Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-17854.zip (427kb [zip], Скачиваний: 146) скачать |
Министерство высшего и среднего специального
образования Российской Федерации
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра:
Машины и Технология
Литейного производства
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по курсу “Оборудование литейных цехов”
Тема: “Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500”
Выполнил:
студент гр. Т18 Л404 Шарков А.С.
Проверил:
доцент Мамлеев Р.Ф.
УФА - 1997
Содержание:
Введение
1. Обзор литературных источников
1.1 Элементы конструкции импульсных формовочных машин
1.2 Конструкция импульсных головок
1.2.1 Требования к конструкции импульсных головок
1.2.2 Особенности конструкций
2. Описание конструкции и расчет импульсной формовочной машины
2.1 Принципиальная схема и работа импульсной формовочной машины
2.2 Расчет толщины стенки цилиндра прижимного стола
2.3 Расчет высоты наполнительной рамки
2.4 Расчет импульсной головки
2.4.1 Расчет основных параметров импульсной головки
2.4.2 Расчет на прочность импульсной головки
2.4.3 Расчет на прочность крышки головки
2.4.4 Расчет болтового соединения крышки с головкой
Выводы
Список использованных источников
Введение.
В связи с быстрыми темпами развития науки и производства, в настоящее время очень актуально стоит задача об оснащении литейного производства высокопроизводительными формовочными машинами с целью автоматизации трудоемких процессов изготовления форм для получения отливок.
Совершенствование техники, развитие технологий, качественное повышение технического уровня разрабатываемого оборудования сопровождается усложнением конструкции, повышением требований к надежности и многим другим. В данной работе я попытался проанализировать работу, эксплуатацию и конструкцию литейных машин, рассмотрев опыт их производственного использования, с применением теоретических знаний, основ конструирования и теории автоматизации.
1. Обзор литературных источников.
Импульсная формовка – энергетически экономичный процесс, благодаря более полному расширению сжатого воздуха при передаче энергии уплотняемой смеси и более рациональному распределению плотности в опоке, минимальным потерям энергии на внешнее и внутреннее трение и др.
Воздушно-импульсная формовка была разработана в 60-65 гг. в СССР.
Было разработано порядка десятка различных механизированных и автоматических формовочных импульсных установок для изготовления разовых форм на заводах: Славтяжмаш и Строймаш (г. Славянск), ЭЗТМ (г. Электросталь), “Октябрь” (г. Краснодар), СКЗМ им. С. Орджоникидзе и НКЗМ им. В.И. Ленина (г. Краматорск).
Если не считать первые различные по конструкции опытно-промышленные установки спроектированные самими заводами для мелкосерийного производства, то первыми автоматические установки в условиях крупносерийного производства были внедрены на заводе «Октябрь» в 1976 г. Транспортным средством в установке является тележечный конвейер. Среднечасовая производительность такой установки – 100 съемов. Разработчикам машины удалось практически полностью автоматизировать процесс, но им не удалась автоматическая замена модельного комплекта после процесса уплотнения, т.е. тогда опоку приходилось все еще подавать вручную.
За последнее время наблюдается тенденция развития в сторону получения более крупных опок импульсной формовкой. Так например, известно испытание на опоках с размерами 3000х2000 мм. В результате проведения этого эксперимента были получены удовлетворительные результаты.
В чугунолитейном цехе Славянского завода тяжелого машиностроения с 1971 г. эксплуатируется полуавтоматическая установка (размер опоки 770х770х300 мм). В 1978 г. балы выпущена ее вторая модификация (800х700х200/300 мм). После внедрения ее третей модификации в 1981 г. (1600х1200х400/600 мм), на заводе были заменены все встряхивающие на импульсные формовочные машины. Но машина по-прежнему обладала большим недостатком, оператор сам готовил оснастку к работе.
1.1 Элементы конструкции импульсных формовочных машин.
Как и другие формовочные машины литейного производства импульсные машины имеют общие и отличающиеся элементы в своей конструкции.
К общим элементам конструкции следует отнести устройства и механизмы подачи пустых опок и раздачи заформованных опок; устройства заполнения опок формовочной смесью (бункера, питатели и т.п.); транспортные и подъемные механизмы; а также другие вспомогательные устройства, выбираемые самим технологом из проектировочных и технологических соображений.
