Автоматизация литья под давлением

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Машины для литья под давлением

Машины для литья под давлением по устройству узла прессования разделяют на два класса: с горячей и холодной камерой прессования. По принципу действия на расплав машины с горячей камерой прессования делят на поршневые и компрессорные. В поршневых машинах усилие на расплав передается поршнем, а в компрессорных - сжатым воздухом или газом. Поршневые машины могут иметь камеру прессования, расположенную вертикально или горизонтально.

В производстве наибольшее применение нашли поршневые машины с холодной горизонтальной камерой прессования и машины с вертикальной горячей камерой прессования. Компрессорные машины в процессе совершенствования выделены в самостоятельную группу машин для литья под низким (регулируемым) давлением.

компрессорный литье прессование давление

1.1 Машины с горячей камерой прессования

Основными узлами поршневых машин с вертикальной горячей камерой прессования являются: узел прессования и узел запирания. При работе машины камера прессования 9 (рис. 1) погружена в тигель 8 и сообщается с ним отверстием 7, через которое в нее поступает расплав. При движении прессового поршня 6 вниз отверстие 7 перекрывается и расплав по обогреваемому каналу 5 через мундштук 4 и литниковую втулку 3 поступает в полость формы 2. Механизмом запирания подвижная плита 1 машины отводится, пресс-форма раскрывается, и из нее удаляется отливка. Затем пресс-форма очищается от остатков облоя, ее рабочая поверхность смазывается. Гидроцилиндр приводит в движение механизм запирания, половины пресс - формы смыкаются и цикл повторяется.



Рисунок 1 - Узел прессования машины с горячей камерой прессования:

1 - подвижная плита машины;

2 - пресс-форма;

3 - литниковая втулка;

4 - мундштук;

5 - обогреваемый канал;

6 - пресс-поршень;

7 - впускное отверстие;

8 - тигель с расплавом;

9 - камера прессования.

Основное преимущество машин с горячей камерой прессования - отсутствие ручной операции заливки расплава в камеру прессования или устройства для ее автоматического выполнения: при каждом рабочем цикле расплав самотеком заполняет камеру прессования, расположенную в тигле раздаточной печи, а величина дозы определяется объемом рабочей полости и пресс-формы. Благодаря этому большинство машин с горячей камерой прессования работают в автоматическом режиме. Производительность машины высока - 600…720 запрессовок в час для машин с усилием запирания до 0,4 МН, а для малых автоматов достигает 1000...3600 запрессовок в час и определяется продолжительностью затвердевания отливки и ее охлаждения до температуры удаления из пресс-формы, так как длительность остальных операций относительно мала.

Основной недостаток машин с горячей камерой - камера прессования и пресс-поршень работают в тяжелых условиях: высокая температура и агрессивная среда жидких металлов. Поэтому горячекамерные поршневые машины в настоящее время используют в основном для литья легкоплавких свинцово-сурьмяных, оловянных, цинковых сплавов, а также магниевых сплавов, которые в расплавленном состоянии мало агрессивны по отношению к железу.

Проблема изготовления отливок из алюминиевых сплавов решается путем использования для деталей горячей камеры (корпуса гузнека, мундштука, наконечников) огнеупорных материалов: карбидов, нитридов, окиси алюминия, боридов, обладающих высокой прочностью и стойкостью к расплаву при высоких температурах.

Машины с горячей камерой прессования могут иметь пневматический или гидравлический привод, обеспечивающий скорость прессования до 3 м/с и более. Тигель машины нагревается электронагревателями или газовыми горелками. Давление на расплав, развиваемое прессующим механизмом машины, обычно находится в пределах 10…50 МПа, что зависит от требований, предъявляемых к отливкам и состава сплавов, из которых они изготовлены. Для отливок с повышенными требованиями по плотности, прочности и герметичности используют давление прессования до 100 МПа. Машины малой мощности имеют запирающее усилие от 0,1 МН до 0,4 МН, средней 0,63…4,0 МН, а машины большой мощности 4,0…10 МН. Машины с усилием запирания 10 МН позволяют получать отливки, из сплавов с плотностью 6,6 103 кг/м3, при давлении прессования 12 Мпа, массой не менее 28 кг.

