Расчет активной многоплунжерной головки
Содержание
Введение…………………………………………………………
1. Назначение и область применения…………………………….....8
2. Кинематическая схема машины………………………………….13
3. Расчет основных механизмов…………………………………....15
4. Индикаторная диаграмма прессового механизма……………..17
5. Техническая характеристика…………………………………….
6. Конструкция и работа машины…………………………………10
7. Правила эксплуатации и обслуживания………………………..21
8. Ремонт…………………………………………………………….
9. Мероприятия по охране труда………………………………….23
Список использованных источников………………………………24
Введение
В последнее время требования в области качества и точности отливок значительно возросли. Потребители литья требуют уменьшения допусков. Производство литья повышенного качества в сырые формы невозможно без стабилизации всех участвующих в процессе получения отливок компонентов процесса, к примеру качества формы, распределения прочности формы, стабильности и геометрии формы, качества формовочной смеси и модели, допусков, качества чугуна и т.д.
В небольших и средних специализированных литейных цехах часто применяют еще встряхивающие формовочные машины с подпрессовкой. Высокая шумовая эмиссия до 115 Дб (А), большой износ деталей машин, опок и моделей, повышенные допуски по размерам отливок исключают данный способ формовки, если предусматриваются новые капитальные вложения или расширение производства. Следовательно, требуется способ изготовления форм, который при возросших требованиях может полностью заменить метод встряхивания с подпрессовкой.
Основополагающая идея принципа дифференциального уплотнения делит прессующую плиту на несколько отдельных поверхностей, которые в соответствии с различными уровнями расположения обеспечивают уплотнение по конфигурации модели.
Производство отливок с использованием формовочных автоматических линий в сырых формах в большинстве случаев является наиболее экономичным и высокопроизводительным технологическим процессом. Интенсификация литейного производства связана с увеличением газо-, пыле-, тепловыделений, необходимостью повышения кратности воздухообмена в помещениях литейных цехов. Этим обуславливается общая тенденция максимально возможной замены человека в литейных цехах машинами, применением манипуляторов автоматического действия и использованием автоматических систем управления технологическими процессами. Для совершенствования литейного производства необходимо развитие литейного машиностроения, специализированное изготовление комплексного автоматизированного оборудования, испытания и отладка его под нагрузкой. Решающее значение имеет координация проведения конструкторских разработок, научных исследований и организация внедрения их результатов, особенно, при проектировании, реконструкции. В то же время усложнение и интенсификация рабочих процессов машин, ужесточение условий работы их отдельных узлов и деталей вызывают необходимость дальнейшего совершенствования и развития теории и методов расчета машин. Проекти-рование машин без расчета может привести к завышению веса и габаритов, к поломке машин, поэтому разработка и совершенствование методов расчета машин имеет актуальное значение. Создание новых машин – творческий процесс, опирающийся на знание технологических схем и основ теории машин, используемых в технологических потоках литейного производства.
Фирма «Künkel-Wagner» была основана в 1907 как машиностроительное предприятие, специализирующееся на производстве техники для литейной промышленности. С этого времени производство, управление фирмой, действующей на международной арене, отдел развития и учебный комбинат размещаются в городе Альфельде, недалеко от Ганновера.
Начиная с 1911 года, когда
была создана первая ручная формовочная
машина, фирма «Künkel-Wagner»
Впоследствии была разработана
инновационная технология формовки,
позволившая отказаться от применения
встряхивающих машин с
Уже в 80-х была разработана концепция разделения формовочной и стержневой смеси. Своевременно выбранная позиция способствует и сегодня принятию верных решений в части повышения качества формовочных материалов как на формовочных линиях, так и в смесеприготовительной технике. Современная технология уплотнения позволяет с высокой степенью повторяемости изготовлять сложные контуры необходимой прочности.
Для завершения производственной группы довольно рано были созданы простейшие заливочные машины, которые со временем развились до современных автоматических заливочных машин.
