Реферат: Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500

Министерство высшего исреднего специального

образования РоссийскойФедерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙАВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра:

Машины и Технология

Литейного производства

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по курсу “Оборудованиелитейных цехов”

Тема: “Разработкаконструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500”

Выполнил:

студент гр. Т18 Л404 ШарковА.С.

Проверил:

доцент МамлеевР.Ф.

УФА — 1997

Содержание:

Введение

1. Обзор литературных источников

1.1 Элементы конструкции импульсных формовочныхмашин

1.2 Конструкция импульсныхголовок

1.2.1 Требования к конструкцииимпульсных головок

1.2.2 Особенности конструкций

2.

Описание конструкции ирасчет импульсной формовочной машины

2.1 Принципиальная схема иработа импульсной формовочной машины

2.2 Расчет толщины стенкицилиндра прижимного стола

2.3 Расчет высоты наполнительнойрамки

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.

Всвязи с быстрыми темпами развития науки и производства, в настоящее время оченьактуально стоит задача об оснащении литейного производствавысокопроизводительными формовочными машинами с целью автоматизации трудоемкихпроцессов изготовления форм для получения отливок.

Совершенствованиетехники, развитие технологий, качественное повышение технического уровняразрабатываемого оборудования сопровождается усложнением конструкции,повышением требований к надежности и многим другим. В данной работе я попыталсяпроанализировать работу, эксплуатацию и конструкцию литейных машин, рассмотревопыт 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 сжатоговоздуха при передаче энергии уплотняемой смеси и более рациональномураспределению плотности в опоке, минимальным потерям энергии на внешнее ивнутреннее трение и др.

Воздушно-импульсная формовкабыла разработана в 60-65 гг. в СССР.

Было разработано порядкадесятка различных механизированных и автоматических формовочных импульсныхустановок 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 первыеразличные по конструкции опытно-промышленные установки спроектированные самимизаводами для мелкосерийного производства, то первыми автоматические установки вусловиях крупносерийного производства были внедрены на заводе «Октябрь» в 1976г. Транспортным средством в установке является тележечный конвейер.Среднечасовая производительность такой установки – 100 съемов. Разработчикаммашины удалось практически полностью автоматизировать процесс, но им не удаласьавтоматическая замена модельного комплекта после процесса уплотнения, т.е.тогда опоку приходилось все еще подавать вручную.

За последнее времянаблюдается тенденция развития в сторону получения более крупных опокимпульсной формовкой. Так например, известно испытание на опоках с размерами3000х2000 мм. В результате проведения этого эксперимента были полученыудовлетворительные результаты.

В чугунолитейном цехеСлавянского завода тяжелого машиностроения с 1971 г. эксплуатируетсяполуавтоматическая установка (размер опоки 770х770х300 мм). В 1978 г. балывыпущена ее вторая модификация (800х700х200/300 мм). После внедрения ее третеймодификации в 1981 г. (1600х1200х400/600 мм), на заводе были заменены всевстряхивающие на импульсные формовочные машины. Но машина по-прежнему обладалабольшим недостатком, оператор сам готовил оснастку к работе.

1.1 Элементы конструкцииимпульсных формовочных машин.

Каки другие формовочные машины литейного производства импульсные машины имеютобщие и отличающиеся элементы в своей конструкции.

Кобщим элементам конструкции следует отнести устройства и механизмы подачипустых опок и раздачи заформованных опок; устройства заполнения опокформовочной смесью (бункера, питатели и т.п.); транспортные и подъемныемеханизмы; а также другие вспомогательные устройства, выбираемые самимтехнологом из проектировочных и технологических соображений.

Импульсныеформовочные машины имеют также и свои весьма важные, необходимые для работыэлементы конструкции. Наиболее важным элементом является импульсная головка — емкость, необходимая для накопления и быстрой подачи сжатого воздуха науплотнение. Роль распределительной системы в импульсных формовочных машинахиграет рассекатель, именно здесь происходит равномерное распределение воздухапо всей площади опоки, что позволяет получить достаточное уплотнение смеси, независимо от конструкции модели. Также необходимы источники сжатого воздуха,которыми являются пневматические насосы.Поскольку на позициюуплотнения необходимо подавать опоки с разрыхленной формовочной смесью (этоувеличивает скорость разгона, что обеспечивает высокие степени уплотнения, т.к.воздух распределяется по всей опоке и на формовочную смесь действуетраспределенная нагрузка), то в автоматические линии необходимо включатьразрыхлительные механизмы.