Благодаря малым потерям теплоты расплавом на пути движения его в полость пресс-формы машины с горячей камерой прессования широко применяют для изготовления миниатюрных, точных отливок массой от нескольких граммов с толщиной стенки менее 1 мм, что практически трудно осуществить на машинах с холодной камерой прессования. Для изготовления таких отливок используют малые машины с запирающим усилием от 0,1 МН и давление прессования до 20 МПа.

На базе машин с горячей камерой прессования созданы автоматические литейные комплексы. В состав комплекса входят: автоматическая литейная машина, на которой все операции, включая обдувку и смазывание пресс-формы перед очередным рабочим циклом, выполняются автоматически, манипулятор для съема и удаления крупных и средних отливок из пресс-формы, пресс для обрезки литников и облоя, транспортные средства для подачи годных отливок в тару и литников и облоя на переплавку.

1.2 Машины с холодной камерой прессования

В поршневых машинах с холодной камерой прессования (см. рис. 2) трущиеся части - пресс-поршень и камера прессования - работают в более благоприятных условиях, чем в машинах с горячей камерой. Машины с холодной камерой прессования развивают большие усилия запирания и прессования. Малые машины с холодной камерой прессования развивают усилие запирания до 1,6 МН, средние - 1,6…4,0 МН, тяжелые - 6,3…10,0 МН, а уникальные с горизонтальной камерой прессования могут развивать усилие запирания от 12,5 до 63,0 МН. Уникальные машины позволяют получать отливки массой более 50 кг.

Гамма унифицированных машин такого рода выпускается предприятиями нашей страны. Эти машины используют для изготовления отливок, в основном, из алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из стали и других сплавов.

Машины с холодной камерой прессования выполняют с горизонтальным и вертикальным расположением камеры. В производстве чаще используют машины с горизонтальной камерой прессования. Одна из причин этого заключается в удобстве их обслуживания и ремонта. Специальные машины для литья под давлением предназначены для изготовления одной или нескольких однотипных отливок или осуществления особых видов литья под давлением: с применением вакуумирования, кислородного процесса, подпрессовки сдвоенным поршнем и т. д.

Рисунок 2 - Машина для литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования

а - во время запрессовки расплава;

б - после выталкивания готовой отливки;

1 - гидроцилиндр;

2 - рычажная система механизма запирания;

3 - прессформа;

4 - пресс-поршень;

5 - основной гидроцилиндр;

6 - мультипликатор механизма прессования;

7 - плита крепления механизма запирания;

8 - механизм настройки усилия запирания.

Машины с холодной камерой прессования выполняют с горизонтальным и вертикальным расположением камеры. В производстве чаще используют машины с горизонтальной камерой прессования. Одна из причин этого заключается в удобстве их обслуживания и ремонта. Специальные машины для литья под давлением предназначены для изготовления одной или нескольких однотипных отливок или осуществления особых видов литья под давлением: с применением вакуумирования, кислородного процесса, подпрессовки сдвоенным поршнем и т. д.

Специальные машины выполняют одну, реже несколько технологических программ; они должны обладать высокой надежностью и производительностью, чтобы при их использовании обеспечивалась бесперебойная работа в условиях массового производства и снижалась бы себестоимость отливок.

К специальным машинам можно отнести машины вертикальной компоновки. В сочетании с вакуумной системой такие машины позволяют получать отливки с низкой пористостью и подвергать их закалке при нормальном давлении. Их устройство аналогично тому, которое имеют машины с горизонтальной холодной камерой прессования. Машина с горизонтальной холодной камерой прессования состоит из следующих основных механизмов: запирания пресс-форм, прессования, гидравлического привода и системы управления. Во многих случаях машины оснащены системой для автоматического смазывания пресс-формы. Запирающий механизм должен обеспечить надежное соединение половин пресс-формы, исключать возможность ее раскрытия и прорыв расплава по плоскости разъема во время подпрессовки. Наиболее распространены рычажные механизмы запирания.

Рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр 1, посредством которого перемещается система рычагов 2 до соединения половин пресс-формы 3. В конечном положении рычажная система механизма запирания должна обеспечивать требуемое усилие запирания пресс-формы в соответствии с паспортом машины. Это усилие зависит от размеров пресс-формы, поэтому при ее смене необходимо регулировать положение плиты 7, рычажной системы, подвижной плиты крепления и полуформы относительно второй половины формы и неподвижной плиты механизмом настройки 8. Такая регулировка требуется и в процессе работы литейной машины, так как в результате разогрева изменяется не только толщина пресс-формы, но и размеры колонн, плит, рычажной системы и других деталей литейной машины, определяющих усилие запирания.