Импульсные формовочные машины имеют также и свои весьма важные, необходимые для работы элементы конструкции. Наиболее важным элементом является импульсная головка - емкость, необходимая для накопления и быстрой подачи сжатого воздуха на уплотнение. Роль распределительной системы в импульсных формовочных машинах играет рассекатель, именно здесь происходит равномерное распределение воздуха по всей площади опоки, что позволяет получить достаточное уплотнение смеси, не зависимо от конструкции модели. Также необходимы источники сжатого воздуха, которыми являются пневматические насосы.Поскольку на позицию уплотнения необходимо подавать опоки с разрыхленной формовочной смесью (это увеличивает скорость разгона, что обеспечивает высокие степени уплотнения, т.к. воздух распределяется по всей опоке и на формовочную смесь действует распределенная нагрузка), то в автоматические линии необходимо включать разрыхлительные механизмы.
1.2 Конструкция импульсных головок /9/
Как уже было отмечено раннее, наиболее важным элементом импульсных формовочных машин является импульсная головка. На сегодняшний день, большая часть уже работающих в производстве изобретений и авторских свидетельств, были разработаны в бывшем Советском Союзе, а также германской фирмой BMD, лидером в этой области.
Первые отечественные импульсные головки работали при высоком давлении
7—20 МПа. Они были достаточно просты и надежны по конструкции.
Следует отметить, что в последнее время был проявлен большой интерес к головкам, работающим при сетевом давлении. Следует отметить, что конструкция головки высокого давления для работы под сетевым давлением не подходит, т.к. перепад давления - малый и малая скорость движения клапана, не обеспечивают требуемой скорости подъема давления над смесью. Для решения этой задачи, необходимо увеличить размер выпускного отверстия, однако при этом увеличивается масса клапана и его ход, и уменьшается скорость его открытия.Усовершенствование клапанов этого типа шло по пути уменьшения массы клапана и силы трения, поэтому клапаны изготавливаются с малой плотностью и малая высота, между стенкой надклапанной полости и клапаном оставляют зазор, что резко уменьшает силу трения.
1.2.1 Требования к конструкции импульсных головок
Импульсная головка - сосуд постоянного объема - ресивер, внутри которого находится клапан. Клапан должен обеспечить подъем давления воздуха над смесью за 0,01...0,05 с, при этом необходимо равномерное распределение потока воздуха. Поэтому для выпускных отверстий с малым сечением, устанавливается рассекатель, за выпускным отверстием. Объем ресивера непосредственно связан с объемом камеры рассекателя, так как чем больше воздуха расходуется на заполнение камеры рассекателя, тем больше должен быть объем ресивера.
Давление в ресивере, скорость срабатывания клапана и размер выпускного отверстия влияют на скорость нарастания давления воздуха над формовочной смесью и являются определяющими факторами получения качественной формы.
1.2.1 Особенности конструкций.
Конструкция одной из первых отечественных импульсных головок представлена на рисунке 1а. Быстрое открытие их, обеспечивалось большим перепадом давлений в полости ресивера А и надклапанной полости Б. Клапан 1 прижимается к седлу 2 выпускного отверстия 3 под действием давления воздуха в надклапанной области и веса клапана. Такими клапанами оснащены формовочные автоматы на литейных линиях НИИПТ (г. Краматорск), работающих на высоком давлении. На линиях изготавливают опоки размером 500х400...1500х1200.
В клапане, изображенном на рисунке 1б, для увеличения скорости открытия клапана применяют ударник. При сбросе воздуха из надклапанной области Б, ударник 4 разгоняется вверх и ударяется по клапану 1. Клапан открывает с большой скоростью выпускное отверстие 3.
Для аналогичной цели, применяют клапан с хвостовиком 5, изображенный на рисунке 1в. В этой конструкции воздух поступает в выпускное отверстие только после того, как клапан пройдет путь равный длине хвостовика. К существенному недостатку такого клапана, можно отнести постепенное изнашивание поверхности хвостовика, что изменяет рабочий цикл подачи сжатого воздуха над смесью.
Оригинальная конструкция импульсной головки была предложена фирмой BMD (рисунок 1г). Здесь клапаном служит гибкая пластина 1 из резины. Края пластины прижимаются рамкой 6, с прикрепленными к ней пружинными головками 7. Шток 8 клапана фиксируется зажимным механизмом, а полость ресивера А заполняется сжатым воздухом. Затем зажим штока открывается и пружинные головки подбрасывают рамку, освобождая кромку пластины 1. Под действием сжатого воздуха, резиноваяпластина прогибается наружу, открывая выпускное отверстие.