1.2Конструкцияимпульсных головок /9/

Какуже было отмечено раннее, наиболее важным элементом импульсных формовочныхмашин является импульсная головка. На сегодняшний день, большая часть ужеработающих в производстве изобретений и авторских свидетельств, былиразработаны в бывшем Советском Союзе, а также германской фирмой BMD,лидером в этой области.

Первыеотечественные импульсные головки работали при высоком давлении

7—20 МПа. Они были достаточно просты и надежны поконструкции.

Следует отметить, что впоследнее время был проявлен большой интерес к головкам, работающим при сетевомдавлении. Следует отметить, что конструкция головки высокого давления дляработы под сетевым давлением не подходит, т.к. перепад давления — малый и малаяскорость движения клапана, не обеспечивают требуемой скорости подъема давлениянад смесью. Для решения этой задачи, необходимо увеличить размер выпускногоотверстия, однако при этом увеличивается масса клапана и его ход, и уменьшаетсяскорость его открытия.Усовершенствование клапанов этого типа шло по путиуменьшения массы клапана и силы трения, поэтому клапаны изготавливаются с малойплотностью и малая высота, между стенкой надклапанной полости и клапаномоставляют зазор, что резко уменьшает силу трения.

1.2.1Требованияк конструкции импульсных головок

Импульснаяголовка — 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 длявыпускных отверстий с малым сечением, устанавливается рассекатель, за выпускнымотверстием. Объем ресивера непосредственно связан с объемом камеры рассекателя,так как чем больше воздуха расходуется на заполнение камеры рассекателя, тембольше должен быть объем ресивера.

Давлениев ресивере, скорость срабатывания клапана и размер выпускного отверстия влияютна скорость нарастания давления воздуха над формовочной смесью и являютсяопределяющими факторами получения качественной формы.

1.2.1Особенностиконструкций.

Конструкцияодной из первых отечественных импульсных головок представлена на рисунке 1а.Быстрое открытие их, обеспечивалось большим перепадом давлений в полостиресивера А и надклапанной полости Б. Клапан 1 прижимается к седлу 2выпускного отверстия 3 под действиемдавления воздуха в надклапанной области и веса клапана. Такими клапанамиоснащены формовочные автоматы на литейных линиях НИИПТ (г. Краматорск),работающих на высоком давлении. На линиях изготавливают опоки размером500х400...1500х1200.

Вклапане, изображенном на рисунке 1б, для увеличения скорости открытия клапанаприменяют ударник. При сбросе воздуха из надклапанной области Б, ударник 4 разгоняется вверх иударяется по клапану 1. Клапан открывает с большой скоростью выпускноеотверстие 3.

Дляаналогичной 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 недостаткутакого клапана, можно отнести постепенное изнашивание поверхности хвостовика,что изменяет рабочий цикл подачи сжатого воздуха над смесью.

Оригинальная конструкция импульсной головкибыла предложена фирмой BMD(рисунок 1г). Здеськлапаном служит гибкая пластина 1 из резины. Края пластины прижимаются рамкой6, с прикрепленными к ней пружинными головками 7. Шток 8 клапана фиксируетсязажимным механизмом, а полость ресивера Азаполняется сжатым воздухом. Затем зажим штока открывается и пружинные головкиподбрасывают рамку, освобождая кромку пластины 1. Под действием сжатоговоздуха, резиновая пластина прогибаетсянаружу, открывая выпускное отверстие.