На современных машинах усилие запирания контролируется специальными датчиками и может регулироваться автоматически. Механизм прессования имеет гидроцилиндр 5, на штоке которого крепят прессующий поршень 4. Механизм прессования должен развивать требуемое для получения качественной отливки усилие в заданные моменты процесса запрессовки расплава. Это обусловлено особенностями движения расплава и процесса формирования отливки при литье под давлением. Для обеспечения требуемой скорости пресс - поршня и закона ее изменения во время рабочего хода механизма прессования, он имеет аккумуляторную установку высокого давления, представляющую собой газовый баллон и разделитель сред.

Поршневой или разделитель другого типа исключает растворение азота в рабочей жидкости гидросистемы. Аккумуляторная установка соединена с насосом через обратный клапан, который препятствует снижению давления в аккумуляторе при падении давления в гидросистеме литейной машины, например, в результате срабатывания механизма запирания. Перед запрессовкой аккумуляторная установка должна быть полностью заряжена и рабочая жидкость в ней, находиться под давлением газа (чаще азота), достаточным для обеспечения необходимого усилия прессования. В момент прессования жидкость из аккумуляторной установки поступает в поршневую полость гидроцилиндра механизма прессования, под действием которого происходит перемещение пресс - поршня и запрессовка расплава в пресс-форму.

Запрессовка расплава производится в три фазы. В первой фазе пресс-поршень движется с небольшой скоростью (0,05… 0,5 м/с) для того, чтобы воздух из пресс - камеры успевал вытесняться через заливочное окно. Стремятся поддержать эту скорость такой, чтобы расплав не выплескивался из заливочного окна, а газы из свободного объема камеры прессования последовательно вытеснялись в атмосферу. Во второй фазе пресс-поршень движется со скоростью, обеспечивающей требуемую по технологии скорость впуска расплава в полость пресс-формы и длительность ее заполнения: скорость пресс - поршня составляет 1,5…7,0 м/с. В третьей фазе, начинающейся в момент окончания заполнения рабочей полости пресс-формы, происходит подпрессовка. В этой фазе прессования давление в системе обычно в 2…4 раза выше, чем во второй фазе прессования.

Для повышения давления на затвердевающую отливку механизмы прессования машин имеют специальные устройства различных конструкций. Так на схеме, изображенной на рис. 3.17 в качестве такого устройства использован мультипликатор. В момент окончания заполнения пресс-формы шток 6 мультипликатора выдвигается в поршневую полость основного цилиндра механизма прессования и увеличивает в ней давление рабочей жидкости, соответственно увеличивается давление на расплав в камере прессования. Важным условием передачи давления на затвердевающую отливку является быстрота действия мультипликатора. Повышенное давление должно передаться на прессующий поршень и далее на расплав за время, меньшее продолжительности затвердевания расплава в питателе. В противном случае питатель затвердевает и давление не будет передаваться на затвердевающую отливку.

Гидравлический привод машины обеспечивает функционирование основных узлов машины. Обычно машины литья под давлением имеют встроенный индивидуальный привод, отличающийся компактностью, достаточной надежностью и малыми потерями.

Для обеспечения надежной и стабильной работы машины рабочая жидкость должна иметь высокую стабильность вязкости при изменении температуры, стойкость к окислению и образованию пены, не растворять газы, иметь высокую огнестойкость. Для стабилизации свойств рабочей жидкости машины для литья под давлением имеют систему регулирования температуры рабочей жидкости.

Системы управления. Универсальные машины для литья под давлением с холодной камерой прессования - это сложные автоматизированные агрегаты. Основные технологические операции выполняются машиной автоматически.

Для настройки машины в системах управления предусмотрена возможность наладочного режима работы. При работе машины в наладочном режиме каждая операция осуществляется оператором путем введения соответствующей команды с пульта управления машиной.

