 раза, сократить брак и повысить качество отливок.
Установки терморегулирования (термостатирования), работающие только на охлаждение, проектируют и изготовляют в зависимости от заданного числа точек подачи охлаждающей жидкости. Интенсивность подачи жидкого теплоносителя регулируется электромагнитными вентилями, получающими команды от термопар, расположенных в различных частях пресс-формы. Получаемый от термопар сигнал в специальном электроустройстве преобразуется в дискретный сигнал, управляющий вентилем. Как только температура пресс-формы станет выше допустимой, по сигналу включится магнит соответствующего вентиля и подача воды увеличится. При уменьшении температуры на 15—20 ℃ ниже допустимой магнит отключается, снижая подачу воды. Такими установками комплектуют некоторые средние и крупные комплексы. Так, для комплексов мод. А711А10, А71111 и А71112 разработана и используется установка терморегулирования, обеспечивающая регулирование температуры пресс-формы в шести точках за счет изменения интенсивности подачи охлаждающей воды. Температура пресс-формы контролируется термопарами и регулирующим прибором с самописцем. Жидкий теплоноситель в замкнутом контуре имеет возможность охлаждаться.
На ВАЗе замер температуры пресс-формы с помощью установки терморегулирования проводится в шести точках. Усиленный сигнал подается на индикаторный прибор, компаратор и другие блоки. Таким образом сигнал управляет клапанами подачи воды. Оптимальный режим регулирования температуры в каждой точке обеспечивается системой охлаждения, оснащенной вентилями ручного регулирования и ротаметрами.
При работе с неавтономными установками, предназначенными только для регулирования охлаждения пресс-формы, можно использовать особый способ регулирования пресс-форм с недостаточным числом каналов (таких форм, как показывает практика, большинство). Способ заключается в том, что расход воды для повышения степени охлаждения увеличивается благодаря установке дополнительного насоса, повышающего в два раза или более расход воды.
Устройства для автоматического терморегулирования могут успешно выполнять свои функции лишь в том случае, когда они оптимальным образом сопряжены с соответствующими элементами пресс-формы. Это обязательно следует учитывать при конструировании оснастки. Каналы водяного охлаждения должны располагаться на расстоянии не менее 20 мм от основной рабочей полости. Типовая конструкция каналов охлаждения приведена на рис. 8.22, а. На поверхности каналов после механической обработки не должно оставаться грубых рисок, которые приводят к образованию трещин. Перед сдачей пресс-форм в эксплуатацию необходимо проверить работоспособность ее системы охлаждения. 320 •
Рис. 8.22. Элементы пресс-форм для терморегулирования:
а — система каналов в пресс-форме; б — узлы охлаждения стержней и других деталей; в — узлы со спиральными пробками; 2 — детали для подключения шлангов; @ — система охлаждающих трубок; / — канал； 2 — площадка на входе резьбового участка для крепления штуцера; 3 — локальные узлы охлаждения； 4 — спиральные пробки; 5— 7 — пробки и штуцер; 8 — подводящая трубка; 9—трубка с охла* ждающей водой； 10— перегородка; ” 丁 стержень; /2 — проб- ка
Для устранения местных перегревов применяют локальные «фонтанирующие» узлы охлаждения по типу, показанному на рис. 8.22, 6. При данной конструкции охлаждающего узла диаметр каналов у пресс-формы должен быть максимальным, чтобы избежать случаев засорения каналов примесями, которые содержатся в воде. Фонтанирующие трубки изготовляют из меди.
При литье под давлением особо тонкостенных отливок для обогрева пресс-форм применяют трубчатые нагреватели большой удельной мощности. Они обеспечивают высокую производительность и легко монтируются в плиты. Однако монтаж нагревателей в глухие отверетия без зазоров вызывает определенные трудности. Разработанные в последнее время в ФРГ конструкции узлов обеспечивают преимущества при сборке и разборке. Нагревательный элемент с уклоном 1 : 50 обеспечивает оптимальную теплопередачу и легко фиксируется с помощью гайки и шайбы. В ФРГ изготовляют специальные спиральные пробки из алюминиевого сплава для пропускания теплообменной жидкости (рис. 8.22, в). Длина пробки составляет 125—200 мм при диаметре 12—50 мм. Применяют двух- и односпиральные пробки [104]. Эти и другие детали в ФРГ изготовляют централизованно, по нормалям. Нормализация облегчает решение таких проблем, как поставка соединительных элементов (рис. 8.22, г) для шлангов водяного охлаждения или масляного терморегулирования пресс-формы. От правильного решения проблемы отключения и подключения шлангов в значительной степени зависят продолжительность переналадочных работ и техника безопасности. Для того чтобы исключить повреждение штуцеров терморегулирования и пресс- форм, предусмотрены специальные выемки в местах вывода охлаждающих каналов. Имеются нормализованные крепежные приспособления, которые позволяют относительно просто устранять течи гибких шлангов. При выборе диаметров шлангов и охлаяадаю- щих каналов следует учитывать следующее важное обстоятельство: при переходе от водяного (как правило, неавтономного) охлаждения В к масляному Г диаметры каналов существенно увеличиваются (см. рис. 8.22, г).
На рис. 8.22, д показана система жидкостного охлаждения стержней в многогнездной пресс-форме, которая разработана в ХЦКТБ. Устройство представляет собой законченный самостоятельный узел, не имеющий резьбовых соединений с деталями пресс-формы. Благодаря этому данный узел или радиатор при разборке пресс-формы может быть снят со стержней. Подводящие трубки выполнены слегка изогнутыми, чтобы подпружинивать пробку для устранения возможных зазоров между стенками стержня и пробки, образующихся при усадке пробки в процессе ее затвердевания. Узлы могут функционировать совместно, например, с установкой термостатирования, которая описана выше.
В ряде стран уже в течение нескольких лет применяются теплоконденсационные (тепловые) трубки для обеспечения луч- 322
шего теплобаланса пресс-форм при получении отливок из металлов и пластмасс. За рубежом накоплен опыт эксплуатации многих видов пресс-форм, большая часть которых имеет также каналы водяного охлаждения. Комбинированное терморегулирование дает в большинстве случаев наилучшие результаты. Диаметр теплоконденсационных трубок составляет 3——15 мм при длине до 250 мм. Например, для охлаждения стержня диаметром 5—7 мм можно применять теплоконденсационную трубку диаметром 3 мм. В 50% случаев оказалось достаточным использование только одной трубки. Для особо сложных пресс-форм число трубок доходит до 16. Здесь функции сводятся в основном к выравниванию температуры на различных участках пресс-формы. Теплоконденсационные трубки выгодно использовать в сочетании с жидкостным теплоносителем, что увеличивает интенсивность теплопередачи.
Оптимальный теплобаланс пресс-форм в редких случаях предопределяет необходимость их подогрева не только перед началом работы, но и в процессе заливки. Это необходимо, в частности, при литье особо тонкостенных отливок. В данном случае фирма Die Casting (США) применяет систему подогрева с нагревателем, мощность которого относится к массе, нагреваемой пресс-формы, как 100 : 1. Для особых случаев за подвижным и неподвижным вкладышами пресс-формы полезно устанавливать отражательные экраны из листовой коррозионно-стойкой стали. Экраны со стороны вкладышей пресс-форм покрыты двуокисью алюминия, с противоположной стороны отполированы до высокой отражающей способности. Кроме тепловой локализации оформляющих вкладышей, экраны позволяют в замкнутом объеме пресс-формы быстро установить необходимый тепловой режим.
ПРИМЕРЫ МОДЕРНИЗАЦИИ АК
В СССР разработана [27 ] гамма модулей 2Л, ЗЛ, ЗЛЛ на базе машин с усилием запирания до 4000 кН. У совершенствованы система управления технологическими модулями, средства контроля технологи чески х параметров (табл. 8.4).
АК оснащены средствами автоматизации для выполнения следующих технологи чески х операций: разогрев пресс-формы и поддержание температуры в заданных пределах, нанесение смазочного материала на рабочую поверхность камеры прессования и пресс-формы, заливка жидкого металла в камеру прессования, запрессовка металла и выдержка при кристаллизации, извлечение отливки из пресс-формы, контроль полноты извлечения от- лнвкН из пресс-формы, охлаждение отливки, укладка отливки в обрезной штамп и обрезка литниковой системы. Управление модулем осуществляется цеховой системой с микроЭВМ, позво- ляквдей в короткий срок перепрограммировать его работу. Производительность АК составляет 80 запрессовок в час при массе
8.4. Состав ЛК
Оборудование
Модуль
2Л
зл
злл
Машина литья под давлением с усилием запирания до 4000 кН Манипулятор:
Есть
Есть
Есть
заливочный мод. МЗ-Л (ДМ-4)
»
Нет
для съема отливок мод. МАК-ЛМ
Есть
Насос магиитодинамический мод. МДН-6
Устройство для смазывания:
Нет
Нет
пресс-формы
Есть
Есть
пресс-плунжера
Установка термостатирования мод. УТ-2А
»
Пресс обрезной мод. П-16А Устройство контроля:
Нет
укладки отливки в штамп
》
полиоты извлечения отливки
Есть
температуры н обрыва фаз электропечи
Нет
Пульт управления «Гранит 02»
Согласующее устройство
Комплекс средств контроля техноло- г ических параметров «Гранит 02»
отливки до 3,6 кг. Грузоподъемность манипулятора для съема отливок равна 65 Н. Время контроля 2—12 зон контроля отливки не превышает 2 с. АК имеет ванну охлаждения емкостью 40 л. Время обдува и смазывания пресс-формы с помощью 10 форсунок составляет 2—3 с.
Следует отметить, что межотраслевое изготовление описанных комплексов не осуществлено, что отражается на повышенной стоимости оборудования и недостаточной апробации его для отливок различных классов. Тем не менее они хорошо зарекомендовали себя в массовом производстве деталей радиоаппаратуры.
Созданный Б. И. Волозовым и другими специалистами АК, на базе машины мод. 71108 и дозатора мод. МДН-6, обеспечивает автоматизацию следующих операций: раскрытие и закрытие машины; смазывание пресс-формы и пресс-поршня, заливку дозы металла с точностью до 5%; удаление отливки из пресс-формы (рис. 8.23). При этом автоматически контролируется время кристаллизации отливки в пресс-форме и время выдержки металла в камере прессования. Имеется устройство для охлаждения пресс-плунжера и пресс-формы. Комплекс снабжен смазкораспы- лителем с подвижным блоком, благодаря этому практически отсутствует привар металла к пресс-форме. Применение дозатора МДН-6 позволило повысить производительность и качество отливок.
Рис. 8.23.Рис. 8.23./ ——машина мод. 7 11А07С; 2 — универсальный блок g плифой охлаждения для пакетных форм g гидроцилиидром двойного дейеФвия; 3 —— маиипуляФор автоматического смазывания преее-форм; 4 — магиитодииамический дозатор мод. МДН-6 G металлопроводом и желобом для жидкого металла； 6 — устройотво для смазывания преос-плунжера; 6 —— обрезной пресс; 7 — манипулятор для съема отливок о форма и подачи в обрезной ш暫амп g последующим удалением преес-осФаФка (перспективное решение)/ ——машина мод. 7 11А07С; 2 — универсальный блок g плифой охлаждения для пакетных форм g гидроцилиидром двойного дейеФвия; 3 —— маиипуляФор автоматического смазывания преее-форм; 4 — магиитодииамический дозатор мод. МДН-6 G металлопроводом и желобом для жидкого металла； 6 — устройотво для смазывания преос-плунжера; 6 —— обрезной пресс; 7 — манипулятор для съема отливок о форма и подачи в обрезной ш暫амп g последующим удалением преес-осФаФка (перспективное решение)
Рис. 8.23.
Рис. 8.23.
/ ——машина мод. 7 11А07С; 2 — универсальный блок g плифой охлаждения для пакетных форм g гидроцилиидром двойного дейеФвия; 3 —— маиипуляФор автоматического смазывания преее-форм; 4 — магиитодииамический дозатор мод. МДН-6 G металлопроводом и желобом для жидкого металла； 6 — устройотво для смазывания преос-плунжера; 6 —— обрезной пресс; 7 — манипулятор для съема отливок о форма и подачи в обрезной ш暫амп g последующим удалением преес-осФаФка (перспективное решение)
/ ——машина мод. 7 11А07С; 2 — универсальный блок g плифой охлаждения для пакетных форм g гидроцилиидром двойного дейеФвия; 3 —— маиипуляФор автоматического смазывания преее-форм; 4 — магиитодииамический дозатор мод. МДН-6 G металлопроводом и желобом для жидкого металла； 6 — устройотво для смазывания преос-плунжера; 6 —— обрезной пресс; 7 — манипулятор для съема отливок о форма и подачи в обрезной ш暫амп g последующим удалением преес-осФаФка (перспективное решение)
В. С. Маршевым, И. Л. Межбежером и другими разработчиками создан АК литья и обрезки? который показан на рис. 8.24 [11]. Здесь используется робот, который предназначен для извлечения куста отливок из пресс-формы и передачи его на позиции охлаждения, визуального контроля и обрезки. Он состоит из втулки /, установленной на одной из направляющих колонн 2 литейной машины, механизма прессования и механизма поворота. Втулка / имеет две руки 3 с захватами 4. После размыкания пресс-формы 6 рука с позиции / заходит в разъем пресс-формы, захват зажимает пресс-остаток, снимает отливку и переносит ее
Рис. 8.24. АК с двуруким роботом для иввлечеиия отливов ив пресс-формы и установки в обрезной штамп
на позиций II охлаждения и контроля полноты удаления. Охлаждение отливки происходит в течение одного литейного цикла. В следующем цикле первая рука укладывает отливку в обрезной штамп 5, а вторая —— снимает и переносит ее на позицию охлаждения и т. д. Половины штампа закрепляются на плитах машины, что обеспечивает обработку отливок при смыкании. Обрубленная отливка по желобу направляется в тару для отливок, а литник после размыкания штампа выбрасывается из захвата в тару для литников.
Система управления роботом имеет несколько программ: он может производить укладку отливок в обрезной штамп, минуя операцию охлаждения, удалять литники из пресс-формы, сбрасывать их в тару, минуя обрезной штамп.
Совмещение литья и обрезки в одной машине имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества очевидны: компактность, снижение трудоемкости финишных операций, упрощение транспортных работ. Недостатки: некоторое повышение длительности литейного цикла, усложнение комплекса, до полн ит ел ьные нагрузки на машину, затрудненное обслуживание. Кроме того, имеются ограничения в использовании современных смазкорас- пылителей, устройств автоматического регулирования и, в частности, устройств контроля полноты извлечения отливок.
В ПО ЛО (г. Пияск) была проведена модернизация комплектов околомашинной механизации КОМ 1,25 и КОМ 2,5, работающих на электротехнических предприятиях. Опыт эксплуатации этих комплектов показал, что большая часть отказов и остановок происходит из-за низкого качества оснастки и сбоев в работе базовых машин литья под давлением. В процессе работы был создан водорастворимый смазочный материал «Прессол Э13М1». Для централизованного приготовления и подачи смазочного материала к рабочим местам разработана и внедрена автоматизированная установка.
В г. Салавате эксплуатируется участок, который укомплектован восемью машинами с горячей камерой прессования средней мощности. Машины представляют собой комплекс «литье——обрезка» и работают в автоматическом режиме. На них отливаются такие сложные детали, как корпуса биноклей из магниевого сплава. Использование в данном случае современных машин с горячей камерой позволило получить ряд важных преимуществ по сравнению с машинами, имеющими холодную камеру прессования.
На Ленинградском карбюраторно-арматурном заводе им. В. В. Куйбышева манипуляторы мод. АЛД1К (рис. 8.25, а) работают в комплексе с машиной литья под давлением типа 71108. Для повышения надежности рычажной системы были увеличены сечения тяг и оси поворота ковша (рис. 8.25, б). В гидромагистрали, соединяющей гидросистему машины и манипулятора, поставили аккумулятор давления.
Рис. 8.25. Сяемн АК (а), его дозатора (б) и приемного лотка (в) [52]:
/ — лилейная машина； 2 — механизм извлечения офливки; 3—4 — форсунки для GMa- эываиия преос-формы и преос-плуижера; 5 — маиипуляФор： 6 — аккумулятор давления;
7 — форсунка для смазавация преос-цилиидра； 8 — приемный лоток; 9 — шторка; /0 — бесконтактный магиитоиидукциоииый датчик ВВК-24; 11 ——механизм о бачком для воды; 12 — гидроцили идр; 13 — решетка
Для надежного контроля удаления отливки и пресс-остатка из раскрытой пресс-формы был смонтирован приемный лоток 8 со шторкой 9 и бесконтактным магнитоиндукционным датчиком 10 (рис. 8.25, 6). Увеличено число форсунок для смазывания, реконструированы их запорные клапаны и добавлены шайбы прижима диафрагмы. Для повышения надежности и безопасности работы АК частично изменили и электросхему. Использование манипуляторов мод. АЛД1К на двух машинах для получения отливок крупными сериями, позволило одному литейщику обслуживать две литейные машины.
При разработке классификационных схем, описании конкретных АК, машин, контрольно-измерительных приборов у авторов не было другого пути, как выбрать наиболее типичные конструктивно-технологические решения. Несмотря на ограниченность приведенных классификационных схем, они все же дают достаточно полное представление о современном оборудовании для литья под давлением. При выборе средств механизации и автоматизации нужно основываться на существующем оборудовании, учитывать имеющиеся площади, финансовые возможности предприятия, масштаб производства, наличие трудовых ресурсов.
Никакие рекомендации не могут заменить творческого подхода литейщиков любого предприятия к совершенствованию производства.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Эффективность внедрения АК литья под давлением оценивается по различным показателям, в том числе и по годовому экономи- чеекому эффекту. При внедрении первого отечественного АК на базе машины g вертикальной камерой прессования годовой экономический эффект составил около 25 тые. руб., производительность увеличилась на 50%.
При внедрении АК мод. АЛ711БО9 ориентировочно годовой экономический эффект составил 62 тыс. руб., срок окупаемости — 1,8 года, число условно высвобожденных рабочих — 3, увеличение производительности — 40—60%, сокращение брака — на 10— 15%. Годовой экономический эффект при использовании АК мод. КОМ 1,25 составил 23 тыс. руб.
Довольно типичны технико-экономические показатели при автоматизации и механизации процесса литья под давлением, полученные фирмой Buhler (Швейцария) на машине с усилием запирания 1600 кН. Задача решалась в четыре этапа: автоматиче- ское смазывание пресс-формы; автоматическое дозирование сплава и обрезка литников и облоя отливок вручную непосредственно у литейных машин; автоматическое транспортирование куста отливок от машины; автоматическое транспортирование куста отливок с автоматической укладкой в обрезной пресс для обеспечения полной автоматизации. При планировке АК нужно было предусмотреть возможность продолжать работу в ручном режиме при выходе из строя любого агрегата. Планируемые показатели при односменной работе были следующими: продолжительность работы в смене 8,8 ч, эффективное рабочее время 7,65 ч, степень загрузки 87%; среднее число отливок в смену 1140 шт.; среднее число отливок в час 150 шт. Обрезка отливок на прессе требует 25—50% времени цикла.
Внедрение крупных АК, показанных на рие. 8.13, дало фирме Fiat следующие технико-экономические результаты. Капитальные вложения составили, млн. лир: 40 в робот, 3 в автоматический смазкораепылитель, 3,8 в электромонтаж и установку, 6,5 в обрезные прессы. Годовые расходы при эксплуатации одной машины, млн. лир: 1 на смазывание, 2 на электроэнергию. Благодаря устранению тяжелых ручных операций и сокращению литейного цикла годовая экономия составила 140 млн. лир. Годовой экономический эффект при увеличении производительности в среднем на 30% — 450 млн. лир. Брак отливок уменьшился с 12 до 5%, что явилось следствием стабильных режимов работы и устранения периодов охлаждения пресс-формы при кратковременных перерывах и 328
по другим причинам. Еженедельный съем отливок увеличился на 40% благодаря уменьшению продолжительности литейного цикла и полному использованию времени в начале и конце смены. При ручной работе 12% рабочего времени тратилось на прием пищи. Один оператор наблюдает за работой двух машин, в то время как ранее один оператор обслуживал одну машину.
Применение ередетв автоматизации повышает сложность установки, вызывает дополнительные затруднения. Однако зарубежный опкгг показал, что при использовании надежно отработанных устройств степень вероятности выхода из строя очень мала, что выражается в некоторых случаях такими цифрами простоя: литейная машина—1%, пресс-форма и смазкораспылитель — 4%, раздаточно-подогревательная печь — 0,5%, съемник отливок — 0,05% (на отечественных заводах эти цифры значительно выше). При внедрении устройства для смазывания пресс-формы на машине усилием 1600 кН продолжительность цикла при часовом выпуске 150 отливок была равна 24 с. В период кристаллизации свободное время литейщика составляло 9 с. Затем машину оснастили заливочным устройством ковшового типа и продолжительность цикла составила 20 с, что соответствует оптимальной продолжительности при ручной работе. Литейщик активно участвует в рабочем цикле еще только 5,5 с. В остальное время (14,5 с) литейщик свободен, он может выполнять другие операции, например обрезать облой и литники. Если машину укомплектовать манипулятором отливок, то цикл можно сократить еще на 1 с. Повышение производительности труда при использовании средств околомашинной механизации и автоматизации составляет 27%; при совмещении операции литья и обрезки она возрастает еще на 25%・
Автоматизация литья под давлением является многогранной и трудной задачей. Важнейшими предпосылками являются: достигнутый уровень производства в цехе, желаемая степень специализации или универсальности АК (по привязке к номенклатуре отливок), выделенные капиталовложения, пригодность литейных машин к автоматизации, наличие площадей, возможность дальнейшего расширения автоматизированного производства, серийность отливок, тип сплава, способ удаления литников и облоя, технология дальнейшей обработки и др. Оправдала себя тенденция постепенного (поэтапного) внедрения новых элементов АК. И все же в ряде случаев оптимальным техническим решением является закупка уже полностью готового к эксплуатации АК, не требующего дополнительной комплектации. Работы по наладке и пуску могут по желанию заказчика осуществляться заводом- поставщиком. Последний может взять на себя изготовление технологической оснастки и обучение персонала.
Варианты механизированных и автоматизированных машин, укомплектованных либо наиболее простыми, либо наиболее сложными средствами околомашинной механизации и автоматизации, 329
8・5. Сравнение трудоемкости изготовления отливок из магниевык сплавов литьем в кокиль и под давлением
Операция
Трудоемкость изготовления 100 отливок, нормо-ч
Литье в кокиль с разовыми стержнями
Литье под высоким давлением о постоя иными стержнями
Сушка песиа
3,30
Приготовление стержневс^ смеси
4,29
—
Изготовление стержней
17,62
—
Натириа или оираска стержней
28,74
—
Плавка металла
1,03
1,35
Заливка
8,78
6,07
Отбнвка облоя, литников и промын-
1,17
2,97
ннков
Обрубка облоев, промывннков
4,34
—
Сверловка литников
1,44
—
Выщелачивание или гидроабразинная
1,97
—
очистка отлнвои
Зачистка облоя
5,77
28,78
Термообработка
0,36
—
Исправление дефектов
0,36
—
Опиливание входных и выходнык кро-
46,65
—
мок
Итого
125,82
39,17
имеют свои преимущества и недостатки, поэтому выбирать вариант механизации и автоматизации следует с учетом всего мно- гообразия факторов •
Поясним это положение только одним примером. В литературе можно встретить утверждение, что АК литья с обрезкой нецелесообразно использовать из-за различий в показателях производительности машины и обрезного пресса. Как отмечалось выше, это утверждение в большинстве случаев является неправильным по следующим причинам: 1) стоимость машино-часа обрезного пресса меньше, чем машины; 2) непрерывное повышение производительности машины все меньше сокращает различие этих показателей; 3) на совремейных обрезных прессах могут производиться не только операции обрезки литников и облоя, но и ряд других операций (прошивка, пробивка и др.); 4) если обрезные прессы работают не в составе АК, коэффициент их использования чаще всего столь же низок, как и прессов, работающих в составе АК. Это положение подтверждается не только отечественным, но и зарубежным опытом. Так, например, в странах Западной Европы еще в конце 70-х годов степень внедрения АК и их элементов составляла: заливка 70%, смазывание пресс-форм 20%, извлечение отливки роботом или манипулятором 18%, обрезка в комплексе с литьем 5%.
