2858.Оборудование литейных цехов учебное пособие

прошедшие сквозь решетки грохота, собираются в сливную ванну 9 и с помощью насосной станции низкого давления 8 транспортируются на первичную переработку в установку регенерации песка и обратного водоснабжения. В последней производится очистка воды для повторного использования.

Крупные куски стержней, металл и другие инородные частицы попадают в сборник отходов 7 и периодически транспортируются в отвал.

Насосная станция высокого давления 5 оборудуется двумяпятью насосами производительностью 15–18 м3/ч каждый. Вода под высоким давлением подается в коллектор и оттуда к мониторам, количество которых обычно равно или несколько меньше количества насосов.

Рис. 16.1. Схема водоструйной установки

Производительность современных водоструйных установок составляет 3–20 т/ч. Установки производительностью менее 3 т/ч в настоящее время не выпускаются.

Водоструйные установки могут быть периодического и непрерывного действия. В установках периодического действия процесс удаления стержней из отливок производится периодически. В момент загрузки и выгрузки отливок из рабочего пространства процесс прерывается.

311

В установках непрерывного действия процесс удаления стержней из отливок не прерывается, и обработка отливок струей воды высокого давления ведется непрерывно. К ним относятся конвейерные и «роторные» водоструйные установки.

Наибольшее применение имеют водоструйные установки периодического действия, так как они более соответствуют условиям мелкосерийного и индивидуального производства. Установки непрерывного действия появились недавно и применяются в основном при серийном и массовом производстве.

По виду транспортных устройств камеры разделяются на следующие виды:

–камеры со стационарными столами. Отливку в рабочее пространство такой камеры транспортируют краном;

–камеры, обслуживаемые несамоходными и самоходными тележками с механизмами для вращения отливок и без них.

Впоследнем случае камеры оборудованы поворотными кругами на уровне пола, грузоподъемность столов и тележек составляет

3–450 т;

–камеры, обслуживаемые кантовальной машиной;

–камеры, обслуживаемые только краном. Отливка в этом случае транспортируется в рабочее пространство камеры и укладывается непосредственно на решетки пола. Камера может обслуживаться одним или несколькими транспортными устройствами.

Мониторы по конструкции разделяются на стационарные, имеющие только объемный угол поворота и движение впередназад, и подвижные, имеющие дополнительные движения вверх-вниз, влево-вправо относительно отливки. Мониторы устанавливаются на шаровой или гироскопической опоре и управляются вручную или посредством электрического или гидравлического привода. Количество мониторов, устанавливаемых в камере, различно: от одного до десяти и более.

Под полом камеры, выполняемым в виде решетки, располагается металлический или железобетонный бункер. Под бунке-

312

ром могут размещаться грохот и сливная емкость, из которой транспортировка пульпы производится песковыми насосами. Куски стержней и металл с грохота поступают на ленточный конвейер. Металл отделяется магнитным шкивом ленточного конвейера или магнитным сепаратором, установленным над конвейером, а отходы стержней поступают в отвал. В бункере производится перемешивание пульпы гидравлическим путем – с помощью пескового насоса, воздушным – с помощью сжатого воздуха или механическим – спомощью механических мешалок.

В других конструкциях пульпу транспортируют из бункера камеры с помощью гидроэлеваторов в промежуточную емкость, над которой установлен грохот. Из промежуточной емкости пульпа песковыми насосами транспортируется на дальнейшую переработку. Перемешивание в бункере осуществляется с помощью сжатого воздуха, реже для этих целей применяют механические лопастные мешалки.

На рис. 16.2 показана водоструйная установка периодического действия «тупиковая» с камерой размером 3×3,5 м конструкции ВПТИлитпрома. Установка состоит из следующих узлов и механизмов: камеры 1, самоходной тележки с поворотным столом 2, кабелеукладчика 3 и узла формирования и подачи пульпы 4, расположенного внизу под камерой в подвальном помещении. Камера, изготовленная в виде металлической коробки, имеет закрытое перекрытие, на котором сверху имеется окно вытяжной вентиляции. Ворота у камеры распашные и открываются на одну сторону с помощью гидропривода. На одной из стен камеры размещена кабина мониторщика 5, которая приводится в действие гидроцилиндром через систему блоков. В кабине установлен монитор 6, управление которым гидрофицировано.