1.3 Машина литья под давлением серии Revolution

Запирание машин литья под давлением (МЛПД) на заре этой технологии осуществлялось с помощью больших цилиндров, приводимых в движение давлением воды, что было неэффективным и в результате чего существовала проблема облоя и выплеска металла. В середине 50-х гг. были изготовлены первые машины с коленно-рычажным механизмом (КРМ), и фирма IDRA стала одним из двигателей революционной в ту пору технологии, по сравнению с которой гидравлические, т. н. "водяные" машины оказались устаревшими.

Преимущества жесткого запирания КРМ известны всем специалистам ЛПД. Так же все, кто сталкивался с проблемами литейного производство, знают, как тяжело регулировать усилие запирания и насколько МЛПД чувствительны к тепловому расширению в результате нагревания пресс-форм. С тех пор как были изготовлены первые машины с КРМ, получили развитие такие компоненты гидросистем, как насосы, клапаны, прокладки, и стало возможным создавать установки, реализация которых раньше была невозможной.

Сейчас фирма IDRA производит вторую техническую революцию, и наряду с машинами с КРМ появилась новая серия, которую нельзя не назвать как Revolution -- это МЛПД с двумя плитами и гидрозапиранием (рис. 3). Эта серия, выпускаемая заводом IdraPrince (американским предприятием концерна IDRA), не имеет ничего общего с теми МЛПП, которые выпускались когда-то. Несмотря на использование двух плит, эта машина сильно отличается, с точки зрения концепции и реализации, от машин с двумя плитами, используемыми для ЛПД пластмасс.

Принцип прост -- подвижная плита приводится в движение двумя гидроцилиндрами, благодаря чему можно получить больший ход плиты, чем позволяет геометрия КРМ, а после того, как пресс-форма сомкнулась, запирание обеспечивают четыре гидроисполнительных механизма, по одному на каждую колонну, которые и развивают усилие запирания (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема машины с двумя плитами



В отличие от системы, используемой в термопластавтоматах, этот узел находится в задней части подвижной плиты, и колонны остаются всегда используемыми в механизме, поэтому вся система защищена от брызг металла и смазки для пресс-формы и, следовательно, лучше подходит для работы в условиях литейного производства.

Выпускается шесть моделей серии Revolution с усилием запирания 900...4000 т с расстоянием между колоннами 915…1780 мм. Гидровыравнивание усилия запирания по четырем колоннам делает МЛПД нечувствительной к возможным нарушениям параллельности пресс-формы и неравномерному тепловому расширению на этапе запуска, который в результате проходит быстрее и проще.

Все знают, что в начале нового производства или после длительной его остановки в машинах с КРМ, особенно когда используется все усилие запирания машины, требуется несколько раз менять регулировку высоты пресс-формы, чтобы компенсировать ее терморасширение. Во время выполнения этой операции приходится прерывать рабочий цикл машины, что особенно нежелательно на начальном деликатном этапе запуска, а также для выполнения такой регулировки нужен опытный оператор.

Геометрия исполнительного гидромеханизма, а также небольшое количество жидкости, необходимой для его работы, делают систему очень жесткой, то есть решается проблема недостаточной жесткости систем с гидрозапиранием. Мы можем сказать, что мощность системы запирания машины серии Revolution позволяет ей выдерживать пиковые нагрузки, связанные с большой скоростью впрыска металла при прессовании, такого же порядка, что и машины с КРМ.

Используемые гидрокомпоненты обеспечивают очень быстрое перемещение частей этой машины, что позволяет сократить время смыкания и открывания на ~ 2 с, по сравнению с традиционными машинами такого же размера с КРМ. Это дает 20% экономию времени при перемещении плиты и 3% экономии от общего времени цикла ЛПД, что, в свою очередь, позволяет увеличить производительность машины и окупаемость инвестиций (рис. 4).

Рисунок 4 - Гайка гидравлической колонны

Рисунок 5 - Общий вид машины с двумя плитами

Проектирование системы запирания и выбор используемых компонентов позволили упростить техническое обслуживание машин серии Revolution. Поскольку отсутствуют движущиеся части, такие как пальцы и втулки КРМ, для которых требуются сложные системы смазывания, техническое обслуживание в целом упрощается, что опять же ускоряет окупаемость инвестиций. Помимо этого, при одинаковом усилии запирания, меньшая длина машины позволяет разместить на одном и том же пространстве МЛПД серии Revolution с большим усилием запирания, чем в машине с КРМ. Это достаточно важный фактор, поскольку, следуя запросам рынка, среднее усилие запирания продаваемых машин постоянно увеличивается, и эта тенденция наблюдается уже в течение нескольких лет, При этом часто оказывается невозможным радикально изменить имеющуюся планировку литейного цеха.