В установках последнего поколения обеспечивается регистрация всех важнейших параметров процесса, генерация и архивирование (по необходимости) сигналов отклонений от заданных параметров. Таким образом осуществляется необходимое документирование сопровождения технологического процесса. Инновация, специальные знания и опыт в сочетании с долговечным высококачественным исполнением отличают всю нашу продукцию.
Марка «изготовлено в Германии», как и приобретённая на основании многолетнего опыта компетентность сотрудников являются важнейшими напраляющими в развитии предприятия.
Фирма Kunkel-Wagner предлагает единственный в своём роде компетентный системный технологический подход, поставляя из одних рук формовочную линию совместно с оптимизированным под неё смесеприготовлением и заливочным устройством. Единая система управления производственными и технологическими процессами даёт заказчику непревзойдённое преимущество постоянного и непрерывного контроля качества по всем технологическим переделам со связью с управлением более высокого уровня.
Наше оборудование обеспечивает высокое качество продукции при высочайшей надёжности производства и минимальном количестве персонала.
Модульная система обеспечивает возможность ступенчатого финансирования от единичной формовочной машины до полуавтоматической формовочной линии и далее до полностью автоматизированной линии, способной также с высокой экономической эффективностью производить и малые серии литья.
Модульные системные компоненты обеспечивают высокую надёжность производства, высокую степень использования рабочего времени оборудования, низкие затраты на обслуживание и эксплуатацию. Они позволяют создание индивидуальных систем, рассчитанных на индивидуальные запросы потребителя. Богатый опыт разработки оборудования является основой для планирования индивидуально подобранных устройств. Всё оборудование обеспечивает высокую энергетическую эффективность производства.
Все части оборудования, будь то механические, гидравлические компоненты или же электрооборудование и программное обеспечение, соответствуют самым высоким фирменным стандартам «Kunkel-Wagner», значительно превышающим по своей жесткости общепринятые в машиностроении.
Рисунок к патенту 92001730/02, 22.10.1992
1 Назначение и область применения
Дифференциально – прессовая
головка предназначена для
Дифференциально – прессовая (многоплунжерная) головка состоит из большого числа (36 — 100) плоских прессовых плит-башмаков, каждый из которых укреплен на штоке поршня (плунжера), перемещающегося в цилиндре. При подаче в цилиндры жидкости под давлением или сжатого воздуха плунжеры с башмаками опускаются, уплотняя отдельные вертикальные столбы смеси. В конце процесса прессования контур поверхности контрлада формы, образованный торцами опустившихся башмаков, в какой-то мере повторяет контур поверхности модельной плиты с моделями. Патенты: 92001730/02, 22.10.1992 Способ изготовления литейных форм включает уплотнение формовочной смеси многоплунжерной прессовой головкой. Новым в способе является то, что в процессе прессования на формовочную смесь дополнительно воздействуют через каждый прессовый башмак многоплунжерной головки синхронными колебательными или ударными импульсами, направленными вдоль линии действия каждого из башмаков, причем это дополнительное воздействие может осуществляться после предварительного уплотнения смеси прессованием, а в процессе этого воздействия прессовые башмаки или некоторые из них могут отрываться от поверхности формовочной смеси, а при обратном движении производить удар по ней (трамбование). Также многоплунжерная головка может быть закреплена неподвижно, а уплотнение смеси может производиться многократными периодическими ударами прессовых башмаков. Устройство для осуществления предложенного способа уплотнения литейных форм включает гидравлическую многоплунжерную головку активного или пассивного действия, прессовые башмаки которой соединены с поршнями, размещенными в цилиндрах прессовой головки, объединенных в одну гидравлическую систему, рабочий стол и привод его перемещения. Новыми в устройстве являются плунжер, входящий в гидравлическую систему головки, и вибратор гармонических колебаний для ударного действия, воздействующий на свободный конец плунжера вдоль его оси, а также дополнительная камера