Проектирование и организация цехов специальных видов литья

выполняются машиной автоматически. Общее число операций в технологическом процессе составляет девять наименований.

При изготовлении отливок в машине с холодной горизонтальной камерой прессования вручную необходимо выполнять пять операций технологического процесса. К операциям очистки и смазывания прессформы и удаления отливки из пресс-формы добавляются операции очистки и смазывания пресс-камеры и пресс-поршня и заливки металла в пресс-камеру. В полуавтоматическом режиме выполняются две операции: закрытие пресс-формы и заполнение пресс-формы металлом. Остальные операции технологического процесса выполняются автоматически. Весьтехнологический процесс состоит из11 операций.

Если изготовление отливок производится в машине с холодной вертикальной камерой прессования, то число операций, выполняемых вручную, возрастает до семи. Кроме операций, перечисленных для машин с холодной горизонтальной камерой, необходимо вручную выполнить операции очистки и смазывания контрпоршня и удаления пресс-остатка. Полуавтоматически здесь выполняются те же две операции, что и для машин с холодной горизонтальной камерой. Остальные операции технологического процесса выполняются автоматически. Всего технологический процесс насчитывает14 операций.

Анализ трех технологических процессов литья под давлением показывает, что они имеют различное число операций, выполняемых вручную. Наименьшее число таких операций (две) имеется в технологическом процессе изготовления отливок в машине с горячей камерой прессования. Для полной автоматизации этого технологического процесса необходимо автоматизировать две ручные и одну полуавтоматическую операции, т. е. всего три операции. При изготовлении отливок в машине с холодной горизонтальной камерой прессования требуется автоматизировать семь операций. Наибольшее число операций (девять) требуется автоматизировать в технологическом процессе изготовления отливок в машине с холодной вертикальной камерой прессования.

Таким образом, анализируемые технологические процессы будут иметь различную сложность автоматизации. Легче всего автоматизировать изготовление отливок в машинах с горячей камерой прессования, сложнее – в машинах с холодной горизонтальной камерой прессования и весьма сложно – в машинах с холодной вертикальной камерой прессования.

30

Отливки, изготовленные в машинах литья под давлением, требуют дополнительной обработки – удаления литников и облоя. Для этого используют различные технические средства. Наибольшее распространение получили прессы и галтовочные барабаны. Реже используют ленточные пилы, токарные и фрезерные станки.

Отливки небольших размеров с тонкими питателями обрабатывают

вгалтовочных барабанах. При галтовке происходит обломка литников

иоблоя. Для отделения отливок от отходов в барабанах существуют отверстия, вкоторые проваливаются либоотходы, либо отливки.

Удаление литников и облоя у отливок средних размеров и с тонкими питателями производится вручную или на прессах. При обработке вручную сначала обламывают литники, а затем с помощью напильников удаляют остатки литников и облой. При обработке отливок на прессах литники иоблойодновременно удаляютсяв штампах.

Удаление литников и облоя у отливок с толстыми питателями выполняют только на прессах, ленточных пилах и металлорежущих станках.

Таким образом, размеры отливки и питателя определяют способ удаления литников и облоя. Каждый способ обработки содержит то или иное число операций, выполняемых вручную, полуавтоматически и автоматически. Определение этих операций является целью анализа технологических процессов удаления литников и облоя.

Технологические процессы изготовления отливок и удаления литников и облоя включают различного рода контрольные операции. При этом одни операции выполняются автоматически, а другие – литейщиком либо с помощью приборов, либо визуально по косвенным признакам. Контролируются режимы литья, качество отливок

иправильность работы оборудования.

Среди параметров, определяющих режимы литья, контролируются давление прессования, скорость пресс-поршня, температуры сплава и пресс-формы, время выдержки отливки в пресс-форме, порции заливаемого сплава, объемы смазочных материалов, наносимых на поверхности пресс-формы и камеры прессования, и др.

При оценке качества отливок контролируются чистота поверхности, недоливы, плотность, геометрические размеры, твердость, прочность, герметичность и другие параметры.

Для проверки правильности работы оборудования контролируются уровень сплава в раздаточной печи, полнота удаления отливки

31

из пресс-формы, удаление пресс-остатка, удаление отливки из штампа и другие операции.