Машина серии Revolution 44 с усилием запирания 1200 т, имеет длину 9400, против 10800 мм у машины ОL 1200 с КРМ. Оно оказалась даже короче машины ОL 900 длиной 9815 мм.

МЛПД серии Revolution -- результат развития фирмы IDRA, которая стремится поддерживать свое лидирующее положение в области технологий. Среди преимуществ серии Revolution можно выделить следующее: уменьшение времени: рабочего цикла и запуска; упрощение технического обслуживания; уменьшение общих габаритов машины. К августу 2005 г. произведено и поставлено заказчикам 15 МЛПД и пользователи, которые смогли на практике проверить предлагаемые новой серией преимущества, были ими удовлетворены.



2. Автоматизация процесса литья под давлением

Основное направление автоматизации литья под давлением - создание гибких, автоматически действующих систем машин - литейных комплексов, позволяющих эффективно использовать такую технологию для получения отливок не только в условиях массового, но и серийного производства. Современные литейные комплексы литья под давлением позволяют автоматически осуществлять все технологические операции процесса от заливки расплава в камеру прессования до отделения литников и облоя от отливки.

При использовании машины без средств автоматизации, обслуживающий ее оператор, выполняет ряд транспортных и манипуляторных, контрольных и управляющих функций. Эти функции при выполнении той или иной операции совмещены. Например, при обдуве пресс-формы и нанесении смазочного материала на ее рабочие поверхности оператор контролирует наличие остатков облоя на ее плоскости разъема и удаляет эти остатки. Контролируя отливку внешним осмотром, оператор, на основе заключения о ее качестве, регулирует отдельные параметры процесса: длительность выдержки расплава в камере прессования перед запрессовкой; скорость пресс - поршня; температуру расплава и пресс-формы; длительность цикла и т. д. Замена оператора автоматически действующими механизмами, требует оснащения литейных комплексов средствами контроля параметров технологического процесса, качества отливок и полноты выполнения отдельных операций, использования программных средств и вычислительной техники, обеспечивающих оперативную корректировку параметров и принятие решения о возможности начала очередного цикла. Поэтому автоматизация литья под давлением требует высокой надежности и стабильности выполнения отдельных операций процесса, работы оснастки и машины, вспомогательных и устройств контроля и регулирования параметров технологического процесса.

Автоматически действующие комплексы литья под давлением условно можно разделить на три системы: машина для литья под давлением; устройства для автоматизации манипуляторных и транспортных операций; система управления качеством отливки, контроля, стабилизации и регулирования параметров технологического процесса.

Транспортные и манипуляторные операции при литье под давлением автоматизируют путем использования в составе литейного комплекса: автоматического устройства для дозирования и заливки расплава в камеру прессования (на машинах с горячей камерой прессования не используются); манипулятора для съема куста отливок и его передачи на пресс для обрубки от отливок литников и облоя; системы для обдувки и смазывания рабочих поверхностей пресс-формы и камеры прессования; других механизмов (средств автоматизации околомашинных операций).

Рисунок 6 - Планировка автоматизированного комплекса для литья под давлением

1 - заливочно-дозирующее устройство;

2 - раздаточная печь;

3 - система регулирования температуры расплава в печи;

4 - система контроля и регулирования температуры пресс-формы;

5 - система управления механизмами комплекса;

6 - литейная машина;

7 - обрубной пресс;

8 - приемный стол;

9 - конвейер;

10 - манипулятор;

11 - устройство для смазывания пресс-форм.

На рисунке 6 представлена планировка автоматизированного комплекса машин для литья под давлением. Основа комплекса - машина 6 с холодной камерой прессования, имеющая быстродействующий механизм прессования, оснащенная приборами для контроля работы и наладки механизмов прессования и запирания пресс-формы. Смазывание рабочей поверхности пресс-формы производится автоматическим устройством 11. Расплав подается из раздаточной печи 2 заливочно-дозирующим устройством 1 в камеру прессования машины. После затвердевания и охлаждения отливки происходят раскрытие пресс-формы, выталкивание отливки и ее съем манипулятором 10, который может помещать отливку в ванну с охлаждающей водой. Далее отливка по конвейеру 9 перемещается на приемный стол 5 и после осмотра оператором переносится им в штамп обрубного пресса 7, откуда отливка попадает в тару. Комплекс управляется системой управления 5. Для поддержания заданных температурных режимов процесса машина имеет систему охлаждения пресс-формы, управляемую аппаратурой 4, и систему 3 регулирования температуры расплава в раздаточной печи.