в гидравлической системе головки, объем которой соизмерим с полной емкостью гидравлической полости головки, подвижный элемент, имеющий возможность изменять ее рабочий объем, а также быстроходный привод подвижного элемента; 92001730/02, 22.10.1992 Использование в литейном производстве, а именно в способах изготовления литейных форм в устройствах для их изготовления. Сущность изобретения: в предложенном способе при уплотнении смеси многоплунжерной головкой уплотнению подвергаются вертикальные столбы смеси под каждым из прессовых башмаков головки. В первую очередь плотность повышается у наиболее низких столбов смеси, расположенных над моделью. В процессе прессования на формовочную смесь дополнительно воздействуют через каждый прессовый башмак многоплунжерной головки синхронными колебательными или периодическими ударными импульсами, направленными вдоль линии каждого из башмаков. Дополнительные воздействия могут быть осуществлены после предварительного уплотнения смеси. Предложенное устройство для осуществления способа содержит многоплунжерную прессовую головку активного или пассивного действия, прессовые башмаки которой соединены штоками с поршнями, размещенными в цилиндрах прессовой головки, объединенных в одну гидравлическую систему, рабочий стол и привод его перемещения. Кроме того, устройство содержит плунжер размещенный в гидравлической системе головки, возбудитель колебаний или периодических ударных импульсов, воздействующих на свободный конец плунжера вдоль его оси, и дополнительную камеру в гидравлической системе головки, объем которой соизмерим с полной емкостью гидравлической полости головки, и подвижный элемент, имеющий возможность изменять ее рабочий объем, а также быстроходный привод подвижного элемента. Целью изобретения является разработка способа уплотнения литейных форм и устройства для его осуществления, обеспечивающих улучшение качества форм за счет повышения величины и равномерности распределения плотности смеси в форме и улучшение качества отливок, а также снижение энергоемкости и повышение эффективности процесса уплотнения форм.
Поставленная цель достигается
тем, что в способе изготовления
литейных форм, включающем уплотнение
формовочной смеси
Сущность предложенного способа изготовления литейных форм состоит в следующем. При уплотнении смеси многоплунжерной прессовой головкой уплотнению подвергаются вертикальные столбы смеси под каждым из прессовых башмаков головки. В первую очередь плотность повышается у наиболее низких столбов смеси, расположенных над моделью. При сообщении прессовым башмакам колебаний (вибрации), направленных вдоль линии действия башмаков, происходит резкое увеличение текучести смеси за счет снижения коэффициентов ее внутреннего и внешнего трения, и она начинает перетекать из надмодельной области в выемки, в том числе и в узкие, на модели и в промежутки между моделью и стенками опоки. По мере прессования смеси башмаками вокруг модели, под действием вибрации смесь будет более активно перетекать из-под башмаков в сторону модели, заполняя и уплотняя горизонтальные выемки в стенках модели (в отъемных частях модели) и под нависшими над краями модели башмаками. В результате такого перетекания смеси существенно повышается величина и равномерность уплотнения смеси в форме, что позволяет, например, получить ту же плотность смеси, что и без приложения вибрации, при меньшем давлении прессования, т. е. позволяет повысить эффективность процесса уплотнения и снизить его энергоемкость.
Описанную многоплунжерную головку называют активной. У пассивной многоплунжерной головки все цилиндры соединены друг с другом. При прессовании формы головка и (или) полуформа движутся навстречу друг дргу, и после соприкосновения башмаков со смесью последняя начинает уплотняться. Плотность смеси в надмодельной области увеличивается быстрее, чем в околомодельных областях, поэтому над моделью начинают интенсивно расти сжимающие напряжения. Так как давление жидкости над всеми поршнями в любой момент процесса одинаково, то более интенсивный рост напряжений в надмодельной области приведет к тому, что башмаки плунжера, расположенные над моделями, начнут перемещаться вверх относительно их начального положения в цилиндре, а башмаки, расположенные над около модельными областями формы, будут перемещаться вниз.