Неавтоматизированные операции контроля при разработке автоматизированного технологического процесса подлежатавтоматизации.

Для функционирования автоматизированных систем литья под давлением необходимы их обеспечение материалами и оснасткой, а также вывоз готовой продукции, отходов и отработанной оснастки. Поэтому при разработке автоматизированных технологических процессов литья под давлением учитывают транспортные операции, связанные с мате- риально-техническим обеспечением. Разработка самих транспортных систем проводится при проектировании гибких автоматизированных производств и в настоящей главе не рассматривается. Транспортные операции должны учитываться при разработке планировки автоматизированной системы с тем, чтобы обеспечить транспортными средствамиобслуживание входящего в нееоборудования.

При изготовлении отливок в цехах литья под давлением выполняются следующие транспортные операции:

доставкарасплава из плавильного отделения краздаточным печам; транспортирование отливок к оборудованию для удаления лит-

ников и облоя; транспортирование обрубленных отливок на промежуточный склад

или в цех для последующей обработки; транспортирование пресс-форм, штампов и другой литейной ос-

настки, тары для отливок и отходов.

Выбор технологического оборудования и средств автомати-

зации. После определения операций технологического процесса, которые необходимо автоматизировать, приступают к выбору технологического оборудования и средств автоматизации. При этом разработчик автоматизированного технологического процесса должен учитывать, что набор технологического оборудования и средств автоматизации определяется прежде всего видом сплава отливки и типом камеры прессования машины литья под давлением.

Концепции автоматизации литья под давлением. Существую-

щая практика производства отливок литьем под давлением предопределила применение машин с различными типами камер прессования в зависимости от используемых сплавов. Например, отливки из цинковых сплавов изготовляют на машинах с горячей камерой прессования, хотя нет препятствий для их изготовления, и на машинах

32

схолодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Отливки из магниевых сплавов получают в машинах с горячей и холодной горизонтальной камерами прессования. В то же время нет особых причин, препятствующих изготовлению магниевых отливок на машинах с холодной вертикальной камерой прессования. Отливки из алюминиевых сплавов производят в машинах с холодными горизонтальной и вертикальной камерами прессования. Попытки использовать для производства алюминиевых отливок машины с горячей камерой прессования не дали положительных результатов.

Каждый тип машины, вследствие специфики прессующего узла, оснащается различными наборами технических средств, необходимых для автоматизации технологических операций (рис. 1.3).

Любой вариант набора технических средств представляет ту или иную автоматизированную систему литья под давлением: гибкий производственный модуль (ГПМ), гибкую автоматизированную линию (ГАЛ), роботизированный технологический комплекс (РТК), роботизированную технологическую линию (РТЛ).

Под ГПМ понимается такой набор технических средств, который позволяет автоматически изготовлять отливки. ГАЛ включает набор технических средств, позволяющий изготовлять отливки и выполнять другие технологические процессы, например удалять литники и облой, механически обрабатывать отливку. РТК представляет собой набор технических средств, включающий один или несколько ПР,

спомощью которых отливки изготовляются автоматически. РТЛ также имеет в наборе технических средств один или несколько ПР, которые позволяют автоматически производить отливки и осуществлять их последующую обработку.

Выбор конкретной автоматизированной системы связан с принятой концепцией автоматизации. Можно выделить две принципиально отличающиеся концепции автоматизации литья под давлением. Первая концепция состоит в использовании для автоматизации простейших средств, неперепрограммируемых при переходе на изготовление новых отливок. Такими средствами являются механизмы двойного выталкивания отливок, сталкиватели отливок, работающие по жесткой программе манипуляторы для удаления отливок, устройства для смазывания пресс-формы, ковшовые заливочно-дозирую- щие устройства и др.

33

Рис. 1.3. Набор технических средств для различных технологических процессов: 1–4 – устройства для очистки и смазывания пресс-формы, пресс-поршня, пресс-камеры и контрпоршня; 5 – заливочно-дозирующее устройство (ЗДУ); 6 – промышленный робот; 7 – устройство для контроля полноты извлечения отливки; 8 – устройство для удаления пресс-остатка; 9 – пресс для обрезки литников и облоя; 10 – устройство

для приемаотливок; 11 – конвейердляотливок; 12 – галтовочныйбарабан

Неперепрограммируемое оборудование используется преимущественно в массовом производстве при изготовлении простых отливок, к которым предъявляют невысокие технические требования. Программируемое оборудование применяется преимущественно в серий-

34

ном производстве при изготовлении сложных отливок, которые должны соответствовать высоким техническим требованиям.