Комплекс может работать в автоматическом режиме, однако на практике он обслуживается одним, реже двумя операторами: один из них следит за работой машины, заливочно-дозирующего устройства, за раскрытием пресс-формы, за полнотой извлечения отливки из пресс-формы и т. д.; другой - за работой охладительного конвейера, транспортировкой отливок к обрубному прессу, контролирует качество отливок и обрубку их на прессе. Это связано с достаточно высокой вероятностью сбоев в системе управления современных комплексов для литья под давлением, которые могут привести к выходу из строя дорогостоящей оснастки и оборудования. Для нанесения смазочного материала на рабочие поверхности пресс-формы, пресс-поршня и камеры прессования машины оснащают системами автоматического смазывания.

Рисунок 7 - Устройства для автоматического смазывания пресс-форм

а - неподвижными форсунками;

б - подвижными форсунками;

1 - стационарные форсунки;

2 - аэрозоль смазочного материала;

3 - пресс-форма;

4 - подвижные форсунки;

5 - механизм перемещения форсунок.

Для смазывания поверхности пресс-формы используют стационарные форсунки 1 (рис. 7, а), которые обеспечивают подачу смазочного материала 2 в распыленном виде на рабочие поверхности пресс-формы 3, и подвижные форсунки 4 (рис. 7, б), перемещаемые относительно пресс-формы специальными механизмами 5. Стационарные форсунки применяют для пресс-форм с простой конфигурацией рабочей полости, подвижные - со сложной. Способы нанесения смазочного материала на поверхность открытой пресс-формы ухудшают условия труда, так как значительная его доля теряется в атмосфере цеха. Более прогрессивны устройства для смазывания пресс-форм в закрытом состоянии смазочными материалами без растворителей или с ограниченным их содержанием. Они способствуют экономии смазочных материалов, улучшению условий труда и повышению качества отливок.

Для автоматизации заливки расплава в камеру прессования используют дозирующие устройства, рассмотренные выше.

Основные требования к дозаторам для литья под давлением - высокая надежность работы и точность дозирования. Это связано с тем, что изменение дозы расплава оказывает влияние на качество отливок, на интенсивность износа литниковой втулки и пресс - поршня, на надежность срабатывания схватов манипуляторов для удаления отливки из пресс-формы и т. д.

Для автоматизации заливки используют также автоматические манипуляторы, набирающие дозу расплава из раздаточной печи и заливающие его в камеру прессования машины литья под давлением.

Для съема отливок при их удалении из пресс-формы используют механизмы различных конструкций. Основное требование к этим механизмам - надежное удаление отливки без повреждений из рабочего пространства между половинами пресс-формы. В производстве используют специальные конструкции съемников, а также автоматические манипуляторы, осуществляющие съем отливок и сброс их в тару или съем отливок и установку их в штамп пресса для обрубки литников. Манипуляторы, по второму варианту, должны обладать достаточной точностью позиционирования (до ±0,1 мм), скоростью перемещения схватов (до 0,5 м/с), необходимой грузоподъемностью.

Автоматизация манипуляторных операций съема отливки и обрубки требует дополнительных затрат на оборудование, площади и обслуживание, поэтому она выгодна в условиях массового, крупносерийного или гибкого быстро переналаживаемого производства отливок, когда такие затраты окупаются.

Автоматизация управления технологическим процессом предназначена для стабильного получения отливок заданного качества, повышения эффективности производства и является нижним уровнем АСУ ТП. Сущность задачи состоит в управлении качеством отливки путем регулирования технологических параметров процесса, определяющих качество. Для решения этой задачи необходимо располагать надежной и достоверной информацией о закономерностях влияния параметров технологического процесса на качество отливок, т. е. должны быть известны зависимости вида

ПК=f(ТП),

где ПК -- показатели качества отливки (масса, точность, герметичность, внешние дефекты, дефекты объема и т. д.); ТП -- технологические параметры (температура заливки расплава, температура пресс-формы, скорость прессования, давление прессования и т. д.). Для получения таких зависимостей необходимо контролировать качество отливок и параметры технологического процесса.

