Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте
Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500
Министерство высшего и среднего специального
образования Российской Федерации
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ НИВЕРСИТЕТ
Кафедра:
Машины и Технология
Литейного производства
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по курсу Оборудование литейных цехов
Тема: Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х50Ф
Выполнил:
студент гр. Т18 Л404а 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 ровня разрабатываемого оборудования сопровождается сложнением конструкции, повышением требований к надежности и многим другим. В данной работе я попытался пронализировать 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 плотняемой 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 Р.
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 становки спроектированные самими заводами для мелкосерийного производства, то первыми автоматические становки в условиях крупносерийного производства были внедрены на заводе Октябрь в 1976 г. Транспортным средством в становке является тележечный конвейер. Среднечасовая производительность такой становки - 100 съемов. Разработчикам машины далось практически полностью автоматизировать процесс, но им не далась автоматическая замена модельного комплекта после процесса плотнения, 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 3х2 мм. В результате проведения этого эксперимента были получены удовлетворительные результаты.
В чугунолитейном цехе Славянского завода тяжелого машиностроения с 1971 г. эксплуатируется полуавтоматическая становка (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 стройства и механизмы подачи пустых опок и раздачи заформованных опок; стройства заполнения опок формовочной смесью (бункера, питатели и т.п.); транспортные и подъемные механизмы; также другие вспомогательные стройства, 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 плотнение 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 плотнения, 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 же работающих в производстве изобретений и авторских свидетельств, были разработаны в бывшем Советском Союзе, также германской фирмой BMD, лидером в этой области.
Первые отечественные импульсные головки работали при высоком давлении
Ч20 Па. 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 величить размер выпускного отверстия, однако при этом величивается масса клапана и его ход, и меньшается скорость его открытия. совершенствование 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 меньшает 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, станавливается 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 величения скорости открытия клапана применяют дарник. При сбросе воздуха из надклапанной области Б, дарник 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, полость ресивера А заполняется сжатым воздухом. Затем зажим штока открывается и пружинные головки подбрасывают рамку, освобождая кромку пластины 1. Под действием сжатого воздуха, резиновая пластина 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 величение 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 пругая 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 2х1600х500мм (с производительностью 20 форм/ч).
2. Описание конструкции и расчет импульсной формовочной машины
Данная машина /6/ предназначена для изготовления разовых литейных форм, динамическими методами плотнения 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 - становка 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 плотнения 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 станавливается модельная плита 5 с опокой 6 и наполнительной рамкой 7. На станине креплены 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, 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 правляющим стройством 20, которое осуществляет правление 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, становленная 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 становка опоки на наполнительную рамку, становленную 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, прижимной поршень со столом прижимает опоку верха к наполнительной рамке верха и к воздушной плотняющей 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 плотняется 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, 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 ровня 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.
стройство 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 пором 7, привод 9 тяги и пружину 6, расположенную между ограничителем и пором.
Работа импульсной головки.
От сжатого воздуха, поступающего под давлением, привод приводит в действие тягу, которая перемещается вниз и через пор 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 пора и ограничителя клапанная тарелка отрывается от корпуса в месте расположения выпускного отверстия, сжатая пружина стремясь разжаться, отбрасывает клапан вверх под действием силы пружины при рабочей деформации. Выпускное отверстие открывается и через него пропускается сжатый воздух, производя плотнение.
2.2 Расчет толщины стенки цилиндра прижимного стола
Исходные данные для расчета:
[s] = 400 Па - 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 плотнение излишней формовочной смеси.
Для расчета высоты 
анаполнительной рамки при прессовании можно использовать формулу :
(1)
где
H - высота опоки;
- объем модели;
F - площадь опоки;
а- 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
а- объем опоки,
и ввести в формулу (1) высоту 
аслоя срезаемой земли,
получим:
где
а- плотность срезаемого слоя земли,
т.е. апри становленной степени плотнения 
аи алинейно зависит от H. При определенных размерах опоки и степени плотнения алинейно зависит от
На рисунке Х линия нижних пределов апостроена для формовочной смеси с 
аи d=1,65апри a=0,5 и Н =20Е600мм, 
Линия верхних пределов построена для формовочной смеси с d=1,75апри a=0,05 и Н=20Е600мм,
На рисунке ХХ для тех же словий показан пример влияния ана адля опоки 1600´1200´500мм.
Т.о. в зависимости от качества формовочной смеси и конфигурации модели отношение 
аможет изменяться в больших пределах.
Итак, для опоки 1600´1200´500мм и модели, объем которой равен четверти опоки, определим a=0,05.
-
аd=1,75и а
-
-
тогда по формуле (**), получим
Следует заметить, что при большой разности объемов моделей изготавливаемыха деталей при многономенклатурном производстве расчеты производятся по 
аи 
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:
=abh=0,15 м
а;
Z=0,16 - сотношение объемов ресивера и опоки.
Объем ресивера:
а;
Диаметр выпускного отверстия:
Ход поршня клапана:
Площадь отверстий рассекателя:
Диаметр конуса рассекателя:
2.4.2 Расчет на прочность импульсной головки
Исходные данные для расчета:
а- объем ресивера;
р
аи 
а-а радиус контакта клапана с седлом головки и высота клапана соответственно:
s=80 Па, 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 плотнения смеси:
Т.к.
>pаи 
>p,
то выбранная конструкция - работоспособна.
2.4.3 Расчет на прочность крышки головки
Исходные данные для расчета:
а- коэффициент напряжения [4];
а [4].
Конструкционные коэффициенты:
В расчете дельное давление на крышку изнутри головки g принимается 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 Ц число болтов;
Площадь сечения болта:
Критическое давление на болт:
Па;
силие затяжки:
Па.
Т.к. 
Выводы
1. Выполнил анализ литературных источников по конструкции импульсной формовочной машины и импульсной головки.
Список использованных источников
1. Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. - М.: Машиностроение, 1977.
2. Методические казания к выполнению курсового проекта по курсу Оборудование литейных 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 Р, МКИ В 22 С 15/22. Формовочная машина для изготовления разовых литейных форм.
7. Авторское свидетельство 1284683 Р, 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 становки с применением ЭВМ. - Литейное производство, 1987, №12, с.25.