2858.Оборудование литейных цехов учебное пособие

5.3. Аналитический расчет рабочего процесса пескодувной машины

Воздушный поток, проходящий в пескодувной машине, можно расчленить на три последовательные ступени (рис. 5.4):

1)ступень a→b: течение сжатого воздуха из сети а в пескодувный резервуар машины b;

2)ступень b→c: течение рабочей песчано-воздушной струи (или нескольких струй) через вдувные отверстия из пескодувного резервуара b в стержневой ящик или опоку с одновременным наполнением формовочной смесью ящика (опоки) и уплотнением смеси;

3)ступень c→d: течение воздуха из стержневого ящика

или опоки с в атмосферу d через венты.

Объемы b и с при этом принимаем конечными, а объемы a и d – неограниченно большими.

Вентиляцию технологической емкости принимаем верх-

нюю, что дает возможность в первом приближении исключить из рассмотрения фильтрацию воздушного потока через смесь в ящике или опоке.

Приращение веса воздуха в любой из промежуточных емкостей (пескодувном резервуаре машины или стержневом ящике) равно разности прихода и расхода воздуха за данный промежуток времени:

141

где dGb и dGc – приращение веса воздуха в емкостях b и с за время dt с, кгс; р и V (с соответствующими индексами) – абсолютные давления, кгс/м2 и удельные объемы воздуха, м2/кг; f – проходные сечения, м2: μ – коэффициенты расхода; ψ – величина, которая для условий субкритической области истечения воздуха

переменна и зависит от отношения давлений pниж/pверх, а для условий надкритической области истечения постоянна.

Аналогичным образом составляются уравнения для остальных переходов. Решаются эти уравнения с учетом изменения параметров воздуха в этих емкостях и с учетом условия неравномерности струи (подробно см. [3]).

Кинетика процесса истечения песчано-воздушной смеси подробно исследована В.Л. Лесинченко. Рассмотрим характер изменения давления в пескодувном резервуаре в процессе выдува стержня (рис. 5.5).

Участок 0–1 кривой характеризует скорость нарастания давления в начальный момент процесса. Крутизна кривой зависит от давления воздуха, рабочего сечения впускного клапана, объема пескодувного резервуара и суммарного сечения вдувных отверстий.

Участок 1–2 соответствует скорости заполнения ящика смесью. Характер и продолжительность процесса зависят в основном от тех же параметров, что и для первого участка, а также и от скорости вентиляции стержневого ящика.

Участок 2–3 проходит почти параллельно оси абсцисс; на этом участке давление стабилизируется.

142

Участок 3–4 характеризует скорость падения; давления врезервуаре после закрытия вдувного клапана и соединения полости резервуара с атмосферой (открытия выпускного клапана).

Для формирования стержня наибольшее значение имеют первые два участка диаграммы, т.е. период быстрого нарастания давления (0–1) и период плавного подъема давления (1–2). Период же стабилизации давления, означающий «равновесное состояние», связан лишь с расходом воздуха и времени и поэтому должен быть по возможности уменьшен.

Рис. 5.5. Изменение давления в пескодувном резервуаре

Для устранения или сокращения периода стабилизации давления рекомендуется оснащать пескодувные машины реле времени, так как перекрыть впускной клапан с точностью до десятых долей секунды при ручном управлении практически невозможно.

Затраты времени на спад давления также нерациональны, так как ведут к увеличению цикла изготовления стержня. Сократить это время можно уменьшением гидравлического сопротивления на пути движения воздуха из пескодувного резервуара

ватмосферу через выпускной клапан и через вентиляционные отверстия, а также уменьшением объема пескодувного резервуара.

Для достижения наибольшей разности давлений воздуха

врезервуаре и ящике рекомендуется объем резервуара выбирать

впределах Vp = (2,5…3,0)Vящ. Высота слоя смеси над вдувной плитой резервуара должна быть не ниже 150–200 мм.

143

5.4. Технологические параметры процесса

На основе практики промышленного применения пескодувного процесса для изготовления стержней установились некоторые оптимальные значения параметров, характеризующих технологию процесса. Приведем в качестве примера данные крупного автомобильного завода, имеющего в длительной эксплуатации большое число пескодувных машин. Масса изготовляемых стержней до 3 кг.