Самоходная тележка имеет два электромеханических привода: один для перемещения вперед-назад по рельсам, второй – для поворота стола.

313

314

Рис. 16.2. Водоструйная установка периодического действия

Конвейерные камеры установок непрерывного действия могут быть выполнены с тележечным или подвесным цепным конвейером. Корпус камеры представляет собой закрытую металлическую коробку, имеющую ворота с обеих сторон. Вдоль камеры проходит конвейер, снаружи расположены площадки или подвижные кабины для мониторщиков с мониторами. Под камерой располагается узел сбора пульпы и подачи ее на регенерацию.

Одним из способов повышения эффективности водоструйной обработки отливок является введение в струю воды высокого давления частиц абразива. Наиболее перспективным представляется применение для этой цели песка из регенерируемой смеси, так как в отличие от других абразивов он не засоряет оборотную смесь. С введением абразива в струю воды режущие свойства ее резко возрастают: при содержании 8–10 % песка по объему они увеличиваются в 10–12 раз. Разрушающие же свойства водопесчаной струи мало зависят от зернистости песка [34].

Струя воды с песком, наряду с удалением стержней, производит очистку поверхности отливок. Так как явление наклепа при этом отсутствует, то появляется возможность обнаруживать после обработки малейшие дефекты поверхностей отливок, Сокращается расход инструмента на обработку поверхности отливок. Кроме того, частицы песка, ударяясь о поверхность отливки, освобождаются от пленки связующего, т.е. подвергаются частичной регенерации. Все это указывает на несомненные преимущества водопескоструйной обработки отливок по сравнению с водоструйной.

Расчет монитора для водоструйных установок

При встрече со стержнем действие струи воды высокого давления имеет характер удара. Струя воды, продвигаясь в воздухе, теряет свою компактность. В поперечном сечении струи наблюдается три «кольца». Первое кольцо в центре – компактная масса воды, обладающая наибольшей энергией и, следова-

315

тельно, мощностью. Второе кольцо – аэрированный слой воды. Частицы воды в этом случае расслоены воздухом. Скорость и мощность воды несколько ниже, чем у центральной струи. Третье, внешнее, кольцо – сильно аэрированный слой струи. Здесь частицы воды сильно раздроблены и насыщены воздухом. Мощность этого слоя ничтожно мала [33].

Работа водяной струи прямо пропорциональна величинам расхода и напора воды. При увеличении диаметра сопла, при постоянном напоре скорость истечения вследствие растущих потерь напора в сопле падает.

Сечение сопел для определенных значений давления воды Р перед насадком и расхода воды Q через сопло следует подбирать по графику (рис. 16.3), составленному на основании формулы при коэффициенте расхода μ = 0,94

где γ – объемный вес (для воды γ – 10–3 кГ/см3); g – ускорение силы тяжести (в данном случае 981 см/с2).

Диаметр сопла может быть подсчитан по формуле

где d – диаметр сопла насадка монитора в см; q – секундный расход воды через сопло в л/с; Р – давление воды перед соплом монитора в кГ/см2; μ– коэффициент расхода.

При истечении жидкости из отверстия наблюдается сжатие сечения струи, площадь которого становится меньше, чем площадь отверстия. Диаметр сжатого сечения струи может составлять 0,8 диаметра отверстия. Обозначим площадь сжатого сечения струи через Fc и введем отношение Fс/F = ε, называемое коэффициентом сжатия.

316

Рис. 16.3. График для подбора сечения F выходной щели головки монитора конструкции ВПТИлитпрома

Подставив в общую формулу расхода воды [44]

Q = Fvc,

вместо F – площадь сжатого сечения Fc и вместо vc его значение

В зависимости от вида отверстия и диаметра насадка коэффициент расхода μ имеет разные значения и является основной характеристикой сопла.