Нарисунке 1д изображен клапан из двух перфорированных плит с отверстиями, взаимноперекрывающимися при их совмещение. Размеры этих плит обычно близки к размерамопоки, что позволяет равномерно подавать воздух по всей площади опоки, исключаятаким образом использование рассекателя. Подвижной может быть одна из двухплит. Если подвижна верхняя плита, то для нее нужен мощный привод. Еслиподвижна нижняя плита, то открытие производится быстрее, но требует увеличениевредного пространства над смесью. Также нижняя плита может использоваться длядопрессовки верхнего слоя.

Вконце 80-х годов фирмой BMD был разработан диафрагменныйклапан, обеспечивающий подъем давления над смесью за 0,01с. В исходномположении резиновая диафрагма прижата сжатым воздухом, находящимся внадклапанной полости, к перфорированным стенкам и днищу горловины выпускного канала, давление которого больше давления в ресивере. При сообщении надклапаннойобласти с ресивером давление падает и упругая диафрагма резко отходит от стеноки днища горловины, открывая проход воздуху. Фирмой выпущены образцы таких машиндля опок с размерами от 520х450х160мм (с производительностью 120 форм/ч) до2000х1600х500мм (с производительностью 20 форм/ч).

2.

Описание конструкции ирасчет импульсной формовочной машины

Данная машина /6/ предназначенадля изготовления разовых литейных форм, динамическими методами уплотнения иможет быть использована в автоматических линиях.

Цель изобретения — повышениепроизводительности, снижение трудозатрат и высвобождение производственныхплощадей.

2.1Принципиальнаясхема и работа импульсной формовочной машины

На рисунке2 схематично изображена общая компоновка формовочной машины вместе совспомогательными 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, атакже позиция уплотнения полуформ;

6 — простановка стержней и сборка форм;

7 — подача готовых опок.

Формовочная машина(рисунок3) состоит из станины 1 с прижимным столом 4, с пневмоцилиндром 2 вкотором перемещается поршень 3. На стол устанавливается модельная плита 5 сопокой 6 и наполнительной рамкой 7. На станине укреплены опорные колонны 8, накоторых держится траверса с направляющими 5 для движения модельной плиты идозатором смеси 11. Головка 14 выполнена с подвижными перфорированными крышками15 полости рассекателя, которые жестко соединены с прессовым механизмом 17двухстороннего избирательного действия болтовым соединением. Полостьрассекателя соединяется с ресивером посредством клапана 15. В ресивере имеетсяотверстие 19 для соединения с магистралью сжатого воздуха. К станине крепитсярама 20 приводного рольганга 21. К опорным колоннам крепятся направляющие 22наполнительной рамки. Дозатор 11 имеет в своей конструкции шиберный затвор 23.К станине (рисунок 4) прикреплены направляющиеколонны 24 лифта 25, а также автомат — простановщик стержней 26, подъемник 27 ирама 28 приводного рольганга 29 выдачи собранных форм. На опорных колоннахкрепятся толкатели 30 готовых полуформ на направляющие 31. Формовочная машинаснабжена управляющим устройством 20, которое осуществляет управлениепоследовательностью всех операций по изготовлению формы и подъемником полуформ.

Работа формовочной машины.

Послеустановки пустой опоки на модельную плиту по кромочному рольгангу производитсяперемещение оснастки на позицию заполнения смесью, на которой находитсянаполнительная рамка, установленная на направляющих. Из дозатора, путемоткрытия шиберного затвора, происходит заполнение оснастки формовочной смесью.После заполнения, оснастка перемещается по рольгангу на рабочую позицию. Вместес вышеописанными операциями осуществляется установка опоки на наполнительнуюрамку, установленную на воздушной головке, перемещение дозатора в положение надопокой, после чего при помощи шиберного затвора происходит заполнение оснасткиформовочной смесью. Модельная плита перемещается по направляющим в положениенад опокой, а прижимной поршень со столом прижимает опоку верха кнаполнительной рамке верха и к воздушной уплотняющей головке, которая,прижимает опоку низа с наполнительной рамкой низа к модельной плите низатраверса. После прижима оснастки к траверсе открывается клапан и смесь в опокахниза и верха уплотняется потоком сжатого воздуха одновременно.Доуплотнение производитсяпри помощи прессового механизма двухстороннего избирательного действия,соединенного с перфорированными крышками полости рассекателя (рисунок 5). Последоуплотнения прессующий механизм возвращается в исходное положение, а прижимнойстол опускается вниз, производя протяжку модельного комплекта из полуформ верхаи низа одновременно. Полуформа низа, расположенная вверху, отпечатком моделивверх сталкивается толкателем на направляющие и по ним на платформу лифта, накоторой опускается ниже уровня контрлада полуформы верха, расположенной внизуотпечатком модели вниз. Полуформа верха сталкивается толкателем на направляющиеи затем накрывает полуформу низа. Во время движения полуформы низа на платформелифта простановщик стержней ставит в полость формы стержни. Спариваютсяполуформы с помощью подъемника, образуя готовую форму, которая поступает нарольганг. Во время выдачи готовой формы все механизмы машины возвращаются висходное положение и затем цикл повторяется.

