Особенности процесса изготовления формовочных смесей для литейных форм при производстве чугуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Об особенностях процесса изготовления формовочных смесей для литейных форм при производстве чугуна

Суздальцев А.И., Багров В.В.

При производстве чугунных отливок (литейное производство) их качество напрямую зависит от качества литьевых форм, в которые заливается металл, в частности, от их физико-механических свойств: влажности, газопроницаемости, прочности на сжатие, уплотняемости и др. [1]. Литьевые формы включают в себя ряд специальных компонентов и требуют для своего изготовления определённого технологического оборудования, работающего в жестко заданных режимах для получения формовочной смеси с заданными свойствами.

Основным компонентом формовочной смеси является горелый песок (приблизительно составляет 97%). В качестве добавок используют: песок формовочный (приблизительно составляет 2%), глину бентонитовую (приблизительно составляет 0,5%) и блескол (приблизительно составляет 0,5%). заготовка литьевой формовочный смесь

Формовочный песок используют, как правило, на основе кварца, содержащий до 2% глинистой составляющей [2]. Бентонитовая глина - природный минерал, имеющий свойство разбухать при гидратации (в 14-16 раз). При ограничении пространства для свободного разбухания в присутствии воды образуется плотный гель, который препятствует дальнейшему проникновению влаги. Это свойство, а также нетоксичность и химическая стойкость делает его незаменимым в литейном производстве [3]. Добавка блескол обеспечивает предотвращение дефектов чугунных отливок типа пригара, ужимин и ситовидной пористости и снижает шероховатость их поверхности. Кроме того, применение добавки позволяет улучшить физико-механические и технологические свойства песчано-бентонитовых сырых формовочных смесей в процессе их оборота в смесеприготовительной системе.

Существующая технология изготовления литьевых форм предполагает следующие стадии: а) готовительная, включающая взвешивание основного компонента и добавок и доставка их в смеситель; б) стадия предварительного смешивания с первоначально заданным количеством воды, временем и скоростью вращения механизма смешивания; в) стадия доводочного смешивания, включающая циклическое измерение качественных показателей смеси, количественные расчёты времени и воды, подаваемой в каждом последующем цикле смешивания, и включающая высвобождение мокрой заготовки из смесителя; г) стадия перемещения мокрой заготовки и придание окончательной геометрии литьевой формы [1].

Каждая стадия имеет свои особенности по принципу действия оборудования, по контролю параметров, по алгоритмам управления исполнительными механизмами и т.д. В данной статье рассматриваются проблемы организации трёх первых стадий.

Рисунок 1 - Граф последовательности выполнения разнородных технологических операций в цикле получения мокрой заготовки литьевой формы

Прежде всего, отметим, что эти три стадии включают разнородные группы (подмножества) технологических операций, такие как: взвешивание (P1), подача компонентов в смеситель (P2), смешивание смеси в смесителе (P3), подача воды в смеситель (P4), измерение (с отбором проб) уплотняемости, прочности, влажности, газопроницаемости (P5), расчёты качественных и количественных значений отдельных параметров в различные моменты времени (P6), высвобождение смесителя в каждом цикле получения мокрой заготовки литьевой формы.

Весь процесс получения мокрой заготовки литьевой формы представлен в виде множества групповых подмножеств технологических операций выражением (1), а на рисунке 1 показан граф последовательности выполнения отдельных разнородных технологических операций в цикле получения мокрой заготовки литьевой формы с учётом выражения (1):

где i=1,2…4 - количество компонентов сухой смеси;

j=1,2 - количество транспортно - подающих операций;

k=1,2…8 - количество циклов смешивания смеси в смесителе;

m=1,2…7 - количество циклов подачи воды в смеситель;

n=1,2 - количество измеряемых параметров в каждом из м-циклов;

s=1,2…7 - количество расчётов отдельных параметров (s= m);

P11, P12, P13 - взвешивание и подготовка смеси из первичных компонентов - добавок (глина бентонитовая, песок формовочный, блескол);

P14 - взвешивание основного компонента (горелый песок);

P21 - подача основного компонента в смеситель путём открытия заслонок смесителем;

P22 - подача добавок в смеситель;

P31 - сухое смешивание смеси в смесителе механизмом смешивания, связанного с валом электропривода;

P32 - предварительное мокрое смешивание в течение заданного времени;

P33-P38 - периодические смешивания с соответствующими добавками воды и рассчитанными интервалами времени;

P41 - предварительная подача воды по расчётному количеству воды и значению времени с контролем этих параметров;

P42-P47 - подача воды в соответствующем цикле смешивания по расчётному количеству и расчётному значению времени с контролем этих параметров;