8.6. Экономические показатели производства отливок колес реакторов гидротрансформатора•
Статья затрат
Способ литья
в кокиль
под давлением
Заработная плата по цеху: литейному
14 212/5.4
10 160/7,9
механообр абатынающему
11 641/4 4
10 499/8,2
Затраты иа сплан (на программу)
199 281/75.0
64 537/66,0
Затраты на природный газ
7 452/2,8
1 917/1,5
Затраты на оборотную воду
3 208/1,2
825/0,6
Затраты на электроэнергию в цехе： механическом
1 692/0,6
490/0,4
литейном
2 535/0,95
653/0,5
Затраты на содержание оборудонання в цехе:
литейном
5 946/2,2
4 728/3,7
мехаинческом
2 762/1,0
1 217/0,95
Амортнвация оборудонання
12 679/4,8
8 528/6,7
Затраты на оснастку
3 918/1,5
4 314/3,4
Примечание. В числителе — затраты в руб., в знаменателе — в % общих затрат.
8.7. Сравнительная стоимость литых заготовок электропил
Статья затрат
Стоимость 1 т отливок, руб., из сплава
алюминиевого
магниевого
Затраты на сырье н основные материалы
579,45
780,12
Затраты на термообработку
—
315,60
Затраты на топливо, технологическую энергию,
36,47
58,65
природный газ
Транспортно-заготовительные расходы
7,31
26,01
Заработная плата пронвводствеиных
рабочих
95,49
155,82
Специальные расходы (в том числе освоение новой техники)
затраты на
18,33
176,10
Затраты на содержание оборудования
128,25
414,75
Цеховые расходы
78,94
233,73
Общезаводские расходы
61,51
105,96
Потерн от брака
23,80
165,96
Технико-экономическую эффективность внедрения литья под давлением можно проиллюстрировать данными табл. 8.5—8.7 [26].
Внедрение технологии литья под давлением позволило уменьшить массу гидротрансформатора на 25%, сэкономить более 100 тыс. кВт.ч электроэнергии, уменьшить трудоемкость изготовления колес реакторов в 3,5 раза.
0丿0丿刀刀Рис. 8.26. Себестоимость отливов, получаемых литьем под давлением из латуни (а), сплавов иа основе цинка (б) и алюминия (в), % по статьям затрат： 7 — основные материалы; 2 — заработная плата рабочих; 3 — оснастка; 4 — восстановление инструмента; 5 — текущий ремонт основных фондов; 6 — амортизационные отчисления; 7 — отчисления иа специальные нужды; 8 — техиологичеокое топливо; 9 — электроэнергия; 10 — прочие цеховые расходы
0丿
0丿
刀
刀
На рис. 8.26 представлены диаграммы себестоимости отливок из различных сплавов. Эти данные получены на основе анализа показателей по статьям затрат для большой группы отливок массового производства. Как видно из диаграмм, снижения себестоимости продукции литья под давлением можно добиться за счет следующих факторов: повышения производительности труда путем внедрения прогрессивной технологии, механизации и автоматизации операций, более рациональной организации производства, специализации на выпуске определенной продукции и кооперации с другими предприятиями, экономного раеходования основных и вспомогательных материалов. Важным иеточником снижения затрат на оснастку являешся применение многогнездных пресе-форм и форм-пакетов. Все это позволяет улучшать технико-экономические показатели цехов, а следовательно, способствует еще большему распространению прогреееивного и высокопроизводительного способа литья под давлением в различных отраелях промышленноети.
Кратко рассмотрим проблемы, возникающие при внедрении АК. Результаты иеследования причин неудач при автоматизации в этом важном деле показБЕвают, что отрицательную роль играют конвтруктивные недостатки оборудования, качеетво его изготовления, подготовленность преее-форм и обрезных штампов, объем
подготовительных работ по обучению персонала, выбор номенклатуры отливок, общецеховая подготовка и др. Поэтому еледует считать ошибочным утверждение, что виной неудач является только один фактор, например оборудование. Опыт показывает, что в ряде цехов нет достаточных площадей для монтажа манипуляторов. Там, где нет необходимых условий, не следует закупать АК, чтобы не обрекать их на простои.
Большое разнообразие элементов АК является недоетатком, так как резко усложняет ремонтные работы, обслуживание, комплектацию запасными частями. Прежде всего необходимо стимулировать не создание новых моделей, а даже небольшие модернизации, ведущие к повышению надежности и работоспособности элементов АК. Игнорирование этого положения приводит к тому, что «плодятся» модели, которые не доводятся до широкого промышленного внедрения.
Внимание заводов, изготовляющих АК и их элементы, следует обратить на необходимость резкого повышения качества продукции. Машина должна стать надежным звеном А К, литья и обрезки. Нужно повышать требования и к технологическим параметрам, которые обеспечиваются машиной, соблюдать все ужесточающиеся требования техники безопасности, экологии и др. Желательно, чтобы элементы А К имели однотипную электронную систему управления, только в этом случае можно значительно упростить поиск неисправностей, облегчить обслуживание, сократить до минимума номенклатуру запасных частей, повысить надежность электронных схем. Следует обратить внимание и на то, что до настоящего времени А К поставляются без достаточного количества контрольно-измерительных приборов.
Весьма желательно, чтобы изготовители АК одновременно изготовляли бы и технологическую оснастку. При этом часть АК должна поставляться литейным цехам в полностью отлаженном на производство отливок состоянии. Таким образом, изготовители машин смогут лучше ознакомиться с работой своего оборудования в условиях серийного производства. Как известно, за рубежом такая система внедрена довольно широко. Отметим, что Комитет ЛПД НТО ВНТОМ предложил ввести в пратику заводов-изготовителей 72-часовые «горячие» испытания всех АК, так как появление отказов с первых же часов их работы вызывает отрицательное отношение к АК.
Большая часть отрицательных результатов, полученных при внедрении АК на ряде предприятий, приходится на неподготовленность пресс-форм и обрезных штампов. Поэтому необходимо резко расширить объем работ по модернизации оснастки с учетом возможности ее использования в автоматизированном режиме. Совершенствование конструкций оснастки, в том числе с учетом требований, изложенных в этой работе, является залогом успеха внедрения автоматизированных машин и А К литья под давлением.
Важным фактором подготовки к автоматизированной работе является правильный выбор номенклатуры отливок с соблюдением принципа постепенного увеличения сложности отливок, переводимых на автоматизированное литье под давлением. Следует учитывать необходимость доработки конструкции отливок (так же как и технологической оснастки) с учетом специфических требований работы АК・ Заводам-потребителям АК следует серьезно отнестись к подготовке обслуживающего персонала.
Важной проблемой является поставка технологических материалов для АК： смазочных материалов для автоматизированной работы, трудновоспламеняющихся рабочих жидкостей, сталей для пресс-4юрм и др.
9
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
В зависимости от объема выпуска, номенклатуры, требований к отливкдм и других факторов существует несколько вариантов оптимальной организации производства в цехах литья под давлением, поэтому понятие «современный цех» применимо не только к высокомеханизированным цехам массового производства, но и к не очень крупным участкам. Каждый тип цеха имеет свою структуру парка оборудования, средств механизации, транспортных и других средств. Попытка перенести на цех мелкосерийного производства принципы организации цеха массового производства приводит к неоправданному удорожанию отливок без улучшения их качества.
Для цехов массового производства на современном этапе характерно широкое внедрение комплексной механизации, автоматизации и компьютеризации на таких участках, как плавильный, машинный, очистной, организация автоматизированных модульных комплексов, сочетающих операции литья и обрезки отливок и управляемых с помощью ЭВМ, использование общецехового АСУ, измерение и автоматизированное управление технологическими режимами на базе широкой компьютеризации и прибориза- Ции машин, комплевдов и участков, повышение надежности всего оборудования, снижение расхода энергии.
Для цехов серийного производства с большой номенклатурой отливок прогрессивными направлениями являются следующие: применение блок-форм и другой быстропереналаживаемой оснастки, использование универсальных машин с ограниченными средствами механизации, сохранение единого зачистного участка, а в ряде случаев перенесение зачистки в механические цеха с сохранением лишь операции обрезки основных литников, частичное применение широкоуниверсальных роботов и манипуляторов с легко переналаживаемым управлением для широкого охвата операциями вплоть до смазывания формы, использование систем быстрой пересмены форм.
Большая часть цехов имеет мелкосерийное и крупносерийное производство с соответствующими компромиссными техническими решениями. Сравнивать можно только цехи одного типа, чтобы избежать неоправданной степени автоматизации мелких цехов и
участков, не улучшающей, а ухудшающей технико-экономические показатели. Однако граница оптимальной степени автоматизации с каждым годом смещается в сшорону менее крупных цехов.
Независимо от типа цеха при еовершенетвовании организации производства и внедрения комплексной механизации нет мелких и крупных вопросов. Иногда даже такой, казалось бы, мелкий вопрос, как жесткость куста отливки со всеми литниками, определяет успех внедрения автоматизированных режимов работы. Или же отсутствие блокировок на всех этапах цикла литья также может нарушить работу комплекса и привести к поломкам, а без литейных уклонов на отливках 1—2° почти невозможна безлюдная технология.
Важнейший параметр всего оборудования, применяемого в цехе, его фактическая надежность. Иногда при приемке оборудования пользуются условными показателями надежности, которые далеки от реальных условий работы.
Правильная организация производства возможна главным образом при комплексном учете всех факторов и, в первую очередь, при использовании специализированных, а не приспособленных зданий. Характерная особенность новых зданий для крупносерийного производства — двухэтажность (а иногда и более высокая этажность). При наличии двух этажей можно компактно р азместить участки, сократить грузопотоки, улучшить обслуживание машин и другого оборудования.
Несмотря на многочисленные рекомендации и публикации, проектировщики некоторых новых цехов повторяют старые ошибки: занижают мощности плавильных участков по жидкому металлу, неправильно решают вопросы оптимальной транспортировки огромного количества отходов, мало площади предусматривают вокруг машины. Здесь, в частности, не учитывается, что хотя литье под давлением можно отнести к малоотходному производству, отходов внутри рабочего цикла много и их надо перерабатывать в основном внутри цеха. Это возможно только в сочетании с разветвленной сетью непрерывного транспорта. Использование, например, принципа автоматического адресования отливок может найти лишь ограниченное применение и не может заменить систему конвейеров в цехах с достаточно большим объемом выпуска продукции.
МЕХАНИЗАЦИЯ ПЛАВИЛЬНО-РАЗДАТОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Технико-экономические показатели работы цехов литья под давлением в значительной степени зависят от правильной организации и совершенствования плавильно-раздаточных операций. Наряду с общими требованиями организации таких работ имеются специфические требования, связанные со следующими факторами: большое количество отходов (возврата) в виде пресс-остатков, литников и промывников; наличие отходов небольшой массы,
но с большой площадью поверхности (облой и np.J； непрерывное использование относительно малых, строго дозированных пор- жидкого металла; насыщенность цеха машинами, механиз- мами и коммун и кация ми.
Проблемы организации плавильно-раздаточных операций вклк> чают в себя много аспектов. Ниже рассмотрены лишь некоторые направления механизации этих операций в современных цехах литья под давлением.
Транспортирование жидкого сплава с металлургических заво- AOR. Одним из важных направлений совершенствования плавильно-раздаточных работ является способ загрузки плавильных печей не твердой шихтой, а жидкии сплавом, приготовленным на металлургических заводах, что позволяет сократить продолжительность операций и снизить расходы на приготовление сплава Особенно широко применяют транспортирование с металлурги- ческих заводов жидких аюминиевых сплавов. Например, фирма Kays Alloy Casting (Англия) перевозит алюминиевые сплавы ® контейнерах, стационарно смонтированных на грузовых автомо- билях- Вместимость каждого контейнера 2,5 т. Металл передается ® плавильные или раздаточные печи по передвижному желобу Расстояние перевозки — до 50 км.
Загрузка шихты в плавильные печи. Механизированная за- грузка шихты обеспечивает в литейных цехах значительный технико-экономический эффект вследствие наличия большого коли- чества возвращаемых в переплавку отходов. Загрузку шихты можно механизировать следующими способами: установкой бун- кера непосредственно над тиглем плавильной печи с подачей шихты конвейером, использованием саморзагружающейся бадьи или малогабаритного скипового подъемника. Последний способ применяют довольно редко. При засыпке шихты скрап периоди- ч：еск^ накапливается в коробе с откидным днищем. Наполненный короб транспортируют вилочным автопогрузчиком к печи, подни- мают и фиксируют. Затем днище короба раскрывается и скрап высыпается в печь. После этого створки днища закрываются и короб возвращается в исходное положение.
Для механизированной загрузки печей также используют бадьи с открывающимся днищем, которые поднимают над тиглем с помощью крана. Загрузку шихты с помощью саморазгружаю-
а聲 применяют, например, в литейном цехе завода Skoda (4LL£). Возврат скапливается в расположенном около печи бун- кере большой емкости, откуда он через вибрационное днище бун- кера поступает по вибрационному желобу в печь. Шихта автома- тически взвешивается на электромагнитных весах. Подача в печь крупногабаритных чушек массой до 500 кг осуществляется с по- мощью тельфера. Одновременно он служит для выгрузки чушек нз вагонов и укладки их в складах шихты.
Транспортирование жидкого металла к раздаточным печам Централизованная плавка и подача жидкого металла снижает
12 Закав 66
расходы на плавку, облегчает соблюдение температурнс^о режима приготовления сплава, облегчает условия работы литейщика и дает возможность выдерживать постоянство химического состава. При централизованной подаче жидкого сплава можно уменьшить вместимость раздаточных печей.
На участках литья под давлением легких сплавов расплавы транспортируют с помощью монорельсовых ковшей или электрокаров, оборудованных подъемниками g поворотным ковшом, на участках литья цинковых сплавов — по электрообогреваемым наклонным желобам с подачей сплава самотеком. Выбор того или иного способа транспортирования жидкого сплава зависит главным образом от расположения машин в цехе. Например, при использовании монорельса ковш должен проходить возле всех раздаточных печей, хотя печи, обслуживающие машины, остановленные в этот момент для наладки или ремонта, не должны пополняться жидким металлом. Непрерывное прохождение ковша возможно только при наличии свободной площади возле каждой машины.
Ковш с жидким сплавом по монорельсу передвигают вручную или с помощью электротали, которой можно управлять выносным пультом с пола или из кабины, перемещающейся вместе с ковшом. Для большинства цехов и участков наиболее рационально применение электротали, управляемой с пола, для крупных цехов с большим расходом жидкого металла—электротали, управляемой из кабины.
В некоторых цехах монорельсы заменяют ковшами, установленными на электро- или автокарах. Эта система транспортирования обладает большей гибкостью, так как машины можно обслуживать в любой последовательности и по наиболее удобному маршруту. Для удобства обслуживания можно применять электро- и автопогрузчики двух типов: с боковым поворотом ковша и с поворотом ковша по ходу. Однако использование самоходного транспорта требует наличия в цехе достаточной площади для его маневрирования.
За рубежом установки для транспортирования и заливки жидких цветных сплавов наиболее часто применяются для алюминиевых и цинковых сплавов и реже ——для свинцовых и оловянных. Эти установки используют для перекачивания расплава из плавильной печи в раздаточную печь, раздаточный ковш или заливочное устройство [78].
Установка для транспортирования жидких сплавов включает центробежный или магнитогидродинамический насос для перекачивания расплава и футерованные огнеупором трубы для передачи расплава на расстояние.
Фирма Metaullics System (США) изготовляет установку, способную передавать жидкие алюминиевый и цинковый сплавы по футерованному трубопроводу на расстояние до 25 м и поднимать его на высоту до 6 м. В установке применяется центро- 338
бежнбЕЙ насов, изготовленной из графита или иоррозиоино«втай~ кой стали -в завиеимости от перекачиваемого металла. Изменением конструктавншх параметров центробежного насоса обеспечиваются различные режимы его работы: большой расход жидкого металла при малом давлении или малый расход жидкого металла при большом давлении. Отдельные детали насс@а изготовляют с точностью ±(0,05+0,07) мм.
При передаче жидкого металла по трубопроводу не требуется предварительного подогрева труб или их подогрева в процессе работы. Установка труб не вызывает затруднений. Футерованная огнеупором труба диаметром 100 мм выдерживает перекачку до 600 т расплава. Выпускают два варианта установок для транс-* портирования жидкого металла. Центробежный насос одной из установок подает из плавильной печи жидкий металл попеременно к четырем заливочным устройствам. Для этого насос поворачивают и его нагнетающую трубу соединяют с одним из четырех стационарных трубопроводов. Жидкий металл подают в любое заливочное устройство за несколько минут. При этом потери температуры металла составляют около 1 ℃ на каждый метр Длины трубопровода, В другой установке центробежный насос установлен стационарно, а колено нагнетающей трубы насоса поворачивается и соединяется с разными трубопроводами.
В установке для транспортирования жидкого металла фирмы Interatom (ФРГ) применяется магнитогидродинамический насос. Индуктор насоса размещается в керамической секции, погружаемой в ванну печи. Изменяя уровень и частоту тока в индукторе, регулируют скорость потока жидкого металла в канале насоса. Количество подаваемого металла контролируют по времени или посредством измерительных датчиков. Такие насосы используются главным образом при литье под давлением, литье в песчаные формы, а также при разливке металла в слитки. Преимущество таких насосов заключается в отсутствии движущихся частей и в простоте регулирования интенсивности подачи жидкого металла. Типовая мощность магнитогидродинамического насоса производительностью 8 т жидкого алюминиевого сплава в час составляет 12 кВ А.
Плавильно-раздаточные работы. В последнее время наметилась новая тенденция организации плавильно-раздаточных работ, основанная на сокращении расхода электроэнергии при использовании электропечей. У общепринятой системы централизованной плавки с подвозом жидкого металла к раздаточным печам имеются два существенных недостатка: потеря тепловой энергии и необходимость перегревать сплав в плавильных печах. Поэтому имеются пока лишь отдельные попытки децентрализовать процесс плавки и раздачи, а для сохранения высокого качества жидкого металла применять различные фильтры, а также использовать другие приемы. В массовом производстве рациональность данной схемы еще не проверена.
По зарубежнБЕМ и отечееФвенгашм даиншм, керели＞； жидкого алюминиевого еплава из плавильной печи в транспортные ковши и последующая заливка в раздаточные печи у маши聚 сопровождается интенсивным турбулентным движением металла. При переливах из плавильной печи в ковш и из ковша в раздаточную печь отношение поверхности струи к объему металла достигает максимального значения и значительная часть металла подвергается окислению воздухом, что приводит к увеличению потерь металла, появлению в отливке участков с повышенной твердостью, неметаллических включений и к повышенному браку отливок. Образование шлака при переливах и транспортировании жидкого металла может быть настолько интенсивным, что тщательно отра- финированный в плавильной печи расплав после второго перелива в раздаточную печь снова требует эффективной очистки.
Хорошие результаты дало использование электропечей сопротивления, расположенных непосредственно у литейных машин. Эти печи имеют различную вместимость, производительность расплавленного алюминиевого сплава составляет до 300 кг/ч, точность нагрева расплава ±5 ℃. При таких условиях плавки не образуются пары воды и, следовательно, окись алюминия и водород; отсутствует турбулентность движения металла (так как нет операции транспортирования); снижаются потери металла (исключены два перелива). В одном из цехов отказ от централизованной плавки и установка электропечей у машин дал существенную экономию за счет уменьшения потерь металла на 75—80 %, снижения брака в среднем на 10 %, улучшения обрабатываемости отливок вследствие отсутствия в них твердых мест и шлаковых включений, которые образуются в результате транспортирования и перелива металла [80].
Особого внимания заслуживают эксперименты, проведенные фирмой Hyatt Die Casting (США). Сравнивались работа газовой тигельной плавильной печи новейшей конструкции и работа электропечи сопротивления, эксплуатирующейся в цехе уже около года. Сравнение показало, что при использовании электропечи общие затраты на электроэнергию для плавки и выдержки алюминиевого расплава значительно ниже, количество шлаковых включений в пять раз меньше, стойкость тигля в два раза выше, чем при эксплуатации газовой печи. Принимая во внимание результаты экс пер иментов, фирма установила еще пять электропечей сопротивления. Все чушковые материалы предполагается расплавлять в электропечах сопротивления, находящихся у машин, а возврат собственного производства переплавлять в наклоняющихся печах сопротивления, а затем разливать в чушки.
В цехах литья под давлением для плавильно-раздаточных печей предполагается использовать тигли из карбида кремния, разделенные огнеупорной перегородкой на две части. В одну половину тигля погружается твердая шихта, а из другой половины вычерпывается металл для заливки машин. Такая конструк-
ция тигля резко уменьшает возможность попадания шлаковых включений в камеру прессования. Можно также применять специальную тигельную вставку с крышками, делящую объем тигля на две части, которые могут открываться и закрываться независимо друг； от друга. Стойкость тиглей из карбида кремния составляет в средаем около года, стойкость нагревательных элементов — 3——5 лет. Новые электропечи сопротивления высокой производительности оснащены необходимыми устройствами для работы в режимах поддержания температуры расплава, выдержки и перегрева расплава. При необходимости может производиться дополнительное плавление металла.
Отказ от централизованной плавки и ее проведение в новых усовершенствованных плавильно-раздаточных электропечах сопротивления непосредственно у литейных машин, по данным работы [80], обеспечивает следующие преимущества: существенное снижение энергетических затрат, трудоемкости обслуживания; значительное повышение качества расплава; улучшение санитарно-гигиенических условий труда (по сравнению с газовыми и мазутными отражательными печами); повышение безопасности работы и производительности труда; снижение простоев; уменьшение производственных площадей; возможность использования различных методов обработки расплава; уменьшение угара металла при плавке на 75—80 % (по сравнению с плазменными печами); улучшение качества расплава благодаря отсутствию продуктов горения в атмосфере плавильного пространства, поддержанию определенной температуры расплава в печи и отсутствии операции транспортирования расплава; повышение надежности работы цеха; облегчение перехода на изготовление отливок из другого сплава.
По данным В. А. Никогосова [57], в НПО «Атомкотломаш» была разработана, а на Таллиннском заводе «Ильмарине» им. 60-летия СССР использована технология получения отливок из сплава АЛ9 на роботизированном технологическом комплексе литья под давлением с использованием манипуляторов КОМ-5. При массе отливок 1——5 кг часовая потребность в жидком металле составила 100——260 кг, что не обеспечивалось одной плавильной печью ИАТ-0,1. Было предложено использовать две плавильные печи ИАТ-0,1, объединенные с раздаточной печью САТ-0,25 в плавильно-раздаточный модуль, работающий по гибкому режиму. При расходе комплексом в час 100 кг металла работает одна печь ИАТ-0,1, пополняя печь САТ-0,25 каждый час; при максимальном расходе (260 кг/ч) работают две печи ИАТ-0,1, выдавая плавку каждые 50 мин. При среднем расходе печи могут работать параллельно или по одной с частично разгруженными тиглями. В данном производстве металл плавится в печи ИАТ-0,1 / (рис. 9.1), затем по поворотному желобу 2 подается в печь САТ-0,25 3, в которой доводится до необходимой температуры. После этого доза сплава доставляется манипулятором-заливщиком 4 к ма-
шине 5 и заливается в камеру прессования .После кристаллизации в форме куст отливок извлекается манипулятором-еъемником 7, форма обдувается и смазывается манипулятором-смазчиком 6. За» грузку плавильных йечей, перелив жидкого металла в пе^ь САТ-0,25 и контроль за работой комплекса с помощью циклового прогр аммного устройства УЦМ-663 осуществляет один оператор-машинист.
В плавильном, зачистном и других отделениях цеха литья под давлением применяют шарнирно балансир ный мани пулятор мод.
МД160.48.01 МПО «Точлитмаш», который является универсальным средством механизации тяжелого ручного труда в условиях серийного и мелкосерийного производства. Особенность манипулятора ——ароматическое уравновешивание груза в любой точке рабочей зоны. Захват и транспортирование уравновешенного груза осуществляется рабочими, которые прилагают минимальное усилие только для преодоления трения в шарнирах. Манипулятор копирует и усиливает движение руки оператора. Его конструкция проста. Манипулятор состоит из рычажного разомкнутого многозвенного механизма консольного типа, на конце которого смонтирован пульт управления со сменными захватными устройствами, Привод манипулятора представляет собой двигатель постоянного тока, приводящий в движение силовой пар аллелогр амм с рычагами. Манипулятор поворачивается относительно колонны на 358°. Управление скоростью вертикального перемещения плавно осуше- стеляется с помощью рукоятки. Горизонтальное перемещение манипулятора осуществляется вручную. Его грузоподъемность 160 кгт число захватов 1, число рабочих перемещений (без пере- меидения захвата) 3.
ОРГАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТ
ПС ПЕРЕСМЕНЕ ПРЕСС-ФОРМ
Важным резервом снижения простоев при литье под давлением является внедрение приспособлений и систем автоматизированной пересмены пресс-форм. Уже накоплен зарубежный и отечественный опыт в этой области. До последнего времени пересмена производилась вручную без каких-либо специальных приспособлений, следствием чего являлись простои оборудования и оснастки, повышение трудоемкости, тяжелые и опасные условия труда. В последние годы ведущие фирмы комплектуют свои ма-
шины дополнительными устройствами для механизации и автоматизации пересмены пресс-форм.
Освоение процесса автоматизированной пересмены пресс-форм в литейных цехах включает в себя множество аспектов, в том числе организацию участка или рабочего места обслуживания машины с предварительным подогревом пресс-форм; использование новых подъемно-транспортных устройств; внедрение специальных приспособлений для механизированного (а в дальнейшем и автоматизированного) монтажа и демонтажа элементов форм; обеспечение машин устройствами для быстрого вытягивания колонн, перестановки камеры прессования по высоте и пр. Многие из этих вопросов рассматриваются в настоящем разделе с позиций максимального сокращения доли ручного труда и уменьшения простоев оборудования и оснастки. Элементы гибкой автоматизированной пересмены пресс-форм могут дать значительный эффект не только в своей совокупности, но и при поэтапном внедрении.
Подъемно-транспортные устройства для гибкой автоматизированной пересмены пресс-форм. В СССР для этой цели используют роликовые конвейеры, сменные вставки, устройства подогрева и другие элементы. Для быстрого поднятия и опускания пресс-форм фирма Prinze (США) выпускает специальные навесные или напольные конвейерные механизмы. Каждый тип машины снабжен оригинальной кареткой для транспортирования форм на роликах. Более экономичным во многих случаях является навесное устройство, так как для него не требуется дополнительной площади.
Для пересмены крупных пресс-форм в Японии вместо крана используют два варианта горизонтальной системы роликовых конвейеров. В одном случае это односторонняя система (рис. 9.2, а, б), а в другом — проходная система пересмены пресс-форм (рис. 9.2, в). С помощью роликовых конвейеров / вывозится отработанная пресс- форма и ввозится новая. Горизонтальная односторонняя система была разработана для пересмены пресс-форм при сравнительно малых площадях. На рис. 9.2, а показана последовательность рабочего процесса при односторонней системе: пресс-форма А снимается, а форма 3 устанавливается. Проходная транспортная система гибкой автоматизированной пересмены пресс-форм создана в основном для литейных машин большой мощности. Поскольку вывоз снятой пресс-формы осуществляется одновременно с установкой новой пресс-формы, затраты времени на пересмену можно уменьшить, особенно для тяжелых пресс-форм, где скорость транспортирования нельзя повышать значительно. В данных системах используются гидромеханические зажимы 3 пресс-формы (см. рис. 9.2, б) с самотормозящим клином. В случае, если при пересмене требуется пресс-форма другой высоты, зажимы сдвигаются в сторону с помощью перестановочного гидравлического цилиндра 4. Для соединения с машиной выталкивакмцего меха-
оо二二!二二!2 pggl=2 pggl=◎◎
о
о
二二!
二二!
2 pggl=
2 pggl=
◎
◎
в)
Рис, 92 Схемы участков ускоренной пересмены крупных пресс-форн по одностороннему (а, б) и двустороннему (в) вариантам
низма и вытягивания колонны используется специальное устройство 2 [95].
Для машин вертикальной компоновки была разработана си- стема гибкой автоматизированной пересмены пресс-форм, показанная на рис. 9.3, а (Заявка 58-65560 Япония, МКИВ22 D 17/22). Подготовка пресс-формы к работе проводится в единой раме машины. Затем влево одновременно перемещаются отработанная и новая формы, для чего используется гидроцилиндр 3 со специальным приспособлением. При этом наполнительный стакан камеры прессования располагается в форме. На плите / через направляющие колонны 9 закреплена верхняя неподвижная плита 8, несущая гидроцилиндр 7 механизма запирания пресс-формы. Верхняя полуформа 5 закреплена в промежуточной плите 6, жестко связанной с подвижной плитой /0, приводимой в действие штоком гидроцилиндра 7. В промежуточной плите 6 смонтирована плита 11 с выталкивателями 12 и /3. Нижняя полуформа 14 установлена на плите 4, соединенной со штоком гидроцилиндра 3. В нижней полуформе расположены камеры прессования 15 с прессующим плунжером 2. Вторая пресс-форма закреплена на плите /6, связанной со штоком гидроцилиндра 3. При замене формы, находящейся в рабочей зоне, гидроцилиндр 3 перемещается влево, при этом форма, закрепленная на плите /6, входит в рабочую зону и промежуточная плита /7 закрепляется на подвижной плите.
Элементы системы гибкой автоматизированной пересмены пресс- форм разработаны и внедрены фирмой Jdra Pressen (ФРГ) (Заявка 3140837 ФРГ, МКИ В 22 D 17/22). В данном случае на колонны навешивается промежуточная плита 20 (рис. 9.3$ 6, 6)* на кото-
рую предварительно вне машина монтируют полу формы 18 и 21 G частью элементов крепления к формодержателям вместе с наполнительным стаканом 25. Промежуточная плита с полу формами вводится в машину сверху. На плите имеются полубуксы, которые опираются на колонны 9 машины. На полуформах закреплены крепежные колодки /9, в которые затем вводятся клинья гидроцилиндров крепления полу форм. Для механизации и автоматизации операций имеется группа конечных выключателей А и других элементов электрогидравлического управления. Неподвижные плиты / и S связаны между собой колоннами 9, по которым перемещается формодержатель 20. Для зажима форм используются колодки 19 g клинообразным пазом 22. Нижние колодки 19 входят в отверстие 24 плиты 厶 в которой предусмотрены поперечные каналы 23. В последних перемещаются зажимные узлы (см. рис. 9.3, в). Это происходит при открытой форме. Для привода бокового зажимного узла 26, входящего в зацепление с клиновой поверхностью, используется гидроцилиндр 28 с поршнем 27. Привод механического зажимного узла согласован с общей схемой функционирования машины.
Элементы системы гибкой автоматизированной пересмены форм (Заявка 3215567 ФРГ^ МКИ В 22 D 17/22), которые показаны на рис. 9.3, г, включают специальные быстродействующие зажимы гидромеханического типа. Каждая полуформа крепится с помощью четырех быстродействующих зажимов. Для ускорения операций полуформы фиксируются на специальных промежуточных плитах 26, При выполнении операций пересмены полуформы скрепляются между собой с помощью скоб 25* На фор модер жател е / крепится колодка 32, имеющая скосы 31 для направления конца промежуточной плиты 26. Колодка 33 фиксирует промежуточную плиту 26, а вместе с ней и всю форму в вертикальном направлении. По осевой линии формодержателей крепятся две направляющие колодки, которые обеспечивают опускание промежуточной плиты 26. Крюки подъемно-транспортного устройства сочленяются с рым-болтами 30. Быстродействующий зажим включает гидравлический цилиндр (на рисунке не показан), шарнирно-рычажной механизм и сухарь, надежно прижимающий участок промежуточной плиты к фор модер жат ел ю машины, Для подключения шлангов жидкостной системы терморегулирования форм предусмотрены два блока (по одному блоку для каждой полуформы). Блоки монтируются внизу под пресс-формой. В другом варианте устройства промежуточная плита навешивается на выступающий фланец втулки и удерживается с помощью гидравлических зажимов без шарнирно-рычажного механизма.
Для подготовки пресс-формы к установке могут применяться подвесные подъемно-транспортные устройства с направляющими и опорными роликовыми кронштейнами [92 ]. Опорные кронштейны располагаются на колоннах примерно в центре массы. Зона подготовки пресс-форм должна располагаться вне плит ма- 346
шинб1. Размера це^и и других крепежных элементов выбиракгг такими, чтобы время перестановки было минимальным- При транс- портировании с помощью крана используют специальные захватные приспособления или транспортную тележку. Операции пересмена выполняются в следующей последовательности： 1) пресс- форма на опорных роликовых кронштейнах подвозится с помощью крана и вводится в пространство между плитами, пресс-форма раскрша; 2) роликовые кронштейны поднимаются над пресс-фор-- мой, пресс-форма закрыта; 3) устанавливается камера прессова™ ния; 4) производится механическое закрепление полуформ, подключаются вБггалниватель и система водяного охлаждения; 5) под- ключается система терморегулирования, вводится в действие система управления.
Благодаря опорным роликовым кронпггейнам сокращаются затрата времени на установку крупногабаритных пресс-форм, когда необходимо извлечение колонн. Последовательность операций следующая: 1) колонны вытягиваются; 2) пресс-форма вместе с наполнительным стаканом вводится сверху; 3) колонны вводятся в рабочее положение; 4) роликовые кронштейны опираются на колонны； 5) пресс-форма закрывается; 6) пресс-форма вместе с наполнительным стаканом автоматически передвигается в заданное положение.
Приспособления для ускоренного крепления пресс-форм. Приспособления для ускоренного крепления пресс-форм применяют вместо обычного узла крепления «прижим——болт с гайкой». Устройства для ускоренного крепления пресс-форм разработаны в ряде стран, в том числе в СССР, Японии и ФРГ. Гидравлические приспособления для ускоренного крепления пресс-форм с пружинной блокировкой довольно широко применяются в Японии, хотя в последнее вр(шя заменяются гидромеханическими устройствами. Схема устройства для ускоренного крепления форм приведена на рис. 9.4, а. Приспособление имеет корпус, в котором находится гидроцилиндр 3, внутри последнего перемещается прижимной шток & Последний прочно прижимает плиту-основание 2 к полуформе 1. Приспособление имеет блокировочные элементы, которые обеспечивают выдвижение прижимного штока даже в том случае, когда прекращается подача под давлением рабочей жид- кости от насоса в цепь 5 через переключаемый ручной вентиль 6 в цепи. В данном случае используется пружина 4 внутри корпуса гидроцилиндра. Предусмотрена также электрическая блокировка с конечным выключателем 7. Кроме того, рукоятка вентиля снабжена дополнительном пружинным фиксатором, исключающим возможность ее случайного поворота.
Гидравлическая схема достаточно надежна, давление устанавливается таким, чтобы сила, приложенная к узлу крепления, не превышала необходимую. Если хотя бы один из узлов крепления срабатавает не полностью, электроцепь машина разкшкаегся, что обеепечивает надежность и безопавновть.
Рис. 9.4. Устройство для ускоренного крепления пресс-форн:
@ — с гидравлическим зажимом и блокировкой; б ——g ручным приводом; е』@ мекаии-* ческим зажимом и блокировкой
Широко распространены унифицированные модульные зажима [98] различных типоразмеров (рис. 9.4, б). Для пресс-форм разных размеров используется комплект разнообразных унифицированных зажимов, совтоящих из болта 9, зажима пресс-формы 10, гайки 11, оси 12, опорного кронштейна 13. Усовершенствованные зажимы для крепления пресс-форм и упрощенный способ подогрева вставок разработаны и внедрены авторами.
При использовании устройства для снятия и установки пресс- формы в ряде случаев целесообразно унифицировать размеры плит-оснований форм для однотипных машин. Без унификации продолжительность пересмены пресс-форм с узлами крепления может не только не уменьшаться, а даже увеличиваться. Необходима высокая точность сопрягаемых размеров плиты-основания. Обычно подготовляют два комплекта (четыре штуки) плит-оснований. Однако фирма Prinze (США) предложила другое решение этой проблемы [98].
Гидравлические приспособления для ускоренного крепления пресс-форм изготовляет также фирма Trinlzi (Италия). Штоки четырех цилиндров заканчиваются скосом, который надвигается 348 -
на скошенную кромку 風jnrrsi крепления 風ревб-формк!. Гидравлические приспособления для ускоренного 原ре風пения форм внедрены и в СССР.
Для закрепления иолуформ не風олвзует酸я та通:же узел, oghob- ншми деталями которого являются втулка 6 внуфренними фигурными зубьями и етержень 6 соответетвующими вшетуиами. Смет- какие этих двух деталей осущеетвляется через Еоничеекие элемента. После емтаания происходит поворот втулки и зацепление. Для поворота может применяться Факже зубчато-реечное зацепление.
В США разработана конетрувдия зажимов (Пат. 4598574 США, МКИ В 21 D 37/04) и механизма их шривода для обееиечения быстрой 風ересменк! шресс-форм. Для крепления 風олуформ исиоль- зуютея четыре зажима, которые монтируются на формодержателе машины. Обойма иреее-формв! имеет наз, в 通оторквй входит сухарь 14 (рие. 9.4, 8). Колодка 20 е Т-образнввм ноеадочн^м учает- ком служит опорой и может йередвигатьвя в лазах формодержа- теля2/.
Колодка 20 связана в колодкой 17； что обевиечивает возможность их бовмевтного перемещения. Однако в ороцеесе регулирования они могут перемещаться самовтоятельно.
Винт 23 входит в зацепление g колодкой 20 и свободно проходит через отверстие в колодке 17. Для взаимной ориентации колодок используется винтовой узел. При вращении винта 23 узел крепления перемещается до тех пор, пока конец сухаря 14 не войдет в паз формы с полками 15 и )6. На последнем этапе перемещения колодка /7 останавливается, а продолжающееся вращение винта 21 приводит к тому, что цилиндрический стержень 22 нажимает на сухарь 14. Благодаря этому сухарь 14 нажимает на полку 6 пресс-формы!, осуществляя зажатие формы. Винты 18 регулируют момент остановки сухаря 14, что достигается при их соприкосновении с обоймой пресс-формы. Колодка 20 имеет такой же Т-образный посадочный участок, как и колодка /7, что позволяет им перемещаться вдоль формодержа- теля.
Гидромеханические устройства для ускоренного крепления пресс-форм были разработаны в виде модуля технического оснащения многономенклатурного производства. Машина комплектуется установкой подготовки стандартных пакетов, устройством замены пресс-форм, быстросменными пакетами* монтажной рамкой. Установка выполняет операции подогрева сменного пакета вне формблока (последний в это время эксплуатируется на машине), установки в формблок и крепление в нем подогретого сменного пакета, раскрепление и извлечение из формблока отработанного сменного пакета.
На рис. 9.5 показаны некоторые элементы устройства (А. с. 1230013 СССР, МКИ В 22 D 17/22)： обойма / g клином 3, прижим 5, толкатели 4, ФарельчаФБве пружина 7# гидроцилиндр пере-
{
Рис, 9.5。Элементы устройств, разработанные в СССР для полуавтоматической (以) и автоматической (б) пересмены пресс-форм
мещения клина со штоками 2 и датчики положения. Клин надежно крепит сменный пакет пресс-формы 6.
В СССР разработана, изготовлена и внедряется система сокращения времени пересмены iipecc-форм (А. с. 1266651 СССР, МКИ В 22 D 17/10). Машина 13 (рис. 9.5, б) имеет механизмы крепления полуформ //, /2, установленные на плитах —— формодер жател я х 8, 10. В системе используется гидроцилиндр прижима с закрепленной на его штоке планкой и гидро цилиндр поворота планки, связанного через зубчато-реечную передачу со штоком гидроцилиндра прижима. Устройство для скрепления полуформ 9 выполнено в виде стержня, установленного в неподвижной полуформе, на одном конце которого закреплена прижимная планка, работающая в сочетании с кронштейном на подвижной полуформе. На другом конце имеется скоба, входящая в зацепление с планкой механизма крепления неподвижной полу фор мы. При снятии пресс-формы с машины одновременно с отсоединением полуформ от плит-формодержателей происходит автоматическое сцепление полуформ между собой. При установке пресс-форм на машину их половины автоматически разъединяются в момент крепления к плитам-формодержателям. Приводом устройства для скрепления полуформ служит один из механизмов крепления полуформ.
Фирма HASCO (ФРГ) выпускает поршневой гидромеханизм, предназначенный для перемещения и фиксации в заданном положении полуформ, а также стержней и вставок на машинах ЛПД. Конструкция снабжена механическими фиксаторами, что исключает смещение поршневого штока без гидравлического воздействия на плунжер. Специальная обработка поверхностей деталей гидромеханизма гарантирует его долговечность. В нем исполь- 350 .
Рис. 9.6. Элементы устройств для пересмены пресс-форм, изготовляемые фирмой Freeh (ФРГ):
7— иаполиительиый стакаи； 2 一 вапирающие элементы; 3 о центрирующий и вапираю> щий стержни; 4 — запирающий цилиндр
зованы уплотнительные элементы^ сохраняющие работоспособность при нагреве до высоких температур.
Фирма Freeh (ФРГ) монтирует зажимы на формодержателях- плитах машины, создавая единую конструкцию. При этом используются элементы, показанные на рис. 9.6.
Для машин с усилием запирания более 1000 кН стандартные крепежные пазы расположены параллельно крепежным узлам. При необходимости оператор может крепить пресс-формы с помощью обычных сухарей. На машинах с горячей камерой прессования имеется по четыре зажима на каждой плите, а также четыре центрирующие и зажимные колонки на подвижной полуформе. Собранная пресс-форма предварительно фиксируется через углубление на неподвижном формодержателе посредством направляющих сухарей до того момента, пока пресс-форма не остановится. После предварительной фиксации пресс-форма надежно прижимается к плитам. На машинах с холодной камерой прессования из-за наличия наполнительного стакана четыре центрирующие и зажимные колонки крепятся к подвижной и неподвижной полуформам. Собранная пресс-форма поддерживается на двух нижних колоннах. Для крепления пресс-форм различных размеров используются гидравлические зажимные узлы. Усилие, необходимое для вытягивания сухаря, больше, чем для его перемещения вперед. Благодаря этому обеспечивается разжатие формы после ее длительной эксплуатации. Ход штока цилиндра контролируется конечными выключателями. Кроме того, предусмотрена возможность
0
Рис. 9.7. Схемы узлов быстрого соединения выталкивающей системы：
центральный выталкивающий стержень; 2 ~ втулка; 3 в пружинные шайбы； 3 — выталкивающий штырь
отсоединения сухарей с обратной стороны плиты. Если по каким- либо причинам отпадает необходимость в гидравлических зажимах, их можно снять с машины вместе с пресс-формой. Гидравлические зажимы получают рабочую жидкость от отдельного привода через перекрывающиеся вентили. Во избежание поломок машины гидравлическое давление измеряется, для' отключения машины предусмотрена блокировка с системой управления. Если произойдет случайное отключение давленияj зажимы останутся в рабочем положении.
Фирма Freeh (ФРГ) разработала систему быстр ©действующего подключения выталкивателей (рис. 9.7). Она особенно необходима для машин с горячей камерой прессованияs в которых имеется центральный выталкиватель (рис. 9.7, а). Если не прикладывается усилие, узел запирается пружинящими шайбами. Выталкивающий стержень может быть введен и выведен при подаче сжатого воздуха к втулке. На более мощных машинах выталкивающая плита пресс-форм присоединяется к четырем выталкивающим штырям. На рис. 9.7, б показан такой узел, который является более дорогостоящим, чем узел для машин с горячей камерой. Для обеспечения надежности выталкивающая плита выполнена из двух частей, каждая из которых имеет свой цилиндр. Ход запирания контролируется g помощью конечных выключателей.
Фирма Prinze (США) разработала и в настоящее время изготовляет широко распространенные в США унифицированные мо- 352 •
дульные зржимы различных типоразмеров. Фирма не применяет стандартизацию размеров пресс-форм, а использует различные унифицированные зажимы, которые приводятся в действие вручную или с помощью гидропривода^ обеспечивая требуемую надежность фиксации. Постоянного гидравлического давления на зажимы не требуется [98].
Другие механизированные устройства. Наряду с ускоренным креплением плит полуформ в некоторых случаях необходимо обеспечить быстрое соединение и разъединение плиты выгалкива- телей. Одна из внедренных конструкций для системы, приведен™ ной на рис. 9.7, включает плиту； которая непосредственно соеди- йена с выталкивающим цилиндром и имеет соответствующее окно для крепления выталкивающей плиты пресс-формы. На обратной стороне плиты имеется стопорный узел. Во многих случаях дополнительного крепления плиты выталкивателей не требуется.
В одном из вариантов гибкой системы автоматизированной пересмены пресс-форм два гидравлических цилиндра исполь- зуются для отжатия отработанной пресс-формы от фор модер жителей и камеры прессования. Отжимной цилиндр работает в сочетании с узлом простой конструкции.
Фирма Gather (ФРГ) изготовляет быстросъемное соединительное устройство, которое можно использовать для подключения гидравлических извлекателей стержней к пресс-форме. Это позволяет ускорить перестановку форм сложной конфигурации: вместо 12—15 ч требуется около 1 ч, а иногда и меньше. Быстросъемные распределители работают при повышенном давлении и темпера- туре до 150 ℃. Их можно использовать и для подключения таких дополнительных устройств^ как термор егу ля тор ы автономного типа и др. [100].
Устройство для быстрого смещения камеры прессования по высоте фирмы Prinze (США) базируется на использовании гидроцилиндра, смещающего камеру^ в сочетании с группой болтов с Т-образными головками. При этом обеспечивается не только быстрая переналадка, но и весьма жесткое и надежное крепление камеры прессования. Всю операцию переналадки с жесткими креплениями можно осуществи工ь за несколько минут. Важными элементами гибкой системы автоматизированной пересмены пресс- форм является конструкция машины и система ее управления, включая программирование скоростей и давлений, которые повторяются при эксплуатации вновь устанавливаемой пресс-формы.
Для быстрого и механизированного поднятия и опускания пресс-форм при пересмене фирма Prinze поставляет специальные навесные и напольные конвейеры со специальной кареткой для транспортирования пресс-форм на роликах. Фирма разработала систему быстрой переналадки роботов для литья под давлением.
Устройства для быстрого вытягивания колонн на машине являются элементами системы гибкой автоматизированной пересмены пресс-форм. Достигается возможность установки пресс-
々ирхза* К-ОЕО」々ирхза* К-ОЕО」/23/23Транспортирование форм крановТранспортирование форм крановРис. 9.8. Фрагмент планировки цеха литья под давлением:/ — машина для мойки деталей пресс-форм; 2 — дробеструйная кабина; 8 т участок подготовки пресс-форм; 4 — участок иагрева пресс-форм; 5 — сервисной участокРис. 9.8. Фрагмент планировки цеха литья под давлением:/ — машина для мойки деталей пресс-форм; 2 — дробеструйная кабина; 8 т участок подготовки пресс-форм; 4 — участок иагрева пресс-форм; 5 — сервисной участокпз-ухпз-ух
々ирхза* К-ОЕО」
々ирхза* К-ОЕО」
/23
/23
Транспортирование форм кранов
Транспортирование форм кранов
Рис. 9.8. Фрагмент планировки цеха литья под давлением:
/ — машина для мойки деталей пресс-форм; 2 — дробеструйная кабина; 8 т участок подготовки пресс-форм; 4 — участок иагрева пресс-форм; 5 — сервисной участок
Рис. 9.8. Фрагмент планировки цеха литья под давлением:
/ — машина для мойки деталей пресс-форм; 2 — дробеструйная кабина; 8 т участок подготовки пресс-форм; 4 — участок иагрева пресс-форм; 5 — сервисной участок
пз-ух
пз-ух
форм с уже смонтированными гидр а вли чес кими стержнеизвлекате- лями, а также особо протяженных пресс-форм. Следует отметить, что некоторые отечественные машины имеют элементы таких устройств, однако продолжительность их срабатывания еще велика. Быстродействующие узлы уже изготовляются в промышленно развитых странах. Продолжительность вытягивания колонн составляет десятки секунд. Столько же времени затрачивается и на обратную постановку одной или двух колонн. Колонны могут извлекаться одновременно или последовательно.
