книги из ГПНТБ / Технические и экономические основы литейного производства

не изготовляются) и, во-вторых, нет достаточно отработанной конструкции экстремального регулятора применительно к ваг­ раночному процессу.

Проблема стабильности параметров жидкого чугуна, в том числе температуры его перегрева (/п), возникла как результат, во-первых, повышенных требований к качеству литых деталей и, во-вторых, высокого уровня механизации производства, что свя­ зано с организацией транспортных линий большой протяженно­ сти, обусловливающих значительные потери температуры метал­ ла. Создаются такие условия, что на формовочно-заливочных участках, отдаленных от вагранки, получить марки чугуна, тре­ бующие высокой температуры заливки, не представляется воз­ можным без проведения специальных мероприятий.

Естественно, что случайные отклонения температуры пере­ грева чугуна при ее невысоком среднем значении обусловливают большой разброс температур заливки ( t 3) металла в формы. Тем­ пература заливки является решающим технологическим факто­ ром, влияющим почти на все показатели качества отливок. Пре­ дельно допустимые отклонения температуры заливки от ее не­ обходимой величины должны быть крайне малы. Известно, например, что для исключения или ликвидации газовых раковин, недоливов и некоторых других пороков следует повышать тем­ пературу заливки, а для борьбы с усадочными пороками — на­ оборот, снижать ее. Поэтому для каждого типа отливок необхо­ димо выбирать такую температуру заливки, которая является оптимальной для их производства. Очевидно, что варьировать температуру заливки можно только в том случае, когда обеспе­ чен достаточный интервал температур t B — 13.

В отличие от ваграночного процесса индукционная плавка чугуна обеспечивает любую заданную температуру перегрева металла, возможность контролировать ее по ходу плавки и дово­ дить. Величина случайных отклонений температуры перегрева чугуна, выплавленного в индукционных печах, находится в преде­ лах ошибки измерений температуры. Соответственно энтропия процесса по температуре настолько мала, что ею можно прене­ бречь. Помимо этого, большой интервал температур tn — 13 обес­ печивает оптимальную температуру модифицирования чугуна. Применение индукционных печей позволяет использовать еще один параметр процесса — выдержку жидкого металла при тем­ пературе его перегрева, что в известных пределах способствует улучшению качества металла. Вместе с тем это обстоятельство обусловливает недостаток индукционных печей по сравнению с ваграночным процессом. Отбор металла из тигля индукционной печи осуществляется в течение некоторого, иногда длительного времени, в течение которого остающийся в тигле металл подвер­ гается дополнительным тепловым и механическим воздействиям (для поддержания заданной температуры приходится периоди­ чески включать питание индуктора). В результате этого происхо­

91

дит неконтролируемое изменение свойств жидкого металла и угар отдельных химических элементов. Поэтому индукционный процесс, особенно в миксерном режиме, необходимо вести очень точно во избежание ухудшения качества металла.

Сравнивая в целом процессы индукционной и ваграночной плавки чугуна, можно сделать следующие выводы:

1. Энтропия процесса ваграночной выплавки нелегированных

чугунов, близких- к эвтектическому составу, может быть значи­ тельно снижена за счет повышения точности дозирования компо­

Такая энтропия процесса обеспечивает серийное производство «здоровых» отливок указанного химического состава без допол­ нительной доводки металла как по химическому составу, так и по температуре.

2. При выплавке чугунов с низкой эвтектичностью, имеющих высокую температуру ликвидуса, а также легированных чугунов, для которых вагранка не обеспечивает необходимую температуру перегрева или точность химического состава в части легирующих присадок, целесообразно вести дуплекс-процесс: вагранка — ин­ дукционная печь. В этом случае подогрев дутья и экстремальное регулирование его расхода должны рассматриваться только с экономических соображений: экономии расхода кокса и интен­ сивности ваграночного процесса. Коксовая вагранка может быть заменена газовой без ущерба для качества металла.

3. Для производства высоколегированных чугунов, чугунов с особыми свойствами, а также синтетических, где металл нужно не доводить, а готовить, наиболее целесообразным является ве­ дение монопроцесса в индукционной печи, при котором обеспе­ чивается минимизация энтропии как по химическому составу, так и по температуре. Энтропия процесса в этом случае будет меньше или равна энтропии процесса производства простых чу­ гунов при работе на вагранке с учетом ее автоматизации и ки­ бернетизации.

Процесс изготовления литейной формы. Изучалась достижи­ мая различными методами степень и равномерность уплотнения литейных форм, изготовленных из песчано-глинистых смесей. Плотность формы оценивалась ее поверхностной твердостью Н с помощью твердомера модели 071 в пяти точках формы: четыре по краям диагоналей и одна в центре.

