Проектирование и организация цехов специальных видов литья

ча наиболее чистого расплава. Однако эти дозаторы имеют недостатки: недолговечность металлопровода, большое зеркало расплава, соприкасающееся с воздухом, сравнительно низкая точность дозирования, особенно для малых доз, большая инерционность (продолжительность набора и сброса давления в камере).

Технические характеристики некоторых дозаторов, предназначенных для заливки алюминиевых сплавов, приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Технические характеристики дозаторов алюминиевых сплавов

Для заливки чугуна используют пневматические дозаторы, схема которых приведена на рис 2.6. Основа установки – канальная индукционная печь промышленной частоты. Ванна 1 и окно для скачивания шлака герметизированы. Печь имеет два металлопровода: заливочный 2 и выпускной 4. Они образуют сифон, поэтому выдаваемый из установки чугун практически не имеет шлаковых включений.

Перед началом работы дозатор заполняется расплавом через заливочный металлопровод 2. Для выдачи дозы через отверстие в крышке 3 внутрь камеры печи подается сжатый воздух, под действием которого на зеркало расплава 6 чугун поднимается в выпускном 4 и заливочном 2 металлопроводах. Через металлопровод 4 чугун подается в камеру 5 с калиброванной сливной втулкой. Расплав дозируется по его уровню в форме или по времени заливки. Массовый расход регулируется изменением уровня расплава над сливным отвер-

130

стием или сменой сливных втулок с калиброванными отверстиями. Для поддержания постоянного уровня в камере 5 имеются электроконтактные датчики. После выдачи дозы сжатый воздух из установки выпускается и расплав по металлопроводам сливается в печь. Для повышения быстродействия установок при выдаче малых доз камера 5 снабжается стопорным механизмом, перекрывающим отверстие в сливной втулке. Тогда для заливки поднимается и опускается стопор при постоянном уровне расплава над отверстием сливной втулки.

Рис. 2.6. Пневматический дозатор для заливки чугуна в процессе выдачи дозы: 1 – ваннаканальнойиндукционнойпечи; 2 – заливочныйметаллопровод; 3 – крышка; 4 – выпускной металлопровод; 5 – сливная камера; 6 – зеркало расплава чугуна

Наряду с преимуществами – постоянство температуры чугуна, отсутствие малостойких металлопроводов, отсутствие в расплаве шлаковых включений – установки имеют недостатки: сложность эксплуатации канальных индукторов и герметизации крышки, большая инерционность, возможность окисления расплава при длительном контакте зеркала расплава с воздухом.

Магнитодинамические дозаторы. Работа дозатора основана на взаимодействии тока, протекающего в расплаве, с внешним магнитным полем. На расплав, по которому протекает ток, действуют электромагнитные силы, вызывающие движение расплава в направлении, определяемом правилом левой руки. В зависимости от способа создания в расплаве электрического тока установки бывают кондуктивные, в которых используетсяэлектропроводностьрасплава, ииндуктивные.

131

Неметаллические включения и шлак, находящиеся в расплаве, обладают низкой электропроводностью, поэтому вихревые токи в них не возникают, вследствие чего эти частицы не движутся, а скапливаются в начале канала, по которому движется свободный от включений и шлака расплав.

Магнитодинамические установки широко применяют для автоматизации заливки алюминиевых сплавов, однако их используют и для заливки медных сплавов и чугуна.

Установка (рис. 2.7) имеет миксер 1 с индукционным подогревом с помощью канального индуктора 2. Узкая часть миксера является металлопроводом 3. В этой части миксера толщина футеровки невелика, и снизу и сверху над этим местом установлены две катушки 4 с магнитным сердечником 5. Изменяя с помощью автотрансформатора напряжение в катушках 4 электромагнита расход расплава 6 можно регулировать в широких пределах (0,3–3 кг/с).

Рис. 2.7. Магнитодинамическая заливочная установка:

1 – миксер с индукционным подогревом; 2 – канальный индуктор; 3 – металлопровод; 4 – катушка; 5 – магнитный сердечник; 6 – расплав

Механические дозаторы применяют для заливки алюминиевых сплавов. Наибольшее распространение получили черпаковые дозаторы, преимуществами которых являются простота и надежность устройства, возможность точной регулировки движений, достаточно вы-

132

сокая (до 3 %) точность дозировки, независимость от конструкции раздаточной печи, малая энергоемкость. Вместе с тем они имеют недостатки: быстрое изнашивание мерного ковша и возможность захвата пленок окислов с зеркала расплава. Однако эти дозаторы просты в эксплуатации, поэтому их достаточно широко применяют для автоматизации заливки кокилей, а также при литье под давлением.

На рис. 2.8 представлена схема работы черпакового дозатора. Мерный ковш А цилиндрической формы с удлиненным носком выполнен из огнеупорного материала. В цилиндрической стенке ковша имеется отверстие Б для поступления расплава внутрь ковша и слива излишков сверх дозы при извлечении ковша из ванны. В исходном положении ковш погружен в тигель так, что расплав через отверстие Б в стенке ковша заполняет его. Затем с помощью рычага ковш поднимается, совершая при этом такое движение, что расплав не выливается из ковша. В конечном положении ковш с помощью привода поворачивается вокруг оси, закрепленной на рычаге, и доза расплава сливается в форму.