Для ускоренной пересмены пресс-форм и их обслуживания в некоторых случаях целесообразно создавать специальные участки или посты. Здесь возможно использование нескольких схем, одна из которых показана на рис. 9.8. По окончании эксплуатации пресс-формы должна иметься возможность ее тр а нс порт ир ования цеховым краном от машины на участок обслуживания. Следующая предназначенная для эксплуатации пресс-форма должна уже быть нагрета до требуемой температуры. Необходимо обеспечить возможность захвата пресс-формы. Высота здания выбирается из расчета возможности ввода формы в машину из положения над колоннами. На месте подготовки нужно хранить лишь формы.
предназначенные для эксплуатации в ближайшее время (площади литейного цеха нежелательно использовать для хранения форм). На стенде обслуживания необходимо иметь возможность быстрого поворота формы в горизонтальное положение с помощью специального опрокидывающего устройства. Удобный доступ к ос- настке и оборудованию g учетом последовательности операций по очистке формы, сервисных и монтажных работ ускоряют обслуживание. Моечная машина и пескоструйная установка для форм монтируются вблизи пункта подготовки пресс-форм.
Особое значение имеет пр ед вар ительный подогрев форм. Все шланги, связанные е нагревом, охлаждением и гидравликой, должнбй бдаь оснащенЕИ подвесными пр испособлениями с подвесными петлями и фасонными опорными роликами над центром масси пресс-формы.
При епуске пресб-формк на колонны машины с помощью опорных роликов достигается ее хорошая предварительная аксиальная центровка. Ролики также обеспечивают надежную подвеску пресс- формы. Кроме указанных преимуществ, достигаемых на месте обслуживания и подготовки формы к эксплуатации, в некоторых случаях возможно исключение операции извлечения колонн. При необходимости замены стакана во время эксплуатации вследствие поломки или износа имеется возможность использования заранее подготовленных узлов и специальных приспособлений.
Анализ операций, необходимых для пересмены форм, показывает, что доля времени на нагрев форм самая большая. Для крупногабаритных форм на эту операцию затрачивается 2——4 ч. Один из вариантов уменьшения времени нагрева — изыскание возможности нагрева формы вне машины на специальных подогревательных стендах. Как и на машинах, здесь целесообразно применять, в частности, жидкостные автотерморегуляторы.
В СССР разработан способ подогрева форм-вставок с использованием теплоты раздаточно-подогревательной печи. Он оказался весьма эффективен в условиях мелко- и среднесерийного производства.
В 90% случаев пересмену можно осуществить менее чем за 20 мин. Ускоренная пересмена технологической оснастки может осуществляться с использованием отдельных мероприятий или всего их комплекса, что имеет особое преимущество при исполь™ зовании ускоренной пересмены в условиях неавтоматизирован- ного производства, а также в случае частичной автоматизации и механизации технологического процесса.
Фирма Die Casting Machinery (США) с целью лучшего использования машинного времени и повышения качества отливок, получаемых в начальном периоде эксплуатации машин, иногда применяет предварительный подогрев каждой полуформы с помощью жидкостных автотерморегуляторов. Обоймы подогреваются до температуры 150 ℃, стержни ——до 120 ℃. При использовании двухзонных жидкостных автотерморегуляторов продолжитель-
ность подогрева составляет 2 ч. В процессе эксплуатации оптимальная температура форм достигается при использовании водяного охлаждения с автоматическим регулированием расхода. Решение проблем ускоренной пересмены является комплексным, включает совокупность транспортно-подъемных устройств, механизмов извлечения колонн для особо крупных пресс-форм, быстрого подключения всех коммуникаций, системы быстрой установки новых технологических режимов. Внедрение комплекса мероприятий по быетрой пересмене позволило одной из японских фирм сократить простои машин国 6 2,5 ч до 30 мин. В итоге можно сделать вывод, что внедрение комплекса мероприятий по автоматизированной пересмене форм дает значительные технико-экономические преимущества в части обеспечения гибкости производства, уменьшения простоев оборудования, улучшения условий техники безопасноети.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ЛИТЬЯ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Вопросы проектирования цехов литья под давлением охватывают весьма обширную и важную область производства, которую в настоящей работе можно рассмотреть лишь частично. Ниже описаны некоторые отечественные и зарубежные цехи с типичными проектными решениями.
Цехи массового производства небольшой номенклатуры алюминиевых отливок. Литейный цех Уфимского моторостроительного ПО, описанный в работе [44], рассчитан на выпуск в год около 20 тыс. т алюминиевых отливок литьем под давлением и в кокиль. Литьем под давлением получают тринадцать наименований деталей и литьем в кокиль ——четыре. В цехе установлены машины ЛПД фирмы Wotan (ФРГ) мод. ДМКН-2000 (14 шт.), мод. ДМКН-1100 (11 шт.), мод. ДМКН-900 (8 шт.) и мод. ДМКН-700 (3 шт.), а также машины фирмы Vihorlat Snina (ЧССР) мод. СОО-400/36 (11 шт.) и мод. СОО-250/16 (1 шт.), 10 полуавтоматических кокильных установок мод. ФМ-1 фирмы Fata (Италия) для литья поршней и 16 кокильных станков для литья блоков цилиндров.
Цех представляет собой одноэтажное шестипролетное (по 24 м) здание прямоугольной формы с размерами в плане 81 х144 м (рис. 9.9). Административно-бытовой корпус площадью 85 тыс. м2 размещен отдельно от цеха и связан с ним двумя подземными галереями. Общая площадь цеха 40 500 м2, в том числе производственная 18 500 м2. Цех оснащен 12 мостовыми кранами грузоподъемностью 1,0—20,0 т и 14 монорельсами.
Шихтовые материалы разгружаются из железнодорожнеях вагонов и укладываются в штабели на пол шихтового участка отделения первого цеха. Возврат собственного производства (литники, промквники) из отделений обрубки отливок блока цилиндров 4 356
Рис. 9.9. Скема цеиа по проивводству средник и крупны® отливо®
и обрубки остальных отливок 5 должен проваливаться через окна в нижней траверсе прессов на склизы и поступать на пластинчатый конвейер подвального помещения с последующим выходом в плавильное отделение. С пластинчатого конвейера через управляемый двухрядный загрузочный лоток возврат направляется в контейнер весового устройства. После заполнения контейнер с возвратом взвешивается, а затем подается на расположенный рядом склад. Расход свежих шихтовых материалов при плавке составляет 60%, остальное — возврат. В цехе используются два сплава: АЛ32 ——для литья под давлением (отделение 2), АЛЗО ——для литья в кокиль (отделение 3).
Применение сплава АЛ32 позволило получить отливки с повышенной герметичностью, которая проверяется в отделении контроля 6. Кроме того, в связи с применением этого сплава для остальной номенклатуры отливок отпала необходимость в термообработке. Производство отливок поршней сосредоточено в отделении Зив потоке с полным циклом производства, исключающим смешивание сплавов.
Плавильное отделение / оснащено восемью индукционными печами (вместимость 6 т) промышленной частоты мод. ИАТ-6М2 для приготовления сплава АЛ32, печами мод. ИАТ-2 и 5М1 — для приготовления сплава АЛЗО. Для контроля химического состава пробы из плавильного отделения доставляют в экспресс- лабораторию цеха пневмопочтой. Контроль осуществляется на спектрографе ДФС-10.
Каждая пара плавильных печей обслуживается наклонным электромиксером вместимостью 5,5 т. Сплав из плавильной печи
в миксер переливается по специальному желобу. После выстаивания в миксере расплав при температуре 740——750 ℃ перели- зае-гся в подогретый до 400-~450 ℃ поворотный ковш вместимостью 400 кг, установленный на электропогрузчике ЭМ-202г который транспортирует металл и разливает его по раздаточным лечам. Комплексное рафинирование сплава проводится в ковше при температуре сплава 720—730 ℃ таблетками гексахлорэтана и порошковым флюсом Л4ХЗ. В описываемом цехе создан автома- гический робототехнический комплекс. В его состав входят: машина мод. CL00-400/36, дозатор мод. МДН-6А, промышленный робот《Циклон-5》с устройством циклового программного управления УЦМ-30, система автоматического смазывания пресс-формы и пресс-поршня, пресс мод. К13004 для обрубки литниковой системы. Обрубной пресс с механизированным лотком принимает обрубленную отливку и сбрасывает ее в тару. Между прессом и машиной расположен робот с поворотной рукой, на одном конце которой находится захват для съема отливки и укладки ее в пресс, а на другом — форсунки смазывающей системы. Схема управления комплексом позволяет отливать детали как с участием робота, так и без него (при отладке формы или ее разогреве). Возможно также управление роботом и смазывающей системой с централь* ного пульта управления.
Для смазывания формы применяют устройство с автоматическими форсунками, вводящимися роботом между полуформами. В этом случае порядок работы комплекса следующий: при поступлении команды с УЦМ-30 приводится в действие система автоматического смазывания формы; после получения ответа об окончании смазывания командой с УЦМ-30 начинается цикл работы машины мод. CL00-400/36, в который входит автоматический цикл работы дозатора мод. МДН-6А. После окончания запрессовки металла и получения ответа об открытии формы командами с УЦМ-30 управляется робот, который производит захват отливки, ее съем с пресс-формы, вынос из разъема пресс-формы и укладку в пресс. Пр-и повороте руки робота от литейной машины системой проходных концевых ввтключателей контролируются наличие отливки в схвате руки и ее целостность. При возврате пресс-поршня в исходное положение приводится в действие его смазывающая система. ,
В цехе работает свыше 50 дозирующих установок типа МДН. Общий экономический эффект от их использования составил более 1 млн. руб. в год благодаря уменьшению безвозвратных потерь металла, расхода электроэнергии, вспомогательных материалов, запасных частей, общей трудоемкости и повышению производительности труда. Затраты при внедрении установок типа МДН взамен ручной заливки увеличиваются, а при замене ковшовых дозаторов уменьшаются.
В цехе предусмотрен учавток для заварки дефектов отливок 7. Имеетея учаеток ремонта преее-форм и их екладирования.
По драным В. В. Бузанова [17]^ в корпусе цветного литья КамАЗа предусмотрено изготовление отливок 80 наименований (средняя масса 0,64 кг, максимальная 7,2 кг) из сплава АЛ4 с годовой производительностью 13,5 тыс. т. Характерная особенность этого производства — использование АК， частично рассмотренных выше. Они включают раздаточную печь^ ковшовый дозатор, машину с усилием запирания 11 000, 7000 или 4000 кН; манипулятор для извлечения отливок из полости формы и подачи ее в бак с водой, пластинчатый конвейер для подачи отливок к гидропрессу усилием 300 кН, предназначенному для обрезки облоя и литниковой системы, устройство для автоматического смазывания формы и пресс-поршня; контактное устройство для контроля за извлечением отливки из полости формы, шкафы управления.
Для обеспечения надежности работы комплекса в автоматическом режиме и постоянства технологических параметров каждый АК снабжен электронной измерительной системой, которая контролирует все технологические режимы изготовления отливок.
Заливка металла из раздаточной печи в камеру прессования осуществляется механическим дозатором. Набор металла ведется через нижнее отверстие в ковше из глубины ванны, поэтому оксидные плены и шлаковые включения, находящиеся на поверхности металла, не попадают в раздаточный ковш.
Обрезка литников и облоя на стыке стержней ведется в штампе на гидропрессе. Загрузка осуществляется рабочим, а выгрузка отливок и скрапа автоматизирована: скрап по ленточному конвейеру, расположенному под полом цеха, поступает непосредственно к плавильным печам, а отливки — в сборную тару. Остатки заусенцев и облоя удаляются в дробеметных камерах и барабанах. Это позволяет ликвидировать участок ручной зачистки отливок.
Высокая производительность труда достигается за счет непрерывности технологического цикла, высокая эффективность производства —благодаря применению усовершенствованной системы управления (с использованием ЭВМ), планирования и организации производства.
Отличительная особенность цветно-литейного цеха цветного литья Алтайского моторного завода — стопроцентная механизированная заливка машин ЛПД с помощью пневматических дозаторов. Это еще одно убедительное доказательство многообразия равноценных инженерных решений одной и той же проблемы дозирования при ЛПД. По данным В. И. Душаткина и других авторов, в цехе используется только отечественное оборудование и прогрессивная технология. Основное оборудование находится на вторам этаже цеха, вспомогательное — на первом. Комплексная механизация и автоматизация производственных процессов предусмотрена на всех этапах ——от поступления шихтовых материалов до подачи готовых отливок на склад. Комплексная механизация
заливки ренина на основе АК литья в кокиль и под дав/гением. В цехе работает 100 таких АК. Такой АК состоит из автоматизированной кокильной машины или машины литья под давлением с дозатором, обрубным прессом и транспортными устройствами. Автоматизированы сборка и разборка частей кокиля или форм, заливка расплавленного металла дозаторами, выдержка его при кристаллизации^ съем отливок, их транспортирование.
Машины оснащены механизмами для автоматизации внемашин- ных операций. Все машины укомплектованы специальными прессами для обрубки облоя и литниковой системы. Все машинБК работают синхронно с автоматическими дозирующими установками мод. Д-250, Д-630. Модернизированные автоматические дозирующие установки выгодно отличаются от известных отечественных и зарубежных, в частности жидкий металл из ванн дозатора подается в форму по специально футерованному металлопроводу (вместо чугунного), при этом его стойкость выше в 30—35 раз; исключена необходимость дополнительного нагрева из-за низкой теплопроводности материала; усовершенствована принципиальная пневмосхема с авторегулированием дозы, что существенно повышает ее точность (до 3%); автоматические электронные приборы (типа КСП) регулирования температуры жидкого металла в дозаторе позволяют стабилизировать режим заливки формы.
Загрузка шихтовых материалов в плавильные печи полностью механизирована с помощью грузоподъемных механизмов и приводных роликовых конвейеров. Металл плавят в индукционных печах промышленной частоты мод. ИАТ-2,5 с автоматическим контролем и управлением от электронной аппаратуры типа АРИР, КСП. Жидкий металл транспортируется на участок заливки мостовыми кранами и подается в дозаторы.
По данным Е. И. Макарова и других авторов работы [4], на заводе тормозной аппаратуры ПО ЗИЛ в р. Рославле построен цех, предназначенный для обеспечения заводов ЗИЛ и КамАЗ фасонными отливками узлов тормозной аппаратуры. К отливкам предъявляют повышенные требования по размерной точности и герметичности (их испытывают под давлением 0,78—2,16 МПа). Здание цеха одноэтажное, его площадь 17 070 м2. Два поперечных пролета шириной 24 и длиной 96 м каждый заняты складом шихты и плавильным отделением (высота пролетов до подкрановых путей 11,5 м, до низа ферм 14,4 м). В четырех продольных пролетах размером 132,5 х24 м каждый размещены остальные производственные и вспомогательные отделения (высота пролетов до подкрановых путей 8,15 м, до низа ферм 10,8 м).
Система возврата отходов собственного производства из очистного отделения на склад шихты размещена в тоннеле на глубине 4 м, помещение для конденсаторных батарей плавильных печей размещено на глубине 5,2 м. Помещение для распределительных подстанций и силовых трансформаторов (кроме печных для пла- 360 *
№№и°°О°б°б°й№№и°°О°б°б°йSL.SL.2222212120 1918 1720 1918 17Рис. 9JO. Схема цеха по производству мелких отливоиРис. 9JO. Схема цеха по производству мелких отливоио减О。淞 ^оМоОсЫЖ'-о减О。淞 ^оМоОсЫЖ'-口呐硏继"叫О0З^Хдо；1№陶京口口 口口口『口呻口。口00。口。口。口。审口呐硏继"叫О0З^Хдо；1№陶京口口 口口口『口呻口。口00。口。口。口。审Q口口 0Q口口 0壬壬乃乃11121112哥0而肥逓哥0而肥逓ПЧПЧ6 7 6g 加6 7 6g 加^^14^^14□ □□О百5IF=^□ □□О百5IF=^轉1 口咁孤。哼轉1 口咁孤。哼16151615
№№и°°О°б°б°й
№№и°°О°б°б°й
SL.
SL.
22
22
21
21
20 1918 17
20 1918 17
Рис. 9JO. Схема цеха по производству мелких отливои
Рис. 9JO. Схема цеха по производству мелких отливои
о减О。淞 ^оМоОсЫ
Ж'-
о减О。淞 ^оМоОсЫ
Ж'-
口呐硏继"叫О0З^Хдо；1№陶京口口 口口口『
口呻口。口00。口。口。口。审
口呐硏继"叫О0З^Хдо；1№陶京口口 口口口『
口呻口。口00。口。口。口。审
Q口口 0
Q口口 0
壬
壬
乃
乃
11
12
11
12
哥0而肥逓
哥0而肥逓
ПЧ
ПЧ
6 7 6g 加
6 7 6g 加
^^14
^^14
□ □□О百5IF=^
□ □□О百5IF=^
轉1 口咁孤。哼
轉1 口咁孤。哼
1615
1615
вильного оборудования), приточных вентиляционных систем, бытовые помещения примыкают к цеху по всей его длине.
В основу организации производства положено максимально возможное применение поточных линий плавки, разливки металла, литья под давлением, очистки отливок с применением транспортных средств и систем, обеспечивающих бесперевалочную подачу отливок в единой таре на все технологические процессы как внутри цеха, так и к потребителям. Например, отливки от литейных машин в очистное отделение, на термический участок, на склад готовой продукции, в цех механообработки и на участки пропитки и гидроиспытаний транспортируются в единой таре размером 840 х640 х500 мм.
В цехе предусмотрено производство отливок из двух сплавов: алюминиевого сплава АК13 и из цинкового сплава ЦАМ4-1. В цех шихта подается в виде чушек автотранспортом. Затем чушки в таре подаются электропогрузчиками в специальные ячейки стеллажей / (рис. 9.10). На складе шихты расположены два стеллажа для чушек. Каждый склад оборудован одним опорным краном-штабелером 2 с телескопической колонной, вилочным захватом и кабиной управления. Алюминиевые отходы поступают на склад шихты из очистного отделения с помощью системы пластинчатых конвейеров 22，затем эти отходы прокаливают при 350 ℃ в агрегате прокалки 23 и загружают в тару. Цинковые отходы собирают пластинчатым конвейером в очистном отделении, перегружают в тару и электропогрузчиком транспортируют на склад шихты.
В плавильном отделении установлено пять индукционных тигельных печей 21 ИАТ-6М2 вместимостью 6 責 для плавки сплава
AK13 и две печи 18 ИАТ-1/0,4МЗ вместимостью 2,5 国 для плавки сплава ЦАЛ14-1. Со складов шихта в таре подается электропогрузчиками в плавильное отделение к загрузочным устройствам 7, расположенным у каждой печи. Грузоподъемное устройство — это лоток с вибратором, подвешенным на двух электроталях, передвигающихся по монорельсу. При подъеме, опускании и передвижении в зоне загрузки электротали работают синхронно, а в зоне загрузки (около печей) — раздельно, что необходимо для перехода лотка при его разгрузке из вертикального в наклонное положение. При необходимости включается вибратор лотка. Загрузка тары с шихтой производится электропогрузчиком на отметке пола в нижнем положении лотка. Загрузочное устройство управляется оператором с печной площадки с помощью подвесной кнопочной станции.
Для сокращения ремонтного цикла и увеличения производительности плавильных печей в плавильном отделении установлены два стенда 19 для ремонта печей ИАТ-6М2 и один стенд 20 для ремонта печей ИАТ-1/0,4МЗ. Для транспортирования печи ИАТ-6М2 на стенд предусмотрен мостовой кран 3 грузоподъемностью 294/49 кН. Съем печи для ремонта и установка подготовленной для плавки отремонтированной печи занимает 〜4 ч.
Сплав АК13 рафинируют жидким флюсом, приготовленным в флюсоплавильных установках 17, а сплав ЦАМ4-1 — хлористым цинком в ковшах. Жидкие сплавы от электропечей в отделении ЛПД транспортируют к литейным машинам в ковшах вместимостью 500 кг с помощью электропогрузчиков, .снабженных механизмами подъема, съема и поворота ковша.
В цехе установлено 77 машин 4, в том числе с холодной камерой прессования: машины фирмы Jdra (Италия) — мод. OL-180-12 (3 шт.), мод. OL-280-13 (15 шт.), мод. OL-380-14 (7. шт.), мод. OL-700-15 (7 шт.) — и машины фирмы Vihorlat Snina (ЧССР) мод. CL00-160/16-16 (3 шт.), мод. CL00-250/25-17 (4 шт.), мод. CL00-400/36-18 (3 шт.). Предусмотрено использование двух машин мод. OL/Z-60A-19 и пяти машин мод. CLT-160/10-20 с горячей камерой прессования. 、
Все машины фирмы Jdra (Италия) снабжены механизмом фирмы Rimrock для автоматического смазывания форм и механизмом фирмы Acheson для смазывания пресс-поршня. Они имеют также аппаратуру для нагрева и регулирования температуры форм и масла в машинах. При изготовлении отливок из алюминиевого сплава используют состав из 80% масла «Вапор» и 20% серебристого графита; при изготовлении отливок из цинкового сплава — машинное масло № 3 (нанесение через 2—3 запрессовки). Машины с усилием запирания 6,86 МН снабжены устройством для извлечения отливки из формы и укладывания ее в тару. Машины с усилием запирания 3,92 и 6,86 МН устанавливают вместе с автоматическими дозирующими установками мод. Д-250 вместимостью 250 кт. В камеры прессования машины меньшей
мощности сплав заливают вручную из электрических тигельных раздаточвых печей мод. САТ-0,25Х1 вместимостью 250 кг. Проектом цеха предусмотрено оборудование машин механическими дозаторами (масса дозы 0,5—5 кг). Над машинами ЛПД установлены вытяжные откидные зонты. Для замены пресс-форм на машинах и ремонта оборудования установлены электромостовые краны грузоподъемностью 49 кН с управлением из кабины. Для удобства обслуживания кабина крана расположена в середине пролета.
В отделении литья под давлением имеются места для складирования пресс-форм на поддонах. Для сложных форм предусмотрены стеллажи и кантователи для зачаливанйя и транспортирования краном. Машины расположены в пять поточных линий. Каждая линия оснащена подвесным грузонесущим конвейером (ПГК) 16 для транспортирования отливки в таре от литейных машин в очистное отделение, а также для возврата пустой тары к литейным машинам. Для транспортирования тары на ПГК смонтт小 рованы специальные подвес.ки. У литейных машин установлены двухрядные роликовые конвейеры 15 с тележками, позволяющими передавать тару с одного конвейера на другой.
Перед очистным отделением расположены пять межоперацио?^- них складов 5 для хранения тары с отливками на случай неравномерной работы отделения литья под давлением. Склада оборудованы кранами-штабелерами с управлением с пола. Тара с отлип* ками поступает на склады с ПГК и разгружается на однорядные роликовые конвейеры, а затем транспортируется кранами-шта€;е- лерами в ячейки стеллажей» В очистном отделении имеются кон вейерные многономенклатурные поточные линии 6, на котор齿》 производится обрезка литников и заусенцев по линии разъема, зачистка заусенцев, сверление отверстий и контроль отливск. Тара с литниками поступает к прессам 7 на ПГК и разгружается на роликовые конвейеры /3.
Все обрубные прессы в цехе установлены в очистном отдел нии. Обрезка литников и облоя производится на гидравлических четырехколонных прессах мод. К/3004. Литники и облой сбра сывают через проемы в полу и с помощью системы ленточные И пластинчатых конвейеров транспортируют на склад шихты, Зачистка заусенцев (в труднодоступных местах) и сверление отверстий в отливках производятся на верстаках 14, оборудованных пневмотисками и вытяжной системой. От прессов к верстакам отливки доставляются ленточными конвейерами. Для уменьшения ручных операций по зачистке используются виброгалтовочные машины 11 мод. ВМПВ-200 с механизированной загрузкой и выгрузкой отливок и галтовкой в жидкой среде.
После зачистки отливки из алюминиевого сплава термически обрабатываются в вертикальных конвейерных печах. Загрузка и выгрузка отливок в печь электропогрузчиками в оборотной, таре позволила ликвидировать двойную перегрузку отливок из тарк в поддоны и из поддонов в тару вручную. После термообработки
и контроля годные отливки транспортируются электропогрузчи- камн в таре на склад готовой продукции, оборудованный краном- штабелером 12 с управлением с пола.
В спектральной экспресс-лаборатории проверяют химический состав на приборе «Kwantowak 31000» (Франция) 9, Образцы из плавильного отделения в лабораторию и результаты анализа из лаборатории в плавильное отделение доставляются пневмопочтой. В рентгеновской лаборатории для выборочного контроля плотности отливок предусмотрена рентгентелевизионная установка 10 фирмы Zaifert (ФРГ). Разметка отливок проводится в разметочной на специальной разметочной машине 《Beta》 8 (ФРГ).