В настоящее время в чугуно- и сталелитейном производстве наиболее распространенным способом уплотнения литейных форм является встряхивание с подпрессовкой. Случайные откло­ нения поверхностной твердости форм определялись для ряда на­ именований отливок, изготовляемых на встряхивающих формо­ вочных машинах модели 271.

Карта изменения плотности Н в разных точках различных форм для одного наименования отливок сложной конфигурации

92

приведена на рис. 22, из которого следует, что методом встряхи­

вания не достигается равномерного уплотнения формовочной смеси. Статистический анализ приведенных на рис. 23 экспери­

твердости формы для ее разных точек составляют соответствен­ но 70 и 5,65; 80 и 4,38; 68 и 6,17; 66 и 6,36; 74 и 6,7 ед. Средняя

плотность набивки форм и среднее квадратическое отклонение

встряхиванием с подпрессовкой неравномерно по поверхности разъема и не всегда обеспечивает нужную плотность формы.

Кроме того, из-за целого ряда недостатков, присущих этому методу (сравнительно большая продолжительность процесса уп­ лотнения встряхиванием, необходимость дополнительного уплот­ нения верхних слоев формы, образование мест со слабой набив­ кой около углов модели, неравномерность уплотнения по высоте формы, утомительный шум и др.), его нельзя рассматривать как перспективный, могущий служить базовым при автоматизации процессов производства разовых литейных форм из песчано-гли­ нистых смесей.

Соответствующим образом были проанализированы другие методы уплотнения литейных форм, в частности методы прессо­ вания при среднем и высоком удельном давлении и вибропрес­ сования при высокой частоте вибрации и низком удельном дав­ лении прессования.

Применение вибрации во время уплотнения литейных форм способствует повышению текучести формовочной смеси, благо­ даря чему достигается более равномерное уплотнение форм, имеющих сложные очертания рабочей поверхности [39].

Частотные кривые распределения средней плотности набив­ ки форм для отливки одного наименования повышенной сложно­ сти при различных способах их изготовления показаны на рис. 25.

Различие методов вибропрессования и чистого прессования иллюстрируется графиком (рис. 26), где показано распределение плотности набивки формы по высоте болванов при скосах послед­

45°. При изготовлении форм с болванами больших высот и углом

93

1 т очка

Ц/і О Ш йО ЧШ

Рис. 22. Карта изменения плотности литейных форм (поверхностная твердость Н), изготовленных методом встряхивания с подпрессовкой

$0 Я SS 62 66 W 76 W 62 66 Httd.

/Ш ш т т ь

Рас. 23. Распределение значений плотности, лте&нтх фарм для отливок одного наименования:

зтш.

скоса 30°, т. е. форм со сложной конфигурацией, более рацио­ нальным является вибропрессование (зона //, кривые 3 , 4 при частоте вибрации 100 Гц и кривые 5 , 6 при частоте 150 Гц).

Рис. 24. Распределение средней плотности Н литей­ ных форм, изготовленных методом встряхивания с подпрессовкой

Для отливок повышенной сложности математическое ожида­ ние М ( Н ) и среднее квадратическое отклонение о н при различ­ ных процессах формообразования составят соответственно: виб­ ропрессование— 77 и 4,65; чистое прессование — 79 и 8,2; встря­ хивание с подпрессовкой, как было указано выше, —71 и 5,85 ед.

Пользуясь вышеприведенной методикой и принимая предель­ но допустимое отклонение плотности набивки бн= ± 5 ед., можно в соответствии с формулой (41) определить стабильность указан­ ных процессов уплотнения формовочной смеси, которая составит

95

для вибропрессования 94,4; встряхивания — 90,5; прессования —

89,1%.

Указанный показатель позволяет судить о равномерности уплотнения литейных форм, достигаемой тем или иным способом. Чем выше стабильность процесса, тем больше гарантии получить равномерную плотность формы.

Однако процессы чистого прессования и вибропрессования обеспечивают более высокую среднюю плотность набивки. Если принять, что необходимая плотность должна быть равна 75— 80 ед., то энтропия этих процессов для отливок сложной конфи­ гурации составит соответственно 0,22 и 0,083, а энтропия процес­

са встряхивания с подпрессовкой для этого случая оказывается такой же, как для чи­ стого прессования, т. е. 0,22.