Требования к качеству отливок определяются техническими условиями. Контроль качества отливок осуществляется на нескольких этапах: внешним осмотром после ее извлечения из пресс-формы; после отделения литников и облоя; после очистки поверхности, если таковая предусмотрена технологическим процессом; после обработки резанием перед передачей на последующие операции.

Качество отливок проверяют контролеры с помощью контрольно-измерительных приборов, приспособлений, устройств. Полученная в результате контроля информация о качестве отливок является основанием для суждения о правильности назначенных параметров технологического процесса либо о необходимости изменения того или иного параметра для улучшения качества, если показатель качества не соответствует уровню технических требований. В последнем случае оператор по указанию технолога изменяет параметры процесса, например скорости прессования, температуру заливаемого сплава или температуру пресс-формы.

Для контроля параметров технологического процесса, определяющих показатели качества отливки, машины литья под давлением оснащают специальными датчиками.

Теория и практика литья под давлением показывают, что наиболее существенными параметрами технологического процесса, определяющими качество отливок при литье под давлением, являются: температура и доза заливаемого сплава; температура пресс-формы; усилие запирания; скорость и давление прессования; скорость нарастания давления при подпрессовке; продолжительность выдержки отливки в пресс-форме; усилие съема отливки или извлечения из нее стержней; темп работы, зависящий от длительности основных и вспомогательных операций.

Температуру заливаемого сплава контролируют термопарами в тигле автоматического дозирующего устройства или раздаточной печи. Доза заливаемого сплава определяется точностью автоматического дозатора и контролируется, чаще всего, по высоте пресс - остатка или перемещению пресс - поршня.

Усилие запирания контролируют механическими, индуктивными или тензометрическими датчиками, измеряющими деформацию колонн машины на участке мерной длины. Такие датчики позволяют осуществить блокировку механизмов машины и прервать выполнение последующих технологических операций, если усилие запирания не соответствует требуемому.Для измерения скорости прессования применяют датчики различных конструкций (реохордные, индуктивные, импульсные и другие).Для измерения давления в гидросистеме механизма прессования используют манометры (для измерения статического давления в гидросистеме при настройке машины), надежные малоинерционные преобразователи различных конструкций для регистрации изменения давления в гидросистеме в течение всего рабочего цикла литейной машины.

Для контроля температуры пресс-формы используют переносные и стационарные преобразователи. Переносные преобразователи - это контактные термопары, используемые для периодического контроля температуры. Они просты, но точность их показаний невелика и зависит от навыка оператора. Стационарные преобразователи - это термопары, вмонтированные в пресс-форму.

Тепловые условия формирования отливки зависят не только от температуры пресс-формы и заливаемого сплава, но и от темпа работы - числа литейных циклов в единицу времени. Отклонения от заданного темпа работы могут приводить к отклонению тепловых условий формирования отливки от их оптимальных значений и требовать изменения других технологических параметров, влияющих на качество отливок. Длительность технологического цикла контролируют по сигналам, поступающим с тех же датчиков, которые используются, например, для контроля скорости прессования.

Первичные преобразователи и приборы для контроля параметров технологического процесса объединяют в измерительную систему, которой оснащают машины для литья под давлением. Комплект преобразователей, приборов, средств коммутации объединяют в стенды контроля технологических параметров литья под давлением.

Стенды для контроля технологических параметров литья под давлением бывают стационарные, которые используют в составе каждого литейного комплекса и передвижные, с помощью которых можно обслуживать несколько машин для литья под давлением. Эти стенды позволяют контролировать все основные параметры: скорость прессующего поршня и подвижных частей машины; давление рабочей жидкости в гидросистеме машины; время нарастания давления подпрессовки; усилия прессования и выталкивания отливки; усилие запирания и температуру пресс-формы; длительность выдержки отливки в пресс-форме. Такие стенды могут иметь выход на ЭВМ, управляющую работой автоматического литейного комплекса.

Системы контроля параметров технологического процесса позволяют управлять качеством отливок на основе сопоставления результатов контроля их качества и фактических параметров технологического процесса, полученных с помощью систем контроля.