Для улучшения качества отливок и исправления дефектов (течи) предусмотрены участки пропитки деталей водорастворимой полиэфирной смолой ПН-301 отечественного производства и участок гидроиспытания деталей. Пропитка производится после окончательной механической обработки, поэтому участок расположен в отдельно стоящем здании и связан с главным корпусом системой подвесных толкающих конвейеров через галерею.
Ниже приведены данные по организации производства в одном из цехов японской фирмы Honde [96]. Парк машин четырех цехов подразделяется на три группы: машины малой мощности с усилием запирания 1500—3000 кН (9 шт.); машины средней мощности с усилием запирания 4000—8000 кН (26 шт.), машины большой мощности с усилием 10 000—22 000 кН (11 шт.). Годовой выпуск алюминиевых отливок на всех 46 машинах составляет 17 800 т. Другими способами литья ежегодно получают 5960 т.
Для устранения коробления отливок созданы следующие условия: равномерное охлаждение всех участков отливки, ее извлечение при стабильной температуре, минимальный смыв разделительного состава с поверхности пресс-формы. Наиболее эффективным средством повышения точности линейных размеров и уменьшения коробления является регулирование температуры пресс-формы. Для эффективного регулирования температуры пресс-формы применяется следующий принцип. Вся форма разделяется на несколько зон. Каждая зона снабжается индивидуальным датчиком температуры, автономной системой терморегулирования и другими приборами управления. Этим обеспечивается терморегулирование каждой зоны формы в зависимости от действующей тепловой нагрузки.
Уменьшение массы отливки иногда достигается использованием сложных стержней, однако часто это сопряжено с дополнительными расходами. При изготовлении мотоциклов широко применяют тонкостенные отливки. На моторных отливках по условиям эксплуатации иногда приходится применять отливки с более толстыми стенками.
Получение тонкостенных отливок обеспечивается применением оптимальной конструкции литниково-вентиляционной системы, 364 .
оптимальными сочетаниями таких технологических параметров» как температура пресс-формы, скорость впуска металла, продолжительность заполнения, давление прессования. Из всех пере» численных факторов наибольшее значение имеет температура пресс-формы: чем она выше, тем лучше условия заполнения рабочей полости пресс-формы. Для повышения температуры пресс- формы и ее поддержания применяют различные способы (см. гл. 8).
Комплекс рассмотренных мероприятий позволяет получать отливки высокого качества. Например, толщина стенок корпуса коробки передач 2—1,5 мм, наибольшая неплоскостность 0,2 мм9 толщина заливов не более 0,1 мм. Этот корпус имеет несколько тонких ребер.
На рис. 9.11 приведена планировка одного из цехов литья под давлением фирмы Honde (Япония).
Манипуляторы для переноса отливок снабжены универсальными зажимами, которые могут схватывать пресс-остатки независимо от их размера.
Для транспортирования вставок пресс-формы используется автоматизированное устройство, которое работает совместно с автоматизированным укладочным устройством. Устройство для смазывания подвижной и неподвижной частей пресс-формы работает в сочетании с ковшовым заливочно-дозирующим устройством. Разгрузочно-манипуляторное устройство обеспечивает извлечение куста отливок из пресс-формы и его укладку на вспомогательный скребковый конвейер. Обрезка облоя осуществляется на гидравлических прессах, установленных возле транспортирующих устройств. Склад отливок управляется с помощью ЭВМ.
В автоматизированном режиме отливаются, в частности, головки блока четырехтактного двигателя. При их изготовлении используются разовые стержни из хлористого калия. Из отливки эти стержни удаляются путем растворения в воде. Разовые стержни оформляют в этой отливке также выпускные и выхлопные окна сложной конфигурации.
Отливки четырехцилиндрового блока автомобиля Civic 1300 фирмы Honde производятся на машине с холодной горизонтальной камерой прессования типа Ube-2200. Масса отливки составляет 13,4 кг (масса детали 9,8 кг). Диаметр прессующего плунжера 140 мм, его скорость 2,8 м/с, п р о до л житель ность заполнения формы 0,15 с, давление на металл 8000 кН, стойкость пресс- формы НО 000 запрессовок, продолжительность литейного цикла 127 с, выход годного литья 65%, усилие запирания машины 22 000 кН. Повышенный процент брака относился преимущественно к результатам проверки на герметичность; после внедрения процесса пропитки брак сократился до 0,2%. Чтобы достигнуть высокой производительности при стабильном качестве, скорость впуска нужно выдерживать в пределах 30—100 м/с при низкой температуре заливаемого сплава. Используется достаточно высокое давление на металл. В рабочую полость формы металл впу-
Рис. 9.11. Схема цеха литья под давлением фирмы Honde (Япония):
/ — автоматнзираваииый склад； 2 ——отделение финишных операций； 3 —■ отделение литья под давлением; 4 — помещение для отдыха; 5 ——оборудование для циркуляционной системы водяного охлаждения пресс-форм; 6 — вентиляционное оборудование;
7 _ плавильное отделение; 8 — участок контроля отливок; 5 — участок обслуживания пресс-форм; Л — автоматизированное транспортирование отливок на механическую обработку; Б — поступление чушек металла
скается тонкоизмельченной струей. В этом случае после кристаллизации образуется пористость, однако она не оказывает влияния на эксплуатационные свойства отливок. Возможен и более благоприятный вариант бестурбулентного заполнения при малых скоростях и точном регулировании температурных параметров.
В рассматриваемом производстве внедрен анализ тепловых параметров пресс-формы с использованием трехмерной модели, в которой аналогом теплоты является электрическая проводимость. Оценка результатов проводится с помощью ЭВМ. Достигается возможность теоретического расчета зон охлаждения и нагрева. Проводятся также комплексные исследования техноло^ гических параметров и их связь с литниково-вентиляционной системой, условиями впуска, тепловыми и гидравлическими ха- р а ктер исти кам и. Изучается взаимосвязь условий впуска металла и продолжительностью кристаллизации отливки.
Для улучшения вентиляции рабочих полостей иногда вокруг некоторых элементов отливок, например возле очень тонких ребер, предусматривается утолщенный искусственный облой. Иногда он может удаляться при механической обработке отливок. А иногда при необходимости отливки получают практически без облоя.
Фирмой Honde и другими японскими фирмами внедрена особая технология получения отливок с мелкораспределенной пористостью с равномерно распределенными мелкими порами.
Обычно такие поры не влияют на эксплуатационные характеристики изделия. Более того, было обнаружено, что герметичность таких отливок более высокая, нежели у отливок с крупными порами или, раковинами.
Предупреждение образования крупных раковин достигается благодаря особым условиям высокоскоростного впуска, а также вакуумированием, применением кислорода, низкоскоростного впуска при получении утолщенных отливок. Низкоскоростной впуск комбинируется с направленным затвердеванием, достигаемым особым тепловым балансом различных участков пресс-формы.
Для быстрой перестановки форм разработаны гидравлические зажимы и другие приспособления. При изготовлении пресс-форм широко применяют электроэрозионные станки и станки с числовым программным управлением. Новая технология и оборудование улучшают качество отливок из алюминиевых сплавов, расширяют область применения, снижают их стоимость и трудоемкость изготовления.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ЛИТЬЯ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ МАГНИЕВЫХ И ЦИНКОВЫХ СПЛАВОВ
Цехи крупносерийного производства мелких и средних тонкостенных магниевых отливок. К рассматриваемой группе цехов относится отечественный цех производства отливок средней сложности для мотопил с годовым выпуском 500 т (рис. 9.12). В последнее время здесь освоено производство отливок мотопил с толщиной стенок 0,9—2,5 мм. В отличие от многих зарубежных цехов данный цех оснащен только машинами с холодными вертикальной и горизонтальной камерами.
В этом цехе машины работают с достаточно большими скоростями прессования — около 3 м/с (даже крупные машины с вертикальной камерой работают со скоростью прессования свыше 2 м/с). Простои машин с горизонтальной камерой прессования минимальны, у машин с вертикальной камерой часто выходят из строя поршни нижнего привода.
Опыт цеха показал, что брак чаще всего получается при неравномерной работе машины, когда нарушается налаженный ритм из-за колебаний температуры пресс-формы, давления в системе, интенсивности смазывания и т. д. Улучшенные условия прессования и стабильность режимов дали возможность сократить брак. Этому способствовало и использование современных мощных машин с подпрессовкой.
В цехе организован участок обрезки и зачистки отливок, имеющий конвейер, группу обрезных штампов, ряд приспособлений для механизации зачистных операций. В цехе внедрен совмещенный способ литья и обрезки отливок, который может быть рекомендован и для других цехов данной группы, если они не оснащены специальными автоматизированными комплексами литья и обрезки отливок.
出oLWJ.LbLh I出oLWJ.LbLh I7474оооооо4-5 6 7 8 9 W 11 1Z 134-5 6 7 8 9 W 11 1Z 13:叵 I叵 ;__-J:叵 I叵 ;__-J也о也о口 h口 h1515П ОООТП ОООТООООп оп ооо□□20 1920 191817 161817 16Рис. 9.12. Схема участка литья под давлением деталей мотопил:Рис. 9.12. Схема участка литья под давлением деталей мотопил:2 — машина мод. YDH-200; 2 — машины мод. DV-250; 3 —- ремонтный участок; 4 — машины типа DV-150; 5 — межоперациоиный склад отливок； 6 — галтовочный барабан; 7 ——запасной выход； 8 — ленточная пила; 9 ——рабочий стол с фрезерным приспособлением; 10 — верстаки; J/ —— ленточный конвейер зачистного участка； 12 — стол контролера; /3 •— разметочная； 14 ——машина мод. 71109; 15 — склад готовой продукции и арматуры; 16 — стол мастера; /7 — место ремонта пресс-форм; 18 — место заточки пил; /9 — стеллажи для ремонтируемых пресс-форм; 20 — стеллажи для рабочих пресс-форм; 21 — машины мод, DV-500; 22 — машины мод. DS-250; 23』конденсаторная; 24, 25 ~ кладовые для хранения соответственно флюса н масла2 — машина мод. YDH-200; 2 — машины мод. DV-250; 3 —- ремонтный участок; 4 — машины типа DV-150; 5 — межоперациоиный склад отливок； 6 — галтовочный барабан; 7 ——запасной выход； 8 — ленточная пила; 9 ——рабочий стол с фрезерным приспособлением; 10 — верстаки; J/ —— ленточный конвейер зачистного участка； 12 — стол контролера; /3 •— разметочная； 14 ——машина мод. 71109; 15 — склад готовой продукции и арматуры; 16 — стол мастера; /7 — место ремонта пресс-форм; 18 — место заточки пил; /9 — стеллажи для ремонтируемых пресс-форм; 20 — стеллажи для рабочих пресс-форм; 21 — машины мод, DV-500; 22 — машины мод. DS-250; 23』конденсаторная; 24, 25 ~ кладовые для хранения соответственно флюса н масла
出oLWJ.LbLh I
出oLWJ.LbLh I
74
74
о
о
о
о
о
о
4-5 6 7 8 9 W 11 1Z 13
4-5 6 7 8 9 W 11 1Z 13
:叵 I叵 ;__-J
:叵 I叵 ;__-J
也
о
也
о
口 h
口 h
15
15
П ОО
ОТ
П ОО
ОТ
ОО
ОО
п о
п о
о
о
□
□
20 19
20 19
1817 16
1817 16
Рис. 9.12. Схема участка литья под давлением деталей мотопил:
Рис. 9.12. Схема участка литья под давлением деталей мотопил:
2 — машина мод. YDH-200; 2 — машины мод. DV-250; 3 —- ремонтный участок; 4 — машины типа DV-150; 5 — межоперациоиный склад отливок； 6 — галтовочный барабан; 7 ——запасной выход； 8 — ленточная пила; 9 ——рабочий стол с фрезерным приспособлением; 10 — верстаки; J/ —— ленточный конвейер зачистного участка； 12 — стол контролера; /3 •— разметочная； 14 ——машина мод. 71109; 15 — склад готовой продукции и арматуры; 16 — стол мастера; /7 — место ремонта пресс-форм; 18 — место заточки пил; /9 — стеллажи для ремонтируемых пресс-форм; 20 — стеллажи для рабочих пресс-форм; 21 — машины мод, DV-500; 22 — машины мод. DS-250; 23』конденсаторная; 24, 25 ~ кладовые для хранения соответственно флюса н масла
2 — машина мод. YDH-200; 2 — машины мод. DV-250; 3 —- ремонтный участок; 4 — машины типа DV-150; 5 — межоперациоиный склад отливок； 6 — галтовочный барабан; 7 ——запасной выход； 8 — ленточная пила; 9 ——рабочий стол с фрезерным приспособлением; 10 — верстаки; J/ —— ленточный конвейер зачистного участка； 12 — стол контролера; /3 •— разметочная； 14 ——машина мод. 71109; 15 — склад готовой продукции и арматуры; 16 — стол мастера; /7 — место ремонта пресс-форм; 18 — место заточки пил; /9 — стеллажи для ремонтируемых пресс-форм; 20 — стеллажи для рабочих пресс-форм; 21 — машины мод, DV-500; 22 — машины мод. DS-250; 23』конденсаторная; 24, 25 ~ кладовые для хранения соответственно флюса н масла
По данным В. В. Вилкова и других исследователей, при разработке новых технологических процессов и проекта цеха массового производства отливок основной задачей являлось увеличение производительности труда за счет автоматизации при одновременном повышении качества отливок. Ограниченная номенклатура деталей (шесть наименований) в сб'четании с массовым характером производства обеспечила эффективность полной автоматизации рабочего цикла.
В результате анализа конструкций и характеристик различных типов основного оборудования было установлено, что специальные машины с горячей камерой прессования наиболее полно удовлетворяют всей совокупности требований массового производства отливок из магниевых сплавов.
Для массового производства деталей по разработанному технологическому процессу предусмотрена установка роботизированных комплексов, состоящих из машин с горячей камерой прессования и автоматических манипуляторов для полной автоматизации рабочего процесса, включая удаление литниковой системы и облоя на гидравлических прессах. Применение машин с горячей камерой прессования потребовало изменения традиционной схемы 368
приготовления и разливки металла. Приготовление расплава осуществляется теперь непосредственно в плавильно-раздаточной печи машины. В процессе приготовления расплава догрузка печей производится чушками свежего сплава и возврата в соотношении 1 ： 1. Печь оборудована устройством контроля уровня металла, сигнализирующим об отклонении уровня расплава от установленных предельных значений.
Использование газовой защиты металла в процессе его расплавления и разливки потребовало применить конструкцию печи с герметичной крышкой. Защитный газ под давлением примерно 50 кПа подается в пространство между зеркалом металла и крышкой печи, а также в сифон. Для создания защитной атмосферы применяют шестифтористую серу (элегаз), предварительно смешанную е воздухом, или сернистый ангидрид в чистом виде.
Автоматизированная обрезка отливок в штампе производится в горячем еостоянии (без предварительного охлаждения), что увеличивает производительность комплекса за вчет исключения операции охлаждения.
Основным агрегатом комплекса является машинш мод. OL/Mg 150 фирмы Jdra (Италия), еозданная специально для производства отливок из магниевых сплавов.
Для автоматического смазывания и обдувки воздухом форм используется установка фирмы Acheson (США) стационарного типа с двумя независимыми циклами для подвижной и неподвижной полуформ. Распылительный узел устройства состоит из четырех блоков сопл с поворотными кронштейнами и зажимами для крепления на плитах машины. Система управления позволяет регулировать продолжительность цикла смазывания. Процесс литья основан на смазывании формы водорастворимой смазкой DAO 5295 фирмы Acheson.
Обрезной пресс выполнен по четырехколонной схеме g гори- зонтальнБЕМ разъемом. Пресс оборудован устройством g пневмоприводом для удаления из рабочего пространства штампа отливок, выталкиваемых гидровктгалкивателем из верхней половины штампа на лоток устройства. Штамп снабжен электроконтактным пневматическим устройством, контролирующим правильность установки роботом куста отливок в штамп и дающим команду на рабочий ход пресса. После обрезки отливка удерживается в верхней половине штампа, откуда вБггалкиваетея на подвижней лоток и при обратном ходе лотка сбрасывается в тару.
Примером цеха на базе машин g горячими камерами прессования для магниевых сплавов служит цех фирмы Stihl (ФРГ) (рис. 9.13). Он имеет годовую проектную мощность 2000 т отливок массой 12——600 г. Размеры здания первой очереди* 105x25 м. На 2/3 этой площади предусмотрены подвальные помещения для коммуникаций и других целей.
Машины размещены на участке размером 25x25 м. Слева и справа от этого участка расположены отделения изготовления
4 IT4 IT夕夕加加力/力/勿勿必必开开苑苑OWZOWZ曰曰□□□□^^FF片片〃函S3〃函S3為為££££斤2斤2bbLEJ @ BTST□□百LEJ @ BTST□□百-MW-MW°圜-豳口°圜-豳口m е₽m е₽4Z 4/ 勿^ 国刃Л4Z 4/ 勿^ 国刃Л
4 IT
4 IT
夕
夕
加
加
力/
力/
勿
勿
必
必
开
开
苑
苑
OWZ
OWZ
曰
曰
□
□
□
□
^
^
F
F
片
片
〃函S3
〃函S3
為
為
££
££
斤
2
斤
2
b
b
LEJ @ BTST□□百
LEJ @ BTST□□百
-MW
-MW
°圜-豳口
°圜-豳口
m е₽
m е₽
4Z 4/ 勿^ 国刃Л
4Z 4/ 勿^ 国刃Л
Рис. 9.13. Схема планировжи це®й фирма Stihl (ФРГ):
1 — литейный участок; 2 — печь; 3 —• электроэрозноиныЙ станок; 4 — измерительная лаборатория; 5 — ремонтная мастерская; ^ ——помещение для Мастеров； 7 — разметочная плита； 8 ——установка для промывки отливок； 9 ——установка для просвечиваиня; 10 ——помещение для слесарей-ремонтников； 11 — пункт выдачи чертежей; 12 — пункт выдачи инструмента н штампов; 13 ——полки для инструмента н прнрпособл^ннй; 14 —— рампа; 15 — сварочная кабина; /6 —- пункФ предварительной подготовки оснасвкн; 17 — шлифовальный станок; 18 — круглошлифоцальишй сванок; 19 — рабочий стол; 20 — пункт? ручной упаковки; 2，一 окончательний контроль; 22 — пункт опрессовки отливок； 23 — сверлильншй станок; 24 ：亠 копировально-фрезерный станок； 25 — npfeGG； 26 — фрезерный станок； 27 ——камерная печь; 28 — тоя^цый станок; 29 — строгальный станок; 30 — машина мод. OL/Mg 300; 3/ — пункт выДачн отливок； 82 ——машина мод. DAM-100; 33 — ленточный конвейер; 34 — водяной бак для охлаждения отливок; 35 — печь для переплавки отходов; 36 — токарный саанбк； 37 ——лейточно-копировальный станок; 38 — у^абвок вверлнльн^к н полировальных станков; 35 — алектрошнни： 40 — вибромашина; 41 — вагрузочнов уотройвтво; 42 — участок полкровавня; 43 — вклад ротовой продукции
форм, финишной обработки и контроля отливок. При освоении первой очереди эксплуатировали семь машин с горячей камерой прессования с усилием запирания 1000, 1500 и 3000 кН в трехсменном режиме. Машины установлены в кабинах, в каждой из которых предусмотрены средства тушения пожара. Реальная часовая производительность на машинах составляет 120—150 запрессовок. Этому способствует совершенствование транспортных операций. Рабочий у машины навешивает отливку с литниками на крючок конвейера, который доставляет их на пункт обрезки.
В цехе применяют системы обогрева преимущественно с автономными масляными терморегуляторами и водяные системы охлаждения, в которых вода проходит через электромагнитные клапаны. С учетом особенностей машин с горячей камерой прессования применение газовых плавильно-раздаточных печей в условиях данного цеха оказалось наиболее экономичным. Рабочий периодически обходит все машины и в течение короткого промежутка времени (до 15 мин) догружает все печи слитками.
Срок службы камеры прессования превышает 3 месяца. Предусмотрен индукционный обогрев заливочного мундштука, поддерживающий его температуру с точностью ±10 °C. Прессующий плунжер, снабженный стеллитовыми поршневыми кольцами без прорези, выдерживает до 80 тыс. запрессовок (высота кольца 20 мм, толщина 4 мм, зазор по диаметру камеры 0,04 мм).
Цехи литья мелких отливок из цинковых сплавов. По данным Е. И. Соколовского [66], на горячекамерных автоматах налажен массовый выпуск сложных высокоточных моделей автомобилей. Используются машины с усилием запирания 100 и 400 кН. Безотказная работа автоматики машин, обеспечивающая смазывание форм, дозирсжание жидкого металла, извлечение отливок механическим способом в сочетании с высоким качеством форм позволяет оператору визуально контролировать ход производственного цикла и обслуживать одновременно две-три машины. Декоративная отделка отливок с использованием высокотемпературных эмалей требует особенно тщательной доводки литниковых систем форм, обеспечивающих хорошую их вентиляцию для получения более плотных отливок е высоким качеством поверхности. Прочность и пластичность отливок достигается применением особо чистых исходных материалов для приготовления расплава.
Формообразующие детали форм изготовляются холоднбгм выдавливанием. Это позволяет в несколько раз снизить трудоемкость их изготовления, а также обеспечить точность конфигурации и размеров при изготовлении новой серии пресс-форм или отдельных деталей к ним. Окончательное выдавливание формообразующих поверхностей проводится на гидравлическом прессе мод. П7640 усилием 10 МН. Он имеет большой диапазон технологических режимов, удобен и надежен в эксплуатации, легко пере- налаживается.
4500
Рис. 9.14. План автоматавированного участка с двумя литейными машинами с горячими камерами прессования:'
/ — неподвижный формодержатель； 2 — съемник отлнвок радиального тниа; 3 — горн- эонтальный обрубной пресс; 4 — контейнер для обрубленных отлнвок； 5 — контейнер для облоя н брака; б — боковой подвижный механизм смазывания пресс-форм； 7 — конвейер для отлнвок； 8 — обрубной пресс с ручным управлением
Через каждые 30—50 тас. запрессовок проводится профилактический ремонт форм, предусматривающий устранение облоя, зачистку и полировку формующих элементов, устранение задиров в подвижных частях, замену выталкивателей, формующих знаков, литниковых втулок, а также обязательный изотермический отпуск формующих элементов форм при температуре 500 ℃ в течение 6 ч в защитной среде (прокаленная чугунная стружка или дробь).
Современные цехи ЛПД средних и крупных отливок из цинковых сплавов оснащены машинами с горячей камерой прессования. Характерней пример — автоматизация двух машин литья под давлением в горячей камерой прессования и запирающим усилием 1250 кН [861. Требовалось обеспечить максимальное снижение себестоимости продукции и высокую гибкость производства. При выборе метода автоматизации обращалось внимание на последующие операции ——обрубку и механическую обработку. Анализ номенклатуры изготовляемых отливок показал, что одна машина при двухсменной работе может быть полностью загружена отливками четырех наименований, что создает хорошие условия для ее полной автоматизации (применедия автоматического съемника отливок и обрубного пресеа фирмы Trimmat). Другая машина полностью загружается отливками, выпускаемыми небольшими партиями. Это обусловливает частичную автоматизацию с применением съемника отливок, существующего обрубного пресса с ручным управлением и автоматической системой смазывания пресс-форм.
План ^автоматизированного участка показан на рис. 9.14. Обрубнойяаресс обслуживает рабочий, который наблюдает также за работой всего автоматического оборудования. Литейные машины свабжены автоматическими быстродействующими съемниками отладок■ радиального типа с циклом_ работы 3,2 с. Быстродействие увеличивается благодаря тому, $о отливка из машины движется вверх, в результате чего не нужно открывать защитное ограждение машины. Это, а также быстродействие съемника обусловило сокращение цикла литья на 12%. На литейной машине I установлен съемник отливок, которой расположен на высокой стойке и не затрудняет доступ к машине и пресс-форме. Литейная машина П обслуживается автоматической установкой для извлечения, охлаждения и обрубки отливок. Она включает съемник отливок радиального типа и горизонтальный обрубной пресс g встроенной в него системой охлаждения отливок. Горизонтальное расположение пресса и вертикальный разъем обрубного штампа позволили решить одну из наиболее трудных проблем автоматизации литья под давлением — удаление облоя — под действием силы тяжести. Кроме того, пресс оборудован системами воздушного обдува и душевого жидкостного охлаждения, в помощью которых из-под штампа удаляются даже мельчайшие частицы облоя. В охлаждающую жидкость вводят добавки, увеличивающие срок службы режущего инструмента и улучшающие качество обрезки отливок. Возможно также введение антикоррозионных или обезжиривающих добавок.