Таким образом, из трех рассмотренных процессов наибольшую равномерность уп­ лотнения литейных форм обеспечивает ме­ тод вибропрессования, однако, как было отмечено выше, для отливок простой кон фигурации достаточно эффективным явля­ ется чистое прессование при среднем или высоком удельном давлении. Это подтверж­

дается опытом Кировского машиностроительного и металлурги­ ческого завода, завода «Ростсельмаш» и др.

Сравнение и оценку других литейных процессов можно осу­ ществлять аналогично рассмотренным выше. Для практического использования предложенной методики необходимо априорное знание энтропии, создаваемой различными видами литейного оборудования, а также допустимой энтропии для различных ус­ ловий производства.

Энтропийный метод можно использовать для прогнозирова­ ния брака отливок. Наличие неопределенности процесса обуслов-

96

Таблица 20

Расчетные и фактические данные по браку отливок

ливает брак отливок по тем или иным критериям качества (по­ казателям), а количественное выражение неопределенности (энтропия) позволяет оценить его вероятный объем [47].

Ожидаемый брак отливок по /-му критерию качества E Kj, вы­ раженный в процентах к объему изготовленных отливок, соста­ вит

і«=т

где <Xij — энтропийные коэффициенты, Определяющие интенсив­ ность влияния і - го параметра процесса ( і — 1, 2, ..., т — общее

количество контролируемых параметров или показателей процес­ са) на /-й показатель качества отливки (/ = 1, 2, п — общее количество критериев качества отливок).

Ориентировочные значения некоторых энтропийных коэффи­ циентов приведены в табл. 19.

Внескольких чугунолитейных цехах с целью проверки воз­ можности использования указанной методики в производствен­ ных условиях был проведен анализ расчетных и фактических данных по браку отливок. Такой анализ по некоторым критери­ ям качества чугунных отливок приведен в табл. 20. Как видно из таблицы, предложенная методика дает уверенный результат

вопределении ожидаемого брака отливок по состоянию процес­ са их производства.

Впроизводственных условиях, зная объем брака по каждому критерию качества, можно определить причины образования по­

роков и количественно их оценить, пользуясь указанной методи­ кой. Очевидно, что для сокращения брака прежде всего необхо-

98

димо уменьшить случайные отклонения того параметра процесса, суммарная энтропия которого оказывается наибольшей.

Суммарная энтропия і-го параметра процесса 5,(С) вычис­ ляется по формуле

где Б к j факт — фактический брак по /-му критерию качества в % (/ = 1,2 ......п ) .

При разработке новых технологических процессов важно оп­ ределить их эффективность с точки зрения обеспечения заданно­

іде і = 1,2, ..., т — общее количество параметров рассматривае­ мого процесса.

Такая же задача возникает при выборе оптимального вариан­ та производственного процесса при проектировании новых или реконструкции действующих литейных цехов. Очевидно, что луч­ шими будут такие процессы и средства производства, которые, как было показано выше, обусловливают наименьшую энтро­ пию. Для определения энтропии в табл. 21 приведены значения функции 5 = —log2.P.

7*

ГЛАВА III

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА

1. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Важнейшим фактором, определяющим эффективность постро­ ения производственного процесса, наряду с его качественными и количественными показателями является структура. В общем виде структура — это такая категория, которая в отличие от кате­

между ними. Некоторое множество становоится системой только в том случае, когда оно обладает определенной структурой.

Понятием п р о и з в о д с т в е н н ы й п р о ц е с с обозначается управляе­ мая по определенной программе сложная динамическая система, предназначенная для переработки материалов, энергии и инфор­ мации с целью получения определенной продукции (в нашем слу­ чае— отливок) с заданными характеристиками. Производствен­ ный процесс как макросистема состоит из некоторого множества автономных, т. е. самоуправляемых производственных систем, различных по содержанию, объему и сложности. Простейшие подразделения производственного процесса — управляемые мик­ росистемы — названы э л е м е н т а м и [45].

Каждый элемент — это комплекс однородных воздействий на предмет (объект) производства, осуществляемый непрерывно на определенном рабочем месте и имеющий определенную целе­ вую функцию. Например, взвешивание каждого из компонентов шихты, уплотнение формовочной смеси, установка стержня, пере­ мещение опоки, выбивки отливки и т. д. являются различными элементами работы с определенным назначением и содержанием. Элемент представляет собой неделимую в пространстве и време­ ни часть производственного процесса, состоящую из органически связанных между собой приемов: элементарного процесса — соб­ ственно созидательной части работы, ее контроля и управляюще­ го воздействия. Взаимосвязи между указанными приемами опре­ деляют структуру элемента, а при образовании комплекса элементов — структуру системы.

Структура системы должна предусматривать необходимые информационные связи как прямые, так и обратные, обеспечи-

100