По данным этого завода [39, 45], для изготовления стержней на пескодувных машинах применяются смеси прочностью на сжатие образцов во влажном состоянии до 0,1 кгс/см2. Влажность смесей находится в пределах 2,5–3,4 %; более высокая влажность приводит к прилипанию смесей к алюминиевым стержневым ящикам. Как правило, используются вдувные отверстия диаметром 10 и 12 мм. Для работы на смесях повышенной прочности свыше 0,1 кгс/см2 применяют увеличенные диаметры вдувных отверстий (15–25 мм). Расстановка вдувных отверстий делается из расчета, что одно вдувное отверстие имеет район действия до 60–80 см2 площади стержня. Таким образом, расстояние между соседними вдувными отверстиями при равномерном их расположении по площади стержня не должно превышать 80–90 мм. Удельная подача смеси в течение всего процесса надува стержня, приходящаяся на 1 см2 площади вдувного отверстия, обычно находится в пределах 130–550 г. Рекомендуемое отношение суммы живого сечения вент к сумме сечения вдувных отверстий составляет 0,3–0,7, в зависимости от конфигурации стержней. Для стержней большой площади (горизонтальных) при сравнительно небольшой высоте это отношение должно составлять ~ 0,6.

Что касается изготовления пескодувным способом литейных форм, то предварительно, по данным опубликованных исследований [26], можно считать, что применение формовочных малотекучих смесей требует вдувных отверстий диаметром не

144

менее 25–30 мм. Площадь опоки, обслуживаемая одним вдувным отверстием, составляет 100 см2, т.е. шаг вдувных отверстий должен быть не более 100 мм. Отношение суммарного живого сечения вент к суммарному сечению вдувных отверстий должно быть в пределах 0,8–1,0. При пескострельном процессе и работе с формовочными смесями одновдувное отверстие диаметром 40 мм может обслужить площадь опоки до 200 см2, а отношение сечения вент к сечению вдувных отверстий может быть ~ 0,5 [26]. Следует иметь в виду, что указанное значение площади опоки на одно вдувное отверстие, т.е. на один пескострельный патрон, может быть увеличено при увеличении размера выходного отверстия патрона. По всей вероятности, радиус действия разлета смеси из вдувного отверстия как при пескострельном, так и пескодувном процессе может быть выражен более точно в калибрах вдувного отверстия.

По более поздним опытным данным [11], основные размеры патрона, или гильзы рабочего резервуара пескострельной машины и параметры процесса при изготовлении стержней рекомендуются следующими.

Исходной величиной для определения основных конструктивных параметров пескострельного резервуара является масса стержня G.

Диаметр гильзы D в мм берется равным (90 –100) 3 G, где

G – масса набиваемого стержня в кг. Прорези, или щели, в гильзе располагаются в виде двух поясов – верхнего и нижнего. Если оставить одни верхние щели, то смесь значительно уплотняется в гильзе. При одних нижних щелях сжатый воздух прорывается через коническую насадку (вдувное отверстие) в стержневой ящик. Правильное расположение и соотношение площадей верхних и нижних щелей дает наилучшее заполнение и уплотнение смеси в формуемом стержне, причем наибольшая степень уплотнения будет около вдувного отверстия и у вент.

145

Высота гильзы H = Hн + Hв, где Hн и Hв – соответственно высота нижней и верхней частей:

где dвп – диаметр выпускного клапана, dвп = 0,2…0,5D. Суммарная площадь прорезей в верхней и нижней частях

гильзы: Fв = (0,3…0,4)Fвп; Fн = (0,8…1,2)Fвп.

где dнас – диаметравыходного отверстия насадка, dнас = (0,3…0,5)D. Угол наклона образующей конуса насадка к горизонту α =

= 45…60°.

Суммарная площадь сечения вентиляционных отверстий

где φ – коэффициент, который берется в пределах от 0,01 (для малых машин) до 0,05 (для больших машин).

146

где Fящ – максимальная площадь стержневого ящика в плане, м2; p0 – давление воздуха в сети, Па; Q – сила тяжести стола и полезной нагрузки, Н; R – сила трения при отжиме стола, Н.