В пассивной многоплунжерной головке стол с оснасткой перемещается снизу вверх навстречу плунжерам. В этом случае масло в головке запирается и может только перетекать из одной рабочей полости в другую. Масло в данном случае может быть без давления. Формовочная машина в случае применения пассивной головки может иметь отдельный прессовый механизм, при действии которого головка служит пассивным упором. Башмаки головки здесь также поднимаются на разную высоту в зависимости от силы сопротивления смеси под данным плунжером. Объем масла в замкнутой полости головки остается постоянным.
Плунжеры активной головки иногда объединяют в несколько групп (чаще всего две), в каждую из которых подают масло разного давления и в разное время. Например, вначале прессуют с меньшим давлением смесь в надмодельной области, а затем по периферии полуформы – с большим давлением. Такое поочередное прессование обеспечивает лучшие условия перетекания смеси и повышает равномерность уплотнения.
Механизм уплотнения
смеси при использовании
Активная головка может
К пассивным многоплунжерным головкам также следует отнести головки, башмаки которых укреплены на стержнях и упираются в витые пружины. Над более напряженными частями формы башмаки поднимаются выше, чем над менее напряженными частями, т. е. абсолютная деформация более напряженных столбов смеси несколько уменьшается, что приводит к некоторому выравниванию плотности смеси. Степень выравнивания зависит от жесткости пружин.
2 Кинематическая схема машины
Рисунок 1 – Кинематическая схема
Покой (рисунок а).
Встряхивание (рисунок б). Из магистрали через клапан встряхивания воздух входит под поршень и поднимает его вместе с перекидным столом и опокой. На некоторой высоте золотник клапана прекращает доступ воздуха и соединяет пространство под поршнем с атмосферой. Поршень падает, производит удар и уплотнение смеси.
Перекидывание стола
и подъем приемного стола (рисунок
в). Под действием сжатого воздуха
масло поступает под поршень
горизонтального цилиндра перекидного
механизма. Поршень передвигается
и посредством шатунов и
Опускание приемного стола и освобождение формы от модели (рисунок г). Масло из-под поршня приемного стола выпускают, приемный стол медленно под действием веса опускается и освобождает форму от модели.
3 Расчет основных механизмов
Расчет давления прессования.
Задаемся: количество плунжеров – 100, активная поверхность башмака – 120Х100 мм. Плотность смеси, которую надо получить – 1,7 г/см3.
С |
В |
А |
С | ||||||
Рисунок 2 – Схема расположения и конфигурации модели
Средняя степень уплотнения:
δ=1+С*р0,25
δ – средняя степень уплотнения смеси, г/см3;
С – коэффициент уплотненности смеси, СНо0,19=0,92;
Но – высота слоя формовочной смеси в опоке до прессования.
Х=150 мм, Y=200 мм, Z=450 мм.
С: С*450,19=0,92, С=0,97
В: С*200,19=0,92, С=0,52
С: С*150,19=0,55
Давление на прессовом башмаке:
Рб=[(δ-1)/С]4
С: Рб=[(1,7-1)/0,97]4=0,271 МПа
В: Рб=[(1,7-1)/0,52]4=0,328 МПа
А: Рб=[(1,7-1)/0,55]4=0,262 МПа
Расчет диаметра цилиндров.
Давление прессования под башмаком плунжера:
Рбаш = Рсист*Fпл/Fбаш
Fпл= Fбаш* Рбаш/ Рсист
Рсист – давление в системе (1 МПа);
Рбаш – давление под башмаком, МПа;
Fпл – площадь плунжера, см2;
Fбаш – площадь башмака (140 см2).
С: Fпл=150*0,271/1=41 см2=0,0041 м2
В: Fпл=150*0,328/1=50 см2=0,0050 м2
А: Fпл=150*0,262/1=40 см2=0,0040 м2
Диаметр плунжера:
D=√Fпл*4/π
С: D=0,074 м; В: D=0,082 м; А: D=0,073 м.
4 Индикаторная диаграмма прессового механизма.