Рис. 2.8. Схема работы черпакового дозатора: А – ковш; Б – отверстие

Дополнительная информация по дозаторам жидких металлов име-

ется в работах [30, с. 308–312; 31, с. 290–292, 349].

133

Автоматизация вспомогательных операций. Огнеупорные крас-

ки обычно наносят с помощью форсунок с воздушным или механическим распыливанием с подачей краски под избыточным давлением или инжекцией. Перед окраской рабочую поверхность кокиля обдувают сжатым воздухом. Устройства для окраски кокилей бывают двух типов: с неподвижными и перемещаемыми форсунками. Устройства с неподвижными форсунками используют в основном для кокилей с неглубокими рабочими полостями, простой конфигурации, а с перемещаемыми форсунками – для окраски кокилей со сложными, глубокими рабочими полостями, длинными стержнями.

Для извлечения отливки из кокиля применяют манипуляторы, механизмы которых должны исключать удары отливки или ее деформацию, обеспечивать ориентацию отливки с требуемой точностью при передаче ее на следующую операцию. Конструкции таких манипуляторов рассмотрены в работах [31, 47, 48].

2.2.3. Автоматизация управления технологическим процессом

В проблеме механизации и автоматизации кокильного литья, как, впрочем, и других литейных процессов, можно отметить две основные задачи:

–механизация и автоматизация манипуляторных операций (основных, вспомогательных, транспортных);

–автоматизация управления параметрами технологического процесса.

Механизация и автоматизация манипуляторных операций позволяют устранить ручной труд, улучшить условия труда, повысить качество отливок путем точного и надежного выполнения основных операций.

Автоматическое управление технологическим процессом позволяет стабилизировать основные параметры технологии, поддерживать их в оптимальных пределах и обеспечивать стабильность получения отливок высокого качества, повышать производительность труда и эффективность производства.

Только при совместном решении этих задач возможно создание надежно работающих автоматических литейных комплексов.

134

Однако решение второй задачи, как показывает практика, всегда оказывается более сложным, чем решение первой. Это объясняется тем, что для автоматического управления процессом получения отливки необходимо располагать закономерностями связей между качеством отливки и параметрами системы «отливка–кокиль–меха- низмы машины», представленными в виде ее математических моделей. Такие модели могут явиться основой использования управляющих ЭВМ для автоматического управления процессом. Создание таких математических моделей представляет определенные сложности, так как требует учета не только общих закономерностей влияния технологических факторов (температура заливки расплава, температура кокиля, свойства его материала, толщина и свойства огнеупорного покрытия, толщина стенки отливки, свойства сплава и т. д.) на качество отливки, но и многих других факторов, характерных для рассматриваемой системы «отливка–кокиль–механизмы машины».

Методам разработки и создания таких математических моделей посвящена специальная литература [49–51].

Методы и средства решения задачи автоматизации управления технологическим процессом являются общими для различных способов литья. Наиболее подробно они рассмотрены на примере автоматизации управления процессом литья под давлением (см. гл. 1).

Различные варианты программного управления карусельными кокильными машинами рассматриваются в работе [30, с. 146–147].

Надежность работы автоматического комплекса, его производительность и качество отливок во многом зависят от того, насколько правильно учтены требования литейной технологии при создании данного технологического оборудования и как полно учтены требования автоматизации данного технологического процесса при его разработке.

Для наиболее эффективного решения проблемы автоматизации следует не только в комплексе рассматривать создание автоматического оборудования и технологии, но и разрабатывать конструкции деталей и отливок, которые наиболее соответствуют требованиям их изготовления на автоматическом оборудовании. Создание таких технологичных конструкций отливок представляет собой сложную комплексную проблему, но решение ее позволяет получить высокую эффективность производства [49].

135

2.3. Расчет оборудования

Выбор машин для литья в кокиль определяется мощностью цеха, серийностью производства, номенклатурой отливок и рядом других параметров, характеризующих технологический процесс. Как отмечалось ранее, в цехах небольшой мощности применяют однопозиционные машины, в цехах с большим выпуском литья используются многопозиционные карусели или, при производстве простых по форме, но большого габарита отливок, кокильные конвейеры. При выборе машин для литья в кокиль учитываются габаритные размеры кокиля, положение разъема (или разъемов) кокиля, масса жидкого металла, заливаемого в форму, усилие размыкания половинок формы [40, 42].

Технические характеристики некоторых кокильных машин при-

ведены в работах [11, с. 121–125; 30, с. 296–304; 31, с. 335], а также в табл. 2.3.

Количество кокильных станков определяется с учетом величины технологического цикла. Для однопозиционных машин, включая машины литья под низким давлением, эта величина представляет суммарное время занятости кокиля на подготовку к заливке (очистку, покрытие краской, установку стержней), заливку, охлаждение отливки в кокиле и удаление отливки.

Таким образом, длительность технологического цикла индивидуального станка

T = tп + tз + tох + tуд.

При использовании карусельных машин время технологического цикла Т определяется как сумма времени остановки карусели Т0, которое равно времени наиболее продолжительной операции) и времени поворота на одну позицию Тп:

Т = Т0 + Тп.

Длительность технологического цикла изготовления отливки зависит от веса, конфигурации, толщины стенки отливки, температуры заливки, рода металла, от конструкции кокиля. Длительность технологического цикла определяется по заводским или справочным данным.

136