5.5. Конструктивные схемы пескодувных формовочных литейных машин

Рис. 5.6. Пескодувно-пескострельная машина мод. 348

Полуавтоматическая пескодувно-пескострельная стерж-

невая машина мод. 348 (рис. 5.6) в зависимости от типа используемого насадка к рабочему резервуару может иметь пескодувный или пескострельный характер истечения смеси. Основными узлами машины являются: станина 1, на которой смонтирован подъемный стол 2 с пневмозажимом для стержневого ящика 3, пескострельная головка – рабочий резервуар 5 с насадком 4, лоток 6 с вибратором 7 для подачи смеси из бункера в резервуар.

147

На передней стенке головки располагаются пусковая кнопка 8 и манометр. На входе воздушной магистрали установлены влагоотделитель 9, маслораспылитель и редукционный клапан.

Пескострельный стержневой полуавтомат мод. 2Б83 пред-

назначен дляизготовлениясредних помассе стержней из песчаных смесей спределомпрочности во влажном состоянии до30 кПа.

На колонне станины 1 (рис. 5.7) смонтирован механизм дутья 5 с вибропитателем 6. Стержневой ящик с вертикальным или горизонтальным разъемом ставится на стол 2, предварительно отрегулированный на нужную высоту.

Рис. 5.7. Пескострельный полуавтомат мод. 2Б83

При включении машины стержневая смесь, находящаяся в вибрируемом лотке вибропитателя 6, сползает в приемную воронку механизма дутья 5 и заполняет гильзу, установленную внутри механизма дутья. Затем нажимается пусковая кнопка, расположенная на пульте управления 7, вибратор питателя

148

включается, и шибер механизма дутья 5 перекрывает впускное отверстие гильзы. Одновременно зажимы 3 соединяют стержневой ящик (при вертикальном разъеме ящика), а стол 2 прижимает его к насадке 4. Далее в гильзу со смесью подается сжатый воздух, и смесь через вдувное отверстие в насадке «выстреливается» в стержневой ящик.

После заполнения ящика и уплотнения смеси подача воздуха прекращается, а оставшийся в гильзе воздух выбрасывается

ватмосферу. Затем стол опускается, ящик снимается со стола, шибер открывает отверстие гильзы, и начинается подача смеси

вмеханизм дутья. Стержневой ящик снимается со стола машины, из него извлекается стержень, и цикл повторяется.

Прижимной стол (рис. 5.8) при регулировании его высоты поднимается с помощью маховика 1, посаженного на червяк 2. При вращении маховика червяк поворачивает колесо 4 и винт 3, который, выходя из неподвижной гайки станины (на чертеже не показано), поднимает стол. Стол при этом не вращается, так как он зафиксирован относительно станины специальным выступом и направляющими планками.

Рис. 5.8. Прижимной стол пескострельного полуавтомата мод. 2Б83

Для прижима стержневого ящика воздух подается по трубе, проходящей внутри полого винта 3, под мембрану 6. Мембрана поднимает поршень 7 и плиту 8 относительно корпуса на высо-

149

ту до 15 мм. Максимальный ход прижима зависит от положения гайки на винте 5.

Основой механизма дутья (рис. 5.9) служит траверса 1, устанавливаемая на колонне станины. Сверху на траверсе крепится крышка 2, закрывающая механизм шибера 3 и прижимающая к нему круглый резиновый амортизатор 4. К амортизатору сверху хомутом 5 крепится горловина питателя. На нижней части траверсы монтируется фланец 10, к которому крепится насадка 4 (см. рис. 5.7). Во внутренней полости траверсы устанавливается гильза 11 (см. рис. 5.9) с прорезями, верхнее отверстие которой перекрывается секторным шибером 3 с отверстием для загрузки. Шибер поворачивается вокруг оси 6, между верхней 8 и нижней 2 крышками, стянутыми между собой болтами 7. В кольцевой канавке нижней крышки 2 установлено резиновое кольцо, прилегающее к шиберу 3 при вдуве смеси благодаря подаче под него сжатого воздуха через каналы в траверсе и нижней крышке.

Рис. 5.9. Механизм дутья пескострельного полуавтомата мод. 2Б83

150