На рисунке 1д изображен клапан из двух перфорированных плит с отверстиями, взаимно перекрывающимися при их совмещение. Размеры этих плит обычно близки к размерам опоки, что позволяет равномерно подавать воздух по всей площади опоки, исключая таким образом использование рассекателя. Подвижной может быть одна из двух плит. Если подвижна верхняя плита, то для нее нужен мощный привод. Если подвижна нижняя плита, то открытие производится быстрее, но требует увеличение вредного пространства над смесью. Также нижняя плита может использоваться для допрессовки верхнего слоя.
В конце 80-х годов фирмой BMD был разработан диафрагменный клапан, обеспечивающий подъем давления над смесью за 0,01с. В исходном положении резиновая диафрагма прижата сжатым воздухом, находящимся в надклапанной полости, к перфорированным стенкам и днищу горловины выпускного канала , давление которого больше давления в ресивере. При сообщении надклапанной области с ресивером давление падает и упругая диафрагма резко отходит от стенок и днища горловины, открывая проход воздуху. Фирмой выпущены образцы таких машин для опок с размерами от 520х450х160мм (с производительностью 120 форм/ч) до 2000х1600х500мм (с производительностью 20 форм/ч).
2. Описание конструкции и расчет импульсной формовочной машины
Данная машина /6/ предназначена для изготовления разовых литейных форм, динамическими методами уплотнения и может быть использована в автоматических линиях.
Цель изобретения - повышение производительности, снижение трудозатрат и высвобождение производственных площадей.
2.1 Принципиальная схема и работа импульсной формовочной машины
На рисунке 2 схематично изображена общая компоновка формовочной машины вместе со вспомогательными системами, вид сверху. Позиции на рисунке:
1 - подача пустых опок верха;
2 - установка опоки верха на модельную плиту;
3 - заполнение оснастки верха формовочной смесью;
4 - подача пустых опок верха;
5 - заполнение оснастки низа формовочной смесью, а также позиция уплотнения полуформ;
6 - простановка стержней и сборка форм;
7 - подача готовых опок.
Формовочная машина (рисунок 3) состоит из станины 1 с прижимным столом 4, с пневмоцилиндром 2 в котором перемещается поршень 3. На стол устанавливается модельная плита 5 с опокой 6 и наполнительной рамкой 7. На станине укреплены опорные колонны 8, на которых держится траверса с направляющими 5 для движения модельной плиты и дозатором смеси 11. Головка 14 выполнена с подвижными перфорированными крышками 15 полости рассекателя, которые жестко соединены с прессовым механизмом 17 двухстороннего избирательного действия болтовым соединением. Полость рассекателя соединяется с ресивером посредством клапана 15. В ресивере имеется отверстие 19 для соединения с магистралью сжатого воздуха. К станине крепится рама 20 приводного рольганга 21. К опорным колоннам крепятся направляющие 22 наполнительной рамки. Дозатор 11 имеет в своей конструкции шиберный затвор 23. К станине (рисунок 4) прикреплены направляющие колонны 24 лифта 25, а также автомат - простановщик стержней 26, подъемник 27 и рама 28 приводного рольганга 29 выдачи собранных форм. На опорных колоннах крепятся толкатели 30 готовых полуформ на направляющие 31. Формовочная машина снабжена управляющим устройством 20, которое осуществляет управление последовательностью всех операций по изготовлению формы и подъемником полуформ.
Работа формовочной машины.