После обрубки отливка и облой разделяются гидравлическим выталкивателем обрубного пресса, соединенным с разгрузочным желобом. При установке небольших захватывающих элементов даже ажурные отливки на желобе отделяются от облоя без повреждения поверхности и поступают на ленту конвейера. На каждой литейной машине установлены боковые подвижные механизмы для опрыскивания пресс-форм смазывающим материалом. Их можно программировать на два цикла смазывания и один цикл обдува, они легко переналаживаются.
Уже через несколько недель были достигнуты проектные показатели. Ниже приведеннЕ некоторые технико-экономические показатели при двухсменном режиме работы (200 дней в году) данного автоматизированного производства (в числителе прив^н^ значения при обслуживании вручную, в знаменателе — при автоматизации). "
Срок службы, лет . . . . 8
Коэффициент использования оборудования,既 65/77
Экономия зарплаты при автоматизации,畅 70
Затраты времени на обслуживание, %100/81
Годовой выпуск отливок, тыс. шт. .. . 344/451
Относительная стоимость одной отливки, ®100/72
Интересен опыт фирмы Precision Diecasting (Англия) в организации выпуска безоблойных отливок. С целью повышения
373
качества пресс-форм широко применяются электроэрозионные станки, копировально-фрезерные с ЧПУ и др. С целью облегчения процесса обрезки применяются тонкие питатели, которые после обломки не оставляют следа на отливке. В данном произ^ водстве используются автоматические машины литья под давлением 広 пневматическим привода на 50——100 кН. Достигается производительность 60 запрессовок в минуту. Более крупные отливки получают на машинах литья под давлением g горячей камерой прессования фирмы ЕМВ8 (Великобритания) с усилием запирания 200——250 кН. Продолжительность холостого цикла —— 2 с, с помощью гидравлического выталкивателя можно извлекать отливку из пресс-формы до срабатывания боковых стержней, выталкиватели вытягиваются назад перед закрытием пресс-формы. Некоторые машины укомплектованы дополнительными узлами с целью увеличения давления на металл на 48% и производительности насоса на 20%. Благодаря этому можно уменьшить размер питателей с целью сокращения объема финишных операций. Для проверки размеров и конфигурации отливок используются измерительные устройства на базе ЭВМ, которые могут выдавать информацию в графическом виде. Возле каждой машины установлен блок приборов с ЭВМ.
Цехи литья медных сплавов. При литье под давлением латуни, по данным Б. С. Глазмана [25], в ПО «Ростовсантехника» была проведена модернизация машины мод. А711А08, обеспечившая повышение производительности и надежности, а также удобство эксплуатации дозатора мод. ДМ4. Также были созданы устройства для смазывания пресс-форм и съема отливок. Роботизированный комплекс на базе модернизированной машины обеспечил производительность более 100 запрессовок в час при производстве латунных отливок.
В условиях полной автоматизации околомашинных операций стойкость пресс-форм по сравнению с работой вручную повысилась в 1,6—1,8 раза, причем эта стойкость отличается стабильностью. Это объясняется постоянством температуры стенки вкладыша и пресс-формы на протяжении всего процесса литья. Кроме того, резко сокращается нагар (осаждение окиси цинка). При первом варианте исследований форму чистили через каждую смену (через 1000 ударов), а при полной автоматизации околомашинних операций — через две емены, что также сказывается на стойкости пресс-формы.
Только полная автоматизация околомашинных операций при литье под давлением медных сплавов дает возможность увеличить стойкость пресс-форм в 1,8 раза при одновременном повышении производительности труда, сокращении безвозвратных потерь металла, резком улучшении условий труда. При этом автоматизацию околомашинных операций необходимо сочетать с термостатированием пресс-форм. Использование автоматизированного комплекса для грувпБ! прее@-форм также впоеоботвует иовБЛпению их ®той- 374
кости. Так, стойкость пресс-формы корпусов смесителей двух типов без автоматизации околомашинных операций равна соответственно 31 и 30,2 тыс. запрессовок, а с автоматизацией — 60 и 48,5 тыс. запрессовок.
ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАЧИСТНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Удаление литников и облоя с отливок является одним из узких меет в цехах ЛПД. При выполнении этих операций вручную требуется организация специальных обрубных отделений, в которых число рабочих в 1,5—2,0 раза превышает штаты плавильных и литейных отделений. В очистных отделениях механизацию операций ведут в следующих направлениях:
применение гидравлических быстроходных прессов, двусторонних шлифовальных станков типа СПС-20, легких сверлильных станков и другого стандартного и нестандартного оборудования;
применение современного оборудования для гидравлической и виброабразивной очистки отливок;
проектирование одновременно с формами обрезных штампов, собираемых иногда из нормализованных элементов, пневматических приспособлений для ломки литников, универсально-сборных приспособлений для зачистки заусенцев на специальных станках и обрезки литников на пилах, ручных или механизированных зажимных приспособлений для мелких деталей сложной конфигурации;
применение высокопроизводительного оборудования (опиловочно-заточных ыахгхт с гибким валом, пневматических шлифовальных машин типа iАР-06, электро- и пневмодрелей, изготовляемых нашей промышленностью специально для зачистки и отделки литья, и др.).
Применение в мелкосерийном и еерийном производстве перечисленного оборудования, приспособлений и инструмента экономически выгодно в том случае, если они универсальны и их можно легко переналаживать для отделки любых деталей. Специальная оснастка оправдывается только при массовом производстве отливок.
При правильном проектировании и изготовлении форм и надлежащей отладке процесса литья под давлением зачистные операции в большинстве случаев сводятся к удалению литников и облоя. Часто целесообразно изменять конструкцию литой детали, чтобы упростить обрубные и отделочные операции или удешевить оснастку.
Снижение трудоемкости зачистных работ во многом зависит от правильно выбранного технологического процесса изготовления детали и надлежащей зачистки форм. В ряде случаев вместо зачистки облоя выгодаее применять станочную механическую доработку. Например, для удаления пленки в отверстиях иногда лучше их досверливать. То же относится и к некоторым пазам, удалению облоя путем снятия фаски и т. п.
9.1. Техническая характеристика обрезных прессов
Параметр
Модель обреэноро пресса
П16А
П20
К13004
пзо
П60
Усилие, кН: запирания пресс-формы
До 2500
—-
10 000
До 20 000
обслуживаемой машины обрезки
160
200
200
300
600
гвдроциливдров выталки-
5
—
—
—
—
вания обратного хода
Расстояние, мм: между колоннами
530X530
630X630
850X850
1200X1000
между нижней и подвиж-
800
800
950
1000
1200
ной плитами наибольшее Ход подвижной траверсы,
400
400
600
650
800
мм
Габаритные размеры пресса, мм:
длина
2020
2020
2030
3325
ширина
1400
1400
2160
2260
высота
2490
2490
4360
—
5000
Иногда механичебкая обработка отливки по плоскости разъема обходитбя дешевле, чем ручная опиловка по контуру. При этом для механической доработки отливок следует применять легкие быстродейбтвующие приспоеобления и соответствующее оборудование.
Весьма важншм является и вопров об обоенованных требованиях к внешнему виду отливок. Практика показывает, что в ряде случаев тщательно зачищаются и те места отливки, которые ёео роду своей работа могут оетаваться незащищеннеши. Так, например, в США отливки побтупают на сборку с некоторЕами незачищеннБши учабтками, которое находятея внутри изделия. В то же время наружное иоверхноети подвергаются очень тща- тельной зачиетке и полированию.
Обрезка литников и облоя в штампах. Такой способ механизированного удаления облоя и литников является основным. В СССР налажен еерийнкгй вншуак ©овременных обрезнж превеов (П16А, П20 и др.), которые можно элективно иепользовать как в паре с машиной ЛПД в автоматизированном режиме, так и автономно (табл. 9.1).
Обрезка в штампе позволяет рационально обущеетвить первую зачистную операцию отливок; при этом обеепечиваетея чрезвычайно высокая производительнобФь при очень небольшом проценте брака. Обрезка в штампе имеет еще и то преимущество, что она мало завиеит от размеров и толщины облоя даже на трудно- досфупншх участках.
Одним из прогреббивних направлений механизации зачистних работ являетбя раваоложение машинш и обрезного аревва рядом 376
друг в другом. При этом возможно ©овмещение одним рабочим операций ；обрезки и наблюдения за работой автоматической машины ЛПД. Одновременно упрощается транепортирование отливок, которое без литников и облоя удобно перевозить в специальной таре. Сокращается путь транепортирования отходов в плавильное отделение. В то же время трудно синхронизировать работу обрезного преееа и машинк!, так как обрезной пресе имеет значительно большую производительнобть.
Обрезка в штампах являетея oghobhkim впоеобом зачибтки отливок в крупносерийном и маееовом производетве, а обрезка g иепользованием упрощеннвЕХ обрезннвх штампов (ОШ) является экономически выгодной дая веех видов производетва. В процессе обрезки в ОШ удаляютея промнгвники, питатели, облой по плоскости разъема, облой в отверстиях и пазах, оформляемых стержнями, одновременно осуществляется вырубка тех элементов отливки, которые нерационально оформлять стержнями. По возможности указанные операции обрезки должнш осуществляться в одном ОШ.
Требования к ОШ непрерывно возраетают. Часто применяется оснастка, которая позволяет быстро проводить наряду с обрезкой литников и облоя сверлильные и фрезерные работы. Комбинированная обработка в одном ОШ дает значительную экономию времени и труда.
Отечественный опыт эффективного использования ОШ подтверждается опытом промышленно развитых стран, в частности США, где наблюдается непрервгвный рост чиела прессов и ОШ. Характерно, что число прессов в США больше числа средних и крупных машин на 10—15%. В СССР, к сожалению, чиело литейных машин намного больше, чем обрезных прессов.
До последнего времени отсутствовала классификация ОШ применительно к специфике литья под давлением. Можно выделить пять основных групп ОШ:
первая группа — ОШ g обрезкой на провал;
вторая группа — ОШ без провала;
третья группа — ОШ в боковыми пуанвонами;
четвертая группа — ОШ для многогнездных преес-форм;
пятая группа — ОШ g дополнительнЕши механизированными узлами. ；?
Классификация ОШ по способу удаления облоя приведена на рис. 9.15.
По типу конструкции съемников и епособу съема отливок можно выделить следующие варианты ОШ: съем плитой, съем выталкивателями, от хода ползуна пресса, гидроцилиндром, пневмоцилиндром, пружинами, резиновым буфером.
Еще в 60-х годах применялись две основные группы ОШ: с провалом обрезанных отливок в тару или на конвейр, т. е. ОШ 《на провал» и таким размещением отливок в ОШ, при котором исключается возможность ее провала, т. е. ОШ без провала.
Основные типы ОШ по способу удаления одлоя
EDdhEHOy'EaHHaduJh-n ^sx^sox §a'2dQOEDdhEHOy'EaHHaduJh-n ^sx^sox §a'2dQOС подвижной матрицейС подвижной матрицейС подвижным пуансономС подвижным пуансономГ подвижными—матрицей 〃пуансономГ подвижными—матрицей 〃пуансономhdhEHOX h£0工丈Мзн ОС o§^shdhEHOX h£0工丈Мзн ОС o§^sСполнь/м провалом отливкиСполнь/м провалом отливкиС частичным—опусканием отливкиС частичным—опусканием отливкибез опусканияотливкибез опусканияотливкиS^EXO^ ^ZSS^E^£ OUDy'BdeoS^EXO^ ^ZSS^E^£ OUDy'BdeoС пуансоном для пробивки облояС пуансоном для пробивки облояС пуансонами для пробивки отверстий и пазов 6 стенкеС пуансонами для пробивки отверстий и пазов 6 стенкеС упрощенные пуансономС упрощенные пуансоном
EDdhEHOy'EaHHaduJh-n ^sx^sox §a'2dQO
EDdhEHOy'EaHHaduJh-n ^sx^sox §a'2dQO
С подвижной матрицей
С подвижной матрицей
С подвижным пуансоном
С подвижным пуансоном
Г подвижными
—матрицей 〃пуансоном
Г подвижными
—матрицей 〃пуансоном
hdhEHOX h£0工丈Мзн ОС o§^s
hdhEHOX h£0工丈Мзн ОС o§^s
Сполнь/м провалом отливки
Сполнь/м провалом отливки
С частичным
—опусканием отливки
С частичным
—опусканием отливки
без опусканияотливки
без опусканияотливки
S^EXO^ ^ZSS^E^£ OUDy'Bdeo
S^EXO^ ^ZSS^E^£ OUDy'Bdeo
С пуансоном для пробивки облоя
С пуансоном для пробивки облоя
С пуансонами для пробивки отверстий и пазов 6 стенке
С пуансонами для пробивки отверстий и пазов 6 стенке
С упрощенные пуансоном
С упрощенные пуансоном
Рис. 9.15. Классификация ОШ по способу удаления облоя
Наиболее простыми и надежными являются ОШ первой группы, но они имеют некоторые недостатки, например невозможность одновременной обрезки отливки по наружному и внутреннему контурам. В 70-х и особенно в 80-х годах стали шире применять более сложные, многооперационные ОШ, которые объединили в третью группу ——ОШ с боковыми пуансонами. В них удаляют облой в боковых отверстиях и пробивают пазы на отдельных стенках отливки. Четвертая группа — ОШ для куста отливок, получаемых в многогнездных пресс-формах. В пятую группу включены ОШ с дополнительными механизмами. Четвертую и пятую группы начали широко применять в последние 10—15 лет.
Первая группа ОШ. Там, где это возможно, следует применять ОШ на провал (рис. 9.16), что обеспечивает возможность падения отливки в тару или на конвейер. Область применения ограничивается отливками, с малым числом отверстий, в которых требуется удалять облой. В некоторых случаях можно прошивать отверстия с тонким облоем с помощью прошивного пуансона 4 (рис. 9.16, а), фиксируемого плитой L Если есть опасность, что отливка или облой поднимутся вверх вместе с пуансонами 2 и 4, в верхнем полуштампе можно устанавливать подпружиненные выталкиватели 3. Другой вариант заключается в установке в нижнем полуштампе подпружиненных защелок, удерживающих отливку от подъема 378 '
Рис, 9.16. Конструкции ОШ первой группы с прошивнвш пуансоном (а) и подпружиненной плитой (б)Рис, 9.16. Конструкции ОШ первой группы с прошивнвш пуансоном (а) и подпружиненной плитой (б)4*вверх. По данным А. Тайтона [105], для удержания облоя с про-4*вверх. По данным А. Тайтона [105], для удержания облоя с про-
Рис, 9.16. Конструкции ОШ первой группы с прошивнвш пуансоном (а) и подпружиненной плитой (б)
Рис, 9.16. Конструкции ОШ первой группы с прошивнвш пуансоном (а) и подпружиненной плитой (б)
4*
вверх. По данным А. Тайтона [105], для удержания облоя с про-
4*
вверх. По данным А. Тайтона [105], для удержания облоя с про-
мывниками можно применять ОШ со съемной подпружиненной плитой 5 на колонках 6, ввинченных в плиту 7 (рис. 9.16, б).
Иногда матрицу ОШ при толстых питателях выгодно изготов- лять как своеобразный инструмент наружной протяжки группы
пластин с постепенно уменьшающимися размерами, качество среза
при этом улучшается.
ОШ второй группы. Такие ОШ применяются чаще всего для одновременной обрезки облоя по наружному и внутреннему контурам. Можно выделить следующие типы ОШ: со съемной плитой и резиновыми буферами в верхнем полуштампе для обрезки облоя по внутреннему и наружному контуру отливки [281; со съемной плитой и пружинами в верхнем полуштампе [105]; с опорноподъемными штифтами в нижнем полуштампе при съемных втулках в верхнем и нижнем полуштампе; с опорно-подвижной плитой в нижнем полуштампе и прижимными штифтами в верхнем полуштампе; с опорно-подвижной плитой в нижнем полуштампе для облоя по наружному контуру (рис. 9.17); с опорно-съемными элементами в обоих полуштампах для облоя по наружному и внутреннему контуру; последовательного действия с опорно-съемными элементами в обоих полуштампах. Показанный на рис. 9.17 ОШ можно применять для обрезки различных отливок. Пуансон 2, закрепленный в верхней плите /, выдавливаег отливку через обрезную матрицу 4 на плите 5; одновременно опускается фиксатор 3. При подъеме пуансона фиксатор снова возвращается в свое исходное положение с помощью встроенной пружины, либо с помощью резинового бефера 7, или гидравлического цилиндра через выталкиватели 6. Регулировочная гайка 8 позволяет создать соответствующее натяжение пружины или резинового буфера.
ОШ третьей группы. При использовании таких ОШ достигается возможность удаления облоя в боковых окнах и отверстиях. В не-
a)力
6丿
Рнс. 9.18. Конструкции ОШ третьей группы, приводимы» в действие наклонным клином (а), роликом, который перемещается в криволинейном пазу (б), поводковым устройством (в)
которых случаях дополнительные операции по вырубке обходятся дешевле, чем при применении боковых подвижных стержней в пресс- формах (повышается производительность, улучшается заполняемость рабочей полости). Для привода боковых пуансонов, расположенных в нижнем полуштампе, применяют механизмы нескольких типов (рис. 9.18). Особенно переспективными являются гидравлические механизмы. В конструкции штампа, созданного в ПО ЗИЛ (рис. 9.18, а), пуансоны 4 при прошивке отверстий передвигаются и выводятся в исходное положение клиньями 3 (на плите 2) через ползуны 5. Последние перемещаются взад и вперед по направляющим 6. Отливка прижимается механизмом / [28].
ОШ четвертой группы. Для мелких, а иногда и средних деталей выгодно применять многогнездные штампы, как это делается, например, на Подольском заводе им. М. И. Калинина (число гнезд достигает 20 шт.). Вместе с литниковой системой обрезается и облой. Институтом ПТИмаш (г. Харьков) разработан и внедрен многогнездный ОШ для обрезки питателей и зачистки отверстий, расположенных по взаимоперпендикулярных плоскостях (А. с. 1044425 СССР, МКИ В 22 D 31/00). Позднее был разработан ОШ для обрезки и зачистки цилиндрических отливок с пазами, например, резьбовых пробок с наружной резьбой, где разъем, а следовательно, и облой проходят вдоль оси вращения (А. с. 1156847 СССР, МКИ В 22 D 31/00). На ПО ЗИЛ применяется ОШ для
кустовой^ обрезки облоя с куста отливок И йробивки отверстий в трех плоскостям.
Закладываемые в многогнездный ОШ куст отливок с литниковой системой иногда деформирован и его обработка может вызывать затруднения, поэтому в ГДР разработан ОШ (Пат. 204058 ГДР, МКИ В 22 D 31/00), который состоит из основания 14 (рис. 9.19), плита 4 пуансона, нескольких фигурках вставок-матриц 13 для укладки отливок и нескольких пуансонов 10. Имеются прошивные пуансоны 11 в плите S, фиксирующие отливки, прижимная плита 7, подпружиненная плита 6, сбрасыватель отливок 9, пружина 5. Детали 5—7, 9—11 и 13 образуют единую рабочую группу — гнездо (число гнезд в штампе может достигать 10). Пуансон 2/ перемещается в обойме 3, которая смонтирована
Рис. 9.19. Конструкция ОШ четвертой группыРис. 9.19. Конструкция ОШ четвертой группына плите 4. Штифт 20 предохраняет пуансон 2/ от прокручивания. Для обрезки используется также ножевой пуансон 15 и фиксатор /6. Приводной цилиндр / перемещает шток /2. Подача рабочей жидкости осуществляется через вентиль 2. Внутри пуансона 21 расположена пружина 19, обеспечивающая дополнительное движение. Куст отливок 22 с литником/Попирается на элемент матрицы /7. ОШ четвертой и других групп только для местного удаления облоя (главным образом в отверстиях) значительно более просты, нежели другие ОШ. В ряде случаев можно отказаться от матрицы, ограничившись одним пуансоном. При этом отливку иногда удается фиксировать в определенном положении с помощью штифтов. Некоторые отливки, например крышки электродвигателей, имеют пазы на криволинейных плоскостях. Облой в пазах частично направлен перпендикулярно плоскости разъема пресс-формы, поэтому для удаления требуются сложные ОШ с боковыми подвижными пуансонами. Чтобы устранить боковые пуансоны и тем самым удешевить ОШ, обрезку ведут с помощью вертикальных пуансонов, а изогнутые остатки облоя удаляют с помощью дробеструйных установок (Заявка 59-150625 Япония, МКИ В 21 D 29/00). Для устранения бокового смещения отливок в центральное отверстие обрезаемой отливки вводится фиксирующий стержень. Обрезной штамп включает опорную матрицу 6 (рис. 9.20), закрепленную на нижйей плите 5. На подвижной плите / закреплены пуансоны 2, прошивающие пазы 7 отливки. Стержень 4 вводитея в отверстие отливки 3, обеспечивая необходимую фиксацию.
Рис. 9.19. Конструкция ОШ четвертой группы
Рис. 9.19. Конструкция ОШ четвертой группы
Рис. 9.20. Конструкция ОШ с дополнительной фиксацией отлявкиРис. 9.20. Конструкция ОШ с дополнительной фиксацией отлявкиОШ пятой группы. Для обрезки мелких отливок на ПО ЗИЛ были внедрены самощлдвижные ОШ, которые значительно повы- еили производительность труда и обеспечили безопасности работы. При уетановке отливок в ОШ про- изводитея автоматический вбевод матрицу из рабочей зоны. Для автоматического ввшода используется в частности, реечный механизм. В массовом производстве иногда целесообразнее использовать манипулятор или робот.
Рис. 9.20. Конструкция ОШ с дополнительной фиксацией отлявки
Рис. 9.20. Конструкция ОШ с дополнительной фиксацией отлявки
В ПО ЛОМО была спроектирована и внедрена карусель е горизонтальной осью вращения, на которую устанавливают шесть матриц. При использовании этой карусели значительно повышаются производительность труда и безопасность работа.
В ЧССР на автомобильном заводе в г. Млада Болеслав внедрен
комбинированный ОШ, снабженный шарнирно-рычажным механизмом для ограниченного смещения обрезанной отливки. После этого отливка под действием силы тяжести соскальзывает на на
клонный желоб, немного не доходящий до плоскости разъема ОШ. К верхнему полу штампу прикреплен брус с овальным концом, обеспечивающий надежное соскальзывание отливки в наклон
ный желоб.
Снижения трудоемкости обрезных операций можно достичь при оптимизации конструкций пресс-форм и отливки.
В СССР и за рубежом проводятся работы по совершенствованию обрезных прессов. Фирма Reis (ФРГ) использовала свой опыт проектирования и изготовления обрезных прессов для внедрения новых моделей, приспособленных для автоматизации ЛПД в сочетании с быстрой сменой ОШ. Новые прессы имеют трехколонную конструкцию и устройства для бокового перемещения ОШ с целью быстрой замены. При отсутствии четвертой колонны легко монтировать дополнительные механизмы для автоматической загрузки штампа (большая часть прессов выпускается в настоящее время с четырьмя колоннами). При отсутствии четвертой колонны робот со стороны машины может укладывать отливку непосредственно в пресс, что для машины усилием 1,6 МН при общем цикле 30 с сокращает время извлечения некоторых отливок до 4 с.
Для контроля положения и оптимизации движения замедленного хода в зависимости от нагрузки и цикла предусмотрено электронно-оптическое измерительное устройство, чем обеспечивается наиболее выгодный путь пуансона с учетом минимального износа штампа. Смена программы и ходов осуществляется нажатием кнопки без использования регулируемых конечных выключателей.
Из примеров иепользования нового оборудования в ФРГ иожно отметит^ обрезку ступицы из алюминиевого сплава в специальном йнструмеше, сочетающем обрезку g дополнительной механической обработкой. Для смены штампа используется подвесная плита на роликах, 'имеющая пазы для крепления и ограничительные штифты. Штамп укладывается на эту плиту е Т-образными пазами. Имеются Дополнительные фиксирующие пружины.