Управление качеством отливок. В зависимости от конкретных условий производства управление качеством отливок осуществляется на трех различных уровнях.

На первом уровне механизмы M1--Мn машины МЛД оснащаются системой преобразователей Д1--Д2 контроля параметров технологического процесса, показания которых регистрируются на измерительном стенде ИС, и изменяются регуляторами Р1 -- Рп технологических параметров (рис. 5, I). Обычно это регуляторы скорости прессования и подпрессовки, продолжительности выдержки отливки в форме, температуры заливаемого сплава, пресс-формы, и пресс-камеры.

На основе заключения о показателях качества отливки (ПКО) оператор вырабатывает решение о необходимости изменения того или иного параметра технологического процесса и регулирует работу соответствующих механизмов М1--Мп литейной машины или комплекса. Такой уровень управления качеством отливок наиболее приемлем для условий серийного многономенклатурного производства.

Рисунок 8 - Схемы автоматизации управления технологическим процессом литья под давлением

I - первый уровень;

II - второй уровень;

III - третий уровень управления.

На втором уровне (рис. 5, II) литейный комплекс оборудуется, кроме системы контроля параметров технологического процесса, ЭВМ, обрабатывающей сигналы системы контроля и вырабатывающей управляющие команды на регуляторы механизмов машины, для оптимизации параметров технологического процесса.

В этом случае на основе статистической обработки результатов контроля качества отливок, разрабатывают математические модели связи показателей качества и параметров технологического процесса. На основе таких математических моделей разрабатывают управляющие программы. ЭВМ, получая информации от датчиков Д1, Д2, Дз… параметров технологического процесса, через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь АЦП1 на основе введенной в нее программы вырабатывает команды на изменение того или иного параметра и через коммутатор и АЦП2 передает управляющий сигнал на регуляторы P1 -- Рn исполнительного механизма машины, например на регулятор скорости механизма прессования машины. Такой уровень автоматизации управления наиболее приемлем для условий крупносерийного и массового производства.

На третьем, высшем уровне (рис. 5, III) система управления включает также систему контроля качества отливки (СККО), с помощью которой определяются численные значения функций показателей качества от параметров технологического процесса (целевая функция). ЭВМ на основе программы и математической модели технологического процесса, связывающей целевую функцию, постоянные и переменные (регулируемые) параметры процесса литья под давлением, вырабатывает оптимальные значения регулируемых параметров и через систему обратной связи, включающую коммутатор К2 и АЦП2, передает команды на систему регуляторов P1 …Рn, управляющих исполнительными механизмами литейного комплекса.

Автоматизация управления технологическим процессом литья под давлением с помощью систем второго уровня более проста и мобильна, требует меньших затрат, чем создание систем третьего уровня. Создание систем второго и третьего уровней потребовала решения ряда научно-технических проблем. Первая проблема заключалась в создании высоконадежных и быстродействующих механизмов литейных комплексов: механизмов запирания и прессования, вспомогательных устройств, приборов управления исполнительными механизмами машины и преобразователей контроля параметров технологического процесса. Вторая проблема состоит в разработке быстродействующих и надежных систем автоматического контроля качества отливок.

Автоматизация управления технологическим процессом литья под давлением при использовании систем второго и третьего уровней требует создания математических моделей процесса, связывающих показатели качества отливок и параметры технологического процесса. Разработка таких моделей составляет третью проблему. Над решением этих проблем работают многие научные и производственные коллективы.



Заключение

Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения количества отливок и эффективности литья под давлением является создание автоматизированных комплексов, гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств.

Программами технического перевооружения предусматривается интенсивное обновление парка оборудования, применение ЭВМ для управления процессами и производством, ужесточение требований техники безопасности, улучшение условий труда, повышение внимания к охране окружающей среды.



Список используемой литературы

1. Гини Э.Ч. Технология литейного производства: Специальные виды литья: Учебник для студ.высш.учеб. заведений / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин. - М.: Издательский центр «Академия», 2005.- 352 с.

2. Иванов В.Н. Специальные виды литья: Учебное пособие/ Под ред. В.С. Шуляка. - М.:МГИУ, 2007. - 316 с.

3. Электронный ресурс: www.uas.su

4. Журнал Литейное производство. Машина литья под давлением серии Revolution, №1, 2006г.

Размещено на Allbest.ru