После установки пустой опоки на модельную плиту по кромочному рольгангу производится перемещение оснастки на позицию заполнения смесью, на которой находится наполнительная рамка, установленная на направляющих. Из дозатора, путем открытия шиберного затвора, происходит заполнение оснастки формовочной смесью. После заполнения, оснастка перемещается по рольгангу на рабочую позицию. Вместе с вышеописанными операциями осуществляется установка опоки на наполнительную рамку, установленную на воздушной головке, перемещение дозатора в положение над опокой, после чего при помощи шиберного затвора происходит заполнение оснастки формовочной смесью. Модельная плита перемещается по направляющим в положение над опокой, а прижимной поршень со столом прижимает опоку верха к наполнительной рамке верха и к воздушной уплотняющей головке, которая, прижимает опоку низа с наполнительной рамкой низа к модельной плите низа траверса. После прижима оснастки к траверсе открывается клапан и смесь в опоках низа и верха уплотняется потоком сжатого воздуха одновременно.Доуплотнение производится при помощи прессового механизма двухстороннего избирательного действия, соединенного с перфорированными крышками полости рассекателя (рисунок 5). После доуплотнения прессующий механизм возвращается в исходное положение, а прижимной стол опускается вниз, производя протяжку модельного комплекта из полуформ верха и низа одновременно. Полуформа низа, расположенная вверху, отпечатком модели вверх сталкивается толкателем на направляющие и по ним на платформу лифта, на которой опускается ниже уровня контрлада полуформы верха, расположенной внизу отпечатком модели вниз. Полуформа верха сталкивается толкателем на направляющие и затем накрывает полуформу низа. Во время движения полуформы низа на платформе лифта простановщик стержней ставит в полость формы стержни. Спариваются полуформы с помощью подъемника, образуя готовую форму, которая поступает на рольганг. Во время выдачи готовой формы все механизмы машины возвращаются в исходное положение и затем цикл повторяется.
Устройство импульсной головки.
Импульсная головка изображена на рисунке 6 /7/.
Импульсная головка содержит ресивер 1, выпускной клапан, выполненный в виде клапанной тарелки 4 с ограничителем 5, тягу 8 с упором 7, привод 9 тяги и пружину 6, расположенную между ограничителем и упором.
Работа импульсной головки.
От сжатого воздуха, поступающего под давлением, привод приводит в действие тягу, которая перемещается вниз и через упор воздействует на клапанную тарелку. Выпускное отверстие корпуса перекрывается и в рабочую полость поступает сжатый воздух, который, заполняя эту полость, прижимает клапанную тарелку к корпусу.
При движении тяги вверх пружина начинает сжиматься, но клапанная тарелка остается прижатой к корпусу давлением сжатого воздуха в полости.
В момент соприкосновения контактирующих поверхностей упора и ограничителя клапанная тарелка отрывается от корпуса в месте расположения выпускного отверстия, а сжатая пружина стремясь разжаться, отбрасывает клапан вверх под действием силы пружины при рабочей деформации. Выпускное отверстие открывается и через него пропускается сжатый воздух, производя уплотнение.
2.2 Расчет толщины стенки цилиндра прижимного стола
Исходные данные для расчета:
[s] = 400 МПа – для материала цилиндра (Сталь 45) /4/;
d = 1,4 м - диаметр подвижного поршня гидроцилиндра.
Максимальное разрывающее давление в цилиндре:
где
L – высота цилиндра;
Единичная площадка гидроцилиндра, вдоль которой действует разрывающее давление:
F = d× L,
где
d - толщина стенки цилиндра;
Тогда временное сопротивление материала будет определено как:
откуда определим толщину стенки цилиндра:
Однако, учитывая то что прижимной цилиндр испытывает высокие нагрузки со стороны модельного комплекта и давления в гидроцилиндре, а также исходя из соображения пропорций элементов конструкции, примем толщину стенки, равной 0,1 м.
2.3 Расчет высоты наполнительной рамки
Высоту наполнительной рамки /8/ определяют экспериментальным путем или опираясь на опыт, что приводит к излишнему расходу формовочной смеси на срезку и дополнительным затратам энергии на уплотнение излишней формовочной смеси.
Для
расчета высоты 
наполнительной рамки при
прессовании можно использовать формулу :
(1)
где
H - высота опоки;
V - объем модели;
F - площадь опоки;
- плотность
формовочной смеси до и после формовки.
Неуплотненный
после импульсной формовки слой смеси со стороны контрлада срезается. По
различным источникам он составляет от 50 до 120 мм, и его необходимо учитывать
при расчете
Если выразить приведенную высоту модели через высоту опоки:
где
- объем опоки,
и ввести в формулу (1) высоту 
слоя срезаемой земли,
получим:
где
- плотность срезаемого
слоя земли,
т.е. при установленной
степени уплотнения 
и линейно зависит от H . При определенных размерах
опоки и степени уплотнения линейно зависит от
На
рисунке Х линия нижних пределов построена для
формовочной смеси с 
и d=1,65при a=0,5 и Н=200…600мм, 
Линия верхних пределов построена для формовочной
смеси с d=1,75при a=0,05 и Н=200…600мм,
На
рисунке ХХ для тех же условий показан пример влияния на для опоки 1600´1200´500мм.