Минимальные комплекты средств автоматизации имеют ГПМ и РТК, построенные на базе машин с горячей камерой прессования, а максимальные – ГАЛ и РТЛ, использующие машины с холодной вертикальной камерой прессования. Каждая автоматизированная система литья под давлением включает устройство для очистки и смазывания пресс-формы и устройство для контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы. Состав остальных технических средств определяется типом камеры прессования машины, выбранной концепцией автоматизации иоперациями последующейобработкиотливок.

Выбор конкретных моделей технологического оборудования и средств автоматизации проводится с учетом требований, предъявляемых автоматизацией, и особенностей технологических процессов.

Требования, предъявляемые к технологическому оборудованию при автоматизации технологического процесса, требования к средствам автоматизации, выбор технологического оборудования и технических средств для автоматизации операций технологического процесса; выбор устройств для смазывания пресс-форм; разработка вариантов и выбор транспортно-технологической схемы рассматриваются в работе [33, с. 235–249].

Разработка вариантов и выбор транспортно-технологической схемы

Транспортно-технологическая схема (ТТС) роботизированного технологического процесса представляет собой номенклатурный и количественный состав оборудования и его функциональную связь. ТТС может быть изображена в виде графа, вершинами которого служит оборудование, а дугами – функциональная связь оборудования. Многовариантность ТТС связана с разнообразием технологических процессов литья под давлением и последующей обработки отливок, разнообразием исполнения технологического оборудования и средств автоматизации, различием их производительности и функциональных возможностей [33].

Выбор из многообразия ТТС оптимального варианта является сложной задачей и включает три этапа: разработку вариантов ТТС,

35

выбор критериев оптимизации и разработку математической модели целевой функции, выбор оптимального варианта ТТС.

Разработка вариантов и выбор структурно-компоновочной схемы. Как уже отмечалось, исходной информацией для разработки структурно-компоновочной схемы (СКС) автоматизированной или роботизированной системы служит оптимальный вариант ТТС технологического процесса. СКС является основой для разработки планировки автоматизированной или роботизированной системы. Проектирование автоматизированных систем базируется на тех же требованиях, которыми руководствуются и при проектировании роботизированных систем: РС должна обладать гибкостью и автономностью, иметь возможность развития и встраивания в другие системы, иметь унифицированные и взаимозаменяемые элементы, оптимальную структуру, высокуюнадежность, производительность иэффективность.

Гибкость и переналаживаемость РС обеспечивают ее быструю и простую перестройку на производство новых отливок заданной номенклатуры. Автономность РС выражается в ее возможности работать в автоматическом режиме независимо от режимов работы других систем на входе и выходе. Встраиваемость РС в другие системы более высокого уровня должна обеспечивать ее синхронную или асинхронную работу с другими РС на входе и выходе. Развиваемость предусматривает возможность усовершенствования системы, т. е. повышения эффективности ее работы за счет применения новейших технологических, робототехнических, вспомогательных, транспортных и контрольных средств. Унификация и взаимозаменяемость составных элементов упрощают обслуживание и сокращают простои системы при выходе элементов из строя. Оптимальность структуры РС характеризуется минимальными простоями, площадями, стоимостью и максимальными надежностью, производительностью и безопасностью.

РС классификацируют:

по характеру операций технологического процесса, выполняемых роботом;

количественному составу технологического оборудования и роботов;

компоновке технологического оборудования и роботов.

По первому признаку все РС подразделяют на две большие группы: роботизированные технологические системы (РТС) и роботизиро-

36

ванные производственные системы (РПС). В РТС роботы выполняют вспомогательные операции технологического процесса, главным образом транспортные. В РТС литья под давлением к таким операциям относятся удаление отливки из пресс-формы, ее укладка в штамп пресса, заливка металла в камеру прессования. В РПС роботы выполняют основные операции технологического процесса. К ним относят операции по очистке и смазыванию пресс-формы, установке армирующих элементов, контроль целостности и качества отливок. На практике чаще всего используютсяРТСлибо комбинацииРТСиРПС.

