книги из ГПНТБ / Технические и экономические основы литейного производства

производства и экономических расчетов; определить количество компонентов шихты и соответственно количество технологичес­ ких элементов шихтовки; установить требования к точности показателей процесса (содержание химических элементов в вы­ плавленном чугуне и температура его перегрева).

Для процесса формообразования необходимо выбрать вид литья: литье в песчаные, металлические, керамические и другие формы. При литье в песчаную форму технологической схемой устанавливается способ уплотнения формовочной смеси: встря­ хиванием, прессованием, вибропрессованием и т. д. Одновремен­ но решается, должна ли быть форма сырой или сухой, а также

Рис. 35. Технологическая схема процесса изготов­ ления литейной формы

целесообразность ее окраски и подсушки; соответственно уста­ навливаются требования к точности показателей процесса: сте­ пени и равномерности уплотнения формы, ее прочности, влажно­

влечение модели, Гц — кантовка полуформы низа). Весь техно­ логический процесс — все 12 основных и вспомогательных техно­ логических элементов — могут осуществляться на одном рабочем месте последовательно, либо параллельно на разных рабочих местах, т. е. могут быть разделены или совмещены во времени и пространстве. Обычно процесс делят на три операции: изготовле­ ние нижней и верхней полуформ и сборка формы. Каждая из полуформ может быть изготовлена на одном однопозиционном агрегате — формовочной машине или автомате, на котором по­ следовательно осуществляются технологические элементы 1—3— 5—7—9 или 2—4'—6—8— 10; на одном многопозиционном агре­ гате, где по одинаковым или разным моделям одновременно осуществляются все технологические элементы процесса; и, на­ конец, на разных агрегатах, на каждом из которых одновременно выполняются все указанные технологические элементы процесса. Таким образом, имеются три основных вида технологических

141

схем процесса изготовления литейной формы. Методика выбора того или иного вида технологической схемы достаточно подробно освещена в литературе [2]. Каждый из указанных видов облада­ ет определенными преимуществами и недостатками, которые об­ суждаются, исходя из конкретных условий производства проек­ тируемого или действующего литейного цеха. Разработка техно­ логической схемы заканчивается выбором методов дозирования и уплотнения формовочной смеси (уплотнение встряхиванием, прессованием и т. д.) и определением структуры технологических элементов процесса. Выбор методов дозирования и уплотнения обусловливает конструкцию формовочного оборудования и соот­ ветственно содержание элементарных процессов основных тех­ нологических элементов, а установление структуры — взаимо­ связи элементарных процессов с приемами управления и контро­

ный объем смеси и заполнить ею опоку. При массовом и серий­ ном производстве этот объем будет постоянным, а при большой номенклатуре отливок и соответственно различной металлоемко­ сти опоки объем смеси будет изменяться. Дозирование и запол­ нение опоки можно осуществлять одним или двумя элементами: первый (технологический элемент) — дозирование смеси и вто­ рой (транспортный)— заполнение опоки смесью. При постоян­ ном объеме смеси предусматривается простая структура элемента (см. рис. 30): включение дозатора (У ' ) \ дозирование смеси (/7); конечный контроль ( К " ) , фиксирующий завершен­ ность работы и дающий сигнал на прекращение элементарного процесса; конечное управление ( У " ) , при котором срабатывает отсекатель смеси и соответственно прекращается ее дозирование. В этом случае может быть предусмотрен также непрерывный пассивный контроль, обеспечиваемый, например, реле времени. При переменном объеме смеси структура элёмента должна обу­ словливать возможность регулирования объема, т. е. быть слож­ ной, предусматривать регулирование элементарного процесса при наличии обратной связи по линии модель — подача смеси или опока — подача смеси, либо другими методами, например заранее заложенной программой, обеспечивающей изменение срабатывания отсекателя смеси для опок с различными по габа­ риту моделями. Выбор структуры в этом случае, как и во всех других, обусловливает конструкцию оборудования.