Для удобства расчета
рассматриваем процесс
Зона В. В ней количество башмаков – 32, размер башмаков – 120Х100 мм. Исходная плотность смеси δо=1,2 г/см3, нужно получить δт=1,7 г/см3. коэффициент уплотненности с=0,52, давление прессования 0,328 МПа. Цилиндр диаметром 0,077 м, площадь поршня 46*10-4 м2.
Точка 1. Начало движения поршня вверх.
Р1=(1+(Q+R)/F)*105
Р1=(1+(10.8+1.944)/0.005) *105=105+2770*105 Па
Q=Q0+Q1; Q0=600 кг; Q1=(0,8-1,0)* Q0=600+480=1080 кг
R=(0,15-0,25)* Q=0,18*1080=194,4 кг
Площадь опоки в плане f=а*б=1,4*1=1,4 м2.
Т. к. на форму действует 100 плунжеров, то Q=1080/100=10,8 кг; R=194,4/100=1,944 кг; f=0,14*0,1=0,014 м2.
Q – сила тяжести частей машины
R – сила трения поршня о цилиндр, R=μ*Q (μ-коэффициент трения сталь/сталь в присутствии масла, поверхность полированная)
F – площадь поршня
S1=S0=V0/F
S1=0,00024/0,005=0,052 м
S1- приведенная высота вредного пространства
V0 – объем вредного пространства
V0=(0,05-0,1)* V
V- объем цилиндра
V=h*d2*π/4=0.62*0.0772*3.14/4=
V0=0,08*0,003=0,00024 м3
Точка 2. соответствует высоте подъема поршня, при которой выбирается зазор z между наполнительной рамкой и прессовой колодкой. Принимаем z=50 мм.
Р2=Р1=105+2770*105 Па
S2=S1+z=0,052+0,05=0,102 м
Точка 2а. Соответствует началу внедрения прессового поршня в объем наполнительной рамки.
Р2а=Р2+((δо-1)/с)4*(Fо/F) *105
Р2а=105+2770*105+((1,2-1)/0,
S2а=S2=0,102 м
Точка 3. Соответствует концу процесса прессования.
Р3=Р2+((δт-1)/с)4*(Fо/F) *105
Р3=105+2770*105+9,99*105=105+
S3=S0+z+h=S2+h=0,102+0,152=0,
Промежуточные точки.
δn1= δо *[(∆hn/(H-Vm/Fo))+1]=1.2*[(0.
δn2= δо *[(∆hn/(H-Vm/Fo))+1]=1.2*[(0.
Vm=0,1*0,14*0,15=0,0021 м3 – объем модели под башмаком
Pn1=P2+((δn1-1)/c)4*Fo/F*105=
Pn2=P2+((δn2-1)/c)4*Fo/F*105=
Sn1=So+z+∆h1=S2+∆h1=0.102+0.
Sn2=So+z+∆h2=S2+∆h2=0.102+0.
Точка 4. Соответствует моменту, когда поршень начинает подниматься.
Р4=Р3-(Q-R)/F*105=105+2780*105
S4=S3=0.254 м
Точка 5. Соответствует концу подъема поршня.
Р5=Р4=105+854.8*105Па
S5=S1=So=0,052 м.
5 Техническая характеристика
Размер опок в свету, мм – 1200Х1000Х450
Количество прессующих плунжеров, шт - 100
Размер прессующих башмаков, мм – 120Х100
Давление масла в сети, МПа – 1
Давление прессования в зоне А, МПа – 0,262
Давление прессования в зоне В, МПа – 0,328
Давление прессования в зоне С, МПа – 0,271
Количество плунжеров зоны А, шт – 16
Количество плунжеров зоны В, шт – 40
Количество плунжеров зоны С, шт – 44
Диаметр цилиндров зоны А, м – 0,073
Диаметр цилиндров зоны В, м – 0,082
Диаметр цилиндров зоны С, м – 0,074
6 Конструкция и работа машины.
Рисунок 4 – Схема технологических операций уплотнения
Такие процессы, как наполнение опоки, транспортировка опоки через формовочную машину, смена модели и т.п. сравнимы с обычными технологиями.