В зависимости от набора технологических процессов и состава оборудования РС могут быть представлены в виде роботизированных технологических комплексов (РТК), линий (РТЛ), участков (РТУ) или роботизированных производственных комплексов (РПК), линий (РПЛ), участков (РПУ). Например, РПК литья под давлением может быть создан на базе машины с горячей камерой прессования с использованием ПР для выполнения только технологических операций, а удаление отливки из пресс-формы может быть проведено без применения ПР. Чтобы создать РПЛ из предыдущей РС, необходимо добавить в нее, например, систему автоматизированного удаления литников и облоя на базе галтовочного барабана. РТУ и РПУ образуют путем объединения РТК, РТЛ, РПК и РПЛ в РС, изготовляющие отливки определенной номенклатуры.

По второму признаку РС можно подразделить на четыре типа: первый тип – один ПР обслуживает одну единицу технологиче-

ского оборудования; второй тип – один ПР обслуживает несколько единиц технологи-

ческого оборудования; третий тип – несколько ПР обслуживают несколько единиц тех-

нологического оборудования; четвертый тип – несколько ПР обслуживают одну единицу тех-

нологического оборудования.

Примером РС первого типа может служить РТК, в котором ПР удаляет отливку из пресс-формы. РС второго типа представляет РТЛ, в которой ПР удаляет отливку из пресс-формы и укладывает ее в штамп пресса. В РС третьего типа ПР обслуживает две машины и один пресс, а роботы-заливщики обслуживают одну машину.

По третьему признаку РС различают по конструктивно-компо- новочному исполнению робота и взаимному расположению техно-

37

логического оборудования и роботов. По конструктивно-компоно- вочному исполнению ПР могут быть встроены в оборудование, быть напольного, подвесного, портального, мостового или подвижного исполнения.

По расположению технологического оборудования и роботов РС бывают трех типов:

первый тип – технологическое оборудование расположено по окружности, а ПР установлен в центре;

второй тип – технологическое оборудование и ПР расположены в линию;

третий тип – ПР расположены по окружности, а технологическое оборудование – в центре.

Структурно-компоновочная схема (СКС) РС представляет собой состав и взаимное расположение оборудования, входящего в ТТС. Для одной и той же ТТС может быть разработано несколько вариантов СКС, поэтому встает вопрос о выборе оптимального варианта. Многообразие вариантов СКС определяется качественным и количественным составом ТТС. Наименьшим разнообразием вариантов отличаются СКС для РС на базе машин с горячей камерой, а наибольшим – СКС для РС на базе машин с холодной горизонтальной камерой. Некоторые варианты СКС для различных ТТС РС литья под давлением представлены на рис. 1.4. Данные СКС построены по принципу сложения, т. е. увеличения числа единиц оборудования, обслуживаемых ПР. СКС, показанные на рис. 1.4, кроме того, отличаются типом ЗДУ. Одни варианты используют ЗДУ, совмещенные с раздаточной печью, а другие – ЗДУ ковшового типа с несовмещенными раздаточными печами. Характерной особенностью компоновочных схем РС на базе машин с холодной горизонтальной камерой является то, что ЗДУ может быть расположено параллельно машине с двух сторон.

На рис. 1.4 изображены СКС как для различных, так и для одинаковых ТТС РС. Например, схемы на рис. 1.4, в, г построены для одной и той же ТТС: ЗДУ – М – ПР – П. В схеме на рис. 1.4, в ЗДУ, ПР и пресс расположены по одну сторону машины, а в схеме на рис. 1.4, г ЗДУ находится с одной стороны машины, а ПР и пресс – с другой. Возможны и другие комбинации относительного расположения оборудования по этой ТТС.

38

Рис. 1.4. Варианты (а–м) СКС РС на базе машины

схолодной горизонтальной камерой прессования:

1– машина (М); 2 – ЗДУ, совмещенное с раздаточной печью; 3 – ПР; 4 – пресс (П); 5 – раздаточная печь; 6 – ЗДУ ковшового типа

39