Устройство импульсной головки.

Импульснаяголовка изображена на рисунке 6/7/.

Импульсная головка содержитресивер 1, выпускной клапан, выполненный в виде клапанной тарелки 4 сограничителем 5, тягу 8 с упором 7, привод 9 тяги и пружину 6, расположеннуюмежду ограничителем и упором.

Работа импульсной головки.

Отсжатого 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 сжатыйвоздух, который, заполняя эту полость, прижимает клапанную тарелку к корпусу.

Придвижении тяги вверх пружина начинает сжиматься, но клапанная тарелка остаетсяприжатой к корпусу давлением сжатого воздуха в полости.

Вмомент соприкосновения контактирующих поверхностей упора и ограничителяклапанная тарелка отрывается от корпуса в месте расположения выпускногоотверстия, а сжатая пружина стремясь разжаться, отбрасывает клапан вверх поддействием силы пружины при рабочей деформации. Выпускное отверстие открываетсяи через него пропускается сжатый воздух, производя уплотнение.

2.2 Расчеттолщины стенки цилиндра прижимного стола

Исходные данные для расчета:

[s

] = 400 МПа – для материала цилиндра (Сталь45)/4/;

d = 1,4 м — диаметр подвижногопоршня гидроцилиндра.

Максимальное разрывающее давление в цилиндре:

где

L – высота цилиндра;

Единичная площадкагидроцилиндра, вдоль которой действует разрывающее давление:

F = d

×L,

где

d

— толщина стенки цилиндра;

Тогда временное сопротивление материала будетопределено как:

откуда определим толщинустенки цилиндра:

Однако, учитывая то что прижимной цилиндр испытываетвысокие нагрузки со стороны модельного комплекта и давления в гидроцилиндре, атакже исходя из соображения пропорций элементов конструкции, примем толщинустенки, равной 0,1 м.

2.3 Расчетвысоты наполнительной рамки

Высотунаполнительной рамки /8/ определяют экспериментальным путем или опираясь наопыт, что приводит к излишнему расходу формовочной смеси на срезку идополнительным затратам энергии на уплотнение излишней формовочной смеси.

Длярасчета высоты <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> наполнительной рамки припрессовании можно использовать формулу :

<img src="/cache/referats/16753/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (1)

где

H — высота опоки;

V — объем модели;

F — площадь опоки;

<img src="/cache/referats/16753/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> — плотностьформовочной смеси до и после формовки.

Неуплотненныйпосле импульсной формовки слой смеси со стороны контрлада срезается. Поразличным источникам он составляет от 50 до 120 мм, и его необходимо учитыватьпри расчете <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

Есливыразить приведенную высоту модели через высоту опоки:

где

<img src="/cache/referats/16753/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> — объем опоки,

и ввести в формулу (1) высоту <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> слоя срезаемой земли,получим:

где

<img src="/cache/referats/16753/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> — плотность срезаемогослоя земли,

т.е. <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> при установленнойстепени уплотнения <img src="/cache/referats/16753/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> и <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> линейно зависит от H . При определенных размерахопоки и степени уплотнения <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> линейно зависит от <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1042">

Нарисунке Х линия нижних пределов <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> построена дляформовочной смеси с <img src="/cache/referats/16753/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1044"><img src="/cache/referats/16753/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> и d

