Прессовые формовочные машины
Классификация формовочных и стержневых машин
Содержание
Курс лекций
по дисциплине «Оборудование литейных цехов»
для студентов специальности 150204
«Машины и технология литейного производства»
очной формы обучения
Н. Новгород, 2007
Содержание. 2
1. Введение. 5
2. Классификация формовочных и стержневых машин. 7
3. Прессовые формовочные машины.. 8
3.1. Особенности прессовых формовочных машин. 8
3.2. Напряженное состояние литейной формы. Опока без модели. 8
3.3. Напряженное состояние литейной формы. Опока с моделью.. 12
3.4. Способы снижения основного недостатка прессования. 15
3.4.1. Прессование с профильной засыпкой смеси в опоку. 15
3.4.2. Прессование жесткой профильной колодкой. 15
3.4.3. Прессование решеткой. 15
3.4.4. Прессование гибкой диафрагмой. 16
3.4.5. Прессование с применением многоплунжерной головки. 18
3.4.6. Прессование блоком мягкой резины.. 19
3.5. Прессование роторной головкой. 19
3.6. Прессование лопастным рабочим органом.. 21
3.7. Верхнее и нижнее прессование. 22
3.8. Аналитическое уравнение прессования. 24
3.9. Эмпирические уравнения прессования. 25
3.10. Расчет высоты наполнительной рамки. 26
3.11. Влияние вибрации на уплотнение прессованием.. 28
4. Встряхивающие формовочные машины.. 30
4.1. Общая характеристика встряхивающих машин. 30
4.2. Классификация встряхивающих формовочных механизмов. 30
4.2.1. Классификация по роду привода. 30
4.2.2. Классификация по характеру рабочего процесса. 31
4.2.3. Классификация по степени амортизации удара. 32
4.2.4. Классификация по типу воздухораспределения. 34
4.3. Характер уплотняющего воздействия на формовочную смесь. 38
4.3.1. Кинетика сил инерции при ударе встряхивающего стола. 38
4.3.2. Уплотнение формовочной смеси при встряхивании. 41
4.3.3. Распределение сжимающих напряжений по высоте формы.. 41
4.3.4. Качество уплотнения формовочной смеси при встряхивании. 42
4.3.5. Эмпирические уравнения встряхивания. 43
4.4. Индикаторные диаграммы встряхивающих механизмов. 45
4.5. Комбинированный механизм уплотнения. 47
5. Пескометы.. 49
5.1. Классификация, устройство и работа пескометов. 49
5.2. Физические основы процесса уплотнения пескометом.. 51
5.3. Потребляемая пескометной головкой мощность. 53
6. Пескодувные машины.. 55
6.1. Классификация пескодувных машин. 55
6.2. Устройство и работа пескодувных машин. 55
6.3. Выбор основных параметров пескодувных машин. 57
6.4. Границы применимости процесса. 60
7. Импульсные машины.. 61
7.1. Процесс импульсного уплотнения. 61
7.2. Импульсные головки. 62
8. Комбинированные методы уплотнения. 67
8.1. Предпосылки комбинированных методов уплотнения. 67
8.2. Встряхивание с допрессовкой. 68
8.3. Комбинированные импульсные методы уплотнения. 69
8.4. Пескодувно-прессовый и пескодувно-импульсный методы.. 70
9. Сравнение методов уплотнения. 71
10. Стержневые машины.. 74
11. Способы приведения формовочных машин в действие. 75
12. Оборудование для приготовления смесей. 76
12.1. Технология обработки формовочных материалов. 76
12.2. Состав смесеприготовительных систем.. 77
12.3. Физические основы смешивания и классификация смесителей. 78
12.4. Катковые смесители (бегуны) 79
12.5. Основы теории работы катковых смесителей. 81
12.6. Центробежные смесители. 83
12.7. Лопастные и барабанные смесители. 86
12.8. Разрыхлители и дезинтеграторы.. 86
13. Оборудование для приготовления свежих формовочных материалов. 88
13.1. Оборудование для сушки и охлаждения песка и для сушки глины.. 88
13.1.1. Одноходовое горизонтальное барабанное сушило. 88
13.1.2. Трехходовое барабанное сушило. 89
13.1.3. Особенности процесса сушки в барабанных сушилах. 89
13.1.4. Установки для сушки и охлаждения песка в кипящем слое. 90
13.2. Дробильно-размольное оборудование. 92
13.2.1. Способы механического дробления. 92
13.2.2. Физические основы процесса дробления. 93
13.2.3. Щековые дробилки. 94
13.2.4. Валковые дробилки. 98
13.2.5. Молотковые дробилки. 100
13.2.6. Шаровые мельницы.. 101
13.2.7. Молотковые мельницы.. 104
13.2.8. Вибрационные мельницы.. 105
13.3. Механизация процесса приготовления глинистой суспензии. 107
14. Оборудование для подготовки отработанной формовочной смеси. 109
14.1. Технология переработки отработанных формовочных смесей. 109
14.2 Магнитные железоотделители. 111
14.2.1. Шкивные железоотделители. 111
14.2.2. Ленточные магнитные железоотделители. 113
14.3. Оборудование для просеивания формовочных материалов. 113
14.3.1. Плоское механическое сито. 113
14.3.2. Барабанное полигональное сито. 114
14.3.3. Вибрационное сито. 115
14.3.4. Основы теории работы плоского механического сита. 116