На предприятии VEB Kombinat GJSAG (ГДР) разработаны и внедрены образные прессы нового поколения, которые открывают новые пути иепользования машинной зачистки отливок. Большое значение имеет роботизация обрезных прессов и применение современных электронных еиетем управления.
Одн© из важных направлений технического прогресса — совмещение операций в едином агрегате е минимизацией транспортных операций. В обрабатывающем центре получают практически готовую к сборке деталь. Необходимо учитавать, что использование обрабатывающих центров экономичееки выгодно не для всех видов производств, хотя облаешь их применения вее время расширяется.
Все большее значение приобретает нормализация ОШ. На некоторых отечественных заводах, в том числе и на крупных, широко нормализованы элементы ОШ. Это дает такие же преимущества, как и нормализация пресс-форм. Особенно выгодна нормализация при центр ал изов анном изготовлении ОШ, что широко развито за рубежом. При нормализации ОШ выгодно применять не только при изготовлении крупных партий отливок, но и относительно небольших партий. Внедренный в СССР групповой метод зачистки значительно уменьшает стоимость ОШ и время на переналадку и освоение новой номенклатуры отливок. Одновременно сокращаются площади для хранения ОШ. Групповой метод зачистки особенно выгоден для мелкосерийного производства. Нормализация ОШ всё шире используется и за рубежом. Нормализованные элементы изготовляются централизованно и поставляются многим потребителям (например, направляющие втулки с автоматической смазкой, которые имеют удлиненный срок службы).. Фирма Die Casting (США) специализируется иа централизованной поставке режущих ножей из высоколегированной Сталл для обрезных штампов, характеризующихся особо высокой стойкостью (в 100 раз выше обьганой). В одном из вариантов режущий нож представляет собой вольфрамовую вставку в пластмассовой корпусной колодке. Поставляются заготовки для матриц и пуансонов.
В заключение следует отметить, что одно из перспективных направлений развития процессов обрезки отливок в ОШ —— комплектация прессов манипуляторами и роботами. Известно, что такие роботы являются неотъемлемой частью комплексов «литье— обрезка», которые здесь не рассматриваются. Но и при автономной эксплуатации образных прессов в ряде случаев перспективно применение манипуляторов и роботов.
Одним из направлений организации обрезhkix работ является использование пресс-форм g обрезными узлами. При таком конструктивном решении есть свои преимущества и недостатки. Для отливок простой конфигурации в условиях массового производства в некоторых случаях обрезка в пресс-форме дает ряд преимуществ. Однако усложнение пресс-формы и более частые ее поломки ограничивают возможность процесса. Именно этим объясняется то обстоятельство, что, несмотря на большое число авторских свидетельств и патентов, число внедреншях пресс-форм невелико. Однако это положение изменяется по отношению к финишным работам, связанным с обломкой литников в процессе выталкивания отливки. Такой процесс широко внедрен с использованием, например, специальных постаментов, позволяющих срезать центральный ходовой литник при применении машин с горизонтальной камерой прессования. Эти вопросы рассмотрены в работах [1, 42 ] и в ряде авторских свидетельств СССР.
Виброгидроабразивная зачистка отливок. Применение уета- новок для вибрационной зачистки отливок, например удаления остатков облоя и заусенцев после обрезки в штампах, —— одно из важных направлений развития зачистных работ. С каждым годом этот способ зачистки внедряется все шире в цехах литья под давлением. Следует, однако, отметить, что сама по себе виброабра- зивная зачистка отливок еще не гарантирует высокой эффективности процесса на производстве. Очень многие зависит от внедрения механизированной загрузки-выгрузки, автоматизации, применяемой технологии. За рубежом такие автоматизированные установки уже внедрены в производстве на ряде заводов.
В СССР на Ленинградском машиностроительном заводе им. Карла Маркса внедрена вибрационная машина мод. 313-СП-62. На ней можно зачищать отливки как из алюминиевого, так и цинкового сплавов. Вместе с отливками в контейнер загружаются абразичные частицы, звездочки, дробь и т. п. Вибрация осуществляется одновременно с медленным вращением барабана.
Отечественная промышленность выпускает вибромашины мод. ВПМ, ВМП, ЦВМ-5, ВР-400В и др. Удаление облоя осуществляется с использованием жидких и твердых компонентов. На вибромашинах типа ВПМ и ВМ отливки обрабатываются без закрепления в контейнерах, которые являются неотъемлемой частью машины. На вибромашинах мод. ЦВМ-5 и ВР-400Б вибрационная обработка осуществляется с закреплением заготовок. Заготовки типа тел вращения рекомендуется обрабатывать на вибромашине мод. ВР-400Б, а корпусные заготовки и заготовки, не являющиеся телами вращения, — на вибромашине мод. ЦВМ-5. Твердым компонентом служат наполнитель для виброабразивной обработки АН-1, АН-2, фарфоровые шары, стеклянные бесщелочные шарики, вишневые косточки, деревянные кубики, трехгранные алюминиевые пирамидки. Жидким компонентом являются хромовый технический ангидрид ОП7, технический нитрат натрия, триэтаноламин.
I В отечественной и зарубежной практике разработаны конструкции галтовочно-центробежных машин с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Имеются установки, где 4—5 барабанов установлено по периметру вращающегося стола. Причем круг вращается в одну сторону, а барабаны — в другую. Общая загрузка барабана 60% его емкости, детали занимают 1/3, а наполнитель; 2/3. Это в 5—10 раз сокращает время очистки отливок от облоя (облой снимается за 5—7 мин) по сравнению с виброабра- знвной зачисткой. Толщина снимаемого облоя до 0,2 мм. Изготовлено несколько образцов таких установок, показавших хорошие результаты.
В вибрационных машинах мод. ВМПВ-ЮОБ, ВМПВ-200А, ВМПВ-400Б имеются тороидно-винтовые рабочие камеры, которым сообщаются колебания с помощью дебалансных вибраторов. Машины имеют автоматический цикл, дистанционно-регулируемую частоту колебаний, механизированное загрузочное устройство, устройство для разделения деталей и наполнителя и выдачи обработанных деталей за пределы машины, устройство для снижения шума, систему централизованного смазывания, блокировки и сигнализацию.
Оригинальный способ перемещения отливок и наполнителя предусмотрен в установке фирмы Spiratron (США). Здесь используется известный принцип системы фирмы Roto—Finich (США). Подобные установки были изготовлены и в нашей стране. При их внедрении были получены положительные результаты.
Для удаления облоя с латунных отливок хорошо зарекомендовали себя виброустановки емкостью 200 л мод. УВГ-200. Загрузка виброустановок осуществляется из сйецконтейнера тельфером, удаление деталей —— через специальный люк. Процесс виброшлифовки не только снижает трудоемкость удаления облоя, но и улучшает качество поверхности отливок. Это особенно важно, если деталь предназначена для гальванопокрытия. Для данного процесса применяется песок как недефицитный дешевый материал. Технология виброшлифовки следующая:
виброшлифовка в барабанах мод. УВГ-200 (наполнитель — песок) в течение 2—5 ч в зависимости от конструкции отливки, загрузка в барабан отливок;
промывка в барабане холодной водой;
травление в ванне в течение 2—3 мин раствором следующего состава, г/л: 400 H2SO4, 150 НС1, 50NaCl;
промывка в холодной воде.
Для повышения качества поверхности отливок в некоторых случаях используют гидропескоструйную обработку в камере типа 44712 с ручным управлением. Ее изготовляет завод «Амурлитмаш» (г. Комсомольск-на-Амуре). На одном из подмосковных заводов создана полуавтоматическая пескоструйная камера мод. НТ-473 производительностью 880—900 отливок в час.
Ги,2фоабразивиая зачистка отливок уеиетпно внедревй, в част^ ности, на ВАЗе. Здесь применяется восьмигранный гайтовочный барабан завода «Амурлитмаш» производительностью ^5 т/ч, который имеет объем барабана 0,6 м8. Мощность двигателя 4,5 кВт. Максимальная масса загружаемой отливки 0,5 кг, максимальный габаритный размер 200 мм. Время обработки 40——130 螺ин. Одновременно в барабан можно загружать 450 кг отливок, 150 л воды, 15 kf керамической дроби, 1,5 кг абразивного материала КГ-30.
Для абразивной обработки алюминиевых отливок мокрым способом применяют керамическую дробь и абразивный материал КГ-30 в пропорции 10:1. Опыт ВАЗа показал, что галтовка является эффективным способом обработки отливок простой конфигурации при открытом расположении мест заливов. Применение галтовки в мокром абразиве вместо ручной зачистки позволяет снизить трудоемкость обработки отливок примерно в 2 раза (при обрезке отливок в штампе).
С успехом применяется вибрационная машина Almco (США) для очистки отливок под давлением. Машина работает в автоматическом цикле с непрерывной загрузкой и выгрузкой отливок. Обеспечиваются удаление облоя, заусенцев и зачистка поверхности отливок. Обработка отливок осуществляется в процессе их перемещения вдоль машины в жидкой абразивной среде. Отливки обрызгиваются чистой водой, абразивной жидкостью или обеими средами сразу. Из резервуара, где происходит обработка, отливки передаются на вибрационный сепаратор, в котором происходит разделение отливок и очистной среды. Очистная среда из сепаратора подается на вибрационный конвейер в задней части машины, а затем вновь поступает в очистной резервуар. При этом абразив- нне частицы транспортируются элеватором с чашеобразными резиновыми люльками и с помощью наклонного желоба. Очистной резервуар вместе с отливками и абразивной средой вибрирует в трех направлениях, так что содержимое резервуара получает вращательное движение. Отливки в очистном барабане перемещаются по спирали. Очистной резервуар машины имеет длину 4060, ширину 508 и высоту 559 мм. Он изготовлен из стали, толщина стенок составляет 9,5 мм, изнутри он выложен износоустойчивой резиной толщиной 6,4 мм. Резервуар смонтирован на мощных пружинах, которые укреплены на сварном основании. Амплитуда колебаний резервуара может регулироваться от 0,4 до 6,4 посредством изменения массы груза на валах двух электродвигателей общей мощностью 10 кВт. По краям очистного резервуара укреплены плиты g отверстиями для очистки. Габаритные размеры машины составляют 5,5х 1,6 м.
Машина для абразивно-струйной зачиетки типа Rotorblast фирмы Almco имеет рабочую камеру емкостью 4,6 дм8. В камере обрабатываются 875 отливок пластинчатого типа всего лишь за 6 мин. Резко улучшается качество их поверхности. Обеспечиваегся совмещение нескольких финишных операций. Оетрше кромки при- 386
〔тулляю^ и врлаживаютея. В качеетве абразива используется стружка лли дробь из стали. В установке имеется дробеметное колесо, которое приводится во вращение электродвигателем мощностью 15кВт. За 1 ч подается Ют абразивных частиц, которые ис- пользу®отся многократно. Имеются разделительное устройство и узел овибтки дроби.
Опш многих предприятий показывает, что гидровиброабра- зивная обработка позволяет улучшить все технико-экономические показатели процееса зачистки. В частности, стоимость работ уменьшается на 30—80%.
В ПО «Краеногорекий завода им. С. А. Зверева была внедрена центробежно-обрабатывающая машина мод. ЦОМ для полирования деталей фотоаппаратуры, что позволило увеличить производительность труда при полировании деталей в 5—10 раз и улучшить качество их поверхности. Установка предназначена для механизации трудоемких операций: снятия заусенцев, притупления острых кромок, полирования. Обработка производится с применением твердых наполнителей и рабочих жидкостей. При использовании обрабатывающей машины мод. ЦОМ следует ограничивать размеры отливок до 40 мм. Они загружаются в четыре рабочие камеры емкостью 1—2 дм8. Партия отливок обрабатывается за 10—60 мин, габаритцые размеры машины 855X 1025Х 1430 мм, масса 400 кг.
По данным американской фирмы Lester, применение вибрационной зачистки отливок позволило утроить производительность зачистной линии. Применение зачистных барабанов приводило к неоднородному качеству поверхности и не обеспечивало требуемой производительности. В вибрационных машинах наряду с вибрацией используются движения, характерные для галтовочных барабанов. Вибрация достигается с помощью электродвигателя с эксцентрическим валом, на обоих концах которого установлен груз. Корпус монтируется на вертикально расположенных пружинах. В резервуар загружаются абразивные частицы и отливки. Вибрация в трех направлениях обеспечивает эффективное действие абразивных частиц, позволяет очищать отверстия, глубокие пазы и тр у днодосту п ные участки. В то же время ударное воздействие абразивных частиц на отливки уменьшается, поэтому можно обрабатывать сложные, ажурные отливки. В местах стыков резервуар имеет сферические участки, что исключает возможность поврежде- ния отливок.
Для большинства отливок продолжительность обработки в зачистной машине составляет 5—30 мин, а в галтовочном барабане 1—1,5 ч. При удалении облоя и полировании в машине с рабочей камерой объемом 0,3 м® одновременно находятся 900—1000 деталей. В качестве наполнителя используются треугольные или ци- линлрические абразивные керамические частицы, которые поставляются центр ал изов анно. После зачистки отливки промывают и кладут в еушильную петь. Машина работает по непрерывному циклу, загрузка и выгрузка могут производиться без остановки ма-
шины. Надежной конетрукции еокращает Фрудоемко@чй> обелу-i живания и ремонта. Одна машина работает в среднем 唯 ремойтН 8500 ч. 仃£
Помимо виброгидроабразивной обработки применяйуг также способ подводной галтовки отливок, например, во Вла^ймирском ПО «Автоприбор». Трудоемкий процесс зачистки заусендев и удаления облоя на литых деталях, долгое время проводившийся с помощью шабера и напильника, был успешно заменен йодводной галтовкой. Она ведется в специальном галтовочном барабане, имеющем два раздельных механических привода для подъема —— опускания барабана и его вращения. Используется епециальшлй водный раствор воды, удаляющий маело и предохраняющий отливки от окисления.
Подводная галтовка происходит следующим образом: отливки загружают в шестигранный барабан, имеющий на гранях небольшие отверстия для пропускания раствора. С помощью специального механизма барабан погружают в ванну с постоянно циркулирующим раствором. Вода служит подушкой, предохраняющей отливки от ударов и механических повреждений. Процесс галтовки длится 25—40 мин, одновременно обрабатывается от 350 до 2000 отливок в зависимости от их массы и размеров.
После галтовки деталь не теряет своих размеров и приобретает хорошую глянцевую поверхность.
В цехе литья под давлением мелких цинковых отливок для их очистки используют оригинальные шестигранные барабаны, облицованные резиновыми листами. Галтовка длится 10 мин; применяют для отливок, к поверхностям которых не предъявляют высоких требований. Отливки с отходами выгружаются в скипы, которые транспортируют их к крупным бункерам. Из бункеров они перегружаются на ленточный конвейер по желобу. В бункере и на желобе установлены вибраторы для предотвращения зависания отливок. С горизонтального конвейера снимают отливки, а оставшиеся отходы передаются на другой ленточный конвейер и затем в плавильную печь. Рабочий кладет отливки в тару, которая устанавливается на нижнюю ветвь ленточйого конвейера. Тара проходит через пункт взвешивания к ленточному конвейеру, образующему карусельную систему. Отсюда тара с отливками снимается по мере надобности.
Другие финишные операции. Во многих отечеетвенных и зарубежных цехах проведены работы по механизации финишных операций, организации производства, конвейеризации. Например, в цехе' одного из пермских заводов механизированы операции прошивки и обрубки облоя с детали «Барабан», обрубка с одновременным клеймением детали «Маховик» и др. В этом цехе был установлен ленточный конвейер для транспортирования отливок на склад промежуточного хранения. *
Вдоль э^ого конвейера расположили рабочие места по за- Чгиетке и доработке отливок. Внедрение даже простейшего ин- 388
струмеш^, зажимных и обрабатывающих приспособлений в ряде случаев дает значительный эффект.
В СССР и за рубежом внедрен термический способ ©нятия тонких овч^ажов облоя и заусенца преимущественно с отливок из цинковых сплавов, хотя имеются примеры использования этого способа и для отливок из алюминиевых сплавов. Фирма Bosch (ФРГ) продолжает совершенствовать способ, который базируется на сжигании заусенцев при горении водорода в среде кислорода. Вместо водорода все шире используется горячий газ. Последний подайся под давлением 12 МПа. Если используется природный газ, то его нужно предварительно сжимать с помощью двухсту- пенчатога компрессора. Для стальных или чугунных отливок в отличие от алюминиевых и цинковых после зачистки требуется дополнительное травление.
Для обработки отливок из цинковбех ешлавов в СССР и за рубежом применяют криогенной ешоеоб, которБ1й енижает Фрудоем- коеть операций и позволяет их автоматизировать, повБНпает производительность труда. Иееледования М. А. Мешкова показали, что поеле переохлаждения образцов из сплава ЦАМ4-1 в пределах от —70 до —140 ℃ их механические свойства остаются такими же, как и до переохлаждения. Эффект охрупчивания при переохлаждении в пределах от —70 до —140 °C позволяет резко еократить время галтовки и отделения элементов литниковой системы и повысить производительность галтовки в 10——20 раз. Способ криогенной галтовки хорошо впишвается в поток зачистно-обрубного участка и автоматизированнБге линии для ЛПД цинковб1Х сплавов.
Интересен опыт Дмитровградского автоагрегатного завода по совершенствованию финишных операций в литейном цехе. Термический способ удаления заусенцев на заводе применяется с 1977 г. Вначале была закуплена одна установка ТЕМ фирмы Bosch (ФРГ). Затем завод приобрел еще две отечественные установки мод. 5777. По эффекту сжигания заусенцев они не отличаются от импортных, но несколько уступают по надежности работы и эстетическому исполнению.
Освоение техпроцесса обжига отливок 35 наименований позволило высвободить 20 человек. При использовании термоочистки надо следить за состоянием оснастки, так как толщина гарантированного удаляемого обжига облоя составляет 0,05 мм, допустимая — 0,1 мм. Возможно удаление облоя толщиной более 0,1 мм, но это зависит от масса деталей, их размеров и требует существенного повышения давлений в камере сжигания. Водород и кислород поставляются в стандартных баллонах, которых хватает на 1— 1,5 ч работы. Применяется виброзачистка с помощью установок мод. 15.020. Рабочая чаша емкостью 1000 дм8 облицована полиуретаном толщиной до 60 мм, что позволяет встраивать вибромашину непосредственно в технологическую линию без преввипення требований по шуму. Время обработки отливок регулируется с пульта
Рис. 9.21* Система централивовавиого приготовления и подачи смазочного материала и машинам и пресс-формам:
/ — машина лифья под давлением; 2 — емкость g концентри рованным смазочным кзавом; 3 — емкость для воды; 4 — центробежные насос； 6 — аккумулятор; 6 — переключатель'давления; 7 —— поршневой нас。©; 8 — у@вро&етво для контроля уровня; 9 — резервуар; /0 — навое
управления таймером. Выгрузка обработанных деталей осуществляется автоматически с помощью заслонки.
Основная проблема, возникающая при иепользовании виброзачистки,— подбор галтовочных тел (материала, размера, формы) и организация их изготовления * X орошие результаты были получены при использовании конусных тел, у которых связкой абразива служит пластмасса.
В СССР и за рубежом все шире применяются централизованные системы приготовления и подачи к машинам жидких смазочных материалов [79]. По однопроходной схеме - (рис. 9.21) используются два центробежных насоса: первый ——для подачи смазочного материала, второй ——для подачи, которая растворяет или разбавляет шазочный материал. Разбавленный смазочный материал по трубопроводу поступает в аккумулятор и через переключатель давления к машинам, вея система находится под давлением. По второй замкнутой @хеме вместо центробежных насосов используются поршневые, вместо аккумулятора ——резервуар большой емкости в сочетании g дополнительным насосом для подпитки и сливной трубопровод от машин к баку. Имеются четыре способа автоматической подготовки смазочного материала: g контролем по объему составляющих; g контролем времени смешивания; с помощью еистемы из двух насосов @ регулированием давления; с подачей поршневым наеосом определенной порции.
О новейших доетижениях в области контроля отливок можно судить по внедрению рентгенографического споеоба точного измерения внутренних дефектов в отливках из легких сплавов [фирма Crysler (США)Е Полученные результата можно использовать при разработке технологического процеева обнечным способом или @ использованием ЭВМ, что позволяет улучшить качеетво отливок.
Имеется дополнительная возможность своевременного определения участков износа пресе-форм. Дорогое оборудование для томографии окупается лишь в том случае, когда к отливкам предъявляют высокие требования, а результата анализов используют для совершенствования технологических режимов. С помощью сканирования при проввечивании X-лучами можно про-
анализировать, например, качество и условия формирования корпуса автоматической коробки передач автомобиля, который при испытании устанавливается на поворотном столе. Положение в каждый момент времени определяется лазерным лучом. В зависимости от сложности отливок и целей анализа в процессе сканирования определяется и считывается от 10 тыс. до 1 млн. структур по всей конфигурации отливок.
Помимо определения плотности, компьютерная томография позволяет с высокой точностью определять линейные размеры отливки, что необходимо при машинном проектировании с использованием ЭВМ в трехмерном варианте. Хорошо определяются размеры и конфигурация сложных криволинейных участков отливки [106 ].
СпецифичеекоЙ для литья иод давлением является система местного отеоеа и очиетки газов у каждого автоматизированного ком- плекба. К этому приковано внимание, в частности, ряда зарубежных фирм.
В ряде цехов ФРГ внедрены эффективные методы очистки газов @ использованием раепыленной вода, разделительных фильтров, водяных резервуаров и других элементов. По данным фирмБ! Weingarten, интенсивная вентиляция помещения цеха ЛПД @ 15——20-кратным обменом воздуха в чае бпоеобствует тому, что пары!, содержащие грязь, быстро распространяются в помещении. Они ухудшают видимость, конденсируются на холодных поверхностях. Не только пол, окна, стены, но и чувствительные приборы управления покрываются вскоре грязной пылевой пленкой, которая снижает надежность функционирования приборов, вредит здоровью обслуживающего персонала. Таким образом» эффективное решение проблемы заключается в том, чтобы содержащие грязь пары не распространялись по всему цеху, а отсасывались непосредственно на месте и в момент их образования. Усовершенствованная отсасывающая установка фирмы захватывает пары в месте их образования. Затем они очищаются системой фильтров в несколько стадий. Очищенный воздух захватывается бесшумным радиальным вентилятором и вдувается обратно в помещение.
В нормальных условиях производства гарантируется, что в очищенном воздухе степень загрязнения составляет менее 5 мг/м3.
Во время смазываяия пресс-формы и после него практически все пары масла всасываются установкой* Во время тонкодисперсного распиления смазочного материала захватывается 70—95% паров, во время заливки жидкого металла 90%. При исследовании было обнаружено, что степень очистки с помощью фильтров составляет около 90%.
Модульная конструкция позволяет применять систему как для нового оборудования, так и для модернизированного.
Рис. 9.22. Схема автоматизированного участка литья [97]: / — машнна литья под давленвем;
— блокировочное устройство;
— Фара; 4 — конвейер; 6 — сверлильное прнспособленне; 6 — обрезной пресс; 7 ——контроллер робота; 8 — программирующее устрой- сфв9； 9 — бак g охлаждающей жндко- сфью; /0 — робоа?
Современнвге доетижения в области техники управления литьем под давлением позволяют конструировать современный автоматизированный участок с централизованным микропроцессорным управлением одним оператором. В СССР и за рубежом разработано несколько вариантов таких участков, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Один из последних зарубежных вариантов приведен на рис. 9.22. Лишь в начале цикла операция загрузки шихты в печь не автоматизирована. Раздача жидкого металла к машинам осуществляется с помощью системы желобов, снабженных обогревом. Каждая машина / с раздаточной печью и вспомогательнкгм оборудованием рассматривается как модуль. Каждый модуль полноетью управляется своим микропроцессором g соответствующей программой.
Модуль включает раздаточную печь, которая связана g машиной заливочно-дозирующим устройством. После цикла литья отливка извлекается роботом /“ охлаждается и обрезается в прессе 6. Отходы падают вниз, передаются по желобу на конвейер 4, а затем в тару 3. В таре отхода транспортируются к скрубберу и осушителю, а затем в расположенные в отдельном помещении плавильные печи. После обрезки литников отливки с помощью фиксирующего уетройства ориентируются надлежащим образом для проведения финишно-зачиетнн1х и отделочных операций.