Элементарный процесс элемента Т 7 на рис. 35 должен обеспе­ чить необходимую плотность и равномерность заполнения формы, причем плотность формы предусматривается постоянной незави­ симо от вида отливок, которые заранее отбираются по техноло­ гическому признаку, т. е. с одинаковыми требованиями к свой­ ствам формы. В противном случае возникает необходимость

142

в значительном усложнении формовочного агрегата, без чего не достигаются заданные параметры формы. Структура элемента Т7 обычно предусматривается простой, имеющей незначительные

информационные свойства, обеспечиваемые непрерывным пас­ сивным контролем — слежением за временем протекания элемен­ тарного процесса, например с помощью реле времени. Однако не всегда рабочие свойства системы могут обеспечить равномер­ ную плотность формы по всему ее рабочему контуру. Это особен­ но имеет место при изготовлении отливок с различными разме­ рами выступающих частей. При уплотнении формовочной смеси прессованием и при постоянном давлении естественно, что эти выступающие части будут по-разному уплотнены. В этом случае необходимо повышать информационные свойства системы, в частности применяется дифференциальное прессование, обеспе­ чивающее регулирование усилия прессования в зависимости от контура модели, создаваемого им противодавления.

При большой номенклатуре отливок, закрепляемых за проек­ тируемой системой, целесообразно иметь возможность изменять плотность формы в зависимости от конструкции отливки. Эта задача лучше всего решается программированием системы и по­ дачей соответствующих сигналов на элемент Ту перед каждым

циклом осуществления элементарного процесса. В этом случае не повышаются информационные свойства элемента Ту, но по­

вышаются информационные свойства элемента, управляющего системой. Во всех случаях особо важное значение имеют конст­ рукция формы, ее технологичность. Но эта задача решается не на стадии построения системы, а во время ее эксплуатации.

Другие основные и вспомогательные элементы системы реша­ ются аналогично рассмотренным.

Вся дальнейшая работа по построению системы состоит в обеспечении технологических элементов процесса транспорт­ ными и информационными связями, т. е. в определении необхо­ димых транспортных, управляющих, информационных и соот­ ветствующих им установочных и подготовительных элементов процесса. Тенологическая схема является как бы каркасом, ко­ торый оснащается конструкциями и коммуникациями для нор­ мального функционирования системы.

Для решения транспортных связей системы разрабатывается транспортная схема. Количество и содержание транспортных элементов системы зависят от вида ее технологической схемы. При однопозиционном изготовлении полуформы количество транспортных элементов уменьшается до пяти (рис. 36). При лю­ бой технологической схеме обязательными транспортными эле­ ментами являются подача, установка и снятие моделей и опок. При многопозиционной схеме, построенной на одном или не­ скольких агрегатах, количество транспортных элементов увели­ чивается пропорционально количеству позиций, на которых осу­ ществляются технологические элементы процесса. Для этого

143

случая транспортная схема операции изготовления нижней по­ луформы, соответствующая технологической схеме, показанной на рис. 35, содержит 11 элементов, в том числе: ТР\,3,5 обеспечи­

вают перемещение подмодельной доски с установленной на ней моделью на позиции технологических элементов Т ь 73 и на по­ зицию установочного транспортного элемента ТРд, на которой

осуществляется спаривание опоки с подмодельной доской; эле­

кой на соответствующие позиции технологических элементов процесса Г5, Т7, Г9; элемент ТР17 предназначен для перемещения подмодельной доски с позиции Тд, где произошло отделение мо­ дели от формы; элементы ТРІЭі2і обеспечивают транспортирова­

ние нижней полуформы к кантователю и от него на позицию сборки полуформ. Одновременно с осуществлением элемента ТР2\

может производиться установка стержней в нижнюю полуформу (не показанные на рис. 35 соот­ ветствующие технологические элементы процесса). Аналогично линии нижней полуформы соз­ дается вторая транспортная ли­ ния для верхней полуформы.