14.4. Установки гомогенизации и охлаждения отработанных смесей. 118
14.5. Устройства для регенерации отработанных смесей. 120
15. Оборудование хранения и раздачи материалов и смесей. 122
15.1. Бункеры для хранения сыпучих материалов. 122
15.2. Затворы.. 123
15.2.1. Секторный затвор. 123
15.2.2. Челюстной затвор. 124
15.2.3. Шиберный затвор. 124
15.3. Питатели. 125
15.3.1. Ленточный питатель. 125
15.3.2. Пластинчатый питатель. 126
15.3.3. Шнековый питатель. 126
15.3.4. Лотковый питатель. 127
15.3.5. Тарельчатый питатель. 127
15.3.6. Лопастной питатель. 127
15.4. Дозаторы.. 128
15.4.1. Бункерный дозатор. 128
15.4.2. Коробчатый дозатор. 129
15.4.3. Поворотный дозатор. 129
15.4.4. Шиберный дозатор. 129
15.4.5. Весовые дозаторы.. 130
16. Оборудование для выбивки форм и стержней. 131
16.1. Классификация выбивных устройств. 131
16.2. Вибровозбудители. 132
16.3. Подвесные вибраторы и вибрационные траверсы.. 136
16.4. Выбивные решетки. 137
16.4.1. Рабочий процесс механических выбивных решеток. 137
16.4.2. Выбивная эксцентриковая решетка. 138
16.4.3. Выбивная инерционная решетка. 139
16.4.4. Выбивная инерционно-ударная установка. 140
16.4.5. Установки с выдавливанием кома. 140
16.4.6. Выбивка форм с крестовинами. 141
16.4.7. Выбивные решетки с транспортированием отливок. 142
16.4.8. Конструктивные особенности инерционных решеток. 143
16.5. Выбивной барабан. 144
16.6. Оборудование для удаления стержней из отливок. 145
16.6.1. Пневматические вибрационные машины.. 145
16.6.2. Гидравлические камеры.. 146
16.6.3. Электрогидравлические установки. 147
17. Оборудование для финишных операций. 149
17.1. Отделение элементов литниковых систем.. 149
17.1.1. Механическое отделение элементов литниковых систем.. 149
17.1.2. Кислородно-ацетиленовая резка. 151
17.1.3. Разделительная воздушно-дуговая резка металлов. 153
17.2. Очистка и зачистка отливок. 154
17.2.1. Рубильные молотки. 155
17.2.2 Галтовочные барабаны.. 157
17.2.3 Дробеметная очистка отливок. 161
17.2.4 Дробеструйная очистка отливок. 168
17.2.5 Вибрационная очистка отливок. 170
17.2.5. Зачистка отливок шлифовальными кругами. 171
Список рекомендуемой литературы.. 176
1. Введение
Литейные цехи состоят из множества производственных и вспомогательных отделений. К производственным отделениям относят: плавильное, включая участок взвешивания и набора шихты; формовочно-заливочно-выбивное, включая сушильные установки и участок литых каркасов; стержневое, включая сушильные установки и склад стержней; смесеприготовительное для формовочных и стержневых смесей; термообрубное, включая участки гидроиспытания и исправления дефектов литья и отделение грунтовки отливок. В каждом отделении выполняется определенная операция и имеется основное и вспомогательное оборудование. Экономически целесообразно максимально облегчать труд работающих и повышать производительность труда. Эти задачи решаются путем механизации и автоматизации технологических процессов.
Механизация литейного производства в мировой практике началась в начале XX века с создания примитивных формовочных машин, если не считать применявшихся в еще более раннее время простых подъемных кранов на формовке и лифтов для подъема шихты на колошниковую площадку вагранок.
Первоначально механизация литейного производства во всех странах была на низком уровне. Цехи работали на ступенчатом режиме с использованием формовочных машин с ручной набивкой, и изредка гидравлических прессовых машин. Смеси приготавливали в бегунах. Для просеивания формовочных материалов применяли сита. Для грубого измельчения хрупких материалов имелись дезинтеграторы, а для очистки отливок пескоструйные аппараты.
В 20-х годах XX века появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. Усложнялось и улучшалось смесеприготовительное оборудование, появились пневматические выбивные устройства, оборудование для очистки отливок, улучшалась механизация транспорта шихтовых и формовочных материалов, а также отливок. Создавались и внедрялись в производство литейные конвейеры и поточный метод работы.
В середине XX века параллельно с коренным перевооружением и механизацией литейного производства развертывается изучение новой техники. Проводятся научно-исследовательские работы, разрабатываются теории рабочих процессов и методов расчета литейного оборудования. Появляются новые методы литья с целью получения отливок повышенной точности. Проектируются и создаются новые, усовершенствованные машины литейного производства. Создаются машины-автоматы и автоматические литейные линии.
Развитие и совершенствование машиностроительной промышленности сопровождается прогрессивным уменьшением трудоемкости.