- измерение уплотняемости в соответствующем шаге (цикле) смешивания мокрой смеси в процентах; - измерение прочности смеси в соответствующем шаге (цикле) смешивания мокрой смеси в Н/см2; P61 - расчёт предварительного количества воды и времени предварительного смешивания;

- расчёт количества воды и времени смешивания для последующего периода (шага) смешивания; P7 - высвобождение (открытие) смесителя. Если в соответствующем цикле получения мокрой заготовки литьевой формы не получена заданная прочность, то в следующих циклах увеличивают малыми дозами один из компонентов (бентонитовую глину) относительно первоначальной величины. Чрезмерно большие и быстрые изменения этого компонента могут оказать отрицательное влияние на свойства заготовки. Это связано с тем, что дозированный бентонит только после протекания длительного времени оказывает влияние на прочность, а также оказывает существенное влияние на потребление воды. Из графа разнородных операций (рисунок 1) можно видеть, что основную группу операций составляет подмножество операций смешивания и связанное с ним подмножество контрольно-измерительных операций. Именно автоматизация этих операций является наиболее трудоёмкой [1].

На рисунке 2 приведена структурная схема автоматизированного комплекса получения формовочной смеси (заготовки) для литьевых форм, реализующая граф технологических операций.

Рисунок 2 - Структурная схема автоматизированного комплекса получения формовочной смеси для литьевых форм, где 1 - конвейер; 2 - тензометрический датчик; 3 - привод; 4 - смеситель; 5 - устройство измерения прочности и уплотняемости; 6 - клапан подачи воды; 7 - конвейер; 8 - воронка для подачи добавок; 9 - вращающаяся заслонка; 10 - вычислительное устройство; 11 - клапан подачи воздуха

Горелый песок по конвейеру 1 подаётся в весовой бункер, с помощью тензометрического датчика 2 определяется заданный вес, после чего горелый песок подаётся в смеситель 4. Добавки: A - формовочный песок, B - глина бентонитовая, С - блескол через воронки 8 подаются в весовой бункер, после того как достигается заданный вес компонентов, открывается заслонка 9 и путём подачи воздуха (открытие клапана 11) компоненты подаются в смеситель 4. Привод 3 осуществляет вращение турбины с лопастями смесителя. Путём открытия клапана 6 в смеситель подаётся вода. Измерение прочности и уплотняемости смеси выполняет устройство 5. Вычислительное устройство 10 осуществляет управление технологическим процессом приготовления формовочной смеси (управление приводом, заслонками, клапанами, анализатором прочности и т.д.)

Для функционирования данного комплекса в автоматическом режиме требуется не только синхронизация работы всех механизмов, но и достаточно большой объём вычислений и обработки получаемых данных с измерительных приборов и вводимых заранее множеством уставок. И всё это возлагается на вычислительное устройство 10, алгоритмы управления механизмами в режиме реального времени и алгоритмы принятия решений о качестве получаемой смеси. Качественные показатели (уплотняемость и прочность) в данном комплексе возложены на устройство 5. Принцип действия устройства для измерения уплотняемости заключается в том, что образец формовочной смеси помещается в специальную гильзу, где он сжимается с постоянным усилием. По перемещению сжимающего поршня определяют значение уплотняемости [1]. Затем с помощью выталкивающего цилиндра выталкивают из измерительной гильзы и измеряют усилие на испытательном щупе, связанном жёстко с цилиндром.

Выводы

Изготовление формовочных смесей для литьевых форм при производстве чугуна включает достаточно большой объём взаимосвязанных технологических операций, требует специального автоматизированного оборудования и сложной системы управления;

Качественные показатели выходных заготовок определяются электромеханическими инерционными приборами, что, с одной стороны, недостаточно точно, а с другой стороны, громоздки и требуют постоянного обслуживания, в частности, очистки гильзы в каждом цикле измерения. Всё это требует новых подходов к определению качественных показателей приготовленной смеси и соответствующих им новых средств автоматизации.

Литература

1. Титов, Н.Д. Технология литейного производства [Текст] / Н.Д. Титов, Ю.А. Степанов. - М.: Машиностроение, 1985. - С.292-295.

2. ГОСТ 21.38-91. Пески формовочные [Текст].- Взамен ГОСТ 21.38-84; Введ.01.01.93 до 01.01.98. - 9с. - Группа А52.

3. ГОСТ 28177-89. Глины формовочные бентонитовые [Текст]. - Взамен ГОСТ 3226-77; Введ. 01.01.91 до 01.01.96. - 32с. - Группа А51.

Размещено на Allbest.ru