Т.о. в зависимости от качества формовочной
смеси и конфигурации модели отношение 
может изменяться в больших пределах.
Итак, для опоки 1600´1200´500мм имодели, объем которой равен четверти опоки, определим a=0,05.
-
d=1,75и
-
-
тогда по формуле (**), получим
Следует заметить, что при
большой разности объемов моделей изготавливаемыхдеталей при многономенклатурном производстве
расчеты производятся по 
и 
2.4 Расчет импульсной головки
Система автоматизированного расчета /10/ основных параметров импульсного агрегата состоит из следующих подсистем расчета:
1)конструктивные параметры импульсной головки;
2)на прочность корпуса и крышки;
3)болтового соединения крышки с головкой.
Такая проектировочная процедура выполняется на стадии эскизного проектирования, при этом для каждого блока подбираются готовые конструктивные решения, что согласуется с теоретическими расчетами САПР.
2.4.1 Расчет основных параметров импульсной головки
Исходные данные для расчета: a=1600мм, b=1200мм и h=500мм – соответственно длина, ширина и высота опоки.
Объем опоки:
V=abh=0,15 м
;
Z=0,16 - сотношение объемов ресивера и опоки.
Объем ресивера:
;
Диаметр выпускного отверстия:
Ход поршня клапана:
Площадь отверстий рассекателя:
Диаметр конуса рассекателя:
2.4.2 Расчет на прочность импульсной головки
Исходные данные для расчета:
V
- объем ресивера;
р
и 
-радиус контакта клапана с седлом головки и
высота клапана соответственно:
s=80 МПа, в расчете равное 
/4/.
Внутренний диаметр импульсной головки:
Толщина днища головки:
Допускаемое давление для уплотнения смеси:
Диаметр отверстия, соединяющий надпоршневую полость головки с атмосферой:
м;
Отношение
Допускаемое давление для уплотнения смеси:
Т.к.
>pи 
>p,
то выбранная конструкция – работоспособна.
2.4.3 Расчет на прочность крышки головки
Исходные данные для расчета:
- коэффициент
напряжения [4];
[4].
Конструкционные коэффициенты:
В расчете удельное давление на крышку изнутри головки gпринимается равным рабочему давлению в ресивере.
Максимальное давление на крышку головки:
Тогда запас прочности крышки:
Т.к. запас прочности больше двух,то рассчитанная крышка работоспособна.
2.4.4 Расчет болтового соединения крышки с головкой
Исходные данные для расчета:
L=4 – число болтов;
Площадь сечения болта:
Критическое давление на болт:
МПа;
Усилие затяжки:
МПа.
Т.к. 
Выводы
1. Выполнил анализ литературных источников по конструкции импульсной формовочной машины и импульсной головки.
2.
3.
4.
5.
6.
Список использованных источников
1. Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. - М.: Машиностроение, 1977.
2. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу “Оборудованиелитейных цехов”. Составитель Мамлеев Р.Ф. Уфа, 1995.
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. – М.: Машиностроение, 1988.
4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Изд. 5-е, перераб. и доп. в трех томах. – М.: Машиностроение, 1979.
5. Васильковский Л.Ф., Тищенко В.Д., Иванченко И.И.Импульсная формовка на Славтяжмаше.– «Литейное производство», 1980, №7, с. 32.
6. Авторское свидетельство 1276430 СССР, МКИ В 22 С 15/22. Формовочная машина для изготовления разовых литейных форм.
7. Авторское свидетельство 1284683 СССР, МКИ В 22 С 15/22. Импульсная головка для изготовления форм и стержней.
8. Коротун А.Н. Расчет высоты наполнительной рамки при импульсной формовке. – «Литейное производство», 1991, №11, с.21.
9. Орлов Г.М., Бережанов П.И. Клапаны импульсных формовочных машин. – «Литейное производство», 1989, №6, с. 20-21.
10. Гунько И.И., Билык Г.Б., Андреева Л.Э. Методика автоматизированного расчета на ЭВМ параметров импульсного агрегата. - «Литейное производство», 1989, №6, с.26.
11. Гунько И.И., Мершавко В.С., Пильстерем А.В. Расчет работоспособности агрегатов импульсной установки с применением ЭВМ. - «Литейное производство», 1987, №12, с.25.