=1,65<img src="/cache/referats/16753/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> при a=0,5 и <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1047">Н=200…600мм, <img src="/cache/referats/16753/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/16753/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1049">

Линия верхних пределов построена для формовочнойсмеси с <img src="/cache/referats/16753/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1050">d

=1,75<img src="/cache/referats/16753/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> при a=0,05 и <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1052">Н=200…600мм,<img src="/cache/referats/16753/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1053"><img src="/cache/referats/16753/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1054">

Нарисунке ХХ для тех же условий показан пример влияния <img src="/cache/referats/16753/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> на <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> для опоки 1600´

1200´500мм.

Т.о. в зависимости от качества формовочнойсмеси и конфигурации модели отношение <img src="/cache/referats/16753/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> может изменяться в больших пределах.

Итак,для опоки 1600´

1200´500мм и модели, объем которой равен четверти опоки,определим a=0,05.

-

-

-

тогда по формуле (**), получим <img src="/cache/referats/16753/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1064">

Следует заметить, что прибольшой разности объемов моделей изготавливаемых деталей при многономенклатурном производстверасчеты производятся по <img src="/cache/referats/16753/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1065"><img src="/cache/referats/16753/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> и <img src="/cache/referats/16753/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1067">

2.4 Расчет импульсной головки

Система автоматизированного расчета /10/ основныхпараметров импульсного агрегата состоит из следующих подсистем расчета:

1)

конструктивные параметрыимпульсной головки;

2)

на прочность корпуса икрышки;

3)

болтового соединения крышкис головкой.

Такая проектировочная процедура выполняется настадии эскизного проектирования, при этом для каждого блока подбираются готовыеконструктивные решения, что согласуется с теоретическими расчетами САПР.

2.4.1 Расчет основныхпараметров импульсной головки

Исходные данные для расчета:a=1600мм, b=1200мм и h=500мм – соответственно длина,ширина и высота опоки.

Объем опоки:

V=abh=0,15м<img src="/cache/referats/16753/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> ;

Z=0,16 — сотношение объемов ресивера иопоки.

Объемресивера:

<img src="/cache/referats/16753/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1069"><img src="/cache/referats/16753/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> ;

Диаметрвыпускного отверстия:

Ходпоршня клапана:

Площадьотверстий рассекателя:

Диаметрконуса рассекателя:

2.4.2 Расчет на прочностьимпульсной головки

Исходные данные для расчета:

V<img src="/cache/referats/16753/image057.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> — объем ресивера;

р<img src="/cache/referats/16753/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1077">

<img src="/cache/referats/16753/image061.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> и <img src="/cache/referats/16753/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> - радиус контакта клапана с седлом головки ивысота клапана соответственно:

s

=80 МПа, в расчете равное <img src="/cache/referats/16753/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1082">/4/.

Внутреннийдиаметр импульсной головки:

Толщинаднища головки:

Допускаемое давление дляуплотнения смеси:

Диаметр отверстия, соединяющийнадпоршневую полость головки с атмосферой:

<img src="/cache/referats/16753/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1086">м;

Отношение<img src="/cache/referats/16753/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1087">

Допускаемоедавление для уплотнения смеси:

Т.к.<img src="/cache/referats/16753/image081.gif" v:shapes="_x0000_i1090">>p<img src="/cache/referats/16753/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1091"> и <img src="/cache/referats/16753/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1092">>p<img src="/cache/referats/16753/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1093">,то выбранная конструкция – работоспособна.

2.4.3

Расчет на прочность крышки головки

Исходныеданные длярасчета:

<img src="/cache/referats/16753/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> — коэффициентнапряжения [4];

<img src="/cache/referats/16753/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1096"> [4].

Конструкционные коэффициенты:

В расчете удельное давление на крышку изнутри головки gпринимаетсяравным рабочему давлению в ресивере.

Максимальное давление на крышку головки:

Тогда запас прочности крышки:

Т.к. запас прочности большедвух, то рассчитанная крышкаработоспособна.

2.4.4

Расчет болтового соединения крышки с головкой