Модуль имеет еиетему быстрой переетановки преее-форм. В ней предуематриваетея подогрев преее-форм перед уетановкой на машину. Подогревателем служит автономное, не евязанное е машиной уетройетво. Пресс-форма уетанавливаетея на транепортиро- вочных плитах таким образом, чтобы обеепечивалаеь возможность быстрого гидравлического их крепления без изменения программы работы робота (полная смена пресс-форм занимает несколько минут). Все общие подводящие магистрали и элементы смонтированы отдельно от литейной машины. Индивидуальные масляные баки объединены в централизованную насосную станцию с собственной системой фильтрования, очистки, измерения параметров процесса. На этом же принципе основана система подготовки и распределения смазки для пресс-форм.
Программируемые контроллеры, которые управляют всеми функциями работы модуля, объединены центральным контроллером, который расположен в комнате управления. Все централизованные операции (возврат отходов, загрузка свежих материалов, сервисные службы и др.) контролирует диспетчер.
Центральный пункт управления выдает администраторам распечатки, которые необходимы для управления производством. В них указаны производительноеть в реальном масштабе времени, простои, данные о браке, причины простоев, потребление энергии и др. На центральном пункте имеется епециальная панель, на которой регистрируются поломки оборудования, неполадки в обслуживающих магистралях и другие экетренные ситуации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Автоматизация н прогрессивная технология лнтья под давлением/Под общ* ред. Ю. Ф. Игнатенко, Р. А. Короткова, В. Я- Невзорова. М.: МДНТП, 1984* 128 с.
Арабаджи В. И., Дружинин В. А., Шнур И. И. Системы управления гибкими производственными модулями литья под давлением//Литейное пронввод- ство. 1988. № 11. С. 20—22.
Арефьев С* А. и др. Универсальная система управления модулями ГАП лнтья под давленнем//Обмен опытом в раднопромышленностн. 1983. Вып. 8. С. ]9一22.
Беккер М. В., Макаров Е. Л., Захаров Е. В. Новый цех лнтья под давле- ннем//Совершенствованне тежнологнн н организации производства лнтья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С. 12 —13.
Белов В. М. Лнтье под давлением сплавов с высокой температурой плав- лення//Литейное производство. 1983. № 2. С. 12 —13.
Белов В. М・，Юдковский С. И. Лнтье под давлением деталей, получаемых нз сплавов с повышенной температурой плавлення//Лнтейное производство. 1987. № 12. С. 13—14.
Белопухов А. К. Технологические режимы лнтья под давлением. М.: Машиностроение. 1985. 267 с.
Белопухов А. К*, Коротков Р. А. Оптимальные режимы заполнения маг- нневьпх сплавов прн лнтье под давлением//Лнтейное производство. 1983. № 2. С §_7
Белопухов А. К・,Кириченко А. Н. Освоение толстостенные и неравно- стенных отлнвок//Совершенствованне технологии н органнзацнн производства лнтья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С. 51—55.
Белопухов А. К” Коротков Р. А. Расчет параметров заполнения дисперсно-турбулентным потоком//Автоматизации и прогрессивная технология лнтья под давлением, М.: МДНТП, 1984. С. 9599.
Н. Белорусов Б. А., Маршев В. С., Межбежер И. Л. Робототехнический комплекс лнтья под давлением н обрубка с двуруким роботом-маннпулятором// Электронная техника. М.: ТОПО, 1985. Вып. 1 (122). С. 54—56.
Бойко А. В., Якубеня В. А. Стабилизация температурного режима пресс- форм//Совершенствованне технологии н органнзацнн производства лнтья под давлением. М.: МДНТП. 1980. С. 91—95.
Болховитин В. Н., Игнатенко Ю. Ф. Стабилизация температуры металла в раздаточных печах//Совершенствованне технологии н организации производства лнтья под давлением. М.: МДНТП. 1980. С. 82—86.
Болховитин В. Н. и др. Опыт механизированного нанесения смазочноохлаждающей жидкости на поверхность форм лнтья под давлением//Литейное лронзводство. 1984. № 6. С. 37.
Болховитин В. Н・,Сырин В. А. Температурные условия нанесения водно- эмульснонных смазок на формы литья под давленнем//Лнтейное производство. 1983. № 2. С. 30. 〃
Борисов Г. П. Давление в управлении литейными процессами. Киев: Наумова думка, 1988* 276 с*
Бузанов В. В- Автоматизация процесса лнтья под давлением в условиян массового йронзводства//Технологня автомобилестроения. 1980. № 11. С. 11—14.
Вейинк А. И- Теория особы® видов лнтья. М.: Машгив, 1958. 300 с.
^Лнканов С. В., *уков Б. М., Третьяков А. Ф. Венты нв порнстык материалов для вакуумирования форм лнтья под давлением//Лнтейное производство. 1985. № 9. С. 30.
Ве(хкопятинцкн£ П. Д., Латиискнн В. С. Справочник по модульному конструированию радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Судостроение, 1983. 232 &
Востриков А. А., Ноговицин Б. Ф* Автоматизированное проектирование рычажных механизмов вапнраиня машин для лнтья под давленнем//Уско- ренне научно-технического прогресса в литейном производстве на основе межанн- зацнн н автоматизации. М.: МДНТП, 1988. С. 79—82.
Гассель К. Н., Кремень А. Н., «Пехтерев В. С. Изготовление тонкостенные деталей лнтьем под давленнем//Литейное производство. 1983. № 2. С. 8——9.
Гетьман А. А* Эффективные пути повышения прочностных н снижение массогабарнтных характеристик литых деталей//Прогресснвные методы производства конструкцнонно-прочных отлнвок нз цветные сплавов. М.: МДНТП. 1987. С； 4—10.
Гибкие модули для литья под давлением, выпускаемые в Югославии// Технология н оборудование кузнечно-хптамповочного н лнтенного производства (Отечественный опыт). М.: ВНИИТЭМР. 1988. Вып. 7. С. 5---10.
Глазман Б. С. Повышение стойкости форм прн литье под давлением медных сплавов//Литейное производство. 1987. № 1. С. 33—34.
Глущенко И. Н., Баженов П. И., Рожнов С П. Новая технология нвго- товлення колес реактора гидротрансформатора//Технологня автомобилестроения. 1983. № 8. С. 1—3.
Годунов Г. С. и др. Опыт применения автоматнвнрованныж комплексов лнтья под давленнем//Технология н оборудование литейного производства. Сер. 4. М.: НИИмаш. 1987. Вып. 6. С. 9—11.
штампах отливок, полученный литьем подштампах отливок, полученный литьем подДегтярев И. М. Обрубка в г давлением//Литейное производство. 1981. № IL С. 18—19.
штампах отливок, полученный литьем под
штампах отливок, полученный литьем под
Доценко П. Н., Караханянц А. М., Майоров В. Н. Расчет процессов лнтья под давлением на ЭВМ//Лнтейное производство. 1988. № 10. С. 22—23.
Евсеев А. С., Баранов А. М. Значение и взаимосвязь переменных прн разработке АСУТП//Совершенствованне технологии н организации производства литья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С. 99—103.
Зарубин А. М., Зеленев В. Н・,Степанов Ю. А. Смазывание форм в закрытом состоянии//Автоматизация н прогрессивная технология лктья под давлением. М.: МДНТП, 1984. С. 103~109.
Заславский М. Л. Гибкие автоматнзнрованные комплексы н технология в точных способах лнтья//Технология н оборудование литейного производства (Итоги науки н техники). М.: ВИНИТИ АН СССР. 1986. Т. 8. 118 с.
Заславский М. Л., Крейцер А. А., Малюк А. И. Совершенствованне оборудования для лнтья под давлением. М.: ВНИИТЭМР, 1985. 56 с.
Заславский М. Л., Герчиков В. И. Исследование процесса армирования и расчет мапгнн на ЭВМ. Новосибирск: Наука, 1973. 144 с. .
Заславский М. Л., Шестопал В* М. Лнтье в металлические формы// Текнологня н оборудование литейного производства (Итоги науки н те兜никн； М.: ВИНИТИ АН СССР. 1975. Т. 6. 240 с.
Заславский М. Л., Шестопал В. М. Производство армированных н бн- металлнческнк отлнвок//Технология н оборудование литейного производства (Итоги науки н техники). М.: ВИНИТИ АН СССР, 1980. Т. 7. 222 с.
Заславский М・ Л., Антонов В. В. Автоматизируемые н программируемые комплексы лнтья под давлением. М.: НИИмаш, 1982. 55 с.
Заславский М. Л., Иванов В. С., Маляров В. И. Автоматизированные системы управления технологическими процессами лнтья в металлические формы. М.: НИИмаш, 1980. 64 с.
Заславский М. Л., Глушков В. А., Малюк А. И. Машины длн лнтья под давленнем//Технологня и оборудование литейного проиеводстна (Отечественный опыт). М,: ВНИИТЭМР, 1986. Вып. 6. С. 13—16,
Зелевов В. Н., Кнселенко Л. Е. Смавка пресс-форм лнтья под давлением. М.: Машиностроение, 1983. 144 с.
Зеленое В. Н., Падернн В. Н., Степанов Ю. А. Вакуумирование форм литья под давлением в цикле прессовання//Лнтейное производство. 1984. № 10. С. 23—24.
Иванов С. В., Сосульвнков Ю. И., Крейцер А. А. Проблемы создания АСУТП лнтья под давленнем//Лнтейное производство. 1983. № 2. С. 23—25.
Ивчеяко В. А. Анализ способов отделения литников н облоя в форме прн литье под давленнем//Лнтейное производство. 1986. № 2. С. 28—30.
Игнатенко Ю. Ф. н др. Автоматизированные робототезсннческне комплексы лнтья под давлением на базе дозатора МДН-6А и робота «Циклон-5»// Литейное производство. 1987. № L С. 28—29.
Касапов Б. Г. Специальная комплексно-межаннзнрованная линия мод. АЛ27ВО9 для лнтья под давлением отлнвок нз термоупрочняемыж алюминиевых сплавов//Текнологня н оборудование литейного производства (Отечественный опыт). М.: ВНИИТЭМР, 1987. Выл. 1. № 1. С. 8—14.
Кресик С. Им Бойко А.凡,Дьяков С. Г. Приборы для контроля технологических параметров лнтья под давленнем//Обмен опытом в раднопромышлен - ностн. 1981. Вып. 11. С. 27—29.
Лнтье под давленнем/Под общ. ред. Л. И. Вннберга. М.: Машгиа, 1962. 400 с.
Маляров В. И., Иванов С. В., Попов В* М. Опыт разработки АСУТП//
Совершенствование технологии и организации производства литья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С. 109—114.
Межбежер И. Л. н др. Смазка пресс-форм и камеры прессованна прн литье под давлением алюминиевых сплавов//Электронная техника. М.: ТОПО, 1984. Вып. 1 (122). С. 69—72.
Мешков М. А・ н др. Оптимизация структуры лнтья под давлением// Литейное производство. 1983. № 2. С. 25—27.
типа АЛДГК//типа АЛДГК//Митрофанов С. П. н др. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства. М.: Машиностроение, 1981. 287 с.
типа АЛДГК//
типа АЛДГК//
Мозговой П. М. н др. Усовершенствование маннпу,
Литейное производство. 1982. № 10. С. 34—36.
Мухаметжанов Н. Ф. Алюминиевые сплавы для литья под давлением// Литейное производство. 1983. № 10. С. 33.
Мухаметжанов Н. Ф. Изготовление высокопрочных отлнвок лнтьем под давленнем//Высокопрочные цветньк сплавы н прогрессивные методы производства отлнвок. М.: МДНТП, 1983. С. 11 —14.
Невзоров В. Я. Задачи и пути нх решения прн создании АСУТП//Со- вершенствование технологии н организации производства литья под давлением. М.: ВДНТП, 1980. С. 95—98.
Невзоров В. Я- Роботизация лнтья под давленнем//Лнтейное производство. 1989. № 2. С. 20—23.
Ннкогосов В. А. Плавнльно-раздаточный модуль РТК ЛПД//Лнтейное производство. 1986. № 5. С. 33—34.
Ноговнцнн Б. Ф. Основы расчета и проектирование машин для лнтья под давлением. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1987. 127 с.
Пиль Э. А. Математическая модель сложных корпусных деталей, используемая в САПР ТП//Разработка н применение САПР ТП на машиностроительных предприятиях в свете реализации программы «Интенснфнкацня-90». Л.: ЛДНТП, 1985. М. 20—24.
0. Пляцкнй В・ М・ Лнтье под давлением. М.: Оборонгнз； 1957. 464 с.
Проворов М. М. н др. Совершенствование технологии лнтья под давлением прн нспользованнн комплектов околомашинной механнзацнн//Электро- техннка. 1986. № 12. С. 9—10.
Прохоров И. И., Бояринов В. С., Бекренев В. И. Идентификация технологического процесса для АСУТП//Совершенствование технологии н организация производства лнтья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С. 103~108.
Сафронов В. Я. Справочник по литейному оборудованию. М•: Машиностроение, 1985. 273 с.
Смирнов Н・ Т» 乖削йд1ш В・ А. Система термостатирования мод. 711СТ для терморегулнрованйя крупняк форм//Лнтбйиое проивводьтво. 1988. № 5. С. 29—31.
Совершенствованке Фбянологнн н органнеацни проневодства лнтья под давлением/Под общ. ред. Ю. Ф. Игнатенко. М«: МДНТП, 1980. 133 с.
Соколовскнй Е. С. Изготовление отливок из цинковбпк сплавов на машинах литья под давлением с горячей камерой прессовання//Элбктронная текинка. М：: ТОПО, 1984. Вып. 1 (122). С. 67—68.
Справочнкк тежнолога-прнборостроителя/Под общ. ред. Г. Г. Сыроват- ченко. М,: Машиностроение, 1980. Т. 1. 607 с.
Степанов Ю. А・，Зеленое В. А., Кушербаев Е. М. Аналне процессов по- лученкя высокопорнстыж отлнвок из алюминиевБШ сплавов//Литеинов пронв- водство. 1988. № io* С. 23—24.
Ферштатер И. Б. Метод нанесения смазочного материала при литье под давленнем//Литейное производство. 1985. № 3. С. 23.
Чернов В・ А., Невзоров В・ Я* Исследованиа причин нестабильности качества отливок//Совершенствование технологии и организации производства литья под давлением. М.: МДНТП, 1980. С・ 79—81.
Щеголев А. А. Снижение трудоемкости эачнстныи операций н меванкче* спой обработки прн лнтье под давленнем//Литейное проневодство. 1983. № 2. С 17—18.-
Automatische Druckgiessmaschinenanlagen ffir Dieselmotorebteile//Gies- serei. 74. 1987. N 9. S. 281—285.
Barton H. K- The injecticon of Metal into Die Casting//Die-Mashining.— L. 1944. 64. N 1642. 850 p.
Bednareck Helbeut, Jean — Marie Gillet. Automatische Anwendung pigmentfreier Formtrennstoffe beini Druckgiessen von Aluminium — Zilinder- blocken//Giesserei 75. 1988. N 5・ Februar 29. S. 105—109.
Boll D. Newe automationsgerechte Adgrapresse ermoglicht Unrflstenin Minuten//Giesserei-Pra«is. 1985. N 10. S. 156—158.
Brandt W. Injection of Aluminium into Diecasting Dies//Machinery L. .1938. V. 52. N 8. P. 204—208.
Brunhuber E. Modern® Druckguss-Fertigung. Berlin, 1971. 342 S.
Chijiiwa K・，Shirahige K・ Behavior of Molten Metal with Respect to the Pressure in Cavity of Mold in Aluininium/ZDiecasting — Y — Fac. Eng. Univ— Tokyo, 1981. V. 36. N 1. P. 27—28.
Cooper W., Paladino A. C. Central Lubrication Systems — Some Practical considerations//Die cast. Eng. 1986. 3 0. N 2. P. 52—54, 56, 57.
Dezentralisiertes Elektroschmelzen in der Druckgiesserei//Giesserei-Pra- 就s. 一 1986. N 13/14. S. 192—198.
Fitze R. A trend — setting production unit for pressure die castings for the automobile industry//Cast Plant and Technol. 1987. 3. N 3, 4. P. 7—8.
Freeh O. Quick-clamping system for pressure die casting inachines//Gies- serei-Pra»is. 1985. N 10. S. 152—155.
Frcmimer L・,Liby J. Druckgiess — Technick Band I .//Berlin — Heidelberg—New—York: Springer Vertag. 1965. S. 576.
Good machine mechanics: a must for good process control. Alofs Wayne// Die Cast. Eng. 1986. 3 0. N 1. P. 22—24, 26.
GooH C・，Gisag V. Erfahrungen mit neuentwickelten Entgratepressen// Giessereitechnik. 1985. 31. N 8. S. 245—246.
Martig W. Ein Automationsmodell fur Zinkdruckguss//Giesserei-Prassis. 1987. N 9. S. 148—153.
How do Japanese diecasting complete?//Foundry Trade J. 1986. 160. N 3321. P. 140, 142.
Hudak Greg. Robot automates die casting cell//Amer. Mach, and Autom. Manuf. 1986. 130. N 4・ P. 86—87.
Kanicki D. P., Krohn B. R. Taking the Heat off molten metal handling// Modern casting. 1984. 74. N 10. P. 22—24.
Klein F・ Automatisdie GiessprozessGberwachung beim Druckgiessen// Giesserei. 1981. 68. N 18. S・ 531—534.
Levine Walter E. Die spray technologyspeci ally developed for hot chamber multislide machines//Die Cast. Eng. 1986. 3 0. N 3. P. 16—18, 20, 22.
Lichtensteiger A. Kosteneinsparungen durch rationallen Formwechsel auf der Druck — Giessmaschine//Geisserei. 1985. 72. N 11. S. 313—317.
Maurer I., Klein F. Prozessdatenerfassung an einer Druckgiessmaschine// Giesserei-Praxis. 1987. N 20. S. 287—293.
Moore J. 1 立 Computerized die casting//Die Cast. Eng. 1982. 26, N 6. P. 42—45.
Motmnura N., Taguchi H. Schnellwechselsystem fur Drtickgiessformen auf vollautmatischen Druckgiessmaschinen//Giesserei-PraKic. 1981. N 20. S. 339— 343.
Nakashima W., Ebisawa M. Die castibg of major engine components// Proc. Inst. Meeh. Ebg. 198 0. 194. March. P. 27—37.
Naylor Phyllis. Automated diecasting centers expand market potential// Foundry Manag. and Technol. 1984. 112. N 4. P. 132—133, 135.
Overview of offerings from Prince Corp. Baas Roger//Die Cast. Eng. 1984. 28. N 2. P. 16—18, 20, 22.
Pennington Neiland. Die casting automation is now mainstream techno- logy//Mod. Metals. 1985. 41. N 7. P.应，54, 58, 60, 64, 68, 72, 73.
Rohr und Schlauch. Schnellkupplungen rationalisierer die Umriistzeiten// Ind. Ans. 1982. 26. N 5. S. 28—29.
Ross G. E. Autoladles for Higher Produstivity in Cold-Chamber Pressere DiecastingZ/Foundry Trade journal International. 1982. December. P. 42—43.
Spriestersbach Yochen, Domonkos iuraj. Vergiitbare Aluminium — Gus- sstiicke-hergestellt mittels eines neu entwickelten Vakuum Druckgiessverfahrens// Giesserei. 1982. 69. N 19. S. 521—527.
Tecumseh. Die cast. — A study of Progress.//Die cast. Eng. 1986. 30. N 2. P. 26, 28..
Temperierung von Druckgiessformen—Rationaliona — lisierunge mogli- chkeiten mit normalisierten Beuelementen.//Giesserei-Praxis. 1982. N 4. S. 67—71.
Titone A. I. Hinweise fur das Abgraten in der Druckgiesserei//Giesserei- Praxis-. 1970. N 2. S. 24—28.
Transact SDCE 14-th Lnt. Die Casting Congr. and Expo, Toronto, May 11. 14, 1987, River Grave. 100 p.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
Современный уровень н области применения лнтья под давлением ...
Этапы развития процесса
Основные нарактеристики процесса
Номенклатура отливок, получаемвгн литьем под давлением ...
Конструирование отлнвок
Сплавы
Общие принципы конструирования литой детали
Проектирование теннологичной отливхн
Точность размеров и шероховатость повернности отливов ...
Проектирование технолорнчеакого процесса
Конструктивные снемы прессующи® менанизмов машин ....
Тежнологические основы расчета параметров прессующего и запирающего менанизмов
Конструирование литниково-вентиляционной системы....
Определение параметров литейного процесса
Смазывание пресс-формы
Особые видн литья под давлением
Дефекты отливов
Проектирование пресс-форм
Конструирование деталей пресс-форм
Расчет размеров оформляющей полости пресс-формы
Контроль технологических режимов
Контроль перемещения н скорости пресс-плунжера
Контроль давления прёссования
Контроль усилия запирания
Контроль температуры пресс-формы и темпа работы машины ...
Контрольно-измерительные комплексы
Автоматизация управления технологическим процессом
Задачи создания автоматизированной системы управления технологическим процессом
Оптимизация технологических режимов
Стабилизация параметров технологического процесса
Автоматизированные системы управления технологическим процессом
Проектирование автоматизированных технологических процессов и систем
Аналиб номенклатуры отливок
Анализ текнологичесиого процесса
3 5 513182323323649545467748601091621255358586569737884 и 1» и II 1» 1» 11 1л 11 1л 1л и 1-3 5 513182323323649545467748601091621255358586569737884 и 1» и II 1» 1» 11 1л 11 1л 1л и 1-4 6 7 18 8 0 2112 24 6 7 18 8 0 2112 224242733宓 2 2 2 2 -24242733宓 2 2 2 2 -Выбор теннолсрического оборудования н средств автоматизации
3 5 513182323323649545467748601091621255358586569737884 и 1» и II 1» 1» 11 1л 11 1л 1л и 1-
3 5 513182323323649545467748601091621255358586569737884 и 1» и II 1» 1» 11 1л 11 1л 1л и 1-
4 6 7 1
8 8 0 2
112 2
4 6 7 1
8 8 0 2
112 2
24242733宓 2 2 2 2 -
24242733宓 2 2 2 2 -
Разработка вариантов и выбор транспортно-теинологической скемы
Разработка вариантов и выбор структурно-компоновочной скемы
Разработка вспомогатедьннк устройств
Планировка PC
Программа работа PC
Электросхема стыковки систем управления оборудованием PC ..
Автоматизированные комплексы и федства автоматизацкк технологических операций
Классификация автоматизированных комплексов
АК средней мощности
АК большой мощности
АК малой мощности
Другие АК
Основные средства автомативации
Элементы АК и пресс-форм дЛя терморегулирования
Примеры модернизации АК
Технико-экономическая эффективность литья под давлением ...
Организация производства
Механизация плавильно-раздаточных операций ........
Организация и автоматизация работ по пересмене пресс- форм
Проектирование цехов литья под давлением алюминиевык сплавов
Проектирование цехов литья под давлением магниевых и цинковых сплавов
Организация зачистных операций Список литературы
9 7 12 3 2 5 517472938 5 6 242526262627272728293030313132323339 7 12 3 2 5 517472938 5 6 242526262627272728293030313132323332 6 7 5 4 ^ «^ ^ ^ ^2 6 7 5 4 ^ «^ ^ ^ ^ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
9 7 12 3 2 5 517472938 5 6 24252626262727272829303031313232333
9 7 12 3 2 5 517472938 5 6 24252626262727272829303031313232333
2 6 7 5 4 ^ «^ ^ ^ ^
2 6 7 5 4 ^ «^ ^ ^ ^
|Беккер Михаил Бенционович,| Заславский Михаил Лейбович, Игнатенко Юрий Федорович
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Редактор О. И. СкворцоваПереплет художника А. Я- МихайловаХудожественный редактор А. С. ВершинкинТехнический редактор Т. С. СтарыхКорректор 4 П. Сизова
ИБ № 6242
Сдано в набор 30.03.90. Подписано в печать 25.07.90. Т-07213.
Формат 60X901/16. Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 25,0. Усл. кр.-отт. 25,0.
Уч.-нзд. л. 28,45. Тираж 12 300 экз. Заказ 66. Цена 1 р. 70 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство жМашнностроевне»,107076, Москва, Стромынский пер., 4
Типография № 6 ордена Трудового Красного Знаменииздательства жМашнностроенне»при Государственном комитете СССР по печати.
19314，, Ленинград, ул. Моисеенко, 10