На качество струи, помимо сопротивления воздуха и наличия волновых движений, общих для случаев подачи струи, оказывает влияние также форма и качество изготовления насадка монитора, самого ствола монитора и условия подвода воды к последнему [42].

Рис. 16.4. Типичная форма насадка

Наиболее типичная форма насадков, дающих достаточно хорошее качество струй, показана на рис. 16.4. Оптимальный угол конусности насадка α находится в пределах от 8 до 14°. Коническая часть насадка с входным диаметром D обычно заканчивается цилиндрической частью, длина которой l для небольших насадков составляет около одного диаметра d, а для больших – от 2/3 до 3/4 диаметра выходного насадка. На конце цилиндрической части насадка делается выемка «в четверть» для защиты выходной кромки от повреждений, так как наличие заусенцев или неровностей значительно понижает качество струи. Коническая часть насадка предназначена для того, чтобы с наименьшими потерями энергии и нарушениями в распределении скоростей пре-

Оптимальная величина угла конусности конической части насадка α была определена опытным путем на основе испытаний различных конструкций насадков.

Цилиндрическая часть насадка служит для уменьшения сжатия сечения струи при выходе ее из насадка. При учете указанных конструктивных соображений и выполнении требований к качеству обработки внутренней поверхности насадков коэффициент расхода μ = 0,98…0,99.

Вопросы для повторения

1.Какие величины давлений воды применяются в водоструйных установках?

2.Как разделяются водоструйные камеры по виду транспортных устройств?

3.Особенности устройства и преимущества водопескоструйных установок.

4.Как выбираются сечения сопел у монитора?

17.ГИДРОАБРАЗИВНАЯ ОЧИСТКА

Внастоящее время гидроабразивная очистка находит все более широкое применение для очистки поверхностей отливок, для зачистки швов после сварки и пайки, для очистки от коррозии и окалины, а также для подготовки поверхностей под гальванопокрытия, окраску и т.д.

Гидроабразивная смесь, приготовленная в специальных установках, затем с помощью различных аппаратов в виде струи подается на обрабатываемую поверхность. При этом либо обрабатываемая поверхность, либо аппарат перемещаются друг относительно друга. В качестве энергоносителя в аппарат подается сжатый воздух, который, увлекая абразивную жидкость, с большой скоростью выбрасывает ее на обрабатываемую поверхность.

319

Интенсивность обработки поверхности зависит от ее твердости, вязкости и структуры. Обработка поверхности заключается в изгибе и срезе выступов или в истирании поверхности. Истирание происходит тем больше, чем сильнее зерно абразива прижато к поверхности нормальной составляющей и чем быстрее оно сможет переместиться под действием составляющей, направленной параллельно поверхности. При угле наклона струи 90° вся работа удара уходит на деформацию поверхностного слоя и самого абразивного зерна. При уменьшении угла наклона струи скорость движения абразивного зерна вдоль поверхности увеличивается, но эффективность обработки при этом уменьшается вследствие уменьшения нормальной составляющей. Наилучшие результаты получаются приугле наклона струи 30–60°.

Опыты показывают, что для обработки поверхности чугунных отливок лучшие результаты дает песок фракции 1,5–2 мм, для стальных отливок – 0,5–0,8 мм, для алюминиевых и магниевых сплавов необходим металлический песок фракции 0,3 мм. Наличие острых граней у песчинок и способность их сохранять эту форму после раскалывания при обработке поверхности позволяет значительно увеличить их очищающее действие. Этот фактор определяет преимущество обработки песком по сравнению со сферической дробью.

Абразивная жидкость состоит из твердого абразивного материала, находящегося в жидкой среде во взвешенном состоянии. Действие абразивной жидкости на обрабатываемую поверхность зависит от свойств абразивного материала, концентрации последнего в жидкой среде и от степени химической активности жидкой среды. Жидкая среда служит для транспортировки абразивного материала от емкости-смесителя до обрабатываемой поверхности, а также для устранения пылеобразования и уменьшения истирания зерен абразива. Специальные растворы с добавлением поверхностно-активных веществ, проникая в микротрещины обрабатываемой поверхности, способствуют увеличению съема металла. Содержание поверхностно-

320