Давление в отдельных цилиндрах устанавливается ступенчато, например 0; 2; 4; 6 бар в соответствии с контуром модели. Высокое давление означает глубокое проникновение соответствующего плунжера в формовочную смесь и, наоборот, низкое давление означает проникновение плунжера на сравнительно малую глубину. Нулевая ступень, т.е. при отсутствии давления в цилиндре данного плунжера он полностью отходит назад. Тем самым поверхность его (плунжера) устанавливается в одной плоскости с прессующей плитой, обеспечивая возможность отдельные участки поверхности при крупных сериях или участок возле литниковой чаши в верхней половине опоки исключать из профилирования и уплотнять эти участки плоской прессующей плитой.
Для дифференциации общей интенсивности уплотнения предусмотрены различные ступени давления главного привода. В общей сложности четыре таких ступени обеспечивают широкий спектр эффективной интенсивности уплотнения в сочетании с профилированием отдельных плунжеров.
Процесс динамического уплотнения включается в результате освобождения столба гидравлической жидкости (масла) главного привода на стороне штока поршня путем открывания быстродействующего разгрузочного клапана.
С увеличением пути давление уплотнения формовочного материала под отдельными плунжерами экспоненциально нарастает, вызывая возврат (обратную установку) плунжеров, пока не установится равновесие усилий. Тем самым в процессе уплотняющего (рабочего) хода плунжеров осуществляется собственно их профилирование, т.е. установка по высоте, в соответствии с конфигурацией модели. Далее в процесс уплотнения включается прессующая плита, которая обеспечивает подпрессовку поверхности формовочного материала между плунжерами.
7 Правила эксплуатации и обслуживания
Для безопасности работы на машине необходимо придерживаться следующих правил:
- Не включать прессования без проверки правильности установки плунжеров;
- При прессовании не задерживать рук на опоке: может защемить руку;
- Ежедневно перед началом работы проводить опробование машины;
- По окончании работы ежедневно очищать машину от грязи и пыли;
- Периодически убирать формовочн
ую смесь, просыпавшуюся вокруг машины, не допускать ее скопления; - Регулярно менять масло в системе, при его заливке пользоваться сетчатым или матерчатым фильтром;
- Не реже одного раза в три месяца необходимо осматривать все детали машины, промывать трущиеся поверхности и маслопроводы, после промывки смазать машину свежей смазкой, износившиеся детали заменить новыми;
- Систематически следить за плотной затяжкой всех болтов;
- Не допускать к работе на машине рабочих, не ознакомленных с устройством машины, с правилами эксплуатации и техникой безопасности.
Разработанные на «Kunkel-Wagner» технологии уплотнения служат для экономически эффективного производства высококачественных отливок. Они получили высокое признание на мировом рынке. Все компоненты оборудования рассчитаны на низкую степень износа и простоту эксплуатации. Части оборудования, на которых избежать износ невозможно, выполнены таким образом, чтобы было возможно быстро и легко их заменить. Высокая степень надёжности компонентов оборудования и их высококачественное исполнение гарантируют длительный срок службы оборудования, которое, как показал опыт, даже после многолетней эксплуатации позволяет производить высококачественное литьё с высокой экономической эффективностью.
8 Ремонт
Станок, машину или механизированную линию ежедневно просматривают, протирают, смазывают трущиеся части, устраняют мелкие неисправности и т. д. Внешний осмотр и уход за оборудованием удлиняет срок его работы и позволяет в большинстве случаев обнаружить неисправности оборудования.
Планово – предупредительный ремонт исключает случаи аварийного выхода оборудования из строя; сокращает расходы на ремонт оборудования; повышает производительность оборудования и улучшает условия работы. Такой ремонт включает в себя два вида работ: межремонтное обслуживание и периодическое выполнение плановых ремонтных операций, т.е. малого, среднего и капитального ремонтов.
При малом ремонте
восстанавливается