В литейных цехах это достигается двумя путями.
1) Применением новых технологических процессов, дающих непосредственное уменьшение трудоемкости изготовления отливок, или позволяющих получить более точные отливки. Во втором случае уменьшить объем и стоимость механической обработки литых заготовок в механосборочных цехах. Однако применение новых технологических процессов в литейных цехах (под давлением, кокильного, центробежного, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, выжиманием и др.) ограничено по номенклатуре отливок и в целом по машиностроению может охватить лишь 20¸25 % всего литья.
2) Механизацией существующих технологий литейного производства, являющейся основным средством уменьшения трудоемкости получения отливок, применимым для наиболее широкой номенклатуры отливок. Кроме повышения производительности труда, механизация дает повышение точности и качества отливок и коренное улучшение условий труда.
Средний уровень производительности труда, выражающийся в выпуске годных отливок (тонн в год) на одного списочного работающего, возрастает с увеличением мощности цеха и степени его механизации. Производительность труда для крупных высокомеханизированных цехов в 2¸3 раза больше, чем мелких, маломеханизированных. Поэтому в промышленно развитых странах делают большие капиталовложения в механизацию и оборудование литейных цехов. Это окупается увеличением производительности труда (экономией на трудозатратах), а также повышением точности отливок (экономией на сокращении объема механической обработки).
В литейном производстве имеют место многочисленные, разнохарактерные и сложные технологические процессы, связанные с применением материалов во всех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Процессы часто происходят при высоких температурах и давлениях, сопровождаются шумом, пыле- и газовыделением. Все это создает особую специфику конструирования и эксплуатации разнообразных видов литейного оборудования.
Современное развитие литейного машиностроения позволяет создать комплексно-механизированный или автоматизированный комплект оборудования для любого участка или отделения литейного цеха.
Для механизации и автоматизации плавильных отделений разработано большое число надежно работающих устройств, которые позволяют шихтовать и загружать плавильные агрегаты и автоматически вести контроль плавки.
Разработаны комплекты оборудования для высокопроизводительных автоматических смесеприготовительных систем. Созданы разнообразные формовочные линии со скользящей и многопозиционной оснасткой, линии безопочной формовки, линии и автоматы для изготовления стержней, затвердевающих в оснастке, что позволяет расширить область применения механизации и автоматизации при формовке и изготовлении стержней.
Для очистки отливок наряду с традиционными процессами галтовки и дробеметной очистки внедряются процессы на основе электрофизических и электрохимических процессов.
Труднее поддаются автроцессами галтовки и дробеметной очистки внедряются процессы на основе электрофизических и электрохимических процессов.
Труднее поддаются автоматизации операции обрубки и зачистки ввиду индивидуального характера конфигурации, дефектов и величины отклонений геометрических размеров отливок. Однако в условиях автоматизированной формовки отклонения от массы отливок составляют лишь 1,5% против 5% при формовке на обычных формовочных машинах.
Основная доля трудоемкости изготовления отливок, а именно от 50 до 70%, приходится на формовку (с приготовлением формовочных смесей) и изготовление стержней. Следовательно, большое значение имеет механизация и автоматизация этих основных участков литейного цеха.
От качества формы зависит качество отливки: ее точность, состояние поверхности. Качество формы зависит, прежде всего, от метода ее уплотнения, поэтому большое внимание уделяется совершенствованию существующих и разработке новых способов формообразования.
Формовочные машины механизируют как процесс уплотнения форм, так и процесс извлечения модели из формы. Они могут приводиться в действие от различных энергоносителей, иметь различие в конструктивном исполнении и разную степень автоматизации. В соответствии с этим их можно классифицировать по следующим признакам:
- по методу уплотнения формовочной смеси: прессовые, встряхивающие, пескодувные, пескометные, импульсные, комбинированные;
- по способу извлечения модели из формы: вытяжные и поворотно-вытяжные;
- по роду привода: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические, электромагнитные и комбинированные;
- по конструктивной компоновке: однопозиционные, двухпозиционные и многопозиционные;
- по способу перемещения опок: проходные, челночные и карусельные;
- по степени автоматизации: неавтоматические, полуавтоматические, автоматические.
Классификация по методу уплотнения является более общей, поэтому ее берем за основу дальнейшего рассмотрения формовочных машин.
Процесс уплотнения формы зависит от способа силового воздействия на смесь. Исследования показывают, что на поведение смеси при уплотнении существенно влияет скорость изменения сжимающих напряжений, поэтому следует различать статические и динамические методы уплотнения.
К статическим методам относятся все способы прессования литейных форм. Для этих методов характерно относительно медленное увеличение сжимающей нагрузки (скорость перемещения прессовой колодки относительно опоки не превышает 0,1 м/с); сам процесс уплотнения длится несколько секунд. Методы уплотнения, при которых время приложения нагрузки не превышает 0,1¸0,2 с, а сжимающие напряжения в смеси быстро растут и также быстро уменьшаются, являются динамическими. Для этих методов характерна высокая скорость деформации смеси. Существенную роль, а в некоторых случаях решающую, играют инерционные силы.