Вследствие разнообразия компоновочных решений системы внут­ ри каждой операции могут создаваться транспортные переходы, состоящие из нескольких транспортных элементов, имеющих одно определенное назначение, например перемещение опоки на пози­

мент первого цикла функционирования системы, второй элемент второго цикла и т. д.

Совокупность технологических и транспортных элементов яв­ ляется рабочей частью проектируемой системы и представляет собой базу для последующей разработки ее структуры. Структу­ ра автоматической системы должна предусматривать достаточ­ ную управляемость, обеспечивающую минимальную энтропию системы, наличие необходимых прямых и обратных информаци­ онных связей между технологическими и транспортными, а так­ же управляющими и информационными элементами; необходи­ мую автономность системы — быть, насколько это возможно, независимой от внешней информации, вместе с тем иметь доста­ точные приемные устройства, могущие воспринять и перерабо­

144

тать внешнюю информацию; необходимую адаптивность систе­ мы — возможность перестройки ее по ходу процесса вследствие возникновения не предусмотренной ранее ситуации; безопасность системы в случае аварийных ситуаций; экономичность системы с точки зрения ее структуры — минимальные по количеству и максимальные по качеству управляющие воздействия.

При разработке структуры системы в целом вносятся необ­ ходимые коррективы в технологическую и транспортную схемы, а также корректируется структура отдельных технологических и транспортных элементов. Построение конкретной структуры сис­ темы обсуждается ниже при рассмотрении конструкции автома­ тических систем.

2. КОНСТРУКЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Автоматические системы в литейных цехах по конструкции можно подразделить на три типа: однопозиционные системы, в которых все технологические элементы осуществляются на од­ ной позиции, например смесеприготовление, выплавка сплава, заливка металла в формы; многопозиционные системы карусель­ ного типа, например четырех- и шестипозиционные формовочные автоматы; многопозиционные поточные системы, которые приня­ то называть автоматическими линиями. Последние подразделя­ ются на два подтипа: однопоточные, например автоматическая линия изготовления стержней, и многопоточные, например авто­ матическая формовочная линия, состоящая из двух потоков для нижней и верхней полуформ.

Транспортные и информационные связи между агрегатами автоматических линий могут быть жесткими, гибкими и смешан­ ными. Жесткие транспортные связи обусловливают отсутствие каких бы то ни было заделов между технологическими элемен­ тами процесса, наличие гибких связей, наоборот, возможность образования заделов на транспортерах, рольгангах, в бункерах и т. д. Жесткие информационные связи обусловливают простую или усложненную структуру управляющего линией элемента (см. рис. 31), т. е. наличие рефлекторной связи между элементами, когда окончание первого элемента системы обусловливает нача­ ло второго и т. д., или временной связи, когда осуществление каждого элемента системы предопределено заданным временем. Структура автоматических линий с гибкими информационными связями по ранее принятой классификации является сложной или особо сложной: начало каждого последующего элемента сис­ темы обусловлено завершением предыдущих элементов, а также достигнутыми при их осуществлении показателями.

Наличие жестких информационных связей не исключает ор­ ганизации так называемого путевого контроля, особенно в узких

например конечных выключателей, поступает сигнал на пульт управления (управляющий системой элемент) об аварийной ос­ тановке всей линии или какой-то ее части.

В литейном производстве большое распространение получают автоматические линии с гибкими или смешанными транспорт­ ными и информационными связями. В этой связи интересно, что многопозиционные автоматические системы карусельного типа не находят широкого применения в литейных цехах, так как их конструкция обусловливает жесткие связи как транспортные, так и информационные.

Ниже в качестве частных примеров приводятся схемы двух автоматических линий, имеющих смешанные транспортные и ин­ формационные связи.

Автоматическая формовочная линия. Рассматриваемая ниже в качестве примера автоматическая система предназначена для многономенклатурного производства мелких отливок в опоках с размерами в свету 500 X 400 X 125/125 мм. Создание автомати­ ческих линий в условиях многономенклатурного производства требует решения целого ряда специфических задач:

1)время переналадки линии на новую форму должно быть сокращено до минимума или совмещено с основным производст­ венным временем;

2)формовочный блок должен обеспечить стабильность каче­ ства полуформ независимо от сложности модели и металлоемко­ сти формы;

3)производительность линии должна быть достаточной для полной загрузки литейного конвейера.

Указанные задачи конструктивно могут быть решены, напри­ мер, следующим образом. В рассматриваемом проекте автома­ тической линии использована скользящая модельная оснастка. Это позволяет одновременно изготавливать формы нескольких наименований. В работе находятся шесть пар модельных ком­ плектов. Замена модельных комплектов не представляет затруд­ нений и выполняется без остановки линии.

Рекомендуемый технологический процесс сочетает заполне­ ние опоки формовочной смесью пескострельным способом и два метода уплотнения — прессовый и вибропрессовый в зависимости от сложности модели. Пескострельный дозатор обеспечивает предварительное уплотнение формы и запас формовочной смеси

ввиде холмика над опокой для последующего уплотнения неза­ висимо от габаритов модели соответственно металлоемкости формы. Уплотнение формовочной смеси по высоким и сложным моделям обеспечивается вибропрессованием при высокой частоте вибрации опоки и низком удельном давлении прессования (подпрессовка); для простых и низких моделей достаточно прессова­ ние при среднем удельном давлении. Оба указанных метода сосредоточены в одном формовочном агрегате, что позволяет получать качественные формы независимо от их сложности.

146

8000

148

печивается по линии 5 И К і — ТР%. Информационные связи меж­ ду элементами системы в основном ясны из приведенной схемы, и только некоторые требуют пояснения. Осуществление элемен­ та Т Р Ъ, помимо сигнала от У3, обусловлено наличием опоки в верхнем положении механизма и распаровщика (информация по линии 1 0 ) и завершением элемента Т Р 8 предыдущего цикла

Рис. 38. Поэлементная схема автоматической формовочной линии:

(по линии 1 1 ) . Одновременно элемент Т Р 6 может осуществить­ ся при получении сигналов об окончании элемента Т Р 5 (по ли­

случае, когда завершен подъем опоки к пескострельной головке,

командоаппарат (У3) прекратит дальнейшее функционирование

149

системы Такое же назначение имеет информация, передаваемая по линии 34 от ИКъ-

Сборщик полуформ имеет автономное управление (элемент У4), не связанное с командоаппаратом. Однако в случае невоз­

можности осуществления сборки информация об этом передается на Уз по линии 52, что обеспечивает остановку линии в целом. В сборщике полуформ происходит последовательное осуществле­ ние всех элементов подсистемы. Элемент Т Р- і3 — перемещение

Рис. 39. Позиционная схема автоматической формовочной линии:

I — размещение, спаренных опок перед распаровкой; 2 — распаровка опок; 3, 18 — спаривание верхней (нижней) опоки с модельным комплектом; 4, 19 — заполнение опоки смесью; 5, 20 — уплотнение смеси; 6, 21 — распаровка опоки с модельного ком­

полуформы верха с позиции 15 на позицию 34 (верхнее положе­ ние) осуществляется после выполнения элемента Т Р ъ і, обеспечи­ вающего подъем механизма сборки в верхнее положение. Инфор­ мация об этом поступает от ИК\2 по линии 50. Сборка полуформ

(элемент Т п ) может осуществиться только в том случае, когда полуформа низа находится на позиции 34 (информация от ИКи по линии 44). Сталкивание собранной опоки на литейный кон­

#02 о подходе платформы литейного конвейера к позиции 35 ав­

томатической линии и информации # 03 о том, что подошедшая платформа свободна.

150